Brevet FR2630199A1 — publié le 19891020

La présente invention est relative à une installation d'echat thermiques, de chauffage ou de refroidissement, de pinces mécaniques, destinée-- a l'industrie automobile,- ou de matériaux se présentant sous la forme de bandes. On connait dejà des fours-destines au chauffage par convection de pièces à traiter qui comprennent une enceinte dans laquelle circule un fluide de chauffage des pièces, des moyens assurant le chauffage de ce fluide et des moyens pour réaliser le brassage du fluide depuis les moyens de chauffage vers ies pièces à traiter. Le brevet français 80 03 235 déposé le 14 Février 1980 décrit un four de ce type qui est perfectionné de manière à accélérer la vitesse du fluide de chauffage, ce qui permet d'améliorer le rendement du traitement thermique. La présente invention se propose d'apporter une installation d'échanges thermiques entre un fluide échangeur et les pièces à traiter1 conçu de façon a assurer une haute efficacité du coéfficient de transfert, une excellente homogénéité de température des pièces et une maîtrise complète des differents paramètres devant être pris en compte lors d'un tel traitement, notamment aerclique (vitesse du fluide échangeur), thermique (température du fluide echangeurv et géometrique (caractéristiques au soufflage ou brassage du f u~=e échangeur par rapport aux pièces devant être traitées). Cette invention a donc pour objet une installation pour le traitement thermique par convection de pièces mécaniques, en mode statique et de pièces mecaniques en vrac, ou de matériaux en bandes en mode continu, caractérisée en ce qu'elle comprend - une enceinte de traitement dans laquelle la ou les pièces devant être traitées sont soumises à des échanges thermiques par convection par soufflage d'un fluide d'échange thermique selon une vitesse et un gradiant de température déterminés - un système de turbine & haute pression, placé soit à l'intérieur soit a l'extérieur de l'enceinte de traitement thermique - un système assurant la distribution du fluide échangeur souffle a grande vitesse respectivement et simultanément sur les faces latérales, sur la face inférieure et sur la face supérieure des pièces A traiter, ce systeme comportant en outre des moyens permettant le réglage des maillages, des porosités, des effets de bord et de la distance séparant les orifices de soufflage des pièces à traiter ;; - un circuit assu.rant la circulation du fluide échangeur et une reaspiration des Jets - un échangeur thermique pour amener le fluide échangeur a la température nécessaire au traitement désiré - un système de régulation et - des moyens permettant de déplacer les pièces a traiter au travers de l'installation Selon la présente invention, l'installation de traitement thermique peut etre mise en oeuvre, soit pour réaliser un réchauffage rapide des pièces à traiter soit pour effectuer un refroidissement.Ainsi qu'on l'a déjà précisé cidessus, la pièce devant etre traitée peut être constitué d'un matériau en bande qui se déplace de façon continue au travers de l'installation et, en particulier au travers de l'enceinte de traitement. Ces pièces peuvent être également constituées par des pièces mécaniques qui sont traitées par lots, de façon discontinue, les moyens assurant le déplacement des pièces à traiter au travers de l'installation étant alors animés d'un mouvement de translation longitudinale pas à pas ou bien encore, ces pièces mécaniques peuvent être traitées en continu, les moyens qui assurent leur déplacement au travers de l'installation et réalisés sous la forme, par exemple, d'un tapis transporteur ou d'un convoyeur a chaîne qui se déplace de façon continue. Selon une caractéristique de cette invention, le système qui assure la distribution du fluide échangeur soufflé à grande vitesse sur toutes les faces des pièces à traiter est réalisé sous la forme d'une pluralité de tubes ou rampes de distribution pourvus de buses de soufflage, ces tubes ou rampes étant répartis de préférence de la manière suivante, deux tubes ou rampes soufflant sur la face supérieure des pièces à traiter, un tube ou rampe de chaque coté de ces pièces et deux autres tubes ou rampes soufflant sous la surface inférieure des pièces, le fluide échangeur étant aspiré par le système de turbine entre les tubes de soufflage et repris ensuite en partie supérieure au travers d'un répartiteur. Bien entendu, on prévoit des moyens permettant de modifier les caractéristiques géométriques du soufflage et notamment la distance séparant les tubes ou rampes de soufflage qui sont prévus a la partie supérieure de l'installation, ce réglage étant réalisé en fonction des dimensions des pièces à traiter. Selon une variante de la présente invention, on prévoit en outre une enceinte de maintien d température recevant les pièces provenant de l'enceinte décrite ci-dessus, ces dernières, dans cette enceinte de maintien a temperature, étant traitées (par exemple chauffées ou refroidies) par un fluide échange la circulation est assuree par une turbine placée de preference dans la vcute ce ladite enceinte de maintien qui aspire le fluide dans le volume utile de l'enceinte pour le redistribuer sous la pièce, le chauffage ou le refroidissemen de ce fluide étant assuré de préférence à l'aide d'une pluralité d'éléments échangeurs, places dans la gaine de circulation du fluide échangeur. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins La figure 1 est une vue en élévation latérale et coupe axiale verticale d'un premier exemple de réalisation de la présente invention, mis en oeuvre pour le chauffage par convection de pièces mécaniques destinées à l'industrie automobile et notamment de culasses de moteurs à explosion, ces pieces étant traitees une à une dans les enceintes de montée en température et de maintien La figure 2 est une vue en plan de l'installation illustrée par la figure 1;; La figure 3 est une coupe selon 3-3 de la figure 1 La fleure 4 est une coupe selon 4-4 de la figure 1 La figure 5 est une vue partielle, à plus grande échelle, représentant les enceintes de traitement thermique d'une variante de l'installation illustrée par la figure 1, cette variante étant représentée en élévation latérale et en coupe par un plan vertical longitudinal et La figure 6 est une vue en coupe selon 6-6 de la figure 5. On se réfère en premier lieu aux figures 1 à 4 qui illustrent un premier exemple de réalisation de l'installation de traitement thermique par convection selon la présente invention. Dans ce mode de réalisation, l'installation comprend essentiellement un système assurant la circulation des produits au travers des enceintes de traitement, ce système étant réalisé ici sous la forme d'un convoyeur à chaîne 10 déplaçant les produits å traiter P1, P2, P3 dans le sens de la flèche F selon un mouvement pas à pas, les pièces constituées ici par des culasses de moteur à explosion étant traitées une å une dans les enceintes de traitement thermique. Ces enceintes comprennent une enceinte 12 de montée a température et une enceinte 14 de maintien à température (il ne s'agit la que d'un exemple et dans de nombreuses applications, l'installation selon l'invention peut être depourvue de l'enceinte 14 de maintien à température). Dans cet exemple de réalisation, l'installation est destinée au réchauffage rapide des pièces P1, P2, etc. et dans la zone de montée en température délimitée par l'enceinte 12, le réchauffage rapide des pièces telles que P2 est réalisé par soufflage d'un fluide chauffant, par exemple de l'air, a grande vitesse et avec un gradiant de température important. Le chauffage et le soufflage des pieces telles que P2 dans l'enceinte 12 est assuré à partir de rampes tubulaires de distribution de l'air souffle. Dans le mode de réalisation non limitatif illustré par les figures 1 à 4, on a prévu 6 rampes tubulaires de distribution comportant des buses de soufflage d'air à haute pression et grande vitesse.Sur la figure 3, on voit la répartition des rampes tubulaires dans l'enceinte 12 : on a prévu deux rampes de soufflage 16, 16' qui soufflent sur la face supérieure de la pièce P2, deux rampes inférieures 22, 22' assurant le soufflage du fluide chauffant sous la face inférieure de la pièce P2 et une rampe tubulaire placée de chaque côté de la pièce P2, respectivement 18 et 20 de manière & souffler le fluide échangeur (de l'air chaud dans cet exemple de réalisation) sur chacune des faces latérales de la pièce P2. L'air qui est soufflé sur les pièces P2 est aspiré entre les rampes tubulaires dé soufflage et il est repris dans la partie supérieure de i'enceinte 12 au travers d'un répartiteur qui est relié à l'aspiration de la turbine. t-eite turbine placee à la partie supérieure 26 du caisson enfermant l'enceinte 12 alimente en fluide échangeur les rampes tubulaires de distribution de ce fluide sur les pièces à traiter. L'ensemble fonctionne en circuit ferme, le fluide échangeur, c'est à dire l'air de chauffage, étant réchauffé par passage sur des éléments chauffants tels que 28 qui sont placés dans la gaine 30 d'aspiration de la turbine. Ces eléments chauffants peuvent etre constitués par des éléments blindés de chauffage électrique. Bien entendu, ils peuvent etre placés soit dans la sole de l'enceinte de traitement comme représenté sur la figure 1, soit dans la voûte de cette enceinte comme on le décrira ci-après en référence aux figures 5 et 6. Selon l'invention, on prévoit des moyens permettant de régler les caractéristiques géométriques du soufflage du fluide échangeur sur les pièces à traiter et notamment la distance de soufflage, c'est a dire la distance séparant les buses de soufflage prévues sur les rampes tubulaires 16, 16', 18, 20, 22, 22' de la pièce P2 positionnée dans l'enceinte 12, de manière notamment a tenir compte des dimensions de cette pièce. A cet effet. les deux rampes tubulaires inférieures 22, 2r' ont une position réglable de préférence manuellement, lors de la mise en servit de l'installation, selon leurs deux axes, en fonction de la largeur des pieces - devant être traitées, c'est à dire réchauffées dans cet exemple de réalisation. Les deux rampes tubulaires supérieures 16, 16' ainsi que chacune des rampes tubulaires latérales 18, 20, sont réglables en hauteur de façon automatique, à l'aide d'un système de support déplacé par exemple par des verins comme on le verra ci-après en se réferant aux figures 5 et 6, et à.partir.d'ur. système de detection des dimensions des pièces & traiter, ce système de détecticr. étant placé sur la table de chargement du convoyeur à chaine 10 et délivrant ses informations de commande au dispositif assurant ce reglage en hauteur. Ainsi qu'on l'a precisé ci-dessus, l'exemple de réalisation non limitatif representé sur les figures 1 à 4 comporte une seconde enceinte 14 dans laquelle les pièces sont soumises à un maintien en température. Dans cette enceinte on utilise encore un fluide chauffant constitué par exemple par de l'air, aont le recyclage dans la zone de maintien a température est assuré par une turbine centrifuge placee de préférence dans la voûte de l'enceinte. Cette turbine aspire '-'air dans le volume utile de l'enceinte et elle le refoule dans une gaine . 3 Tartir de la.^uel'e il est redistribué sous la pièce a traiter placee ,zr Le convoyeur à chaine.Le chauffage du fluide échangeur circulant dans cette zone de maintien à température est assuré par une batterie d'éléments blindés placés de préférence verticalement dans la gaine de circulation d'air. Bien entendu, l'installation comporte des systèmes de régulation -automatique de température (non représentés sur le dessin), qui peuvent être constitués d'un. regulateur relié å une canne pyrométrique placée dans le caisson d'alimentation des tubes de soufflage ou à proximité de la pièce a traiter, ce système de régulation agissant ensuite sur les résistances de chauffage par l'intermédiaire de modules de puissance a thyristor. Ainsi qu'on l'a précisé ci-dessus, les pièces à traiter sont déplacées au travers de l'installation par l'intermédiaire d'un transporteur constitué ici d'un convoyeur à chaîne 10 animé d'un mouvement de translation pas à pas, par l'intermédiaire d'un groupe moto-réducteur frein 34. On peut bien entendu envisager d'autres systemes de transport, notamment un convoyeur à déplacement contInu, lorsque les pieces sont traitées selon un mode continu dans l'installation. L'installation peut être également utilisée pour le traitement de matériaux en bandes et, dans ce cas, ce matériau traverse l'installation selon un mode continu. Le dispositif de régulation permet le réglage en temps réel ou au coup par coup des vitesses des Jets, des distances orifice de soufflage-pièces et des maillages, grace b la saisie mémorisée des caractéristiques des produits devant être traités (masse, surface mouillée, etc.). On se réfère maintenant aux figures 5 et 6 qui illustrent un second exemple de réalisation d'une installation selon l'invention. Cette installation peut etre également utilisée pour assurer le traitement thermique, montée en tepêrature notamme-nt de pièces mécaniques et plus particulièrement de culasses de moteur à explosion. On retrouve dans cette installation le système de transport des pièces P1, P2, P3, constitué par un convoyeur a chaîne 10, l'enceinte 12 constituant la zone de montée à température et l'enceinte 14 constituant la zone de maintien à température cette dernière zone est accessoire et, d'une façon générale, les installations ne la prévoieront qu'a titre d'exemple), Les enceintes peuvent être isolées l'une de l'autre et de l'ambiance extérieure par des portes manoeuvrees par des verins, par exemple.Ces portes comprennent une porte d'enfournement 3 dont le dep'acement vertical est assuré par un verin pneumatique 38, cette porte étant appliquée en position basse sur la façade par un système classique de rampe inclinée , une porte intermédiaire 40 isolant l'une de l'autre les zones 12 et 14, cette porte 40 qui est calorifugée, étant commandée par l'intermédiaire d'un vérin pneumatique 42, la porte 40 en position basse étant appliquée sur son seuil à l'aide d'un système de rampe inclinée et une porte de défournement 44 placée a la sortie de la zone de maintien 14, cette porte étant également manoeuvrée à l'aide d'un vérin 46. On retrouve dans cet exemple de réalisation des rampes de soufflage telles que 48, 50 et 52, 52' identiques aux rampes décrites ci-dessus en référence aux figures 1 à 5, ces rampes ayant la même répartition que celles des rampes des figures précedentes. Comme on le voit sur les dessins, les rampes supérieures 50 et les rampes latérales 52, 52' sont montées sur un b & i 54 qui peut etre déplacé verticalement par rapport au caisson 56 délimitant l'installation, à l'aide de vérins tels que 58 et 58'. Grace ê cette disposition, il est possible selon l'invention de régler la position des buses de soufflage des rampes 50, 52, 52', par rapport a la pièce P2 devant etre traitée dans l'enceinte 12. Sur les figures 5 et 6, on a representé des pièces F2 et P'2 de dimensions différentes, la figure 6 montrant la façon selon laquelle les régageo- peuvent être réalisés. Comme dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus en référence aux figures 1 à 4, le fluide chauffant refroidi apres son soufflage sur les pièces F2 est aspiré au travers de l'enceinte 12 au travers d'une plaque de distribution 5J grace å la turbine 62 placée dans la voûte du four et après passage au travers d'un système de chauffage 64 pouvant etre constitué par exemple par une pluralité de résistances blindées. L'enceinte de maintien à température 14 étant identique à l'enceinte correspondante décrite précédemment en- référence aux figures 1 à 4, ne sera pas décrite à nouveau. Bien entendu, le mode de réalisation décrit ci-dessus en référence aux figures 5 et 6, comporte également les divers systèmes de régulation décrits et mentionnes ci-dessus en référence aux figures 1 à 4 et qui permettent la maitrise des différents paramètres aèroliques, thermiques et géométriques permettant d'obtenir une haute efficacité du coèfficient de transfert thermique et une excellente homogénéité de température des pièces. Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée aux divers exeRpies de réalisation ou c application décrits et mentionnés ici, mais qu'eue en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1- Installation pour le traitement thermique par convection de pieces mécaniques, en mode statique et de pièces mécaniques en vrac, ou de matériaux en bandes en mode continu, caractérisée en ce qu'elle comprend - une enceinte de traitement (12) dans. laquelle la ou les pièces devant être traitées (P1, P2, P3) sont soumises à des échanges thermiques par convection par soufflage d'un fluide d'échange thermique selon une vitesse et un gradiant de température déterminés - un système de turbine à haute pression , placé soit a l'intérieur soit à l'extérieur de l'enceinte de traitement thermique - un système assurant la distribution du fluide échangeur - un circuit assurant la circulation du fluide échangeur et une reaspiration des Jets - un échangeur thermique (28) -pour amener le fluide échangeur à la température nécessaire au traitement désiré - un système de régulation et - des moyens (10) permettant de déplacer les pièces à traiter au travers de l'installation 2- Installation de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est mise en oeuvre, soit pour réaliser un réchauffage rapide des pièces å traiter (P1, P2, P3) soit pour effectuer un refroidissement, les pièces devant être traitées pouvant etre constituées d'un matériau en bande qui se déplace de façon continue au travers de l'installation et, en particulier au travers de l'enceinte de traitement (12), où elles peuvent être également constituées par des pièces mécaniques qui sont traitées par lots, de façon discontinue, les moyens (10) assurant le déplacement des pièces à traiter au travers de l'installation étant alors animés d'un mouvement de translation longitudinale pas à pas ou bien encore, ces pièces mecaniques peuvent être traitées en continu, les moyens qui assurent leur déplacement au travers de l'installation étant réalisés sous. la forme, notamment, d'un tapis transporter ou d'un convoyeur à chaîne. qui se déplace de façon continue. 3- Installation de traitement thermique selon l'une des revendications ou 2, caractérisée en ce que le système qui assure la distribution du fluide échangeur soufflé å grande vitesse sur toutes les faces des pièces à traiter est réalisé sous la forme d'une pluralité de tubes ou rampes de distribution pourvus de buses de soufflage, ces tubes ou rampes étant répartis de préférence de la manière suivante, deux tubes ou rampes (16, 16'? soufflant sur la face supérieure des pièces d traiter, un tube ou rampe (18, 20) de chaque côté de ces pièces et deux autres tubes ou rampes (22, 22') soufflant sous la surface inférieure des pièces, le fluide échangeur etant aspiré par le système de turbine entre les tubes de soufflage et repris ensuite en partie supérieure au travers d'un répartiteur 4- Installation de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on prevoit des moyens permettant de modifier les caractéristiques géonétriques du soufflage et notamment la distance séparant les tubes ou rampes de soufflage qui sont prévus a la partie supérieure de l'installation, ce réglage étant réalisé en fonction dedimensions des pièces à traiter. 5- Installation de traitement thermique selon l'une quelconque Qes revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on prévoit en outre une enceinte de maintien à température (14) recevant les pièces provenant de l'enceinte de montée en température (12), ces dernières, dans cette enceinte de maintien à température, étant traitées, ( c'est à dire chauffées ou refroidies) par un fluide échangeur dont la circulation est assurée par une turbine placée de préférence dans la voûte de ladite enceinte de maintien qui aspire le fluide dans le volume utile de l'enceinte pour le redistribuer sous la pièce, le chauffage ou le refroidissement de ce fluide étant assuré de préférence à l'aide d'une pluralite d'éléments échangeurs, placés dans la gaine de circulation du fluide échangeur. 6- Installation de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rampes tubulaires de soufflage du fluide échangeur (16, 16', 18, 20. - 50, 52, 52') sont montées sur un bâti (54) qui est déplaçable å l'aide de vérins (58, 58'), de manière que la position desdites rampes puisse etre réglée par rapport à la pièce t traiter (P-v positionnee dans l'enceinte de montée en température (12), ce qui permet ansi de régler la distance de soufflage. 7- Installation de traitement thermique selon la revendication 6, caractérisée en ce que le déplacement des rampes tubulaires de soufflage (16, 16', 18, 20 - 50, 52, 52') est commandée automatiquement par une cellule photoélectrique placée sur la table de chargement du moyen amenant les pièces dans l'installation, de manière à détecter les caractéristiques géométriques de ces pièces et a délivrer un signal de commande agissant sur les moyens de déplacement de ces rampes pour adapter les caractéristiques du soufflage aux dimensions des pièces traitées. 8- Installation de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide échangeur circulant dans l'enceinte (12) de montée en température, est réchauffé ou refroidi par passage sur des échangeurs pouvant etre placés soit dans la gaine d'aspiration de la turbine, soit dans la voûte de ladite enceinte. 9- Installation de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de régulation automatique de température est constitué d'un régulateur qui est relié a une canne pyrométrique placée dans le caisson d'alimentation des rampes tubulaires de soufflage, ou à proximité de la pièce à traiter, ce système de régulation agissant ensuite sur les échangeurs communiquant au fluide échangeur la température de traitement désirée. 10- Installation de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est utilisée pour effectuer des traitements de réchauffage et éventuellement de maintien a température. 11- Installation de traitement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 a 9, caractérisée en ce qu'elle est utilisée pour effectuer des traitements de refroidissement et éventuellement de maintien a température.