Brevet FR2532737A1 — publié le 19840309

FOUR éLECTRIQUE CONTINU POUR LE TRAITEMENT PHYSICOCHIMIQUE DE PIECES METALLIQUES La présente invention concerne les installations électrothermiques à vide et à atmosphere gazeuse et a notamment pour objet des fours electriques continus pour le traitement physico-chimiquedes pieces métalli- quels. L'invention s'applique dans l'industrie électrique, la construction des automobiles et des tracteurs ainsi que dans les autres branches des constructions mécaniques pour la cémentation sous vide. Elle peut aussi etre utilisée pour le traitement physico-chimiquedes produits de la métallurgie des poudres. Selon l'invention,. le four peut aussi être utilisé pour des processus tels que le soudage sous vide et le revêtement superficiel par différents éléments tels que par exemple: silicium, titane, bore, etc. Pour assurer une productivite élevée des traitements physicochimiques, on utilise des fours electriques continus. On connait un four poussant à cémenter (cf. mémento "Equipement électrothermique", rédaction Altgausen A.P., Moscou, 1967, p. 178, figures 5 à 133) comprenant des mécanismes de chargement et de déchargement; une chambre de cémentation et une chambre de refroidissement disposées sur un même ligne. L'avance des pièces dans la chambre de cémentation est assurée à l'aide d'un poussoir et dans la chambre de refroidissement, à l'aide d'un mécanisme de déplacement. La chambre de chauffage comporte un ventilateur assurant le brassage lors de la cémentation. Des fours analogues sont utilisés par les sociétés Aikhelin et Holcroft. Le four fonctionne de la façon suivante. Le chargement se fait dans des conteneurs. Le conteneur avec des pieces est monté sur le mécanisme de chargement et est convoyé vers la chambre de cémentation par un poussoir. La porte s'ouvre en montant et les pieces pénètrent par cette ouverture dans la chambre de chauffage; au fur et à mesure de leur avance elles sont portées à la température de cémentation. Le maintien de l'at mosphère de la chambre de cementation est assuré généralement au moyen d'une barrière de flammes. La chambre de cementation est alimentée avec du gaz de saturation.Une fois la cémentation terminée, les portes de déchargement s'ouvrent et la fournée de pièces traitées est dirigée vers la chambre de refroidissement. Un tel four présente des dangers d'incendie et d'explosion, pollue l'atmosphère des ateliers et nécessite une ventilation appropriée. L'ensemble du four doit comprendre des générateurs spéciaux pour 1 'atmosphère contrôlée avec un haut niveau d'épuration et le four doit être muni de conduites d'amenée du gaz naturel. Il faut maintenir rigoureusement le taux de carbone dans le four et ce taux peut se dégrader facilement au chargement et au dechargement des produits. D'autre part, les éléments constructifs (éléments chauffants, garnissage) du four ne permettent pas d'augmenter la température du four à cause des risques de dépôt de suie et de mise hors service des éléments chauffants, ce qui reduirait le rendement du four. On connaît un four continu à vide pour les traitements physicochimiques avec refroidissement sous vide suivi du refroidissement dans un yaz inerte (catalogue Data Sheet n0 771, type ev. mod. CVCQ 202436 de la société Heiss) qui comprend des chambres de chargement et de déchargement à vannes à vide, une chambre de cementation à isolation thermique en materiaux fibreux et une chambre de refroidissement sous vide. Le four fonctionne de la façon suivante. Un conteneur de pièces est placé dans la chambre de chargement, la vanne de la chambre de cémentation étant fermée. Ensuite, on ferme la porte de la chambre de chargement, on crée le vide convenable et on ouvre la vanne, ou le sas, à vide en reliant la chambre de chargement et la chambre de cémentation; le conteneur s avance ensuite dans la chambre de cémentation ou la fournée de pièces du conteneur est simultanément portée à la température de cémen tation et sature en carbone au fur et à mesure de l'avance du conteneur dans la chambre.Après la réalisation d'un cycle complet de cémentation, les pièces arrivent dans la zone de refroidissement d'ou elles passent, via une vanne ou un sas à vide, dans la zone de refroidissement accéléré sous atmosphère inerte et ensuite se dirigent vers la chambre de déchar gement. La construction de ce four de type connu ne permet pas d'obtenir une couche de cémentation régulière du fait que pendant le chauffage de la fournée de pièces dans le conteneur, la saturation en carbone des pièces n'est pas la même pour les différentes températures, c'est-àdire que les profondeurs de pénétration sont différentes. En plus, ce mode de réalisation nécessite une quantité très grande de gaz de cementation et d'énergie électrique du fait que le volume entier du four est rempli avec du gaz qui participe activement à la réaction. On connaît un four passant (certificat d'auteur de L'URUS n" 601317) comprenant des chambres de chargement, de déchargement, de chauffage, une chambre intermediaire avec éléments chauffants qui, au moyen d'un support, est fixée sur la machine pousseuse assurant son déplacement dans le plan vertical, et une chambre de refroidissement. Le four fonctionne de la façon suivante. Les pièces à traiter sont mises sur une palette qui est posée dans la chambre de chargement et, après l'ouverture de la vanne à vide, la machine pousseuse là déplace dans la chambre de chauffage où elle reste un temps determiné. Ensuite, la palette suivante est placée dans le four. En se chauffant progressivement à la suite de chaque poussée la palette arrive sous la chambre intermédiaire. Après la descente de la chambre intermédiaire, laxplate- forme de la palette se situe dans la zone correspondant à la température de traitement.Après un temps de maintien requis, la machine pousseuse remet la chambre intermédiaire dans la position initiale, la palette avec les pièces reste à sa place pendant un temps déterminé après quoi elle est deplacée par la machine ppusseuse dansla chambre de refroidissement. A partir de cette dernière, la palette est repoussée dans la chambre de dechargement. Dans le cas où la chambre- intermédiaire est montée sur la machine pousseuse, il est difficile d'assurer la bonne étanchéité,de la chambre de traitement nécessaire au déroulement du processus de traitement physico-chimique dans le four à vi-de. D'autre part, la réalisation de Ta chambre mobile complique la construction du four On connaît un four électrique continu pour le traitement physicochimique des pièces (cf. le certificat d'auteur sovietique n 45S569) comprenant une chambre de chauffage avec differentes zones de chauffage, une chambre de traitement à haute température à isolation thermique qui communique avec une chambre d'avance verticale des pièces et une chambre de refroidissement. La chambre de chauffage, la chambre d'avance verticale des pièces vers la chambre de traitement et la chambre de refroidissement sont disposées sur une même ligne tandis que la chambre de traitement se trouve hors de la ligne d'avance horizontale continue des pièces. Ce four fonctionne de la façon suivante. Les conteneurs de pièces qui arrivent dans la chambrede chauffage se rechauffent progressivement en se deplaçant le long de la chambre. Ensuite, les pièces portées à la température requise sont amenees dans la chambre d'avance verticale d'où elles sont transférées dans la chambre de traitement où se déroule le processus du traitement des pièces sous une température convenable. Après la fin du traitement dans la chambre de traitement, les conteneurs avec les pièces descendent et se dirigent vers la chambre de refroidissement. La construction d'un tel four ne prévoit pas l'isolement étanche de la chambre de traitement, ce qui est indispensable pour un tel procesSus de traitement physico-chimique. L'un des buts de l'invention est de réaliser un four électrique continu pour le traitement physicochimiquede pieces qui, grâce à l'in- troduction des éléments constructifs, à leur disposition relative et à leur interaction affaiblissant l'effet du gradient thermique sur les éléments d'étanchéité du four pendant le processus de traitement, permettent d'assurer l'étanchéité de la chambre de traitement au cours du processus de traitement physico-chimique et,par conséquent, d'élargir les possibilités de traitement du four, de réduire la consommation de gaz de saturation et d'énergie électrique, et d'elever la qualite du traitement des pièces. A cet effet, le four électrique continu pour le traitement physicochimique de pièces métalliques, notamment en acier comprenant une chambre de chauffage des pièces, une chambre de refroidissement de ces pièces et une chambre de traitement communiquant avec une chambre de transfert verticale des pièces à traiter situee entre les chambres de chauf faye et de refroidissement qui forment une chaîne d'avance horizontale continue des pièces à traiter, est caractérise selon l'invention, en ce que les chambres de chauffage et de refroidissement des pièces comportent, du côté de la chambre de transfert verticale des pieces, des butees mobiles et des écrans thermiques, que leurs soles sont aptes à effectuer un mouvement alternatif dans le plan horizontal et que la sole de la chambre de traitement est equipee d'une vanne ou d'un sas.à vide qui sépare ladite chambre de traitement des autres chambres du four pendant le processus du traitement physico-chimique des pièces. L'utilisation des éléments constructifs énumérés, leur disposition relative et leur interaction dans le four électrique continu pour le traitement physico-chimique permettent d'assurer l'étanchéité de la chambre technologique pendant le processus de traitement, d'améliorer les caractéristiques thermiques du four et, par conséquent, d'assurer la ré gularite du chauffage des pièces ce qui aboutit à une meilleure qualité du traitement des pièces et à une baisse du prix de revient du traitement des pièces. D'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront å la lecture de la description à titre non limitatif d'un mode de réalisation faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente en coupe longitudinale un four électrique continu pour le traitement physicochimiquede. pieces métalliques, selon l'invention; - la figure 2 représente, à plus grande échelle, une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 représente schématiquement le déplacement des pièces pendant le processus de leur traitement physico-chimique, selon l'invention. Le four électrique continu pour le traitement physico-chimique de pieces métalliques, notamment en acier, comprend un corps 1 abritantune chambre de chauffage 2, une chambre de refroidissement 3, une chambre de traitement 4 communiquant avec une chambre 5 d'avance verticale des pièces 6. La chambre de chauffage 2 est réalisée en matériaux céramiques réfractaires. La sole 7 de la chambre de chauffage 2 est accouplée à un mecanisme 8 servant à son déplacement. Un mécanisme 9 de déplacement des pièces 6 est monté du coté de chargement de-la chambre de chauffage 2. Une butee mobile 10 et un écran thermique 11 sont placés du côté de la face d'extremite de la chambre de chauffage 2 faisant face à la chambre 5 d'avance verticale des pieces 6. La chambre de refroidissement 3 est réalisée également en matériaux céramiques réfractaires et la sole 12 de la chambre de refroidissement 3 est raccordée à un mécanisme 13 servant à son déplacement. Une butée mobile 14 et un écran thermique 15 sont installéS du côté de la face d'ex ermite de la chambre de refroidissement 3 en regard de la chambre d'avance verticale 5 des pièces 6. La chambre de traitement 4 est réalisée en matériaux à base de carbone et de graphite. La sole 16 de la chambre de traitement 4 est munie d'une vanne 17 à vide qui est actionnée par un mécanisme 18 et qui separe la chambre de traitement 4 des autres chambres 2, 3, du four pendant le processus du traitement physico-chimique des pièces 6. La figure 2 représente la coupe suivant la ligne II-II qui permet de voir la position relative de la chambre de chauffage 2 et de la chambre de traitement 4, la disposition desécrans thermiques 11 (figure 1) fixes à l'aide de supports 19 sur un arbre 20 tournant par rapport à des tou rillons 21, la disposition de la sole 7 mobile dans la chambre de chauf fage 2 qui se déplace sur des rouleaux 23 montés sur des guides 22, et la disposition des éléments chauffants 24 de la chambre de traitement 4. Le fonctionnement du four électrique continu pour le traitement physico-chimique des pièces d'acier va maintenant être décrit en partie en référence à la figure 3. Les pièces 6 sont chargées une par une dans la chambre de chauffa ge 2 (figure 1) et sont deplacees à l'aide du mecanisme 9 sur les soles 7, 12 et 16 le long du four. Au moment du déplacement des pieces 6, les soles 7, 12, 16 se trouvent dans la position représentée sur les figures 3a, 3b, la pièce 6I se déplace de la sole 7 à la sole 16 et la pièce 6II passe sur la sole 12 (figure 3b). Ensuite, la sole 7 (figure 3c) est repoussée vers la gauche, la sole 12 vers la droite et la sole 16 vers la position haute. Les butées 10 et 14 viennent en saillie, les soles 7 et 12 viennent enposition intermédiaire (figure 3a) et les pièces 6 retenues par les bu tées 10 et 14 restent dans les positions representées sur la figure 3c. Les écrans thermiques 11 et 15 (figure 1) s'abaissent. La sole 16 monte la pièce 6 dans la chambre de traitement 4 en isolant cette dernière du volume restant du four. Après la fin du traitement de la pièce 6 dans la chambre 4, la sole 16 redescend pour prendre la position représentée sur la figure 3a, le mécanisme 9 déplace la pièce 6 d'un cran et le cycle recommence. Lorsque le four électrique continu pour le traitement physico chimique est utilisé, par exemple, pour la cémentation sous vide, les pièces 6 mises dans -la charnbre de chauffage 2 subissent un prechauffage sous vide ou en milieu inerte sous pression réduite. Le processus de cé mentation se deroule dans la chambre 4 dans une atmosphère des gaz conte nant du carbone. Pendant ce temps, le gaz réactif peut être plusieurs fois renouvele dans la chambre 4 en évacuant périodiquement le gaz contenu et en injectant des gaz frais. Amenée dans la chambre de refroidissement 3, la pièce 6 subit un traitement de diffusion et tout autre traitement thermique necessaire sous vide ou sous atmosphere neutre.Les pièces 6 sont ensuite déchargées du four électrique, la sole 12 étant dans la position de la figure 3c. L'invention revendiquée permet de résoudre le problème posé. L'emploi des butées 10, 14 et des ecrans thermiques 11, 15 (figure 1) permet d'atténuer les effets thermiques sur les éléments d'étanchéité de la vanne à vide du four pendant le processus de traitement, d'améliorer la régularité du chauffage des pièces 6 et de diminuer la consommation d'énergie électrique. La possibilité d'isolation de la chambre de traitement 4 prevue en conformité avec l'invention permet d'élargir les possibilités de traitement du four, de diminuer de 1,5 à 2 fois la consommation en énergie électrique par tonne de production et de diminuer de 8 à 10 fois la consommation de gaz réactif ou de traitement. La construction du four électrique, selon l'inventionS permet de réaliser différents traitements physico-chimiques et d'obtenir des pieces 6 de haute qualité. Bien entendu, la presente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATION Four électrique continu pour le traitement physico-chimique de pie- ces métalliques, notammentenacier,comprenant une chambre de chauffage des pièces à traiter, une chambre de refroidissement pour ces pièces, et une chambre de traitement communiquant avec une chambre de transfert vertical des pièces à traiter, située entre la chambre de chauffage et la chambre de refroidissement qui forment une chaine d'avance horizontale continuedes pièces à traiter, caractérisé en ce que la chambre de chauffage (2) et la chambre de refroidissement (3) des pieces (6) comportent, du côté dela chambre de transfert vertical (5) des pièces (6), des butées mobiles (10, 14) et des écrans thermiques (11, 15), en ce que leurs soles (17, 12) sont aptes à effectuer un mouvement alternatif dans le plan horizontal et en ce que la sole (16) de la chambre de traitement (4) est équipée d'une vanne (17) ou d'un sas à vide qui separe la chambre de traitement (4) des autres chambres (2, 3, 5) du four pendant le processus de traitement physicochimique des pièces (6).