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Four à fosse d'imprégnation et procédé pour sa commande.
La présente invention a trait aux fours à chauffer. les lingots et analogues et a pour but de chauffer ceux- ci de façon que les températures dont dépend la structuré métallique du métal soient sous le contrôle permanent durant le cycle de' chauffe.
L'invention a trait également à une méthode perfec- tionnée ou phases dans la méthode de chauffe des lingots pour remédier aux inconvénients' inhérents aux méthodes uti- lisées jusqu'à présent, tels que " formation de dépôts ", "décrassage des lingots 'et entartrage excessif et de plus
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aux points énumérés ci-après : - La commande d'alimentation en combustible du four est fonction des températures existant dans les parties voisines de la chambre de combustion.
- Le réglage des valeurs de combustion à l'intérieur de la chambre où se trouvent les lingots est fonction des températures existant dans les parties voisines de la cham- bre de combustion.
- Accélération de l'apport thermique depuis les fai- bles valeurs aux valeurs élevées pendant la phase initiale du cycle de chauffe, pour limiter l'apport maximum pendant la phase intermédiaire du cycle de chauffe et le faire dé- croître vers des valeurs moindres pendant la progression du cycle.
- Moyens destinés à maintenir l'apport thermique à un taux suffisant pour conserver à l'acier la température dési- rable pendant une période déterminée sans fluctuations de température lorsqu'on se trouve en présence d'un arrêt momen- tané du laminoir.
- Obtention de moyens destinés à maintenir un rapport convenable entre l'air et le débit de gaz pendant toute la durée du cycle de chauffe, que le rapport airz produise une combustion parfaite ou une pénurie d'air, ou un afflux d'air, pendant une partie du cycle de chauffe.
- obtention de moyens destinés à maintenir constante la pression voulue du four pendant les différentes phases du cycle de chauffe.
- Façon de combiner un potentiomètre, indicateur de débit et d'autres enregistreurs des cycles de chauffe pour des aciers particuliers, pour renouveler ces cycles de
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chauffe dans des opérations ultérieures de traitements analogues.
-Moyens pour limiter la température environnant l'acier afin d'éviter le décrassage et la formation execssi- ve de tartre.
-Installation de couples thermiques dans les parties voisines de la chambre de combustion, par exemple le dessus et le dessous, de façon qu'ils servent de moyens de contrô- le ou de commande pour établir que la chauffe des lingots a bien été complète et surveiller la température du four entre les phases initiale et finale du cycle de chauffe.
Ces différents résultats de l'invention sont obte- nus au moyen d'un four à fosse, prévu de construction hermé- tique pour maintenir à l'intérieur delà. chambre de chauffe une température et une pression convenables, le couvercle du four étant mobile dans des directions opposées à la fosse, de façon à ne découvrir qu'une partie de la chambre pour décharger les lingots, et ainsi économiser du combustible, et éviter un refroidissement excessif de la chambre.
L'invention s'applique particulièrement au four à imprégnation avec fosse du type dans lequel les lingots des- tinés à être chauffés sont déposés sur le fond de la fosse et où la flamme ne vient pas en contact avec les faces des lingots. Les produits de la combustion circulent dans la chambre formée par la fosse de façon à entourer complètement les lingots pour les soumettre à une température pratiquement uniforme.
L'invention ressortira plus clairement par l'examen du dessin annexé dans lequel :
La fig. 1 est une vue en plan du four à imprégnation
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reproduisant les principes de l'invention.
La fig. 2 est une coupe longitudinale du four et du dispositif de récupération.
La fig. 3 est une coupe transversale de deux fours suivant une ligne centrale passant à travers les récupéra- teurs.
La fig. 4 est une vue en perspective isométrique du four à imprégnation avec le mécanisme de commande.
La fig. 5 représente plusieurs courbes de température du débit d'apport thermique et de températures du four.
Dans les fig. 1 à 3 le four à imprégnation à fosse est désigné en gnéral par 1 avec des parois 2 en forme d'arc, pour éviter la déformation à la contraction.due à l'expansicn thermique. La chambre de fosse 1 est munie d'un ajutage central 3 ayant dans son centre un brûleur 4 et des conduites 5 amenant l'air préchauffé, l'ajutage 3 ayant une longueur suffisante pour permettre le mélange intime du combustible liquide et de l'air préliminaire pour sa combustion à l'entrée de l'ajutage 3.
Le fond de la fosse indiqué en pointillé dans la fig. 2 est recouvert d'une matière convenable formant support 6 sur laquelle les lingots 7 à réchauffer sont placés, suffisamment écartés les uns des autres et des parois de la chambre comme indiqué dans la fig. 1, pour permettre une libre cir- culation des produits de la combustion montant de l'ajutage à brûleur 3 au plafond de la fosse, de là redescendant autour des lingots pour sortir par les passages 8, les produits de la combustion exécutant des circuits verticaux dans leur trajet entre l'ajutage 3 et les passages 8 des gaz brûlés.
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Les produits de la combustion cortent par les ouver- tures 8 dans le collecteur 9 de plusieurs récupérateurs ayant des conduits verticaux 10 (fig. 2) à travers lesquels descendent les gaz brûlés pour sortir par les passages 11 conduisant à la cheminée (fig. 4). Les récupérateurs sont pourvus de passages horizontaux 12 pour l'air préchauffé, destinés à conduire l'air aux canalisations 5 de la cham- bre de mélange, l'air pouvant arriver en toute quantité dé- sirée par les conduites 13 sur le côté des récupérateurs.
On peut également désirer employer un ou plusieurs récupérateurs pour préchauffer le combustible gazeux alimen- tant l'ajutage lorsqu'on utilise un combustible pauvre comme ' dans le cas où l'on utilise les gaz des gueulards de hauts- fourneaux ; dans ce cas on peut employer des récupérateurs métalliques et on peut diriger les gaz brûlés de la chambre d'imprégnation à travers les récupérateurs d'air pour abais- ser leur température et les envoyer ensuite dans les récu- pérateurs métalliques pour préchauffer le combustible.
Comme l'indiquent les fig. 2 et 3 les chambres de. fosse sont munies de couvercles réfractaires 14 ayant des brides périphériques 15 solidaires, reposant sur un joint en sable 16 aménagé dans la paroi du four, celle-ci en- taillée comme indiqué en 17 pour recevoir le sable siliceux ou toute autre matière granulée servant de lut.
Les couvercles sont munis en outre de poutrelles en I 18, s'engageant dans des griffes de levage 19 suspen- dues à une plateforme de levage par des chaînons 20, ceux- ci commandés par des manivelles actionnées par des trans- missions 21 respectivement 22 reliées à un moteur. Le mécanisme de levage est supporté par une ferme 23 montée
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sur roues 24, traversant les fosses sur des rails 25 disposés parallèlement aux rangées des fosses. Un méca- nisme à engrenage 26 relie les roues 24 avec l'arbre de commande 27 actionné par la transmission 28 d'un moteur 29. Alors que la fig. 3 indique seulement une plateforme de levage il existe deux mécanismes de levage sur chaque ferme 23, en sorte que l'on peut soulever les couvercles des fosses à volonté.
Dans la forme d'exécution montrée dans la fig. 3, les griffes 19 sont toujours en prise avec les poutrelles en I 18 des couvercles, de façon que lorsque le chariot se trouve au-dessus des fosses, les palans et les couvercles se trouvent en ligne pour soulever, lorsqu'on met en route le moteur 21. L'opération de soulèvement à distance de l'un ou l'autre mécanisme de couvercle est obtenu, au moyen de circuits de commande appropriés, non représentés.
La fig. 4 représente le mécanisme de commande pour régler et maintenir les températures désirables ainsi que les pressions voulues dans le four pendant le cycle de chauffe. Une soufflerie 30 amène l'air par la conduite 31 aux tuyauteries 13 situées sur les côtés des récupé- rateurs. Les conduites 32 et 33 font passer les gaz brû- lés des récupérateurs à la cheminée 34. Celle-ci est munie d'un volet 35 commandé par un cylindre moteur 36 relié à un régulateur 39 par les canalisations 37 et 38. La soufflerie 30 possède un ajutage d'air 40 commandé par une vanne 41, celle-ci dépendant d'un cylindre-moteur 42 relié à un régulateur 45 par les canalisations 43 et 44.
Les brûleurs reçoivent le combustible gazeux par une conduite 46 possédant une vanne de sûreté 47 et un ré-
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gulateur de débit 48 dépendant d'un dispositif de commande électro-magnétique 49.
Un panneau de commande et de distribution 50 est aménagé de manière convenable pour recevoir les po- tentiomètres enregistreurs, les commandes 51 et 52 ainsi que les régulateurs 39 et 45. 53 est un indica- teur de pression du four, 54 un indicateur de débit du combustible, 55 un indicateur de débit d'air. 56 et 57 sont des pompes à pression pour alimenter en liquide sous pression les régulateurs 39 et 45 par la conduite 58 jusqu'aux cylindres moteurs 36 et 42. 59 est un ré-. servoir d'huile destiné à alimenter en liquide les pompes 56 et 57.
La conduite d'air 31 est munie d'une plaque trouée 60, et de chaque côté de cette plaque se trouvent des canalisations 61 et 62 allant au régulateur 45, la conduite 46 qui amène le combustible ayant de son côté une plaque trouée 63 de chaque côté de laquelle des canalisations 64 et 65 sont également reliées au régulateur 45. Le régulateur 39 relié par les canali- sations 37 et 38 avec le cylindre 36 du volet 35 de la cheminée, est aussi relié par une canalisation 66 à un tube témoin 67 indicateur de pression du four et par une canalisation 68 à un tube 69 équilibreur de pression atmosphérique.
La commande 51 à potentiomètre enregistreur est connectée par un conducteur 70 à un ou plusieurs couples thermiques 71 disposés près du toit ou parties les plus chaudes en haut de la chambre du four, et la commande 52 à potentiomètre enregistreur est également
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reliée électriquement par les canalisations 72, 73 et 74 aux couples thermiques 75 et 76 disposés dans ou le long des sorties 8 de la chambre du four. Un in- terrupteur 77 permet de connecter le circuit en charge 78 qui excite l'électro-aimant 49 de la vanne de commande du combustible avec le potentiomètre enregistreur 52.
La fig. 5 indique les courbes de contrôle de la tem- pérature du four, la courbe A représente l'apport thermique ou débit de combustible au four et aux lingots, la courbe B indique la température à la partie la plus chaude en haut de la chambre du four enregistrée par le couple thermique 71, la courbe C désigne la température de sortie du four indiquée par les couples thermiques 75 et 76 et la courbe D désigne la température moyenne approximative de l'acier à l'intérieur du four, la courbe A tant à une échelle différente des autres courbes de la fig. 5.
La température du four est contrôlée et commandée au moyen des couples thermiques 71,75 et 76 situés en haut et en bas, des contrôleurs à potentiomètre enregis- treur 51 et 52 et de la vanne de combustible 48 comme suit : l'apport thermique au four et aux lingots est réglé à la main à un taux déterminé à l'avance. La température en haut du four, comme l'indique le couple thermique 71, va monter plus ou moins rapidement comme l'indique la cour- be B et lorsque la température a atteint un indice de contrôle comme en de la courbe B, le contrôleur à potentiomètre enregistreur 51 excite le dispositif élec- tromagnétique 49 qui agit lui-même sur la vanne 48
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pour réduire l'arrivée de combustible dans la conduite 46 en sorte que le four reçoit moins de combustible.
La température du haut est maintenue jusqu'à ce que celle enregistrée par les couples thermiques 75 et 76 au sor- tir des gaz brûlés atteigne un indice de contrôle en F sur la courbe C. L'interrupteur 77 entre alors en ac- tion pour mettre en circuit la canalisation 78 qui exci- te alors le dispositif électromagnétique 49 et le contrô- leur à potentiomètre enregistreur 52 pour régler ainsi le débit en combustible de la vanne 48 d'une manière con- forme aux conditions de température existant au bas du four. Grâce à cette commande de la température l'apport thermique est continuellement contrôlé pendant tout le cycle de chauffe et peut être maintenu rigoureusement à une valeur minima déterminée et sans fluctuations pendant toute la période durant laquelle des retards se seraient produits dans le laminage.
Le contrôle de la combustion dans le four est maintenu pendant la totalité du cycle de chauffe grâce à la limitation de l'apport d'air au combus- tible, pour l'alimentation du four.
On peut donc établir de la manière voulue le rapport d'air à combustible pour obtenirla combustion la meilleure à l'intérieur du four. Le mécanisme suivant permet d'y ar- river : le régulateur 45 dépend des différences de près- sions équilibrées, maintenues aux plaques trouées 60 et 63 des conduites d'air et de combustible 31 et 46 respec- tivement, et lorsque la vanne de régulation 48 a modifié le débit de gaz dans la conduite 46, la différence des pressions à la plaque trouée 63 change et influe sur le régulateur 45 par suite de la différence de pression exis-
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tant sur la plaque trouée 60 de la conduite 31.
Par suite du déséquilibrage des pressions aux plaques trouées la pression du fluide sera transmise du régulateur 45 au cylindre moteur 42 par les conduites 43 et 44, ce dernier agira sur la vanne d'entrée d'air 41 pour réduire le débit d'air de la soufflerie 30 et par suite le débit de la conduite 31 le conduisant au four. Quand le débit de la conduite d'alimentation 46 augmente à nouveau, le régulateur 45 commande la vanne 41 pour augmenter le débit de l'air dans la conduite 31. Le régu- lateur 45 maintient donc un rapport défini entre l'air et le combustible pendant toute la durée du cycle de chauf- fe du four.
Le contrôle de la pression du four est assuré pendant toute la durée du cycle de chauffe du four et est prévu pour créer dans le four une pression pratiquement uniforme.
Ceci est obtenu au moyen du régulateur 39 destiné à contrebalancer les différences de pression dans le four ; le tube témoin 67 et le témoin de pression atmosphérique 69 s'ils sont en déséquilibre agissent sur le régulateur 39 pour faire agir le cylindre moteur 36 sur le volet 35 de la cheminée.
Si à la fin du cycle de chauffe le combustible et l'admission d'air dans le four sont complètement fermés, le volet 35 de la cheminée est également entièrement fermé pour éviter que l'air ne s'introduise dans le four lorsqu'on enlève le couvercle. Grâce à l'indicateur de débit 53 l'apport thermique au four et aux lingots est en- registré à toutes les phases du cycle de chauffe et les contrôleurs à potentiomètre enregistreur maintiennent les
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lectures de température résultant de l'apport thermique et du contrôle de combustion, en sorte que les valeurs de toute chauffe peuvent être répétées à tout moment ultérieur pour des lingots de mêmes sortes et de mêmes dimensions.
Grâcé à l'appareillage de commande décrit précédemment, la température environnante de l'acier peut être contrôlée pendant toutes les phases du cycle pour accélérer l'apport thermique durant les premières phases d'échauffement et pour réduire celui-ci si besoin est, afin d'éviter le décras- sage ou une formation excessive de tartre pendant les phases' finales de l'échauffement.
Au moyen du couvercle hermétiquement scellé ainsi que du déplacement sélectif du couvercle par le chariot comme décrit, l'appareillage de commande peut être utilisé à son efficacité maxima dont le résultat est une consommation éco- nomique de combustible jointe à une perte minima de la capa- cité du four à fosse, puisqu'il n'y aura pas de chute appré- : ciable de température lorsque les lingots sont introduits dans la chambre à fosse ou qu'ils en sont retirès.