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PROCEDE POUR LE REGLAGE DE L'ATMOSPHERE DANS UN FOUR POUR TRAITEMENT THERMIQUE.
Historique de l'invention.
La présente invention a trait à un procédé pour le réglage de l'atmosphère dans un four, plus particulièrement à un procédé pour le réglage de l'atmosphère dans un four où des métaux et des minéraux sont traités de manière thermique à des températures de traitement thermique de, par exemple, 800 C à 1. 7000 C.
Il est connu qu'un four utilisé pour le traitement thermique de matières métalliques et minérales est équipé d'une sonde d'oxygène intérieure afin de déterminer et de régler l'atmosphère de traitement thermique dans le four.
Dans les procédés conventionnels de détermination et de réglage de l'atmosphère de traitement thermique utilisant une telle sonde d'oxygène telle que décrite ci-dessus, l'atmosphère de traitement thermique pourrait être réglée en calculant le potentiel de carbone d'une force électromotrice déterminée par la sonde d'oxygène et en réglant ledit potentiel de carbone.
Plusieurs genres de procédés de réglage de potentiel de carbone pour le réglage des atmosphères de traitement thermique dans des fours, tels que susdits, ont été proposés. Un des procédés est de déterminer et de régler la pression partielle de dioxyde de carbone P C02 à l'aide d'un déterminateur à infrarouges à condition que la pression partielle du monoxyde de carbone P C0 reste constante. Un autre procédé est de définir et de régler la pression partielle de la vapeur P H20 à l'aide d'un déterminateur de point de rosée à condition que le pression partielle du monoxyde de carbone P CO et la pression partielle de l'hydrogène P H2 restent constantes.
Un autre procédé est de déterminer et de
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régler la pression partielle d'oxygène P 02 à l'aide d'une sonde d'oxygène à condition que la pression partielle du monoxyde de carbone P CO reste constante.
Cependant, de tels procédés conventionnels ont été principalement appliqués pour des fours de carburation.
En outre, il faut déterminer la pression partielle du monoxyde de carbone P CO et régler le potentiel de carbone dans l'atmosphère de traitement thermique en utilisant un analyseur de gaz aux infrarouges ou un autre analyseur de gaz, afin de maintenir la pression partielle du monoxyde de carbone P CO où les pressions partielles du monoxyde de carbone P CO et de l'hydrogène P H2 doivent rester à une valeur constante. Plus particulièrement le troisième procédé déterminant et réglant la pression partielle d'oxygène P 02 à l'aide de la sonde d'oxygène a le desavantage de faire appel à un autre analyseur de gaz.
Un analyseur de gaz aux infrarouges est aussi exigé dans le procédé de définition directe de la pression partielle du monoxyde de carbone P CO ou la pression partielle de l'acide carbonique P C02 dans une atmosphère de traitement thermique. Cependant, ce procédé exige l'utilisation d'un gaz référentiel à pression partielle de monoxyde de carbone P CO constante ou pression partielle de dioxyde de carbone P C02 constante. Le procédé a aussi le désavantage d'exiger une période plus longue pour la déremination et ne peut à peine permettre une détermination continue. Par exemple, le calibrage des analyseurs devrait être effectué périodiquement après chaque période de 8 à 12 heures.
SOMMAIRE DE L'INVENTION Pour ces raisons un des buts de l'invention est de surmonter les désavantages susdits faisant partie de l'état antérieur de la technique et de prévoir un procédé
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de réglage d'atmosphère dans un four prévoyant le réglage continu de l'atmosphère de traitement thermique sans avoir à utiliser des gaz de référence pouvant exiger un analyseur spécifique.
Ce but, suivant la présente invention, peut être réalisé en fournissant un procédé pour le réglage de l'atmosphère dans un four pour traitement thermique caractérisé en ce qu'un carburant sélectionné du groupe CnH2n+2 comprenant le butane, le propane, le méthane, l'éthane, etc. est mélangé à de l'air et brûlé afin de former une atmosphère de traitement thermique, ledit procédé comprenant les étapes : du calcul de la force électromotrice de référence à partir d'une température déterminée et d'un rapport carburant/air d'une atmosphère de traitement thermique prédéterminé ; de la détermination de la force électromotrice et de la température d'une atmosphère de traitement thermique d'application ;
et de régler ledit rapport carburant/air sur base de ladite force électromotrice déterminée et ladite température déterminée afin de rendre la force électromotrice déterminée identique à ladite force électromotrice de référence.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention peut être plus amplement clarifiée à l'aide de la description détaillée ci-dessous de concert avec le dessin l'accompagnant dans lequel : la figure 1 est un bloc-diagramme montrant un système pour la réalisation d'un procédé pour le réglage de l'atmosphère dans un four de traitement thermique suivant la présente invention.
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DESCRIPTION DETAILLEE DES REALISATIONS PREFERENTIELLES La figure 1 est un schéma d'un système pour la réalisation d'un procédé pour le réglage de l'atmosphère dans un four de traitement thermique suivant la présente invention. Le numéro de repérage "1" du dessin désigne un four pour le traitement thermique de matières métalliques et minérales à la température exigée, par exemple, de 800 à 1. 700 C. Le four 1 comprend une sonde d'oxygène 2 prévue d'un couple thermoélectrique et un mélangeur d'air 4 recevant un carburant du type CnH2n+2 tel que le butane, le propane, le méthane, l'éthane, etc. avec de l'air et fournissant ledit mélange de carburant et d'air en tant que gaz atmosphériques.
La sonde d'oxygène 2 agit en tant que capteur ou de déterminateur de force électromotrice et de température dans le four 1.
La réaction de combustion du mélange de carburant du type CnH2n+2 et d'air peut être exprimée par l'équation suivante :
CnH2n+2 + R + (X. 02 + Y. N2) --) a CO + b C02 + c H2 + d H20 + e N2 dans lequel, X + y = 1
R est le rapport carburant/air
X est la pression partielle de 02
Y est la pression partielle de N2 a, b, c, d, e, sont les pressions partielle respectives des éléments constitutifs.
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D'autre part, la force électromotrice de l'atmosphère de traitement thermique peut être exprimée suivant l'équation dite de Nernat :
E (mV) = 0, 0496. T. Log X/Log Xo dans laquelle, E (mV) est la force électromotrice
T est la température absolue
X est la pression partielle de 02
Xo est la pression partielle de référence de 02, étant 0, 21 dans le cas d'utilisation de l'air.
Des deux équations ci-dessus on peut découvrir que la composition de l'atmosphère de traitement thermique varie en fonction du rapport carburant/air R et de la pression partielle de l'oxygène X et que la force électromotrice E varie en fonction de la température T et la pression partielle de l'oxygène X. Par conséquent on peut découvrir que la composition de l'atmosphère de traitement thermique varie en fonction du rapport carburant/air R, de la température T et de la force électromotrice E. En conséquence, lorsque des variations de la température T et de la force électromotrice E sont découvertes, le rapport carburant/air R correspondant à la composition exigée d'atmosphère de traitement thermique peut être calculé.
La présente invention est basée sur le principe susmentionné et a pour but de comparer la force électromotrice de référence de l'atmosphère de traitement thermique voulue à la force électromotrice de l'atmosphère de traitement thermique d'application et de régler le rapport carburant/air R afin de rendre la force électromotrice déterminée identique à ladite force électromotrice de référence, permettant ainsi d'obtenir l'atmosphère de traitement thermique exigée.
Afin de réaliser ledit procédé suivant la présente invention, un dispositif de réglage 3 tel qu'un ordinateur
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ou un microporcesseur est prévu suivant la présente invention. Ce dispositif de réglage 3 est adapté pour recevoir en tant que donnée d'entrée la force électromotrice ex la température de l'atmosphère de traitement thermique d'application étant déterminée à l'aide d'une sonde d'oxygène 2, pour le calcul du rapport carburant/air pour rendre la force électromotrice déterminée identique à la force électromotrice de référence et pour l'émission d'un signal de commande pour régler le rapport carburant/air vers un mélangeur d'air 4.
Le dispositif de réglage 3 étant muni d'un dispositif d'affichage 5 et d'une imprimante 6 afin que les données nécessaires puissent être affichées ou imprimées.
La composition de l'atmosphère de traitement thermique d'application peut aussi être calculée à partir de la force électromotrice déterminée et de la température et sur base des équation susdites. La potentiel de carbone et le point de rosée peuvent aussi être calculés d'une manière bien connue. Lors de l'utilisation de ces données un réglage plus précis de l'atmosphère de traitement thermique est possible.
Le tableau suivant montre les cas d'application générale du procédé de la présente invention et du procédé conventionnel utilisant un analyseur'de gaz aux infrarouges dans le traitement thermique de fil d'acier dans un four de patentage. Ce tableau montre que les teneurs en CO et en C02 dans chaque zone du four, déterminée suivant le procédé de la présente invention sont, respectivement, substantiellement identiques à celles déterminées suivant le procédé conventionnel. En conséquence, il est clair que suivant la présente invention le réglage de l'atmosphère de traitement thermique peut être effectué sans faire appel à un analyseur de gaz aux infrarouges exigé dans les cas des
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procédés conventionnels.
Tel qu'il apparaît dans le tableau tous les contenus des éléments constitutifs de l'atmosphère de traitement thermique peuvent être découverts afin que l'atmosphère de traitement thermique puisse être réglée avec plus de précision.
Tel qu'il apparaît de la description ci-dessus, la présente invention permet le réglage de l'atmosphère de traitement thermique sans avoir à utiliser n'importe quel gaz de référence exigé dans les procédés conventionnels.
N'importe quel analyseur de gaz est également superflu en raison de la possibilité de déterminer tous les contenus des éléments constitutifs de l'atmosphère de traitement thermique. Ceci permet aussi une détermination rapide et correcte et un réglage précis. Malgré que la présente invention est utilisée dans le traitement thermique de fil d'acier, dans l'exemple ci-dessus, elle peut aussi être appliquée dans le traitement thermique non-oxydant de recuit ou le traitement thermique de carburisation.
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TABLEAU
EMI8.1
<tb>
<tb> Bivision <SEP> For
<tb> Zone <SEP> 1 <SEP> Zone <SEP> 2 <SEP> Zone <SEP> 3 <SEP> Zone <SEP> 4
<tb> Analyseur <SEP> de <SEP> 0,7% <SEP> CO <SEP> 1,4% <SEP> CO <SEP> 3,8% <SEP> CO <SEP> 5,4% <SEP> CO
<tb> gaz <SEP> aux
<tb> infrarouges <SEP> 11,4% <SEP> CO2 <SEP> 11,1% <SEP> CO2 <SEP> 10,2% <SEP> CO2 <SEP> 8,9% <SEP> CO2
<tb> Sonde <SEP> Temp.
<SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 950 <SEP> C
<tb> d'
<tb> oxygène <SEP> EMF <SEP> (mv) <SEP> 697 <SEP> 734 <SEP> 785 <SEP> 832
<tb> CO <SEP> % <SEP> 0,65 <SEP> 1,35 <SEP> 2,9 <SEP> 5,5
<tb> CO2 <SEP> % <SEP> 11,5 <SEP> 11,3 <SEP> 10,0 <SEP> 9,0
<tb> H2 <SEP> % <SEP> 0,5 <SEP> 1,2 <SEP> 2,5 <SEP> 5,1
<tb> H2O <SEP> % <SEP> 14,8 <SEP> 14,5 <SEP> 14,0 <SEP> 12,8
<tb> N2 <SEP> % <SEP> 72,5 <SEP> 71,8 <SEP> 70,3 <SEP> 67,8
<tb> Rapport <SEP> 30,0 <SEP> 29,1 <SEP> 26,9 <SEP> 24,0
<tb> carburant/
<tb> air
<tb> Ropport <SEP> carburant/air <SEP> véri- <SEP> 30,5 <SEP> 28,7 <SEP> 27,2 <SEP> 23,5
<tb> dique <SEP> (Mesure
<tb> de <SEP> débit)
<tb>