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'PERFECTIONNEMENTS RELATIFS'AU'TRAITEMENT-THERMIQUE DE METAUX.
La présente invention est relative à un procédé perfectionné de traitement thermique de métaux dans un four chauffé directement par du com- bustible dans une atmosphère qui est contrôlée de manière à âtre sensiblement non-oxydante à la température à laquelle seffectue le traitementet, quand
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cest nécessaire décarbarante vis-à-vis du métal traitée Un procédé de ce genre convient par exemple au traitement thermique brillant ou propre d9aciers et d9alliages de nickel, au réchauffage avant le la- minage et le forgeage de la plupart des métaux et alliages, et à la décarbura= tion de fer malléable.
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Jusqu?à présent, on a d9habitude préparé l'atmosphère non-oxydante dans un appareil séparé du four., par exemple dans un gazogène dans lequel on- soumet à une combustion partielle convenablement contrôlée de 19 ammoniaque ou un combustible solide tel que du charbon de bois.
Une exception à cette règle est constituée par le traitement ther- mique connu de cuivre et de certains alliages de cuivre., et dans ce cas on a
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trouvé qu9il est possible de produire 1?atmosphère dans le four de chauffage parce que les produits de combustion complète.\! c'est-à-dire la vapeur d'eau et l'anhydre carbonique, sont non=-oxydants 3s . ïs de ces métaux à leurs températures de recuit.
On a également inventé des procédés de traitement thermique de mé- taux ferreux et autres dans lesquels on produit une atmosphère non-oxydante dans le four de traitement thermique; ces procédés sont décrits dans les brevets britanniques No 6370337 et 64606910 =
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Dans le procédé du brevet No 637a337 on traite le métal dans un four essentiellement clos dans lequel on soumet un combustible fluide à une combustion partielle au moyen d'oxygène ou d9un mélange di)o:xygèn6 et d-'azote contenant plus de 70 % d-9oxygène.
Aux températures atteintes au cours de cette combustion partielle, les produits de combustion sont essentiellement non-osy-
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dants pour la plupart des métaux)) les températures étant denviron 900 C à 1300 Cp et après les avoir extraits du four on les utilise au préchauf- rage du natal de 1oxygène ou du mélange d9cxygène et azote., ou du combus- tible.
Le procédé décrit dans le brevet No 6460691 consiste en un par--
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fectionnement au procédé qui vient d9$tre décrite en ce sens quon l'appli= que de fagon continue dans un four sensiblement clos à travers lequel on fait passer en sens inverses le combustible et le gaz qui ont été partiel-
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lement broies à l'extrémité chaude du four pour produire 1-9atmosphère non- oçydant3 et on fait passer les produits de cette première combustion vers 1'"extrémité plus froide du four et on les brthe en cet endroit au moyen d'air pour compléter la combustion.
On peut utiliser les produits de la combustion complète au préchauffage d'une ou de plusieurs des substances combustible,
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air ou oxygène utilisées à la combustion à deux étages effectuée dans le four.
En appliquant le dernier procédé mentionnée on trouve qu'au se-
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cond étage du procédé c-est-à-dire celui où les gaz subissent la combustion comp1ète9 il existe une tendance lors du chauffage de certains métaux â hau- tes températures au premier étage à produir-e un excès de chaleur au second étage, avec le résultat qu'une oxydation indue commence à se produire,et quon pourrait effectuer un transfert de cet excès de chaleur au premier étage
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en augmentant le rendement total de 1opération.
Pour l'application de la présente invention, on soumet par consé- quent les gaz à une combustion complète en trois étagesDans le premier éta-
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gee on soumet à une combustion partielle un combastible fluide et de l'oxygène (ou un mélange d90xygène et d9azote contenant plus de "0 d9oxygène) à 19ex- trémité de déchargement du four sensiblement clos de manière à produire une atmosphère qui est essentiellement non#codante vis-à-vis du métal à la tem- pératai-o atteinte à cette extrémité du four;
on fait alors passer les gaz partiellement brûlés tel 1'extrémité de chargement du four où on les brûle par de 1-9ozygène ou de Pair mais en ne les soumettant encore qu-à une com- bastion Incomplète, dans un second étage du procédépour produire à cette extrémité du four une température inférieure à celle à. laquelle se produit une oxydation appréciable, et pour effectuer un préchauffage du métal,et on fait passer les produits du second étage de combustion dans un échangeur de chaleur où on les soumet à la combustion complète et où on les utilise au pré-
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chauffage d9-ans ou de plusieurs des substances consistant en métal air com- bustiblep oxygène ou mélange d900Q'gène=azote utilisées dans le premier éta- ge du procédé.
Dans une modifications, on fait passer les produits de combustion du second étage du procédé sur le métal chargé à la partie de chargement du four pour préchauffer le métal.
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Dans le cas oh on emploie un mélange d9oxygène-azote au premier étage du procédé le mélange renferme plus que 70% d'oxygène Dans le cas où on traite de 1'acier, les températures atteintes peuvent être comprises en- tre 90000 et 13000G au premier étage et on peut régler le rapport du. combus- tible à l'oxygène da manière à assurer qu9:U. ne se produise aucun degré d90:XY dation appréciable à la température qui règne à cette extrémité du four.
Dans le second étage, on règle la quantité d'air ou d'oxygène admise de manière à maintenir la température en dessous de celle à laquelle
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apparaît .un écai11ement libre eu considérable et qui!) dans le cas de 1?acier, est d'environ 7500 C à 8000 c.
Une légère oxydation est permise dans le second étage parce qu' elle disparaît dans le premier étage parce que les conditions qui règnent à
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cet étage sont réductrices ou désoxydant6s,-, Dans ce texte l'expression "atmosphère non-oxydante" désigne une atmosphère dans laquelle on évite suffisamment 1-9oxydation pour garantir que
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les dimensions du métal sous traitement ne soient pas modifiées de façon ap- préciable, et l'expression "four essentiellement clos" désigne un four dans lequel une rentrée d'air est exclue principalement en raison de la pression des gaz à l'intérieur du four.
Il doit cependant être ouvert suffisamment pour permettre le chargement et le déchargement du métal
Dans la pratique, un contrôle de la pression du four comprend de préférence des moyens automatiques, de sorte que quand on ouvre une porte., le registre de la cheminée se ferme automatiquement pour maintenir un écou- lement de l'atmosphère du four vers l'extérieur au lieu dun écoulement d'air vers l'intérieur du four., Les portes sont de préférence verrouillées de ma- nière que deux portes ne puissent être ouvertes en même temps.
Un moyen préféré d'application de l'invention va maintenant être décrit en se référant aux dessins en annexe, sur lesquels la fig. 1 est une coupe à travers le four représentant, schématiquement, le passage du métal et des gaz à travers un four, et la fig. 2 est un diagramme qui représente les variations de la température le long -du four.
Le genre de four tunnel long représenté en 10 est muni de portes 11 et 12, d'une paroi formant chicane 13 divisant le four en zones A et B, dune cheminée 14 et de deux séries de brûleurs respectifs 15 et 160
On introduit du gaz pour la combustion à travers un serpentin 17 disposé dans la cheminée 14, vers les brûleurs 16 au moyen .de conduites 18, l'oxygène étant introduit aux marnes brûleurs par les conduites 19 pen- dant quon introduit de Pair aux brâleurs 15 par des conduites 200
On introduit de Pair en 21 dans la cheminée 14, juste en dessous du serpentin 17, cet espace étant dénommézône C.
On introduit des billettes d'acier 22 devant subir un traite- ment thermique par la porte de chargement 11 et on les décharge par la porte 12. On les fait passer à travers le four, par des moyens convenables quel- conques, soit par étapes, soit de façon continue.
La fig. 2 est en relation avec la fig. 1 et représente la varia- tion de la température le long de la longueur du four, au cours d'une opéra- tion normale.
Dans la zône B. on chauffe les billettes depuis la température de l'atmosphère jusqu9à environ 6500 C et dans la zone A,on les chauffe da- vantage à une température convenant au laminage ou au forgeage,disons à 1200 C.
On introduit dans la zone la plus chaude A, à l'aide de brûleurs mélangeurs à tuyère 16 et par des conduites 18, du gaz de houille ayant un pouvoir calorifique de 4100 calories /m3 (460 unités thermiques britanniques par pied cube) et de l'oxygène industriel par les conduites 19.
Le rapport entre le gaz de houille et l'oxygène est d'environ 0,45 partie d'oxygène en volume pour une partie de gaz.
Le four est soumis à un tirage tel que les gaz de combustion de la zone A passent à la zone B, et on introduit à cette entrée de la zone B de l'air sous pression par les tubes 20 et les tuyères 15 de manière à sou- mettre à une combustion incomplète les produits provenant de la combustion primaire de la zone A.On règle le volume d'air admis à la zone B de manière que la température de cette zone ne dépasse jamais 650 C, ce qui signifie qu'environ 10 à 15% du pouvoir calorifique du gaz d'origine restent encore dans les produits de combustion qui quittent la zone Bo Ces gaz sortent du four à l'extrémité la plus froide dans la cheminée 14, de sorte que sur tou- te la longueur du four,
les gas brûlants passent à contre-courant des billet- tes qu'on chauffe.
Les gaz qui quittent le four sont encore chauds, de 1'ordre 'de 300 à 350 C, et contiennent encore une petite quantité de gaz combustible.
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Pour cette raison, on les fait passer immédiatement au-dessus et autour d'une série de tubes en serpentions 17 dans la cheminée 14 qui forme un échangeur de chaleur dans la zone C et on fait passer à travers ces serpentins le gaz introduit dans la zone A. On admet de l'air en 21 pour brûler les constituants combustibles dans la zone C autour des serpentinsen portant la surface des tubes à environ 700 ,et chauffant au préalable à environ 4500 C le gaz de houille introduit pour être brûlé dans la zone A.
La chaleur sensible des produits de combustion dans l'échangeur de chaleur ou dans un récupérateur qu'on peut aussi bien employer, peut être utilisée au préchauffage de l'air introduit dans la zone de combustion A.
Dans un système de ce genre., la moitié environ du pouvoir calori- fique du gaz original est utilisée dans la zone B, 35 à 40% dans la zone A et le restant de 10 à 15% est brûlé dans 1?échangeur de chaleur.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de traitement thermique de métaux dans un four essen- tiellement clos,, caractérisé en ce quil comprend la combustion initiale par- tielle d'un combustible fluide et d'oxygène)) ou d'un mélange d'oxygène et d'azote contenant plus de 70% d'oxygène dans le four à son extrémité de dé- chargement afin de produire à cette extrémité une atmosphère qui est essen- tiellement non-oxydante vis-à-vis du métal aux températures qui y sont at- teintes.,
le passage des produits de la combustion partielle à l'extrémité de chargement du four et leur combustion à cet endroit au moyen d'un gaz à un étage intermédiaire de combustion de manière à produire des températures in- ferieures à celles auxquelles peut se produire une oxydation substantielle quelconque du métal, et la combustion des produits de la combustion intermé- diaire de fagon essentiellement complète dans un échangeur de chaleur à tra- vers lequel on fait également passer au moins 19une des substances comprenant l'air)) le combustible, les gaz et le métal.