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P'rocéâ'é et, appareil pour 'traiiter.-thermiquement' des .
' serpi5ntinà,f rin68 de l'eàil18.Fd.)
Cette invention se rapporte au traitement thermique des bobines ou serpentins constitués par du feuillard enroulé en spirale et a pour objet un procédé et un appareil perfectionné pour'recuire, -adoucir Ou traiter thermiquement d'autre manière du.feuillard d'a- cier ou du feuillard analogue se présentant sous la forme, de ser- pentin tout en protégeant les surfaces du métal de la.' corrosion, de l'entartrage; de la décarburation ou des autres effets indési- rables.
On sait qu'il est de pratique usuelle de recuire le ' feuillard d'acier sous la forme de serpentins ou bobines et qu'il
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est fréquemment désirable, notamment quand il s'agit, d'un recuit destiné à donner au métal une surface 'brillante, de protéger le serpentin de tout contact avec fies atmosphères aptes à abîmer les surfaces du métal pendant l'opération de recuit. Les fours du type connu à cloche ou hotte sont particulièrement bien adaptés à ce type de traitement thermique et divers moyens ont été proposés pour protéger les serpentins soumis au traitement en maintenant - autour d'eux une atmosphère constituée par un gaz protecteur pen- dant que le serpentin est porté à la température désirée, puis refroidi.
Une disposition qui a été utilisée avec succès et pour une vaste gamme d'applications ae ce genre dans les fours du type à hotte comprend 'une enveloppe interne en métal relativement mince qui est placée par-dessus un serpentin ou une pile de serpentins tandis que leserpentin repose sur la, sole du four, son axe étant dispos'é verticalement. Ces enveloppes ou couvercles de protection s'appliquent sans serrage par-dessus le serpentin à quelque dis- tance de celui-ci, et un équipement est prévu-pour diriger un gaz de protection de -bas en haut à travers la sole du four et jusque dans la partie centrale creuse du serpentin pour lui permettre de remplir la. capacité du couvercle de protection et de s'échapper tout autour de son bord inférieur.
Toutefois, bien que les couvercles protecteurs de ce genre permettent d'obtenir d'excellents résultats, ils constituent une sourde de dépense continuelle à cause de leur durée relativement courte due aux manipulations répétées au cours de l'usage normal et de l'exposition continue à de hautes tempé- ratures pendant de longues périodes de temps en contact direct avec
1 atmosphère du four, ce qui se traduit par un gauchissement et par une corrosion.
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Le but du procédé, et de .1l,appareil perfectionné .de,, ' traitement thermique de serpentins ou. enroulements .métàlyues dans on four est de le;3-sotïsta',iré,aw cohtact',d'atmosfhµÉ,ùaîx¯1- bles , de supprimer les couvercles usuels. dont on recouvre les serpentins,- et d'appliquer, efficacement la, chaleur aux'extrémités du serpentin pour en assurer le chauffage dans les conditions opti- ma.
Un autrebut de' 1''invention est- la création d'un appa- reil' de chauffage de serpentins métalliques étudié de .telle sorte que ce soit la spire externe du serpentin lui-même qui serve de. fourreau de protection des spires 'internes, la construction de cet appareil étant étudiée en outre de manière à empêcher tout contact d'une.
atmosphère gazeuse indésirable .avec les 'surfaces du serpentin sans nécessiter d'enveloppes spéciales et tout en n'exigeant qu'un volume minimum de gaz'protecteur, 'Un autre but encore de l'invention est de réaliser un four combiné avec un support de serpentin métallique'afin de chauf- fer ce dernier avec une efficacité thermique très élevée et moyennant une faible dépense au .point de vue des frais de premier établissement et de fonctionnement, cette combinaison' mécanique étant spécialement étudiée pour permettre un chauffage et un refroidissement rapides des serpentins et'pour assurer la produc- tion de serpentins de qualité élevée uniforme,
les serpentins étant supportés et protégés contre les atmosphères.'dégradantes par un équipement simple et robuste utilisable aussi bien dans un four à chauffage direct que dans un four à chauffage indirect, l'appareil de chauffage en question'rédui,sa,nt au minimum le temps et la, main-d'oeuvre.qui sont nécessaires pour la mise en pla.ce du serpentin avant qu'on ne le recouvre de la cloche ou de la hotte du four.
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DI &Uixe", buts oa Li c,.4-uri s'Li ique cie l'invention découlent de la suite de cette description et des dessins annexés dans les- quels en sont représentées plusieurs réalisations possibles.
La fig. 1 est une vue en coupe verticale transversale d'un four du type à cloche auquel est incorporé le présent équi- pement perfectionné destiné à supporter ou protéger le serpentin.
La fig. 2 est une vue en élévation la,térale séparée d'un serpentin métallique dont l'extrémitéexterne libre est réunie à la paroi adjacente du serpentin d'une manière légèrement différen- te de celle que montre la fige 1.
La fige 0 est une vue en plan fragmentaire du dessus du serpentin représenté dans la. fig. 1, cette vue étant dessinée à plus grande échelle et à la hauteur de la ligne 3-3 de la, figé 1.
La fig, 4 est une vue en coupe horizontale faite par la ligne 4-4 de la, fig. 1.
La fige 5 est une vue similaire dans son ensemble à, la fig. 2 mais montrant une variante du dispositif servant à main- tenir l'extrémité externe du feuillard tout près de la. surface adjacente du serpentin.
La fig. 6 est une vue analogue à la, fige 5 mais montrant une troisième réalisation du dispositif d'obturation de l'extrémité externe libre du serpentin.
La fig. 7 est une vue en plan du dessus fragmentaire' d'un serpentin en supposant que l'extrémité externe du feuillard est écartée.
Selon la réalisation de l'invention à, laquelle il convient d'accorder la préférence, on utilise un four du type à cloche ou hotte amovible comportant une sole de support fixe. Au-dessus de cette sole et à quelque distance d'elle est supporté de préférence un plateau porte-serpentin muni d'une surface supérieure générale- ment plane dont la superficie est légèrement plus grande que 'la'
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@ superficie terminale du serpentin le plus grand destiné à être mpporté par elle.
Un équipement est prévu pour diriger l'at- mosphère protectrice de bas en haut à travers un orifice d'ad- mission central pratiqué dans ce plateau, Le serpentin à chauffer est plàcé sur ce plateau de support selon une position dressée, de façon que son axe s'étende verticalement et à peu près dans l'alignement du centre du plateau et que le bord externe de celui-ci fasse saillie par rapport au. bord externe de l'extré- mité du serpentin. Contre le plateau de recouvrement supérieur s'applique le sommet du serpentin.
Ce plateau, fait saillie au, delà du bord externe de l'extrémité supérieure du serpentin, et l'extrémité externe du feuillard est, de préférence, sensible- ment appliquée de façon étanche contre la, spire externe adjacente du serpentin pour empêcher un écoulement circonférentiel de l'atmosphère-extérieure dans la spire du serpentin. De cette façon, quand le serpentin est supporté comme décrit et qu'un ga.z de protection est envoyé dans la, partie centrale du serpentin et peut s'échapper entre les surfaces terminales supérieure et inférieure du serpentin et leurs plateaux de recouvrement respectifs,. tout accès de gaz nuisibles à une partie quelconque du serpentin est de la sorte empêché sauf. sur sa, surface la,térale externe.
Quand le recuit ou plus généralement le traitement ther- mique est achevé, la spire externe du ser.pentin peut bien enteridu se trouver oxydée mais la partie restante du feuillard du ser- pentin se trouve à l'état désiré puisqu'elle a été protégée pen- dant l'opération de chauffage et qu'il suffit de sectionner et de séparer de l'extrémité externe du serpentin une longueur de feuillard sensiblement égale à la circonférence externe du serpentin.
Comme 'représenté, la cloche ou hDtte du four est désignée par F et comprend un bâti de support 1 et un garnissage réfrac-
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taire 2. Il est entendu que le four est dessiné schématiquement et clue bien qu'il mesure ici des dimensions relativement petites lui permettant de ne chauffer qu'un seul serpentin, il peut avoir des dimensions plus grandes pour loger n'importe quel nombre désiré pratique de serpentins dans une seule fournée. Des brûleurs 3 et 4 alimentés par un combustible convenable projettent leur jet brûlant vers le bas à travers la voûte de la cloche du four c'est-à-dire vers la partie supérieure du serpentin C; ils sont alimentés respectivement en combustible par des canalisations 5 et 6 .
Bien que le four représenté soit équipé de trois brû- leurs supérieurs disposés symétriquement autour de la ligne cen- trale verticale de la cloche (le troisième brûleur n'étant pas représenté dans le dessin.) il doit être entendu qu'on peut uti- liser n'importe quel nombredésiré de brûleurs et que leur em- pla,cement dans le four peut varier pour permettre l'obtention des résulta.ts les plus efficaces a.u point de vue de l'économie thermique.
Au-dessus de l'infrastructure 7 est supportée sur des pou- trelles convenables 8 une sole fixe désignée dans son'ensemble par B. Dans l'appareil représenté, cette sole est de forme cir- cula.ire et munie d'une section réfractaire 0. et d'une gouttière d'étanchéité annulaire 10.Un rebord d'étanchéité annulaire cor- respondant 11 est supporté par le fond de la cloche F du four et un matériau, d'éta.nchéisation convenable 12 tel que du sable ou de l'eau est placé dans la gouttière 10 de la manière connue. quand la cloche ±' est en position de fonctionnement (comme le montre la fig. 1), le re'bord 11 assure, grâce à sa.
coopération a.vec la gouttière 10 et le matériau. 12, une étanchéité au gaz sensiblement parfaite entre la sole B du four et la cloche F tout en permettant le soulèvement facile de celle-ci par rapport à la sole et sa . remise en. place.Un anneau de levage 13 fixé au
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sommet du bâti 1 facilite la manutention de la cloche du four.
Le plateau 14 qui sert à recouvrir et supporter l'extré- mité inférieure du serpentin C est porté par des étançons 15,
16 et 17 qui (comme le met en évidence la fige 1) sont montés, de préférence, par leurs extrémités inférieures dans des douilles d'emboîtement 18. Des brûleurs inférieùrs 19, 20 et 21 s'éten- dent vers le haut à travers la sole B et sont alimentés en com- bustible par des canalisations convenables 19' et 20' ., Ces brûleurs sont, de préférence, espacés symétriquement autour de . la ligne verticale centra.le de la. sole B de la même manière que les brûleurs supérieurs précédemment décrits.
Les jets brûlants qui jaillissent des brûleurs inférieurs 19, 20 et 21 sont di- rigés vers le haut contre le côté inférieur du plateau 14 de support du serpentin C,
Une source convenable de, gaz protecteur est raccordée au tuyau d'alimentation 22 qui traverse de bas en-haut la garniture 'd'étanchéité 23 et la sole Bpour pénétrer dans l'orifice 24 d'admission central du gaz pratiqué dans le plateau 14.. On remar- qùera que ce plateau est évidé sur sa face inférieure pour ména- ger les douilles de réception des extrémités supérieures des étançons de support 15,; 16 et 17 'et qu'il peut être enlevé, en le soulevant simplement à l'écart dé ces étançons.
Bien que le . tuyau. 22 comporte un raccordement sensiblement etanche au gaz avec le plateau 14, il n'est'pas assujetti invariablement à lui. '
Le serpentin en cours de recuit désigné dans son ensemble par'C est placé sur le plateau inférieur 14 de .façon telle que son axe central se trouve sensiblement dans l'alignement du centre du plateau 14. Ainsi, comme le montre clairement la fig.1, la. partie centrale creuse 25 du serpentin C reçoit le ga,z pro- tecteur qui jaillit par l'orifice 24.
Pour commander et étrangler
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l'écoulement du gaz de protection à travers l'orifice 24 et protéger les faces des bordures du feuillard qui constituent l'ex- trémité supérieure 26 du serpentin C, il est prévu 'un plateau supérieur 27 formant couvercle qui a, de préférence, à peu près les mêmes dimensions et la même forme que le plateau inférieur 14, mais qui n'est pas perforé et qui peut êtremuni d'anneaux de levage 28 et 29 pour faciliter sa manipulation.
Le plateau infé- rieur 14 et le plateau supérieur 27 sont constitués, de préférence, par un allia.ge convena,'ble à l'épreuve des températures élevées ; ils sont suffisamment épais pour empêcher un gauchissement excessif indésirable du fait qu'ils sont soumis de façon répétée aux tem- pératures du four.
Au cours du fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus. le gaz de protection convenablement choisi jaillit du tuyau 22 par son orifice 24 et pénètre dans la partie centrale creuse 25 du serpentin C. Ce gaz est maintenu sous une pression supérieure à celle qui règne à l'extérieur du serpentin C, Par suite des variations normales de la largeur du feuillard et tandis que s'ef- fectue l'en-vidage du serpentin, une étanchéité parfaite au ga.z entre 1'extrémité inférieure du serpentin C et la face supérieure sensiblement plane au plateau 14 et entre l'extrémité supérieure du serpentin C et la. face inférieure sensiblement plane du plateau 27 n'est pas praticable.
Ainsi, le gaz de protection a la possi- bilité de s'échapper en travers des extrémités du serpentin (comme représenté par les petites flèches dans la figé 1) et empêche ef- fectivement l'entrée d'une atmosphère indésirable entre les pla.- teaux de recouvrement et-les extrémités du serpentin.
Pour empêcher ou limiter l'entrée de l'atmosphère exté- rieure dans les spires du serpentin C à l'extrémité externe 30 du feuillard (Fig. 3), il est prévu, de préférence, un équipement
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capablede maintenir cette extrémité externe du feuillard her- métiquement appliquée contre la surface adja.cente du serpentin. @
Diverses manières de maintenir l'extrémité du feuillard dans\la position désirée sont représentées ici., Les figs. 1 et.;3 montrent une soudure continue 30' entre l'extrémité 30 du serpentin et la. spire externe adjacente 32. Dans la fig. 2, une série de points de soudure 33 assurent le maintien en place de l'extrémité ex- terne du feuillard pendant l'opération de chauffage.
Enfin, la. fig. 5 représente un serpentin ligaturé par des 'bandelettes ou sangles métalliques 34, 35 et 36 qui maintiennent son extrémité
37 ,en prise.étroite avec le corps du 'serpentin. Une variante de la.disposition, représentée dans la fig. 5 est visible dans la fig. 6, qui 'montre une barre 38 de répartition de la pression' -s'étendant entre la face supérieure et la face inférieure du .serpentin dans le voisinage de l'extrémité.externe 'lE du feuil- lard, les bandlettes ;de tension 40 et 41 maintenant cette barre
38 'contre la face externe du feuillard pour empêcher l'atmos- phère extérieure de pénétrer dans une mesure notable entre la spire externe du serpentin et la spire interne immédiatement adjacente.
Si l'on'a recours à de la soudure pour obturer herméti- quement l'extrémité du feuillard contre le corps-dû serpentin (comme représenté dans les figs. 1, 2 et 3), il est nécessaire d'entailler la spire externe du serpentin, afin de lui.permettre de se dévider et d'être sectionnée quand'l'opération de chauffage est terminée. Avec le dispositif de sangla.ge représenté en fige
5 et 6, il suffit de sectionner les sangles, puis de dévider et, de couper la spire externe exposée du feuillard.
En fixant l'ex- trémité externe du feuillard contre le corps du serpentin, toute entrée de ga.z nuisibles dans les spires du serpentin ou de la (une atmosphère bobine est pratiquement empêchée, et la quanti e e gaz formant
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protectrice qui est nécessaire pour empêcher l'oxydation du serpentin est maintenue à une valeur minimum. Il doit,, cependant, être entendu que, dans certains cas, il peut être pratique de laisser libre l'extrémité externe du feuillard comme indiqué dans la fige 7 et ûe compter entièrement sur une adduction suffisante de gaz protecteur dans l'intérieur du serpentin pour empêcher tout endommagement des faces du feuillard au cours du chauffage.
Quand l'extrémité externe au feuillard est laissée libre, il est possible que l'atmosphère externe pénètre dans le serpentin sur une distance'limitée mais, avec certains types de matière, la spire externe enserre assez étroitement le corps du 'serpentin pour réduire l'entrée de l'atmosphère externe dans une mesure suffisante pour s'opposer à une corrosion excessive. Ainsi donc, le facteur déterminant pour décider si l'extrémité du feuillard doit être soudée ou autrement fixée en position est le coût relatif de'l'opération de soudage ou de sanglage par comparaison avec les pertes supplémentaires dues aux déchets qui peuvent se produire si l'on ne soude ou ne sangle pas.
Dans la construction de four qui est représentée, il est prévu un certain nombre de carneaux de 'sortie 42, 43, 44 et 45 qui' s'étendent vers le bas à travers la sole B jusqu'à un collec- teur 46 raccordé à un carneau d'évacuation 47. Les brûleurs du haut .± et 4 et le troisième brûleur du groupe supérieur (non- représenté) envoient leurs jets brûlants vers le bas contre le plateau supérieur 27 qui se trouve ainsi chauffé directement par conveXion ainsi que par suite de la radiation provenant des paro@s du four.
Les produits de combustion provenant des brûleurs supé- rieurs lèchent de haut en bas là paroi externe du serpentin C qu'ils contournent et s'écoulent en même temps que les produits de combustion provenant des brûleurs inférieurs 19, 20 et 21 par les carneaux 42,' 43, 44 et 45.
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Comme le plateau inférieur 14,. ainsi que le plateau, supé- rieur 27 de recouvrement'du. serpentin en cours de traitement tnermique sont soumis à la chaleur provenant. directement des 'brûleurs et se trouvent en contact direct avec les faces d'ex- trémités du serpentin, le- chauffage de -celui-ci s'opère dans les conditions les plus avantageuses puisque l'application prin- cipale de la cha,leur s'effectue à travers les extrémités du serpentin. Il est maintenant reconnu'que .cette application de.
.chaleur à un serpentin,assure un chauffage plus efficace que l'application de cha,leur à tra.vers la paroi latérale externe du serpentin.
Il doit être entendu que 'bien qu'on ait décrit et repré- sentéici un four à chauffage direct dans lequel le plateau de recouvrement supérieur du serpentin et son plateau de'recouvre- ment inférieur, ainsi que la surface externe du serpentin sont exposés directement aux produits de la combustion, l'invention est également applicable à des fours comportant des tubes de rayonnement, des éléments chauffants électriques ou bien des moufles dans lesquels les produits de combustion sont empêchés de venir en contact direct avec le serpentin. D'ailleurs, l'ap- pareil de protection du serpentin de feuillard qui vient d'être décrit peut trouver son application dans d'autres fours du type à caisson dans lesquels le serpentin est déplacé vers l'intérieur, puis vers l'extéri-eur de la chambre de chauffage.
Dans une pareille application, le serpentin est réuni à des plateaux de recouvrement supérieur et inférieur et placé sur des supports convenables dans le four, les raccordements convenables étant assurés avec une source de gaz de protection.
Grâce à la disposition des plateaux de¯recouvrement ter- mina,ux supérieur et inférieur du serpentin ou de la bobine en cours de tra,itement thermique, grâce aussi à l'afflux d'un gaz
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inerte ou protecteur dans la partie centrale du serpentin, ce gaz s'échappant par les intervalles compris entre les extrémités du serpentin et ses plateaux de recouvrement, on supprime complè- tement la nécessité d'envelopper séparément les serpentins dans unegaine rapportée renfermant une atmosphèreprotectrice.
La présente disposition non seulement réduit notablement les frais de fonctionnement de l'appareil en diminuant la dépense repré- sentée par l'entretien et le remplacement des recouvrements du serpentin, mais diminue également le laps de temps nécessaire pour l'enfournement et le détournement. En outre, en améliorant le rendement thermique grâce à une application plus directe de la. chaleur au serpentin, la. présente disposition réduit le cycle du temps de chauffage et augmente sensiblement le débit possible d'une installa.tion de four donnée.
Il doit être entendu que, bien qu'on a.it représenté ici avec beaucoup de détail plusieurs réalisations possibles de l'invention, ces détails de construction ne sont pas limitatifs et que diverses variantes peuvent être apportées à la disposition et aux proportions des divers éléments constitutifs de cet' appa- reil perfectionné, a.insi qu'au mode opératoire indiqué.
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