Brevet FR2490243A1 — publié le 19820319

L'invention se rapporte à la transmission de la chaleur par convection dans des couronnes de fil en acier et en métaux non ferreux et a pour but de réaliser les conditions techniques du point de vue de la cha- leur et de l'écoulement des fluides favorables à un chauffage ou à un refroidissement rapide et uniforme des couronnes de fil empilées en un paquet dans un four en continu. On y parvient,suivant l'invention,en ce que la pile de couronnes de fil est entrée,dans le temps du cycle du chargement d'un four à rouleaux,dans des postes d'insufflation, entre deux embouchures disposées en haut et en bas du dispositif de mise en circulation intense des gaz du four de ces postes d'insufflation et ainsi les gaz du four avec leur grande proportion d'énergie ci- nétique de l'écoulement jaillissent l'un sur l'autre dans la chambre creuse centrale formée par la pile et,en conséquence, l'écoulement est refoulé avec augmentation de la pression statique et ainsi de là, sort, en raison de la conversion de l'énergie potentielle en énergie ci- nétique, d'une manière uniforme et avec turbulence à travers les spires du paquet. Traiter thermiquement, d'une manière uniforme, des couronnes de fil est un objectif important à bien des égards. Il s'agit non seulement d'économiser de l'éner- gie calorifique, mais de faire aussi en sorte de dispo- ser,pour le traitement ultérieur, d'une matière préalable uniforme dans ses propriétés métallurgiques et mécaniques. L'état actuel de la technique n'a pas encore permis de soumettre toutes les parties d'une couronne de fil pen- dant un traitement thermique à des conditions de trans- mission de la chaleur qui soient bien uniformes. Joue un rôle important notamment le fait que le processus de chauffage et de refroidissement,qui varie beaucoup en fonction du temps, est précisément le stade,dans le trai- tement thermique, dans lequel l'uniformisation de la transmission de la chaleur nécessite des mesures parti- culières. En tenant compte de la géométrie d'une couron- ne de fil, il est clair que,lors du chauffage d'une cou- ronne de fil, les proportions de chaleur-par conduction et par rayonnement diminuent beaucoup par rapport à l'ef- fet par convection. On voit ainsi que l'on ne peut ob- tenir une amélioration du traitement thermique de cou- ronnes de fil qu'en rendant uniforme et en même temps en augmentant la convection des gaz du four dans la zone de chauffage d'un four à rouleaux, pour toutes les par- ties d'une pile de couronnes de fil superposées. Suivant l'invention, on fait en sorte que la chambre creuse centrale formée par la pile de couronnes de fil forme, d'un point de vue pneumatique, une chambre d'accumulation des gaz de four et soit maintenue et empê- che ainsi qu'il se crée des endroits défavorisés dans la pile tant que la presssion dynamique suffit à maintenir l'état d'écoulement turbulent nécessaire à cet effet dans la région de la pile et de son environnement immédiat. Il est en outre prévu,suivant l'invention, que la transmission de chaleur par convection,qui est inten- sive et qui est prédominante lors du chauffage ou du re- froidissement de paqis decouLmnes de fil, s'effectue par poste,mais dam un prooessus en ccntin.A cet effet, le four continu classique comprend une zone d'entrée et d'extré- mité particulière qui sera décrite ultérieurement. Après la zone d'entrée, après que tous les endroits du paquet de couronnes de fil sont portés à la température de consigne, il est encore nécessaire de compenser les pertes de chaleur du four et d'assurer la constance de la température du laboratoire du four. Là, le type de chauffage suivant l'invention n'est plus absolument nécessaire. Dans la zone de maintien de longue durée, il suffit de maintenir un système de transmission de la chaleur agissant prin- cipalement par rayonnement si la température de consigne est supérieure à 6500C environ. Sinon, il suffit d'obtenir une Convection extérieure autour du paquet de couronnes de fil, pour conserver l'uniformité de température déjà obtenue à l'extrémité de la zone de chauffage. On a déjà proposé et réalisé plusieurs fois des procédés et installations à four destiné au traitement thermique uniforme des paquets de couronnes de fil. C'est ainsi qu'il est connu, par la demande de brevet mise à l'inspection publique en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 1 940 376, d'envoyer les gaz du four en les forçant di- rectement à passer à travers les paquets, suivant une direction essentiellement radiale. Mais la chambre centrale du. paquet est fermée sur la face supé- rieure par un couvercle qui y est posé et qui provoque une transmission néfaste de la chaleur aux spires de fil directement sousjacentes, tout en exigeant d'autre part une adaptation très coûteuse du courant gazeux,principa- lement laminaire dans ce cas,à la forme du couvercle. Le courant de gaz de four indiqué dans le document mentionné ci-dessus, d'au moins 500 m3 normaux de gaz par heure et par tonne de fil, peut provoquer un écoulement principa- lement laminaire, ce qui entraîne certes que la perte de charge de l'écoulement reste faible, mais aussi que la transmission de la chaleur du gaz du four aux spires de fil est petite et s'effectue d'une manière qui n'est pas uniforme en raison des différences locales très fortes des résistances à l'écoulement de la couronne de fil. En revanche, on a besoin, par le procédé sui- vant l'invention, d'un courant gazeux à peu près 12 fois plus important, c'est-à-dire d'au moins 6000 m3 normaux de gaz par heure et par tonne de fil, pour établir une pression dynamique suffisante dans la chambre creuse de la piledecouronnes defl, en vue d'obtenir et de mainte- nir un écoulement turbulent. Le nombre de Reynolds moyen que l'on peut ainsi obtenir et qui caractérisé la turbu- lence est de 8800, pour un diamètre du fil de 20 mm. Le procédé de chauffage suivant l'invention donne un indice moyen de transmission efficace de la chaleur, de 50 à à peu près 120 W/m2 K, suivant le courant de gaz du four,qui est au minimum de 6000 m3 normaux par heure et par tonne de.fil. Avec l'indice de transmission de la chaleur de W/m2 K. on détermine une durée de chauffage de 40 minutes pour une couronne de fil en acier,dont le fil a un diamètre de 20 mm. Des essais effectués en refroidis- sant des couronnes de fil confirment les résultats des recherches, à savoir par exemple que l'on peut obtenir un état d'écoulement turbulent avec-un courant de 10 000 m3 normaux par heure et par tonne de fil. La demande de brevet mise à l'inspection publi- que en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 1 959 712 décrit essentiellement un traitement thermique dans lequel a pilede couronnes de fil est également fer- mée en haut par un couvercle et est parcourue, à partir du bas, par au moins 500 m3 normaux de gaz par heure et par tonne de fil. Ce procédé a aussi l'inconvénient qu'il y adans la matière traitée thermiquement, des en- droits favorisés et défavorisés, notamment au voisinage du couvercle et de la grille à palettes. Suivant la demande de brevet publiée en Répu- blique Fédérale d'Allemagne sous le No. 2 830 153, on connaît en outre un procédé dont des processus partiels, lorsque l'on soumet à un refroidissement ou à un reve- nu du fil ou une bande enroulée en couronne, consistent à envoyer frontalement sur les couronnes des deux côtés, des agents de trempe ou des gaz de four. Mais il s'agit là de couronnes de fil dont l'axe des spires est horizon- tal qui sont donc traitées alors qu'elles sont suspen- dues à des crochets. Ce procédé ne peut être utilisé que d'une manière limitée, par exemple pour un réchauffement à des températures d'austénitisation de 8400C et supérieu- res à 8401C. Mais même déjà à des températures de reoenu très élevées et supérieures à 650WC, et pour des diamè- tres de fil inférieurs à 10 mm environ, il se produit, dans certaines circonstances, des déformations des spires de fil suspendues, de sorte que l'on ne peut plus travailler à l'état suspendu dans le four de revenu, en utilisant une forme simple de crochet. Pour le même motif, un recuit d'adoucissement de couronnes de fil suspendues est problématique, par exemple lorsque le fil est en des qualités de frappe à froid, puisque les températu- res qui sont nécessaires à cet effet sont supérieures à 7000C. Il faut en outre souligner à cet égard qu'un courant forcé de gaz de four traversant les spires d'u- ne couronne de fil n'est nécessaire et utile que pour autant que la couronne de fil se trouve dans le proces- sus de réchauffement ou de refroidissement dynamique. Pendant la durée de maintien à la température de con- signe, il suffit d'assurer simplement un effet isolant de la zone du four. Lors du chauffage, il suffit, en règle générale, de n'utiliser le procédé suivant l'in- vention que jusqu'à la plage de température de 6500C à 7000C environ, afin de pouvoir réaliser industrielle- ment des courants de recirculation allant jusqu'à 50000 m3 par heure et par soufflante. Un réchauffement plus important,jusqu'à une température de consigne supérieure à 8000C,n'est de toutes façons plus déterminant pour ce qui concerne la convection, en raison de la forte augmen- tation du rayonnement. Les conceptions suivant l'invention conduisent à la réalisation d'un type de four industriel particulier qui peut être considéré comme un four à rouleaux élargis. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: La figure 1 est une vue en coupe d'une zone de chauffage ou de refroidissement du four à rouleaux équipé suivant l'invention; et La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la zone de chauffage ou de refroidissement de ce même four. La pile 1 decc ='nnes de fil est chargée, comme dans les fours à rouleaux classiques travaillant en con- tinu, à l'aide de grilles 2 à palettes, par un train 3 de rouleaux. Les grilles 2 à palettes libres au milieu et perméables aux gaz sont, suivant l'invention, mises en place aux postes d'insufflation par arrêt bref du train 3 de rouleaux et sont soulevées du train de rouleaux par élévation d'une table 4 de levage. Ensuite,le train 3 de rouleaux est remis en fonctionnement, pour éviter une déformation des rouleaux. - Dans le laboratoire 5 font saillie des brûleurs 6 à gaz, de type courant, ou des tubes rayonnants qui ne sont pas représentés. Les gaz de four chauds,réchauffés sur les brûleurs 6 à gaz, sont aspirés par deux soufflan- tes 7 verticales-opposées et sont envoyés, suivant des jets dirigés, des deux côtés dans la pile 1 de couronnes de fil. Il s'établit ainsi une pression uniforme dans la chambre creuse de la pile 1 de couronnes de fil. L'es- pace d'accumulation ainsi créé fait que les gaz de four sortent,à la manière déjà décrite,sur toute la hauteur de la pile de couronnes de fil, d'une manière turbulente et uniforme en traversant les spires de fil. Les gaz de four revenant principalement de la pile de couronnes de fil sont aspirés par des ouvertures, des volets ou des stores de la paroi 8 de protection, ces ouvertures,volets ou stores ayant une section droite réglable. Le réglage des sections droites.de passage de la paroi de protection permet de commander la recir- culation suivant le progamme du four de traitement ther- mique de la matière. Après une durée de séjour correspondant au cy- cle de chargement du four, on arrête à nouveau briève- ment le train 3 de rouleaux, on décharge la grille 2 à palettes avecla pile ide couronnes de fil à l'aide de la table 4 de levage sur le train 3 de rouleaux, et on fait aller au poste d'insufflation suivant la grille à palettes avec la pile de couronne de fil se trouvant sur celle-ci. Afin d'éviter l'influence mutuelle néfaste du point de vue de l'écoulement de la pile séjournant dans la zone de chauffage, on peut maintenir les intervalles entre les palettes dans la zone de chauffage à une va- leur plus grande que dans la zone de maintien en tempéra- ture. Le transport s'effectue donc de manière à ce que la vitesse du train de rouleaux dans la zone de chauffage soit plus grand, en correspondance avec une augmentation des intervalles, que la vitesse du train de rouleaux dans la zone de maintien en température du four. Il ressort de la figure 2 que l'envoi dirigé peut être effectué aussi sans obstacle, à travers le train de rouleaux,parce que l'entraxe des rouleaux dans la ré- gion de l'embouchure de refoulement de la soufflante in- férieure est agrandie, sans porter atteinte au transport des grilles à palettes qui traversent le four. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement thermique de couronnes de fil posées à plat, par transmission de la chaleur par convection à l'aide de gaz de four mis en circulation, caractérisé en ce qu'il consiste, notamment pour un traitement thermique à des températures supérieures à 6500C, à envoyer sur les couronnes de fil au repos, des deux côtés par le haut et par le bas, un courant dirigé de gaz de four en vue de créer un état d'écoulement tur- bulent aux milieux des couronnes. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce que les courants mis en circulation,qui jaillis- sent l'un sur l'autre dans la chambre creuse centrale formée par la pile, représentent au moins 6000 m3 normaux par heure et par tonne d'acier. 3) Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'il consiste à effectuer l'envoi de courant des deux côtés sur la pile de couronnes de fil à l'aide de deux soufflantes de mise en circulation,verticales, disposées en haut et en bas. 4) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à aspirer les gaz de four venant prin- cipalement de la périphérie de la pile de couronnes de fil par leur soufflante respective suivant deux cercles vers le haut et vers le bas par des ouvertures, volets ou sto- res réglables ménagés dans les parois du laboratoire du four, à les porter à la température de consigne par apport de chaleur de brûleurs ou de tubes rayonnants et à les ren- voyer dans la chambre-cenbmae dela pile de couronnes de fil. 5) Four pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les piles (1)de couronnes de fil déposées sur des grilles (2) à palettes libres au centre et perméables au gaz sont mi- ses en place aux divers postes d'insufflation par arrêt bref du train (3) de rouleaux et sont libérées du train (3) de rouleaux et entrées dans les postes par éléva- tion d'une table (4) de levage. 6) Four suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'entraxe des rouleaux du train (3) de rouleaux s'agrandit dans la région de l'embouchure de refoule- ment de la soufflante (7) inférieure.