Brevet FR2677374A1 — publié le 19921211

La présente invention concerne un procédé de cuisson d'émail sur un objet métallique, notamment en aluminium. Elle vise également un dispositif pour sa mise en oeuvre. Les procédés actuels de cuisson de l'émail sur l'aluminium, dérivés des procédés de cuisson de l'émail sur tôle et antérieurement sur céramique, mettent en oeuvre une cuisson d'ambiance par convection. Des éléments chauffants électriques ou à gaz chauffent à une température de consigne l'air ambiant d'un four dans lequel est placé un objet à émailler placé sur un support. Cet air est ensuite véhiculé, homogénéisé puis projeté sur l'objet par des turbines. L'air chaud cède une partie de son énergie thermique à l'objet dont une partie de la surface a été préalablement recouverte d'une barbotine de fritte d'émail qui après séchage constitue un biscuit selon une technique bien connue dans le domaine de la cuisson d'émail. L'air chaud est ensuite récupéré sous le support et est de nouveau réchauffé par les éléments chauffants placés dans les parois du four. Dans ces procédés, la totalité de l'objet à émailler est chauffé puisque cet objet et la couche d'émail atteignent une température d'équilibre égale à la température de l'air ambiant dans la partie du four où est située l'objet. Par conséquent, la puissance du four et sa réponse dépendent de la masse et de la surface de l'objet. En outre, la construction d'un four mettant en oeuvre une technique de convection est délicate et coûteuse du fait de la difficulté de véhiculer de l'air chaud à des températures voisines de 5600C, qui correspondent aux températures habituelles de cuisson de l'émail sur des articles en aluminium. Par ailleurs, la mise en chauffe d'un tel four est longue, -en pratique de 1 à 2 heures-, et donc couteuse en énergie. De plus, lorsque l'objet a atteint la température de consigne, il est nécessaire de prévoir un palier d'au moins 5 minutes pour que l'émail atteigne ses qualités optimales. De plus, le chauffage uniforme de l'objet à émailler fait que la dilatation du métal a lieu conjointement à la montée en température de l'émail, ce qui a pour conséquence de provoquer sur des surfaces embouties ou en plis des brisures du biscuit d'émail qui ne présente pas le même coefficient de dilatation que le métal. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de cuisson d'émail sur un objet métallique, notamment en aluminium, soumis à une étape préalable de dépôt sur une partie de la surface de l'objet d'une barbotine de fritte d'émail suivie d'une étape de séchage conduisant à l'obtention d'un biscuit d'émail sur ledit objet. Suivant l'invention, ce procédé de cuisson est caractérisé en ce qu'il comprend après l'étape de séchage une étape d'exposition de l'objet à un rayonnement infrarouge de longueur d'onde d'émission maximale prédéterminée de telle sorte que ce rayonnement chauffe le biscuit d'émail pour obtenir la cuisson de celui-ci, sans chauffer significativement l'objet métallique. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des résultats surprenants en terme de souplesse de fonctionnement, de simplicité de fabrication, de coût, et de qualité de l'émail obtenu. Ainsi, un four mettant en oeuvre le procédé selon l'invention est opérationnel en quelques secondes au lieu d'une à deux heures dans le cas des procédés antérieurs, avec pour conséquence des mises en route rapides et économiques. De ce fait, dans le cas d'un arrêt momentané de production, le four pourra être arrêté s'il est vide. Avec le procédé selon l'invention, l'air ambiant présente une température inférieure à la température de vitrification qui est égale à 5600C dans le cas de la cuisson de l'émail sur un objet en aluminium et est très inférieure à celle de l'émetteur infrarouge (de 1000 à 2000 OC). De plus, cet air ne participe qu'à un moindre degré à l'échange thermique entre l'émetteur infrarouge et l'objet à émailler qui est réalisé presque intégralement par rayonnement, l'air étant pratiquement immobile dans l'enceinte de cuisson. La construction d'un four mettant en oeuvre le procédé selon l'invention est donc plus simple et moins coûteuse que celle des fours antérieurs. Par ailleurs, il existe dès le début de la cuisson un gradient de température important entre l'émail et l'objet car celui-ci est chauffé uniquement par conduction à travers l'émail. Ainsi, l'objet métallique s'échauffe lentement d'autant plus que la surface de l'objet métallique réfléchit la chaleur. Ce gradient s'estompe au cours du palier de cuisson. L'existence de ce gradient important a pour conséquence une diminution de l'effet bilame constitué par la juxtaposition de deux matériaux ayant des coefficients de dilatation différents et ainsi une minimisation voire une suppression des fissures rencontrées dans les procédés antérieurs. En outre, avec un chauffage par rayonnement infrarouge, le poids de l'objet ainsi que son épaisseur ne sont plus, à surface équivalente, des facteurs déterminants en ce qui concerne la vitesse de montée en température à puissance de chauffe donnée. En revanche, la surface à chauffer et la forme de celle-ci conditionnent le couple vitesse/puissance de chauffe. On obtient ainsi avec le procédé selon l'invention, à surface équivalente, pratiquement un doublement de la vitesse de montée en température de l'émail par rapport à celle obtenue avec les procédés antérieurs. Enfin, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des caractéristiques mécaniques et physicochimiques d'émail équivalentes voire supérieures à celles obtenues avec des procédés classiques de cuisson par convection, mais avec un palier de cuisson réduit à 2 minutes au lieu des 5 minutes nécessaires antérieurement. Suivant un autre aspect de l'invention, le dispositif de cuisson d'émail sur un objet métallique, notamment en aluminium, préalablement recouvert sur une partie au moins de sa surface d'un biscuit d'émail obtenu à partir d'une barbotine de fritte d'émail, ledite objet étant placé sur un support de cuisson disposé dans une enceinte, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour émettre un rayonnement infrarouge de longueur d'onde d'émission maximale prédéterminée, lesdits moyens d'émission infrarouge étant placés à une distance prédéterminée de l'objet à émailler et de sorte que la partie de l'objet recouvert par le biscuit d'émail soit exposé audit rayonnement infrarouge. D'autres particularités et avantages de 1 invention apparaîtront encore dans la description donnée ci-après, à titre non limitatif, d'exemples de réalisation, en référence aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant le procédé selon l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique d'une installation expérimentale de four mettant en oeuvre le procédé selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe de cette installation. La figure 1 représente schématiquement une enceinte de cuisson 1 dans laquelle est placé un objet 2 par exemple un disque en aluminium à émailler. Ce disque 2 est lui-meme placé sur un support 3. Le disque 2 est recouvert par une couche 4 de barbotine de fritte d'émail préalablement séchée. Cette couche 4 est donc sous la forme d'un biscuit sensiblement sec et poreux. La couche 4 est exposée au rayonnement infrarouge émis par un élément chauffant à infra-rouge 5 placé à une distance D de cette couche 4. La composition du biscuit d'émail 4 est telle qu'elle se vitrifie en une couche d'émail à une certaine température qui est de l'ordre de 5600C, lorsqu'il s'agit d'une composition d'émail pour aluminium. Conformément à l'invention, la longueur d'onde du rayonnement infra-rouge émis par l'élément 5 et la distance D sont telles que le biscuit d'émail 4 s'échauffe rapidement jusqu'à la température de vitrification ci-dessus, l'objet métallique 2 servant de radiateur. I1 en résulte notamment les avantages suivants - gain d'énergie, du fait notamment que l'énergie mise en oeuvre est pratiquement réduite à celle nécessaire pour chauffer la couche d'émail et aux pertes par effet radiateur, - amélioration de la qualité de l'émail étant donné l'absence de fissures provoquées dans un four classique par un échauffement rapide du métal support du disque en métal, - gain de temps. On va maintenant décrire un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention en référence aux figures 2 et 3. Le four expérimental illustré de façon schématique par la figure 2 constitue un dispositif de cuisson selon l'invention qui comprend une enceinte de cuisson 40 en matériau isolant d'une épaisseur de 20 mm divisée en 3 zones Z1, Z2 et Z3 (voir figure 3), la première zone Z1 correspondant à la mise en oeuvre d'un émetteur infrarouge 10 à gaz tandis que les deux autres zones Z2 et Z3 correspondent à la mise en oeuvre d'émetteurs électriques 20 et 30. A chacun des émetteurs infrarouges 10, 20 et 30 correspond respectivement une portion de support de cuisson 12, 22 et 32 sur laquelle est placé un ou plusieurs objets à émailler 13, 23 et 33. L'émetteur infrarouge à gaz 10 est inséré dans l'enceinte de cuisson 40 et est relié par des dispositifs de canalisation classiques 11 à un dispositif de fourniture de gaz 14. La combustion du gaz dans l'émetteur 10 s'accompagne d'une émission d'un rayonnement infrarouge auquel est exposée la surface supérieure de l'objet 13 préalablement enduit de barbotine de constitution prédéterminée et après obtention d'un biscuit séché suivant les techniques classiques dans ce domaine. Les supports 12, 22, 32 sont montés de façon mobile à l'intérieur de l'enceinte. Les objets 13, 23, 33 peuvent être par exemple des récipients culinaires. Les dimensions caractéristiques du four expérimental sont les suivantes: - écart Lo entre l'émetteur à gaz 10 et une première extrémité de l'enceinte: 160 mm, - longueur Lr de l'émetteur à gaz 10: 650 mm, - écart LA entre les zones 1 et 2: 200 mm, - longueur 112 de l'émetteur électrique 20: 610 mm - écart LB entre les zones 2 et 3: 100 mm, longueur de l'émetteur électrique 30: 600 mm, - écart LF entre l'émetteur électrique 30 et l'autre extrémité de l'enceinte: 660 mm - longueur totale du four expérimental 1: 2980 mm. Dans le cas de ce four expérimental, la distance optimale D séparant les émetteurs infrarouges 10, 20 et 30 des pièces à émailler 13, 23 et 33 est sensiblement égale à 160 mm. En régle générale, cette distance optimale D dépend de la puissance d'émission, de la forme et de la surface des pièces et des caractéristiques géométriques de l'enceinte de cuisson. La puissance de rayonnement par unité de surface de l'émetteur à gaz 10 est d'environ 130 kW/m2. Sa température est d'environ 1000 OC et son spectre d'émission s'étend dans l'infrarouge moyen d'environ 1 um à 8 pm, la longueur d'onde d'émission maximale étant sensiblement égale à 2 pm. La puissance émise par l'émetteur à gaz 10 est modulable de 50 à 100%. Les émetteurs infrarouges électriques 20, 30 sont constitués d'éléments radiants alimentés en électricité via des moyens de connexion 21, 31. Les deux émetteurs électriques 20 et 30 émettent également dans l'infrarouge moyen et sa température est d'environ 1200 OC, la puissance d'émission par unité de surface de cet émetteur étant d'environ 60 kW/mz. Avec ces trois émetteurs 10, 20, 30 émettant dans l'infrarouge moyen, la température de l'air ambiant, mesurée par exemple avec un pyromètre optique 41 placé à l'intérieur de l'enceinte 40, est comprise entre 100 et 450 OC, donc très inférieure à la température des émetteurs. Une autre variante pourrait être constituée par deux émetteurs 20 et 30 émettant dans l'infrarouge court. Les émetteurs électriques sont des émetteurs à tubes infrarouges courts présentant une température d'émetteur d'environ 2200 OC, une puissance d'émission par unité de surface comprise entre 100 et 300 kW/m2, et un spectre d'émission s'étendant entre 0,6 pm et 4,8 pm, la longueur d'onde d'émission maximale étant sensiblement égale à 1,2 iim. Ce type d'émetteur présente une puissance d'émission très élevée et une température d'émetteur très supérieure à celle des autres émetteurs testés. Cependant, il est très sensible aux variations de teinte de la barbotine et ne supporte pas de température d'air ambiant supérieure à 100 OC, Les deux émetteurs électriques 20, 30 ont en commun de pouvoir être modulés en puissance de 0 à 100 % de leur puissance installée. Les durées d'exposition des pièces au rayonnement infrarouge émis par les émetteurs 10, 20 et 30 varient de 3 minutes et 30 secondes à 7 minutes, en fonction de la forme et de la surface des pièces à émailler. En fin d'exposition, l'aluminium de l'objet atteint par conduction la température d'équilibre correspondant à la température de vitrification de l'émail, à savoir 560 C. Le procédé selon 1 invention peut aisément être appliqué à une chaîne de fabrication, un tapis mobile de support de pièces étant alors prévu pour acheminer les pièces à émailler dans l'enceinte de cuisson et les exposer successivement au rayonnement émis par l'émetteur infrarouge pendant une durée d'exposition prédéterminée dépendant de la forme et de la surface de l'objet. Une autre caractéristique importante du procédé selon l'invention réside dans la possibilité de mesurer la température directe de la pièce émaillée, par exemple au moyen d'un pyromètre infra-rouge, cette température permettant d'asservir la puissance du chauffage des émetteurs infra-rouge En effet, dans le procédé classique, on mesure la température ambiante pour asservir la puissance de chauffage, étant donné que les pièces à émailler sont à la même température que la température ambiante. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux seuls exemples décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, on peut envisager d'autres types et configurations d'émetteurs infrarouges. De plus, la géométrie de l'enceinte de cuisson peut être définie selon des critères technologiques de réalisation actuels ou futurs. On peut aussi prévoir d'autres dispositifs d'acheminement des pièces à émailler dans l'enceinte de cuisson. Par ailleurs, le procédé de cuisson selon l'invention accepte évidemment la mise en oeuvre préalable d'une opération de sérigraphie sur le biscuit avant cuisson. REVENDICATIONS 1. Procédé de cuisson d'émail sur un objet métallique (2, 13, 23, 33), notamment en aluminium, soumis à une étape préalable de dépôt sur une partie au moins de sa surface d'une barbotine de fritte d'émail (4) suivie d'une étape de séchage, caractérisé en ce qu'il comprend après l'étape de séchage une étape d'exposition de l'objet (2, 13, 23, 33) à un rayonnement infrarouge de longueur d'onde d'émission maximale prédéterminée de telle sorte qutil chauffe l'émail (4) sans chauffer directement l'objet métallique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayonnement infrarouge est issu de moyens d'émission infrarouges (5, 10, 20, 30) placés dans une enceinte de cuisson (1, 40) à une distance. prédéterminée (D) de l'objet à émailler (2, 13, 23, 33). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de modulation de la puissance d'émission des moyens d'émission infrarouge (5, 10, 20, 30) en fonction de l'objet à émailler (2, 13, 23, 33). 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, appliqué à un ensemble d'objets métalliques (13, 23, 33) placés sur un tapis mobile de support (12, 22, 32), caractérisé en ce que chaque objet est successivement exposé au rayonnement infrarouge pendant une durée d'exposition prédéterminée, le tapis de support se déplaçant par rapport aux moyens d'émission infrarouge (10, 20, 30). 5. Dispositif de cuisson d'émail sur un objet métallique (13, 23, 33), notamment en aluminium, préalablement recouvert sur une partie de sa surface d'un biscuit obtenu à partir d'une barbotine de fritte d'émail, ledit objet (13, 23, 33) étant placé sur un support de cuisson (12, 22, 32) disposé dans une enceinte (40), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10, 20, 30) pour émettre un rayonnement infrarouge de longueur d'onde d'émission maximale prédéterminée, lesdits moyens d'émission infrarouge (10, 20, 30) étant placés à une distance prédéterminée (D) de l'objet à émailler (13, 23, 33) et de sorte que la partie de l'objet recouvert par le biscuit soit exposée audit rayonnement infrarouge. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'émission infrarouge comprennent des éléments radiants (20, 30) mettant en oeuvre de l'énergie électrique. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'émission infrarouge comprennent des éléments radiants (10) mettant en oeuvre de l'énergie de combustion gazeuse. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le spectre d'émission du rayônnement émis par les moyens d'émission infrarouge (10, 20, 30) s'étend sensiblement de 1 um à 8 pm, la longueur d'onde d'émission maximale prédéterminée étant sensiblement égale à 2 um. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le spectre d'émission du rayonnement émis par les moyens d'émission infrarouge (10, 20, 30) s'étend sensiblement de 0,6 pm à 4,8 pm, la longueur d'onde d'émission maximale prédéterminée étant sensiblement égale à 1,2 pm. 10. Application du dispositif selon l'une des revendications 5 à 9 à la cuisson d'émail sur un ensemble d'objets (13, 23, 33), lesdits objets étant placés sur un tapis de support (12, 22, 32), caractérisé en ce que le tapis de support est mobile dans l'enceinte de cuisson (40) de sorte que les objets à émailler sont successivement exposés pendant une durée prédéterminée aux moyens d'émission infrarouge (10, 20, 30).