Brevet FR2521712A1 — publié le 19830819

Méthode et appareil pour refroidir brusquement un objet La présente invention concerne un procédé et un appareil pour refroidir brusquement des pièces de machine en matériaux métalliques susceptibles de se fissurer ou de se déformer pendant le refroidissement brusque. Dans un appareil classique typique de refroidissement brusque par brouillard, muni de buses de pulvérisation "bi-fluide" pour pulvériser un mélange d'un liquide et d'un gaz, le liquide (eau) et le gaz (air) sont introduits dans une chambre de mélange en vue d'une abomisation, et le mélange atomisé est projeté vers l'extérieur à partir d'une sortie d'embout extérieur de manière à former un jet d'un mélange eau-air (appelé par la suite "le jet de pulvérisation"). On règle le débit de l'eau au moyen d'une soupape à aiguille, tandis que l'on règle le débit de l'air en remplaçant une soupape ou un embout intérieur par une autre soupape ou un autre embout Le diamètre des gouttelettes d'eau du jet de pulvérisation est extrêmement faible, à savoir de l'ordre de 5 à 20 pm, ce qui témoigne d'une excellente atomisation Du fait que le pouvoir de refroidissement de ce jet de pulvéri- sation est relativement faible, il est impossible d'obtenir un effet de refroidissement puissant, particulièrement un effet voisin de celui obtenu par refroidissement d'eau Les buses de ce type non seulement doivent abaisser la pression de l'air en dessous de la pression de l'eau mais soulèvent encore des difficultés dans le réglage des caractéristiques du jet de pulvérisation,en même temps qu'elle ont une struc- ture compliquée De plus, étant donné que l'eau est projetée vers l'extérieur à partir d'un petit trou traversant la - soupape à aiguille, la buse se colmate facilement en néces- sitant un entretien fastidieux et une vérification fréquente. Dans un autre appareil classique de refroidissement brusque par brouillard, muni de buses de pulvérisation similaires aux buses de pulvérisation "bi-fluide" mentionnées ci-dessus, ces buses de pulvérisation sont alimentées en eau et en air à des débits respectifs invariables, et on règle leur capacité de refroidissement en faisant varier la dis- tance entre les buses de pulvérisation et la surface de l'objet à refroidir brusquement Toutefois, du fait qu'un grand nombre de buses de pulvérisation est prévu, il faut beaucoup de temps et de travail pour rétablir la distance entre toutes les buses de pulvérisation et la surface à refroidir pour faire face aux variations de forme des objets à refroidir brusquement. En outre, dans les procédés classiques de refroidis- sement brusque utilisant des buses de pulvérisation "bi-fluide", on effectue le refroidissement brusque au moyen de jets de pulvérisation de mélange avec un rapport de mélange complète- ment constant, sans variation des débits du liquide et du gaz, c'est-àdire du rapport de mélange entre ce liquide et ce gaz, pendant la période s'écoulant depuis le début jusqu'à la fin du refroidissement, ce qui peut entratner des fissures ou une déformation par refroidissement brusque. La présente invention a pour objet un procédé et un appareil de refroidissement brusque capable de régler des jets de pulvérisationde telle sorte qu'ils conviennent pour un objet à refroidir brusquement, cela en utilisant de nou- velles buses permettant d'obtenir un effet de refroidissement voisin de celui qui procure un refroidissement par eau, ce que l'on ne peut pas atteindre de façon classique, grâce à quoi il est possible de refroidir brusquement, sans aucune fissure ou déformation due a un tel refroidissement, des substances susceptibles de se fissurer ou de se déformer lorsqu'elles sont refroidies brusquement. Selon un des aspects de la présente invention, un procédé de refroidissement brusque est créé, dans lequel on effectue le refroidissement en appliquant un jet de pulvéri- sation d'un mélange d'un liquide et d'un gaz à un objet à refroidir brusquement, ce procédé étant caractérisé par le fait que le diamètre des gouttelettes, dans le jet de pulvéri- sation de mélange, est compris entre 50 et 200 piu, et que l'on fait varier le rapport de mélange entre le-liquide et le gaz pendant la période s'écoulant depuis le début jusqu'à la fin du refroidissement. Selon un autre aspect de la présente inventions on réalise un appareil de refroidissement brusque pour mettre en oeuvre le procédé de refroidissement brusque mentionné ci- dessus, cet appareil comprenant des buses pour pulvériser un jet de pulvérisation d'un mélange d'un liquide et d'un gaz sur un objet à refroidir brusquement, une source d'alirmeiitation en liquide pour l'amenée d'un liquide sous pression et une source d'alimentation en gaz pour l'amenée d'un gaz sous pression, caractérisé par le fait qu'il comprend: les buses dont chacune comporte un orifice de projection de liquide formé dans la surface exposée à l'atmosphère et un orifice de projection de gaz formé de façon annulaire autour de l'orifice de projection de liquide, l'orifice de projection de liquide communiquant avec la source d'alimentation en liquide, tandis que l'orifice de projection de gaz communique avec la source d'alimentation en gaz; une soupape de réglage de débit pour régler le débit du liquide sous pression, cette soupape étant disposée entre l'orifice de projection de liquide et la source d'alimentation en liquide; et une soupape de réglage de débit pour régler le débit du gaz sous pression, cette soupape étant disposée entre l'orifice de projection de gaz et la source d'alimentation en gaz. Les objets et caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description donnée ci-après en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 illustre schématiquement un appareil de refroidissement brusque selon un mode de réalisation préféré de l'invention pour mettre en oeuvre un procédé de refroidis- sement brusque selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe d'une buse utilisée dans l'appareil de refroidissement brusque représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue agrandie montrant la réparti- tion des diamètres des gouttelettes d'eau dans un jet de pulvérisation de mélange eau-air projeté vers l'extérieur à partir de la buse représentée sur la figure 2; la figure 4 illustre un système d'alimentation pour alimenter en liquide et en gaz la buse représentée sur la figure 2; et la figure 5 illustre une relation d'agencement entre un objet à refroidir brusquement et des buses d'un appareil de refroidissement brusque selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention. On va décrire ci-après des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins annexés. En se référant à la figure 1, on voit qu'un objet 1 devant tre refroidi brusquement est monté verticalement sur une table de support 3 ent:atnée en rotation au moyen d'un engrenage d'entratuement 2 La table de support 3 est entraînée en rotation à une fréquence de rotation de l'ordre de 5 k 20 t/min afin d'empocher l'apparition de points mous circonféren- tiels pendant le processus de refroidissement brusque Des buses 4 A 4 C sont disposées sur les circonférences des plans horizontaux en plusieurs étages (trois étages comme représenté sur la figure) sur la paroi périphérique intérieure d'un support (diverses structures d'agencement sont possibles, comme par exemple un support annulaire ou un support semiannulaire) 5 entourant l'objet 1, chaque étage comportant un nombre voulu de buses Ces buses 4 4 C sont divisées en un nombre voulu de groupes Comme représenté sur la figure 2, chacune des buses 4 A 4 C comprend un orifice 7 de projection de liquide ayant un diamètre de t à 2 mm pour projeter vers l'extérieur de l'eau (bien que de l'eau soit utilisée dans le présent mode de réalisation, on peut avoir recours à n'importe quel liquide en plus de l'eau) 6 et un orifice 9 de projection de gaz formé dans le même plan que l'orifice 7 de projection de liquide et concentriquement à cet orifice pour projeter vers l'extérieur de l'air (bien que de l'air soit utilisé dans le présent mode de réalisation, on peut avoir recours à n'importe quel gaz de refroidissement, comme par exemple un gaz inerte, en plus de l'air) 8 L'eau et l'air projetés vers l'extérieur à partir des orifices 7, 9, respectivement sont mélangés l'un à l'autre de manière à former un jet 10 de pulvérisation de mélange d'eauair L'intervalle annulaire entre l'orifice 7 de liquide et l'orifice 9 de projection de gaz est déterminé de manière à être de l'ordre de 0,2 à 0,7 mm afin de réduire les bruits et les vibrations ainsi que la consommation d'air. L'orifice 7 de projection de liquide et l'orifice 9 de projection de gaz sont formés dans le même plan exposé à l'atmosphère, de manière à faciliter ainsi un réglage fin de la pulvérisation De plus, si le diamètre de l'orifice 7 de projection de liquide n'est pas supérieur à 1 mmcet orifice se colmate facilement, et si le diamètre n'est pas inférieur à 2 mm, le liquide n'est pas atomisé parfaitement et il est, de plus,difficile d'effectuer un réglage fin du débit de l'eau. Le diamètre des gouttelettes d'eau comprises dans le jet 10 de pulvérisation de mélange d'eau-air obtenu à partir de la buse de pulvérisation "bi-fluide" constituée par les orifices précités 7, 9 est important, à savoir: de 50 à 200 piu, comme illustré sur la figure 3, ce qui indique que l'eau n'est pas fortement atomisée Par conséquent, le pouvoir de refroi- dissement du jet 10 de pulvérisation de mélange est important, de sorte qu'il est possible d'atteindre parfaitement un effet de refroidissement voisin de celui obtenu à l'aide d'un refroi- dissement par eau si on fait en sorte que la distance entre les buses et la surface à refroidir soit plus petite. Il est possible d'effectuer le refroidissement brusque en déchargeant l'air par l'orifice central 7 de projection de liquide tout en déchargeant l'eau par les orifices périphériques 9 de projection de gaz de manière à former un jet de pulvéri- sation de mélange. En procédant de la sorte, on peut obtenir une région plus importante susceptible d'être refroidie brusquement. Chacun des groupes de tubes 11 d'alimentation en eau et chacun des groupes de tubes 12 d'alimentation en air des buses 4 4 C sont raccordés respectivement à des tuyaux groupés 13, 14, comme représenté sur la figure 4 Ces tuyaux groupés 13, 14, jouant le rôle d'un petit collecteur, sont raccordés respectivement à une source 15 d'alimentation en eau (un réservoir de grande capacité rempli d'eau sous pres- sion, par exemple) capable d'assurer une alimentation parfaite en eau sous haute pression et une source 16 d'alimentation en air (un réservoir de grande capacité rempli d'air sous haute pression, par exemple) capable d'assurer une alimentation parfaite en air sous haute pression Une soupape 18 A de réglage de débit et une soupape 19 A à solénoïde sont disposées dans un passage 17 raccordant les tuyaux groupés 13 et la source 15 d'alimentation en eau, tandis qu'une soupape 18 B de réglage de débit et une soupape 19 B à solénoïde sont prévues dans un passage 20 raccordant les tuyaux groupés 14 et la source 16 d'alimentation en air Les soupapes 18 , 1 B de réglage de débit comportent des ouvertures déterminées de manière que l'on obtienne des débits d'eau et d'air selon un programme de refroidissement prédéterminé, tandis que les soupapes 19 A, 19 B à solénoïde sont ouvertes ou fermées selon des instructions provenant des dispositifs de temporisation 21, 22, respecti- vement$ Le programme mentionné ci-dessus présente la chrono- logie suivante: par exemple, les premières 30 secondes après le commencement du refroidissement est une période de refroi- dissement par air avec uniquement une projection d'air vers l'extérieur; les 15 secondes suivantes se situant entre 30 secondes et 45 secondes après le début du refroidissement est une période de refroidissement par eau avec projection d'eau vers l'extérieur à un débit de 15 1/min (un débit total; l'eau est répartie de façon égale parmi les buses); les secondes suivantes se situant entre 45 secondes et 60 secondes après le début du refroidissement est une période de refroidissement par eau avec projection d'eau vers l'ex- térieur à un débit de 5 1/min; et les 30 secondes suivantes se situant entre 60 secondes et 90 secondes après le début du refroidissement est une période de refroidissement par air avec projection d'air uniquement Il convient de remarquer que les périodes de refroidissement par air peuvent être éliminées selon la matière et la forme de l'objet devant tire refroidi brusquement On détermine un tel programme de refroidissement en fonction de la matière, de la forme et des caractéristiques de refroidissement brusque de l'objet devant être refroidi, ainsi qu'en fonction d'un calcul de transfert de chaleur et de la courbe CCT de la matière de l'objet à refroidir brusquement et aussi en fonction des essais effectués en utilisant des échantillons d'essais basés sur l'expérience selon les besoins Dans le cas o l'on refroidit les demi- parties supérieure et inférieure de l'objet d'une façon diffé- rente l'une par rapport à l'autre, on divise les groupes de buses en deux et on applique des programmes de refroidissement différent S l'un de l'autre de manière à atteindre le but recherché. La figure 5 montre un autre mode de réalisation préféré de l'invention Ce mode de réalisation a une structure telle que les buses 25 sont montées s U'ur la surface périphérique intérieure d'un élément annulaire 24 disposé perpendiculairement à l'axe d'un objet 23 devant être refroidi brusquement et présentant un axe de rotation horizontal Les buses 25 sont divisées en un nombre voulu de groupes et sont disposées de telle sorte que les jets de pulvérisation de mélange projetés vers l'extérieur à partir des buses constituant chaque groupe soient appliqués à une partie à refroidir brusquement de la surface de l'objet 23 L'autre partie de l'agencement est identique à celle du mode de réalisation décrit en premier* Le mode de réalisation ainsi agencé convient le mieux pour automatiser les opérations exécutées dans le refroidissement brusque de l'objet. Comme on le comprendra parfaitement d'après la description qui précède, il est possible, selon la présente invention, d'obtenir un procédé et un appareil de refroi- dissement brusque permettant de refroidir brusquement, sans fissures ou déformation dues à un tel refroidissement brusque, des matières métalliques susceptibles de se fissurer ou de se déformer pendant un refroidissement brusque, cela grâce à de nouvelles buses et au réglage des débits du liquide et du gaz pendant le refroidissement. Il est bien entendu que la description ci-dessus nta été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente inventions REVENDICATIONS 1 Procédé de refroidissement brusque dans lequel un jet de pulvérisation d'un mélange d'un liquide et d'un gaz est appliqué à un objet à refroidir brusquement, caractérisé par le fait que l'on modifie le rapport de mélange entre ledit liquide et ledit gaz dudit jet de pulvérisation de mélange pendant la période stécoulant entre le début et la fin du refroidissement. 2 Procédé de refroidissement brusque suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre des gouttelettes dans ledit jet de pulvérisation de mélange est compris entre 50 et 200 nm. 3 Procédé de refroidissement brusque suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on modifie de façon continue le rapport de mélange dudit jet de pulvérisation de mélange. 4 Procédé de refroidissement brusque suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on modifie par paliers le rapport de mélange dudit jet de pulvérisation de mélange. Procédé de refroidissement brusque suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le refroidissement commence avec un refroidissement par air, suivi par une période de refroidissement à l'aide dudit jet de pulvérisation de mélange, et que ledit refroidissement se termine par un refroidissement par air. 6 Procédé de refroidissement brusque dans lequel on applique un jet de pulvérisation d'un mélange d'un liquide et d'un gaz à un objet à refroidir brusquement, caractérisé par le fait que le diamètre des gouttelettes dans ledit jet de pulvérisation de mélange est compris entre 50 "m et 200 um. 7 Appareil de refroidissement brusque comportant des buses pour appliquer un jet de pulvérisation d'un mélange d'un liquide et d'un gaz à un objet à refroidir brusquement, une source d'alimentation en liquide pour fournir un liquide sous pression, et une source d'alimentation en gaz pour fournir un gaz sous pression, caractérisé par le fait que chacune des buses ( 4 A 4 C) comporte un orifice ( 7) de projection de liquide formé dans la surface exposée à l'atmosphère et un orifice ( 9) de projection de gaz formé de façon annulaire autour dudit orifice de projection de liquide. 8 * Appareil de refroidissement brusque suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit orifice de projection de liquide et ledit orifice de projection de gaz sont formés dans le même plan. 9 Appareil de refroidissement brusque suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdites buses sont disposées de façon annulaire autour d'un objet à refroidir brusquement. 10, Appareil de refroidissement brusque suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdites buses sont disposées de façon semiannulaire autour d'un objet à refroidir brusquement. 11 Appareil de refroidissement brusque suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'une soupape ( 18 A) de réglage de débit destiné à régler le débit dudit liquide sous pression est disposée entre ledit orifice de projection de liquide et ladite source d'alimentation en liquide, tandis qu'une soupape ( 18 B) de réglage de débit destinée à régler le débit dudit gaz sous pression est disposée entre ledit orifice de projection de gaz et ladite source d'alimentation en gaz. 12 Appareil de refroidissement brusque suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que le diamètre dudit orifice de projection de liquide est compris entre l et 2 mm, tandis qu'il existe entre ledit orifice de projection de liquide et ledit orifice de projection de gaz un intervalle annulaire compris entre 0,2 et 0, 7 mm.