Brevet FR2549084A1 — publié le 19850118

La présente invention concerne de façon générale le traitement thermique et plus precisement un four de traitement thermique d'une bande métallique ou feuillard et analogue. Habituellement, dans les fours de traitement thermique de bande métallique, etc., le traitement est effectué par chauffage et maintien en température de la bande, à une température prédéterminée, puis par refroidissement de la bande, mais la chaleur dégagée par la bande métallique pendant son refroidissement est dissipée dans l'atmosphère telle quelle sans être utilisée, de manier indésirable, si bien qu'une perte d'énergie importante est ainsi créée. De même, dans un four continu de traitement thermique dans lequel le réglage des courbes de variation de température doit etre réalisé par augmentation ou réduction de la conductibilité thermique, à l'aide d'un courant d'air créé par un ventilateur de circulation, une telle augmentation ou réduction est limitée si bien qu'il est parfois impossible de compenser les conditions ambiantes lorsqu'un refroidissement ou un chauffage rapide est nécessaire, suivant la nature du métal de la bande traitée. L'invention concerne un four de traitement thermique perfectionné d'une bande métallique dans lequel la chaleur dissipee par la bande métallique vers l'atmos- sphère pendant son refroidissement est utilisée comme source de préchauffage du matériau à traiter afin que des écono- mies d'énergie soient assurees. Elle concerne aussi un four de traitement thermoque d'une bande métallique du type décrit précédertrnent qui permet une modification des courbes de variation de température, d'une manière importante, avec des économies importantes d t énergie. Elle concerne aussi un tel four de traitement thermique dont la construction est simple, et dont le fonctionnement est stable, avec une fiabilité élevée. Plus précisément, l'invention concerne un four de traitement thermique d'une bande métallique qui comporte un corps, une zone d'échange de chaleur, c'est-à-dire une zone de chauffage préalable et de refroidissement préalabie de la bande métallique, et une zone de chauffage et de maintien en température de la bande métallique. La zone d'échange de chaleur et la zone de chauffage et de maintien en température sont placées dans le corps du four, par séparation de l'intérieur par une cloison placée suivant la largeur du corps du four afin que la bande métallique soit transportée dans la zone d'échange de chaleur en étant repliée afin qu'elle se trouve en face d'elle-même. La zone d'échange de chaleur a en outre des buses destinées a' projeter un gaz atmosphérique de la zone d'échange de chaleur sur les surfaces opposées de la bande métallique en cours de transport, un conduit de transmission d'atmosphère gazeuse destiné aux buses, et un ventilateur de circulation destiné à utiliser la chaleur dégagée par ia bande métallique pendant le refroidissement préalable en vue du chauffage préalable de la bande métallique. Le four de traitement thermique selon l'invention est de construction particulièrement simple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe schématique en élévation latérale d'un four de traitement thermique d'une bande métallique selon un mode de réalisation avantageux de l'invention ;; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 est un diagramme illustrant la -fonction d'échange de chaleur remplie par la zone d'échange de chaleur du four de la figure 1 la figure 4 est un diagramme représentant les courbes de variation de température dans le four de traitement thermique de la figure i la figure 5 est une coupe schématique en élévation latérale d'un four de traitement thermique d'une bande selon une variante de l'invention la figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 5 la figure 7 est une coupe analogue à la figure 6 mais représentant un état différent du fonctionnement ; et les figures 8 à 11 des coupes partielles représentant d'autres variantes de la construction de la figure 6, à plus grande échelle. Il faut noter que, sur les différentes figures, les éléments analogues portent des références identiques. La figure 1 représente un four FA de traitement thermique d'une bande métallique, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Le four FA comporte un boîtier ou corps 2 de four formé de matériau réfractaire, le corps étant divisé par une cloison 3 placée suivant la largeur du four FA, en une zone 4 d'échange de chaleur destinée au préchauffage de la bande métallique W et aussi de refroidissement de cette bande métallique W après son chauffage et son maintien en température, et une zone 5 de chauffage et de maintien en température destinée au traitement de la bande métallique W par chauffage et maintien en température.Cette zone 5 est elle-meme divisée en une chambre 8 de chauffage et une chambre 9 de maintien en température par une cloison 7 placée à l'intérieur dans la direction longitudinale du four FA, sauf dans un espace 6 délimité à l'extrémité, la zone 4 d'échange de chaleur étant en outre divisée en plusieurs chambres 11 d'échange de chaleur par des cloisons correspondantes 10 placées à l'intérieur suivant la largeur du four FA. Il faut noter cependant que les cloisons 7 et 10 ne sont pas indispensables. La bande métallique W est transportée dans la direction indiquée par la flèche suivant un trajet P en U formé suivant une ouverture 2a de chargement, des ouver tures "a" formées dans les cloisons 10 et la cloison 3, sur des rouleaux 12 de support et des rouleaux 13 de changement de direction qui peuvent tourner dans la zone 5 de chauffage et de maintien en température, et par un orifice 2b d'évacuation du four FA afin que la bande subisse le traitement thermique au cours d'un chauffage préalable dans la partie inférieure des chambres 11 d'échange de chaleur, puis par chauffage à une température prédéterminée dans la zone 5 de chauffage et de maintien en température, puis par refroidissement préalable dans la partie supérieure des chambres 11 d'échange de chaleur avant passage dans une zone classique 14 de refroidissement placée après l'orifice 2b d'évacuation. Comme représenté sur la figure 2, chacune des chambres 11 d'échange de chaleur comporte à l'intérieur une paire de buses 15A et 15B destinées à entourer le trajet P de transport placé entre elles, et un conduit commun 17 de transmission d'une atmosphère gazeuse, comprenant un ventilateur 16 de circulation, le gaz atmosphérique de la chambre 11 d'échange de chaleur étant aspiré par le ventilateur 16 afin que la pression soit accrue avant transmission aux buses 15A et 15B, vers les deux faces de la bande métallique W qui est transportée afin que celle-ci soit chauffée préalablement ou refroidie préalablement, et afin aussi que la bande soit supportée et ne puisse pas flotter. On considère dans la suite le fonctionnement du four de traitement thermique ayant la construction décrite précédemment. D'abord, la bande métallique W passe dans le four FA de traitement thermique comme représenté sur la figure 1, et des dispositifs de chauffage 18 de la zone 4 d'échange et de la zone 5 de chauffage et de maintien en température et les ventilateurs 16 de circulation sont commandés afin que la température dans les chambres 11 d'échange et la zone 5 soit élevée jusqu'à une valeur prédéterminée. Lorsque le four FA de traitement thermique atteint un état dans lequel il peut être mis en oeuvre, la bande métallique W est transportée de façon continue afin que le traitement thermique soit assuré, alors que les dispositifs 18 de chauffage de la zone 4 d'échange sont arrêtés, dans un fonctlonnement en régime permanent. Il faut noter que, bien que les dispositifs de chauffage 18 de la zone 4 d'échange de chaleur soient destinés à élever rapidement la température interne jusqu'à la température de fonctionnement continu, ces dispositifs 18 ne sont pas obligatoires et peuvent etre supprimés, suivant l'appl.cation particulière. La bande métallique W transmise de façon continue dans le four FA de traitement thermique est transportée par l'interi-;dîaire de la zone 4 d'échange vers la zone 5 de chauffage et de maintien en température afin qu'elle so-t chauffée et maintenue à la température prédéterminée par des dispositifs de chauffage 18 puis introduite dans la zone 4 d'échange de chaleur, la partie Wa de la bande métallique N chauffée à température élevée dans la zone 5 échangeant de la chaleur avec sa partie Wb passant dans la partie inférieure comme décrit dans la suite du présent mémoire afin que cette partie inférieure Wb soit préchauffée alors que la partie supérieure Wa est elle-meme refroidie préalablement. Plus précisément, comme l'indiquent les figures 3 et 4, le gaz de l'atmosphère à une température Tgs présent dans la chambre î1 d'échange de chaleur,est dirigé sur les deux faces de la partie Wa de la bande W à tempéra ture élevée par la paire supérieure de buses 15A par le ventilateur 16 de circulation, puis par le conduit 17 afin que la chaleur dégagée par la partie Wa de la bande W soit absorbée et de manière que sa température soit portée à une valeur TgH. Le gaz de l'atmosphère à la température Tg qui est projeté par la paire de buses inférieures 15B transmet de la chaleur à la partie Wb de la bande W-si bien que sa température s'abaisse à la valeur TgC.Ainsi, les gaz de l'atmosphère aux températures TgH et TgC, soumis à un échange de chaleur avec la bande métallique W comme décrit précédemment, sont aspirés par le ventilateur 16 de circulation et sont destinés à être mélangés en formant du gaz atmosphérique à la température Tg afin que l'échange de chaleur puisse être répété de la manière décrite precé- demment (figure 3). Il faut noter que les fonctions d'échange de chaleur remplies dans les chambres respectives 11 d'échange de chaleur sont exactement les memes, mis à part que la température Tg du gaz atmosphérique augmente progressivement vers la zone 5 de chauffage et de maintien en température. Ainsi, à titre illustratif, une bande métallique W qui est à une température de 20"C et qui est introduite dans le four FA par l'orifice 2a de chargement est chauffée à une température de 1000"C dans la zone 5 de chauffage et de maintien en températureaprès avoir été lentement préchauffée jusqu'à une température d'environ 7000C dans la partie inférieure de la zone 4 d'échange de chaleur, et elle est ensuite refroidie progressivement jusqu'à 300"C dans la partie supérieure de la zone 4 d'échange de chaleur afin qu'elle parvienne à l'orifice 2b d'évacuation puis dans la zone classique 14 de refroidissement dans laquelle la bande W se refroidit, à une température de 2000C, avant son évacuation (figure 4). I1 faut noter que, dans le mode de réalisation précédent, bien qu'on ait décrit l'invention essentiellement en référence à un four de traitement thermique de type horizontal, l'invention ne s!applique pas à ces seuls fours horizontaux mais convient aussi- aux fours verticaux, et il faut aussi noter que le dispositif de transport dans le four n'est pas obligatoirement du type indiqué précédemment mais peut éte modifié et peut être par exemple un mécanisme à flottement, à rouleaux, à chaînette ou selon toute combinaison, dans l'ensemble de la zone. De plus, le système de chauffage placé dans la zone 5 de chauffage et de maintien en température peut évidemment etre un chauffage par rayonnement ou par convection selon le cas.La zone 4 d'échange de chaleur n'est pas non plus obligatoirement divisée en plusieurs chambres 11 d'échange comme dans le mode de réalisation décrit précédemment. Comme l'indique clairement la description qui précède, selon l'invention, comme la source de chaleur assurant le préchauffage de la bande métallique n'est autre que la chaleur dégagée par la bande métallique à température élevée provenant de la zone de chauffage et de maintien en température, et ne nécessite aucun apport d'énergie externe, la quantité de combustible de 1,05.109 J/t nécessaire avec un rendement du four de 70 % dans les arrangements classiques, est réduite à 0,54.109 J/t, le rendement du four étant porté à 140 %. De plus, la quantité d'eau de refroidissement utilisée de façon classique dans la zone de refroidissement peut être reduite d'une manière considérable. Etant donné la structure dans laquelle la zone d'échange de chaleur se trouve dans le même espace que la zone de refroidissement et la zone de chauffage préalable, l'échangeur de chaleur par rayonnement entre les parties supérieure et inférieure de la bande métallique améliore encore le rendement d'échange de chaleur et comme un seul ventilateur de circulation suffit à l'échange de chaleur par convection, la construction est simplifiée de cette manière et provoque ainsi une réduction du coût du four de traitement thermique. On se réfère maintenant aux figures 5 à 7 qui représentent une variante du four de traitement thermique FA des figures 1 et 2. Le four FB selon cette variante de la figure 5, destiné à permettre une modification très complète des courbes de variation de température tout en assurant des économies d'énergie obtenues dans le mode dé réalisation de la figure 1, comprend de façon générale un corps ou boîtier 2 de four constitué d'un matériau réfractaire et séparé par une cloison 3 disposée suivant la largeur du four FB, en une zone d'échange de chaleur, c'est-à-dire une zone de chauffage et de refroidisssement préalables 4, destinée à préchauffer la bande métallique et aussi à refroidir celle-ci après son chauffage et son maintien en température, et une zone 5 de chauffage et de maintien en température destinée au traitement de la bande métallique.Cette zone 5 est divisée en une chambre 8 de chauffage et une chambre 9 de maintien en température par la cloison 7 placée à l'intérieur, dans la direction longitudinale du four FB, sauf dans l'espace 6 délimité vers l'extrémité, alors que la zone 4 de chauffage et de refroidissement préalables est en outre divisée en plusieurs chambres 11 de chauffage et de refroidissement préalables par des cloisons correspondantes 10 placées à l'intérieur dans la direction transversale du four FB, d'une manière analogue à celle du premier mode de réalisation de la figure 1.Dans la variante de four de traitement thermique FB de la figure 5 cependant, l'une des chambres 11 de chauffage et de refroidissement préalables est en outre divisée en une chambre ila de refroidissement préalable et une chambre ilb de chauffage préalable par une cloison 19 placée dans la direction longitudinale du four FB. Cependant, il faut noter que la cloison 7 et les cloisons 10 autres que celles qui délimitent la chambre lia de refroidissement préalable et la chambre llb de chauffage préalable comme décrit précédemment, ne sont pas obligatoires. Dans la chambre lia de refroidissement préalable et dans la chambre iib de chauffage préalable, divisées par la cloison 19 comme décrit précédemment, deux distributeurs 20a et 20b ayant des buses destinées à former des jets de gaz entourent le trajet P de transport comme indiqué sur la figure 6, et le distributeur 20a placé dans la chambre lia de refroidissement préalable communique avec la chambre iib de chauffage préalable par un conduit 21a d'aspiration par l'intermédiaire d'un ventilateur 22a de circulation, alors que le distributeur 20b placé dans la chambre iib de chauffage préalable communique avec la chambre lia de refroidissement préalable par un conduit 21b d'aspiration, par l'intermédiaire d'un ventilateur 22b de circulation.En outre, un conduit 24 d'aspiration comprenant un dispositif 23 de refroidissement est placé dans la chambre ila de refroidissement préalable alors qu'un conduit 26 d'aspiration ayant un dispositif 25 de chauffage est placé dans la chambre îib de chauffage préalable, ces conduits 24 et 26 d'aspiration étant raccordés aux aspirations des ventilateurs 22a et 22b respectivement. Des registres 27a, 27b, 28a et 28b sont placés dans les conduits d'aspiration 21a, 24, 21b et 26 comme représenté. Comme les autres caracteristiques et fonctions de la variante de four FB de la figure 5 sont analogues de façon generale à celle du four FA de la figure 1, on ne les décrit pas d'une mani ere détaillée, les références identiques désignant des éléments analogues. Cn considère maintenant le fonctionnement du four F13 de traitment thermique ayant la construction décrite précédemment. La bande métallique W est transmise dans le four 'B de traitement thermique comme représenté sur la figure 5, et les dispositifs 18 de chauffage de la zone d'échange de chaleur, clest-à-dire de la zone 4 de chauffage et de refroidissement préalables et de la zone 5 de chauffage et de maintien en température, et les ventila- teurs de circulation 16, 22a et 22b sont commandés de manière que la température dans les chambres 11 d'échange de chaleur et dans la zone 5 de chauffage et de maintien en température s'élève à une valeur prédéterminée.Il faut noter que dans le cas précédent, les registres 27a et 28a sont ouverts alors que les registres 27b et 28b sont fermés, le dispositif 23 de refroidissement et le dispositif 25 de chauffage étant arrêtés. Lorsque le four FB de traitement thermique atteInt un état dans lequel il peut être commandé, la bande métallique W est transportée de façon continue afin que le traitement thermique soit assure, alors que, en regime permanent, les dispositifs 18 de chauffage de la zone 4 de chauffage et de refroidissement préalables sont arrêtés comble décrit précédemment en référence à la figure 1. La bande métallique W transmise de façon continue dans le four FB de traitement thermique est transportée, par l'intermédiaire de la zone d'échange de chaleur, c'està-dire de la zone 4 de chauffage et de refroidissement préalables, vers la zone 5 de chauffage et de maintien en température afin qu'elle y soit chauffée et maintenue à la température prédéterminée par les dispositifs 18 de chauffage, avant de pénétrer dans la zone 4 d'échange de chaleur à nouveau dans laquelle la partie Wa de la bande métallique W, chauffée à température élevée dans la zone 5, échange de la chaleur avec la partie Wb passant dans la partie inférieure comme décrit ultérieurement afin que la partie inférieure Wb soit préchauffée et afin que la première partie Wa soit eile-meme refroidie préalablement. Ensuite, lorsque des bandes métalliques doivent être rapidement chauffées et rapidement refroidies par modification des courbes de variation de température du fait des variations de nature de l'acier, etc., les registres 27a et 28a sont fermés alors que les registres 27b et 28b sont ouverts, le dispositif 23 de refroidissement et le dispositif 25 de chauffage étant commandés afin qu'ils assurent le fonctionnement du four FB comme indiqué sur la figure 7.Plus précisément, dans le cas précédent, la chambre lia de refroidissement préalable et la chambre iîb de chauffage préalable deviennent indépendantes et le gaz refroidi par le dispositif 23 de refroidissement est projeté par la paire de buses 15A de la chambre lia alors que le gaz chauffé par le dispositif 25 est projeté par la paire de buses 15B, si bien que la bande métallique Wa est rapidement refroidie et la bande métallique b rapidement réchauffée. Il faut noter que le dispositif de circulation du gaz atmosphérique et le dispositif de commutation qui doivent être placés dans le chambre lia de refroidissement préalable et dans la chambre îîb de chauffage préalable, ne sont pas obligatoirement du type représenté et décrit en référence à la figure 6 mais peuvent etre modifiés de nombreuses manières, par exemple comme décrit dans la suite. Les figures 8 à 11 représentent d'autres variantes de l'arrangement de la figure 6. Sur chacune de ces figures, seul un côté du trajet de circulation comportant le dispositif 23 de refroidissement est représenté, et il faut noter que le trajet de circulation de l'autre côté comporte le dispositif 25 de chauffage bien que cela ne soit pas représenté. Dans chacune des variantes des figures 8 et 9, un registre 27a /27b) est placé à la jonction des conduits 21a et 24 d'aspiration. D'autre part, dans la variante de la figure 10, plusieurs registres 27a et 27b sont placés dans chacun des conduits d'aspiration 21a et 24 qui peuvent être modifiés comme représenté sur la figure 11 sur laquelle le dispositif 23 de refroidissement n'est placé que dans une partie du conduit 24 d'aspiration afin qu'une partie du gaz atmosphérique passe en dérivation. La chambre lia de refroidissement préalable et la chambre iîb de chauffage préalable peuvent occuper n'importe quelle partie voulue de la zone de chauffage et de refroidissement préalables, c'est-à-dire de la zone 4 d'échange de chaleur. De plus, dans la variante de l'invention, compte tenu de l'arrangement selon lequel des chambres indépendantes cloisonnées sont disposées au moins en partie dans la zone de chauffage et de refroidissement préalables, le dispositif de refroidissement ou de chauffage étant placé dans les conduits d'aspiration de ces chambres afin que la bande métallique soit chauffée ou refroidie rapidement lors du fonctionnement des registres, les courbes de variation de température peuvent être modifiées à volonté lors du traitement thermique de diverses bandes métalliques, en plus des effets qui peuvent être obtenus avec le mode de réalisation de la figure 1. Bien entendu, diverses mofifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'etre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Four de traitement thermique d'une bande métallique, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (2), une zone -(4) d'échange de chaleur destinée au préchauffage et au refroidissement préalables de la bande métallique, et une zone (5) de chauffage et de maintien en température de la bande métallique, la zone (4) d'échange de chaleur et la zone (5) de chauffage et de maintien en température étant disposées dans le corps (2) du four par division de l'intérieur du corps (2) par une cloison (3) disposée en direction transversale au corps (2) afin que la bande métallique soit transportée en face d'elle-même dans la zone (4) d'échange de chaleur, cette zone (4) d'échange de chaleur ayant des buses (15A, 15B) destinées à projeter le gaz de l'atmosphère de la-zone d'échange de chaleur (4) sur les faces opposées de la bande métallique en cours de transport, un conduit (17) de transmission de gaz atmosphérique aux buses (15A, 15B) et un ventilateur de circulation (16) afin que la chaleur dégagée par la bande métallique pendant son refroidissement préalable soit utilisée pour le préchauffage de la bande métallique. 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d'échange de chaleur (4) est divisée en plusieurs chambres (11) par des cloisons (10) placées à l'intérieur suivant la largeur du corps (2) du four, les buses (15A, 15b), le conduit (17) d'alimentation en gaz atmosphérique et le ventilateur de circulation (16) étant disposés dans chacune des chambres (11). 3. Four de traitement thermique continu d'une bande métallique, caractérisé en ce qu'il comprend uncorps (2), une zone (4) de chauffage et de refroidissement préalables de la bande métallique, et une zone (5) de chauffage et de maintien en température de la bande métallique, la zone (4) de chauffage et de refroidissement préalables et la zone (5) de chauffage et de maintien en température étant placées à l'intérieur du corps (2) du four par séparation de l'intérieur du corps (2) par une cloison (3) disposée suivant la largeur du corps (2), afin ue la bande métallique soit transportée en face d'elle-même dans la zone (4) de chauffage et de refroidissement préalables, cette zone (4) de chauffage et de refroidissement préalables étant en outre divisée en au moins une chambre de chauffage préalable (11b) et au moins une chambre de refroidissement préalable (11b) par des cloison (10, 19) disposées suivant la largeur et la longueur du corps (2), la chambre de chauffagepréalable (11b) étant mie d'un ventilateur ce circulation (2b) destiné à alimenter un distributeui (20b) d'alimentation de buses, d'ur conduit (26) d'aspiration de gaz atmosphérique de la chambre de préchauffage, comprenant un dispositif (25) de chauffage, et d'un conduit (21b) d'aspiration du ga atmosphérique ue refroidissement préalable raccordé à - l'as- piration du ventilateur de circulation (22b), la chambre de refroidissement préalable (1 la) étant munie dun ventilateur de- circulation (22a) destiné à alimenter un distributeur (22a) d'alimentation des buses, d'un conduit (24) d'aspiration de gaz atmosphérique de la chambre derefroidis- sement et d'un conduit (21a) d'aspiration de gaz atmosphérique de la chambre de chauffage préalable, raccordés à l'aspiration du ventilateur de circulation (22a), les conduits d'asuiration (21b, 26, 21a, 24) étant munis de registres d'ouverture-fermeture (28a, 28b, 27aç 27b) des tsnés a modifier la circulation du gaz atmosphérique lors de leur fonctionnement.