Brevet FR2628753A1 — publié le 19890922

DESCRIPTION La présente invention concerne le traitement de recuit de bandes métalliques, notamment en acier inoxydable, dans un four "horizontal" présentant un sas d'entrée suivi d'une zone de chauffe, puis d'une zone de refroidissement et d'un sas de sortie des articles métalliques traités, selon lequel on injecte un gaz a forte teneur en hydrogène dans la zone active et un gaz inerte dense aux extrémités d'entrée et de sortie. Généralement on injecte dans la zone de recuit de l'ammoniac craqué ayant une teneur en hydrogène de 75%, ce qui peut poser des problèmes de nitruration pour certaines nuances d'acier dus à la présence d'azote en zone chaude. Un gaz inerte dense est injecté aux extrémités du four, ce qui permet d'assurer une surpression nécessaire (généralement de l'ordre de 90mb) du gaz à forte teneur en hydrogène à l'intérieur du four et d'accroftre la teneur en hydrogène du gaz injecté dans la zone active correspondant à la chauffe suivie du refroidissement. On a proposé d'utiliser de l'azote comme gaz neutre dense mais on s'est aperçu que cela n'allait pas sans inconvénient. En effet, tout déréglage dû a une quelconque cause, par exemple une baisse de la surpression gazeuse interne du four, du fait d'une usure des moyens d'étanchéité a l'entrée et à la sortie du four ou d'une inadaptation de ces moyens d'étanchéité aux dimensions d'un article métallique nouvellement introduit nécessite une admission brutalement accrue d'azote, pour compenser la dépression occasionnelle qui est intervenue. Mais ce faisant, on risque une propagation intempestive d'azote vers la zone active chaude, perturbant alors gravement le phénomène de recuit et pouvant former des nitrurations néfastes. Si, au contraire, pour compenser une chute de la surpression interne on augmente le débit d'hydrogène on se trouve confronté a un accroissement du coût de traitement. C'est la raison pour laquelle on a proposé d'utiliser plutôt de l'argon a titre de gaz inerte, dont la présence éventuelle dans la zone chaude n'est pas gênante, mais l'argon est cependant et de loin beaucoup plus cher que l'azote. La présente invention vise un perfectionnement qui consiste a optimiser à chaque instant le gaz inerte dense injecte et cela est assuré, selon l'invention, en régulant individuellement les débits de gaz inerte dense entrant dans la zone d'entrée et dans la zone de refroidissement pour assurer, à tout moment, une échappée minimale d'hydrogène soit vers l'amont, soit vers l'aval. Selon une forme de mise en oeuvre la régulation de l'injection du gaz neutre dense en zone d'entrez est asservie au maintien d'une valeur de consigne de la teneur en hydrogène en une zone située entre cette injection et la zone chaude, dans un sens qui accroît l'injection du gaz neutre dense si la teneur de l'hydrogène tend à augmenter et vice-versa, le débit d'azote étant en tout cas maintenu à une valeur minimale. Selon une variante la régulation de l'injection du gaz neutre dense en zone suffisamment refroidie est asservie au maintien d'une valeur de consigne de la teneur en hydrogène en une zone située entre cette injection et la zone chaude, dans un sens qui accroît l'injection du gaz neutre dense si la teneur de l'hydrogène tend à augmenter et vice-versa, le débit d'azote étant en tout cas maintenu à une valeur minimale. On a découvert en effet que l'on pouvait éviter toute propogation d'azote dans la zone chaude, et donc éviter toute nitruration en stabilisant un front fixe de gaz par régulation de l'injection de gaz neutre dense, soit en zone d'entrée, soit dans la zone dénommée "partie aval" et qui est définie comme la partie comprise en aval de lapone où les articles traités ont été refroidis à une température de 8000C après la zone chaude. La régulation est établie par asservissement au maintien d'une valeur de consigne de la teneur en hydrogène en une zone située entre la zone chaude et l'injection asservie.A titre d'exemple, la valeur de consigne de la teneur en hydrogène est comprise entre 75 et 99 % et de préférence de l'ordre de 90 z D'autre part, les débits injectés de gaz inerte dense en zone d'entrée et en partie aval sont asservis au maintien d'une valeur de consigne de la pression gazeuse dans le four. Cette double individualisation de la régulation permet d'obtenir d'excellents résultats sur la qualité du traitement et sur la réduction des dépenses en fluide gazeux. On peut utiliser, à titre de gaz inerte dense, non seulement l'argon, le dioxyde de carbone, et autres, mais également l'azote dont les effects néfastes de nitruration ne risquent plus de se produire. Dans ce qui suit, on s' intéresse à une installation où le front fixe de gaz est situé au niveau de la zone d'entrée. Le cas où ce front fixe serait dans la "partie aval" est simplement symétrique. L'invention concerne une installation de traitement de recuit d'articles métalliques du genre comprenant un four à zone d'entrée suivi d'un zone de chauffe, d'une zone de refroidissement puis un sas de sortie, avec des moyens d'injection de gaz, les moyens d'injection dans la zone à température élevée étant destinés à être raccordés à une conduite d'alimentation en gaz à forte teneur en hydrogène, alors que les moyens d'injection en "partie aval" et les moyens d'injection dans la zone d'entrée sont destinés à être raccordés à une conduite d'alimentation en gaz neutre dense desservant la zone d'entrée, le dit régulateur étant raccordé à un analyseur de teneur en hydrogène en une zone située entre l'injection de gaz en entrée et la zone chaude. Le moyen d'injection de la partie aval est raccordé à une conduite d'alimentation sur laquelle est interposé un régulateur de débit asservi à la pression prélevée dans le four. Une forme de mise en oeuvre très schématique est décrite, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé. Un four horizontal 1 comporte une zone d'entrée 2 éventuellement chauffée à sas d'entrée 3 pour des articles métalliques (tubes, bandes, fils,...) non représentés suivi d'une zone à haute température 4 puis d'une zone de refroidissement 5 suivie d'un sas de sortie 6. Dans les zones 5 et 6, une "partie aval" 7 est définie par une température d'article inférieure à 8000C, donc exempte de risque de nitruration. Dans la zone sensible à la nitruration 4 sont ménagés des injecteurs 13 et 14 raccordés à des conduites d'alimentation en hydrogène 15 et 16. Dans la zone d'entrée 2 et la partie aval 7 sont placés des injecteurs 23 et 24 reliés à une conduite d'alimentation en azote 25 incorporant un régulateur de débit 26 asservi via une ligne 27 à une prise de pression 28 dans la zone chaude 4. L'injecteur 23 dans la zone d'entrée 2 est alimenté à partir de la conduite 25 à l'aval du régulateur de pression 26 par deux conduites en parallèle 31 et 32 chacune incorporant une vanne de réglage 33 et 34, la conduite 31 incorporant en outre une électrovanne 35 asservie par un relais de seuil 36 a un analyseur d'hydrogène 37 prélevé en 38 dans une zone située entre la zone chaude 4 et l'injection 23. Le fonctionnement de l'installation décrite est le suivant le débit d'hydrogène est réglé de façon fixe à une valeur la plus faible possible en fonction du besoin exigé par le traitement et l'injection d'azote dans la zone d'entrée ou dans la partie aval a pour effet essentiel de constituer des bouchons permettant de réaliser une légère surpression interne en évitant au maximum les échappées d'hydrogène par les sas d'entrée 3. Le rôle du régulateur de pression est de réagir aux éventuelles chutes de pression tout en conservant la faculté d'empêcher la remontée d'azote. En effet, l'injection d'azote sera amplifiée simultanément aux deux extrémités 3 et 7 du four 1 dès l'apparition d'une chute de la surpression interne qui est repérée par le capteur de pression 28. Mais si, la pression interne étant cependant correcte, il s'avare qu'il se produit une échappée excessive d'hydrogène dans la zone d'entrée en direction du sas d'entrée 3, le dispositif régulateur 35 réagira immédiatement par un accroissement fin du débit d'azote véhiculé par la conduite 31 ramenant ainsi le débit de "fuite" d'hydrogène au travers de la zone d'entrée à une valeur déterminée. A l'inverse si la teneur en hydrogène tend à s'écarter du débit de fuite minimale prévu, et même à s' annuler le dispositif régulateur 35 assurera une réduction de débit d'azote dans la conduite 31 et évitera ainsi toute remontée d'azote qui pourrait atteindre la zone de traitement 4.On notera qu'il suffit d'agir ainsi sur la seule zone d'entrée, car effectivement l'hydrogène de fuite à tendance, naturellement, à s'échapper via la zone de refroidissement, et une propagation d'azote vers la zone de traitement 4 au travers de la zone de refroidissement à très peu de change d'intervenir. Dans la forme de réalisation représentée sur le dessin, le régulateur 35 peut également fonctionner par "tout ou peu", puisqu'un débit minimal d'azote est assuré via la canalisation 32. Cette disposition présente à la fois l'avantage de simplicité, et de robustesse, puisque le régulateur 35 assure des ouvertures et fermetures peu fréquentes de l'électrovanne qui lui est associée, et de sécurité puisqu'en cas de défaillance du dispositif de régulation un débit minimal d'azote est toujours injecté dans la zone d'entrée du four via la conduite 32. L'injection en zone d'entrée 2 se fait de préférence à quelque distance de l'entrée proprement dite, afin que l'oxygène normalement adsorbe sur la bande métallique puisse se désorber et être purgé par l'azote avant de parvenir dans la zone d'injection d'azote, car au-delà de cette zone d'injection la bande métallique se situe dans une zone à faible débit de fuite d'hydrogène, qui ne pourrait assurer une purge correcte. Les deux conduites 31 et 32 peuvent avoir des débouchés différents : 32 dans le sas d'entrée 3 et 31 au-delà. Le procédé de traitement qui vient d'être décrit permet la mise en oeuvre de tout gaz inerte dense, tel l'azote, l'argon, le dioxyde de carbone. Comme, pour certaines nuances d'acier, la nitruration peut ne pas avoir lieu même avec des teneurs en azote atteignant ou même dépassant 25 %, le procédé est également valable pour des teneurs en hydrogène relativement basses (supérieures à 30 %) dans la zone de recuit. L'invention s'applique également à des mises en oeuvre de gaz actif à l'état pur et/ou dilué dans un gaz neutre. Par exemple, l'injection en 13 peut etre de l'hydrogène pur et l'injection en 14 un mélange d'hydrogène et d'azote. Un facteur limitatif, au ppint de vue réduction de débit liée à ce procédé peut venir d'une élimination insuffisante d'huiles ou de savons solubles présents sur la bande au moment où elle rentre dans le four. Cela entraînerait un point de rosée trop élevé qui pourrait oxyder la bande. Pour éviter ce problème, on pourra prévoir un séchage de le bande avant son introduction dans le four, par exemple par chauffage. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de recuit d'articles métalliques, notamment en acier inoxydable dans un four "horizontal" présentant une zone d'entrée des articles métalliques à traiter raccordée à une zone de chauffe suivie d'une zone de refroidissement des articles métalliques traitées, selon lequel on injecte un gaz à forte teneur en hydrogène dans la zone à haute température de la zone de chauffe et un gaz inerte dense dans les zones d'entrée et la zone de refroidissement lorsque la température des pièces est devenue inférieure à 8000C caractérisé en ce que les débits de gaz inerte dense sont individuellement régulés pour assurer une échappée à faible teneur en hydrogène. 2. Procédé de traitement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la régulation de l'injection du gaz neutre dense en zone d'entrée est asservie au maintien d'une valeur de consigne de la teneur en hydrogène en une zone située entre cette injection et la zone chaude, dans un sens qui accroît l'injection du gaz neutre dense i la teneur de l'hydrogène tend à augmenter et vice-versa, le débit d'azote étant en tout cas maintenu à une valeur minimale. 3. Procédé de traitement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la régulation de l'injection du gaz neutre dense en zone suffisamment refroidie est asservie au maintien d'une valeur de consigne de la teneur en hydrogène en une zone située entre cette injection et la zone chaude, dans un sens qui accroît l'injection du gaz neutre dense si la teneur de l'hydrogène tend à augmenter et vice-versa, le débit d'azote étant en tout cas maintenu à une valeur minimale. 4. Procédé de traitement selon la revendication 1 à 3 caractérisé en ce que la régulation de l'injection dans les zones d'entrées ou suffisamment refroidie de gaz inerte dense est asservie au maintien à une valeur de consigne de la pression gazeuse dans le four. 5. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1, caractérisé en ce que le gaz neutre dense est de l'azote, de l'argon, du dioxyde de carbone ou un mélange de ces gaz. 6. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le gaz injecté à forte teneur en hydrogène est de l'hydrogène pur, ou un mélange d'hydrogène et de gaz neutre dans le cas d'une ou plusieurs injections de gaz à forte teneur en hydrogène. 7. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 6 caractérisé en ce que la valeur de consigne de la teneur en hydrogène de la zone entre la zone à haute température et l'injection de gaz neutre régulée est comprise entre 75 Z et 99 % et de préférence de l'ordre de 90 2. 8. Installation de traitement de recuit d'articles métalliques du genre comprenant un four horizontal présentant une zone d'entre des articles métalliques à traiter raccordée à une zone de chauffe suivie d'une zone de refroidissement des articles métalliques traitées avec des moyens d'injection de gaz à forte teneur en hydrogène dans une zone de chauffe et des moyens d'injection de gaz inerte dense aux extrémités du four, caractérisé par un dispositif régulateur de débit interposé sur une conduite d'alimentation en gaz neutre desservant l'une des extrémités, ledit régulateur étant raccordé à un analyseur de la teneur en hydrogène mesurée entre la zone de chauffe et une extrémité. 9. Installation de traitement selon la revendication 8 caractérisée en ce que la conduite d'alimentation à régulateur est associée en parallèle à une conduite d'alimentation directe à vanne de réglage. 10. Installation de traitement selon la revendication 9 caractérisée en ce que la conduite d'alimentation directe débouche en amont de l'injection de la conduite d'alimentation en parallèle qui est régulée. 11. Installation de traitement selon l'une quelconque des revendication 8 ou 10 caractérisée en ce que le moyen d'injection de gaz neutre dense est raccordé à une conduite d'alimentation sur laquelle est interposée un régulateur de débit asservi à la pression prélevée dans le four. 13. Installation de traitement selon une des revendications 8 à 12 caractérisée par un dispositif extérieur au four destiné à secher les articles traités avant leur introduction dans le four.