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AMSLER MORTON CORPORATION, résidant à PITTSBURGH, Pennsylvania (E.U.A.) .
PROCEDE DE CHAUFFAGE D'UN FOUR A RECHAUFFAGE DE LINGOTS PAR ALTERNANCE D'ALIMEN- TATION FORTE ET FAIBLE EN COMBUSTIBLE.
La présente invention se rapporte, d'une façon générale, au chauffage des "pits" ou fours à réchauffer. et concerne plus particuliè- rement un procédé de chauffage avec alimentation alternativement forte et faible des flammes en vue d'une répartition plus uniforme de la chaleur.
Dans les fours à réchauffer pourvus d'une chambre relativement grande, le chauffage uniforme de cette chambre et des objets qui s'y trou- vent pose un problème difficile à résoudre avec les procédés actuels.
Les fours de ce type, au bout d'un certain temps, atteignent bien la tem- pérature voulue, mais ils exigent une période plus longue pour obtenir une répartition uniforme de la chaleur dans toute la chambre du four, et, dans certains cas, cette uniformité n'est jamais atteinte. Ceci est particuliè- rement vrai pour les fours chauffés par l'un des côtés, étant donné que le récupérateur se trouve de ce côté et doit fournir l'air aux brûleurs.
Le procédé de chauffe consistant à faire alterner des flam- mes à faible et forte teneurs en combustible crée une application uni- forme de chaleur dans toutes les parties de la chambre du four et assu- re dans la totalité de cette chambre une pulsation thermique continue.
La quantité de chaleur appliquée à des zones alternées de la chambre passe par des minima et des maxima. Dans ce chauffage alternatif, ce changement constant produit une élévation uniforme de température dans toute la chambre et cette élévation est régulière jusqu'à ce que la chambre atteigne une température déterminée représentant la fin de la période de chauffe. Le procédé de chauffe par flammes alternantes est ensuite continué mais en réduisant progressivement la quantité maximum de chaleur. C'est la période d'étranglement. Simultanément, la quanti- té minimum de chaleur produite par ces flammes alternantes peut être ou n'être pas réduite.
Généralement, la chaleur minimum appliquée pendant ces alternances de flammes est plus forte que la quantité maximum re- quise pendant la période d'imprégnation thermique ou de réchauffage des lingots qui est la troisième période du cycle de chauffe.La pério- de d'imprégnation exige seulement la quantité de chaleur nécessaire à la
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compensation des pertes calorifiques du four, et au maintien des arti- cles à la température d'imprégnation.
Lorsque la quantité maximum de chaleur fournie par l'alternan- ce des flammes approche de la quantité requise pour la période d'impré- gnation, on diminue notablement les flammes de chauffe et l'on effectue' une transition pour égaliser l'alimentation de toutes les flammes et sup- primer ainsi le chauffage alternatif pendant cette troisième période, ou période d'imprégnation, au cours de laquelle un chauffage minimum est four- nie
Grâce à ce procédé de chauffe de four, les durées des périodes de chauffage et d'étranglement sont réduites, car la température de la totalité de la chambre du four s'élève uniformément.
Ce chauffage par alternance de deux ou plusieurs flammes, pendant de courtes durées, pro- duit des impulsions calorifiques dans les différentes parties de la cham- bre et assure une action plus forte et une meilleure répartition des gaz de chauffage,.Ceci détermine l'uniformité de chauffage de la chambre du four et des articles qu'elle renferme.
Le puits d'imprégnation peut être pourvu de deux brûleurs, ou davantage, situés dans l'une des parois. Deux brûleurs fonctionnent très bien sur un échangeur calorifique du type à récupéra- tion,en utilisant un clapet d'inversion pour alimenter alternativement l'un des brûleurs en air chaud.
Ce clapet ne ferme jamais complètement l'arrivée d'air au brûleur alter- né car il est nécessaire d'entretenir une flamme minimum basse, ou veilleuse, ou une flamme moins intense que celle du brûleur fonctionnant au régime maximum.
Indépendamment du chauffage à alternance, la quantité totale de combustible et d'air fournie pour la combustion est proportionnée, et également réglée, d'après les conditions de température régnant à l'in- térieur du four. L'alternance de chauffage peut être commandée par une commande à temps réglant l'arrivée de combustible et d'air aux brûleurs alternés en périodes déterminées d'égale durée.
Lorsque le four répond correctement au chauffage et est arrivé à température au cours de la période de chauffe, l'alternance caractéristique de la commande continue, mais l'alimentation totale en combustible s'abaisse au-dessous de l'ali- mentation minimum de la précédente période; la période d'imprégnation commence alors. tous les brûleurs fonctionnant pour suppléer également à la compensation de la déperdition calorifique du four et permettre aux articles de baigner dans la chaleur jusqu'à ce qu'on en ait besoin pour le laminage ou autre travail à leur faire subir.
Quand on ouvre le four pour retirer les articles, les brûleurs fonction- nent en veilleuse et dès la refermeture, la commande chauffe à nouveau le four selon les besoins. La commande peut avoir à suivre un cycle com- plet de chauffe, ou les brûleurs peuvent avoir à fonctionner à un régi- me plus poussé pour compenser la faible déperdition calorifique, puis s'abaisser au fonctionnement de période d'imprégnation pour maintenir à nouveau la température d'imprégnation.
Ce procédé de chauffe par alternance des flammes assure une meilleure combustion et une meilleure répartition de chaleur dans le four à puits.Il en résulte un cycle de chauffe perfectionné.
D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description suivante de certaines formes de réalisation pratiques.. citées à titre d'exemples, sans caractère restrictif, en ré- férence aux dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale d'un four à puits d'im- prégnation pourvu de deux brûleurs situés dans l'une des parois latérales et alimentés en air chaud par un récupérateur;
La figure 2 en est une coupe suivant la ligne 2 - 2 de la figure 1;
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La figure 3 est une coupe suivant la ligne 3 - 3 de la figure
2 ;
La figure 4 est une vue schématique de l'appareil de commande de chauffage du four représenté sur les figures 1 à 3;
La figure 5 est une vue schématique représentant les flammes maximum et minimum utilisées dans le procédé de chauffage alternatif à deux brûleurs;
La figure 6 est une vue schématique d'un fourra puits d'impré- gnation chauffé au moyen de quatre brûleurs dont les flammes sont repré- sentéesà leurs positions alternatives selon les principes du procédé de l'invention;
La figure 7 est un graphique indiquant le cycle de fonctionne- ment d'après le procédé d'alternance des flammes selon la présente inven- tion.
Si l'on considère la figure 1, le puits d'imprégnation est mon- té sur un soubassement 1 évidé en son centre, ainsi qu'indiqué en 2, afin de permettre le nettoyage du puits au moyen de l'ouverture centrale ob- turée représentée en 3. Le four à puits proprement dit est représenté par les parois 4 et sa chambre est fermée par un couvercle 5 qui peut être déplacé par le chariot 6 et amené à la position de réserve sur la plate- forme 7 située au-dessus du récupérateur 8. Ce dernier est pourvu d'une admission d'air 10 fournissant aux passages horizontaux 11 l'air qui arrive finalement au conduit 12 d'admission d'air chaud, lequel remonte jusqu'au branchement 13, en Y, commandé par la soupape à clapet 14 ré- glant l'arrivée d'air aux brûleurs 15 et 16 pour entretenir la combustion.
Chacun de ces brûleurs est pourvu d'un ajustage d'alimentation en combus- tible 17.
Le four peut être pourvu d'un fond préparé, formé de menu coke, ainsi qu'indiqué en 18. Le puits contient six lingots indiqués en 20.
Ces derniers sont placés sur le fond du puits d'imprégnation thermique, et pour leur mise en place ou leur soulèvement, on utilise le chariot 6 qui soulève le couvercle 5 au-dessus du joint de sable indiqué en 21 et l'amène sur la plateforme. On abaisse dans le four un appareil méca- nique pour en retirer l'un des lingots en vue du laminage ou autre tra-- vail, et l'on replace ensuite le couvercle.
La flamme est alimentée dans la chambre du four, elle atteint à la paroi opposée et forme une boucle revenant en arrière; les produits de la combustion s'évacuent par une lumière de décharge ou carneau 22, commun, qui retourne au récupérateur 8 et descend par la série de tubes représentées en 23 jusqu'à la chambre inférieure 24 située au fond du ré- cupérateur, de là les gaz d'échappement passent par le carneau 25,la vanne 26 et s'évacuent dans une cheminée.
Le clapet 14 du branchement 13, en Y, d'alimentation en air est pourvu d'une butée sur chacun de ses cotés, ainsi que représenté en 27.Ces butées empêchent le clapet 14 de bloquer complètement l'arrivée d'air au brûleur, de sorte qu'en sus du brûleur fournissant la majorité de chaleur au four, l'autre brûleur est également alimenté avec une quan- tité d'air suffisante pour entretenir la combustion, fournissant la quan- tité minimum de chaleur à la chambre du four. Ainsi la vis de réglage 27 peut être réglée par le circuit de commande pour déterminer la quantité de chaleur fournie par chacun des brûleurs pendant la période de chauf- fage maximum de l'autre.
Si l'on considère les figures 4 et 5, le brûleur 15 fournit la plus grande quantité de combustible, ainsi que l'indique la flamme 30, et le brûleur 16 la quantité minimum de combustible. indiquée par la flamme 31. Cette alternance de chauffage à flamme maximum est maintenue pendant des périodes de durée déterminée pouvant être calculées en mi- nutes ou en fraction d'heure. Une fois la commande à temps réglée, les périodes sont généralement uniformément maintenues. L'appareil est action-
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né pour alterner ou changer la séquence pour permettre au brûleur 16 de fonctionner à pleine flamme, ainsi qu'indique en 32 sur la figure 5 en lignes pointillées, pendant que le brûleur 15 fonctionne à flamme mini- mum. ainsi que représenté en 33 sur la figure 5.
La figure 6 représente un agencement analogue comportant qua- tre brûleurs 34, 35. 36 et 37. alimentés chacun en combustible par une conduite indiquée en 17;une commande et un agencement de conducteurs ana- logues à la précédente description assurent l'alimentation en combustible et air à ce four à puits d'imprégnation thermique, indiqué en 38, en vue de faire fonctionner les brûleurs de telle sorte que les brûleurs 34 et 36 donnent une flamme minimum 40 et les brûleurs 35 et 37 une flamme maxi- mum 41. A la phase suivante de la chauffe, les brûleurs 34 -et 36 donneront une flamme maximum 42 et les brûleurs 35 et 37 une flamme minimum 43.
Si l'on se reporte à nouveau à la figure 4, on remarquera-que l'air est fourni au récupérateur 8 au moyen d'une soufflerie 44 actionnée par un moteur 45 et commandée au moyen d'une source de puissance convena- blement réglée, indiquée en 46. L'alimentation totale en air est naturel- lement commandée par un registre'47 et est mesurée au passage de l'air dans l'orifice de réglage volumétrique 48 avant d'arriver à l'échangeur calori- tique constitué par le récupérateur 8, puis de passer dans le conduit 12 l'amenant au branchement 13 en Y dont le clapet 14 fait passer l'air d'un côté à l'autre, ainsi que représenté,
selon lequel des brûleurs est réglé à l'alimentation maximum en combustible pendant que l'autre reçoit un minimum de combustible.La butée de réglage 27 empêche le clapet de se fermer complètement afin d'assurer une arrivée suffisante d'air au brû- leur fonctionnant au régime minimum.
Les conduites d'alimentation en combustible 17 sont chacune commandées par des robinets 50 et 51 actionnés par le servo-moteur 52.
Ces robinets d'inversion d'alimentation en combustible laissent égale- ment passer une quantité de combustible suffisante pour entretenir la flamme minimum et peuvent aussi être réglés automatiquement par le servo- moteur 52 pendant la période d'imprégnation thermique pour réduire l'a- limentation minimum des brûleurs en combustible.
Le servo-moteur 52 est lui-même commandé par l'appareil à temps 53 qui détermine les parties du cycle au cours desquelles l'alimentation maximum passe alternativement du brûleur 15 au brûleur 16, et cet appareil à temps est également commandé par l'indicateur de débit de combustible in- diqué en 54. qui fonctionne en partie en réponse à la pression régnant des deux côtés de l'orifice 55 intercalé dans la conduite 56 d'alimentation en combustible et qui agit également sur le régulateur d'air 58 pour com- mander le fonctionnement du mécanisme de manoeuvre 60 réglant le registre 47.Les alimentations en combustible et air sont donc toutes deux cor- rectement proportionnées au fonctionnement du cycle complet de chauffe.
Le pyromètre de réglage de température est représenté en 61.
Cet appareil est commandé au moyen de la canalisation 62 et agit par 1' intermédiaire du servo-moteur 63 pour manoeuvrer la vanne 64" laquelle constitue la vanne principale réglant l'alimentation du four en combusti- ble selon les opérations à effectuer. Chacun de ces éléments, c'est-à- dire le moteur d'alimentation en air 45. l'appareil à temps 53. le pyro- mètre 61 et l'indicateur de débit de combustible 54. est pourvu de cana- lisations de commande reliées à un appareil intégrateur qui permet la commande indépendante, ainsi que la commande du fonctionnement représenta sur le graphique de la figure 7.
Si l'on considère plus particulièrement cette figure 7, on remarquera que la quantité maximum de combustible est fournie au brû- leur 15, ainsi que représenté en A et simultanément la quantité minimum de combustible est fournie au brûleur 16. Lorsque l'appareil à temps dé- termine que l'alternance doit être effectuée, la quantité de combustible et d'air fournie au brûleur 15 est réduite et celle fournie au brûleur 16 est augmentée jusqu'au moment de l'inversion des brûleurs pour ces courtes périodes alternées de cycle de chauffe représentées sur le gra-
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phique.
Ces alternances continuent jusqu'à l'achèvement de la période de chauffe totale du cycle de chauffage représentée sur le graphique, c' est la période de chauffage maximum effectuée alternativement par les deux brûleurs.Dans chaque cas, la flamme doit sortir dans la chambre' du four, descendre pour passer autour des lingots et revenir vers l'ori- fice d'évacuation 22.A la fin de la période de chauffe ou de combustion maximum, commence la période suivante, ou période d'étranglement, qui réduit progressivement l'arrivée de combustible et d'air aux brûleurs.
Cette réduction est naturellement gouvernée par la commande de températu- re par l'intermédiaire des servo-moteurs, plus particulièrement par le servo-moteur 63 et sa vanne 64, et également en combinaison avec les ro- binets 50 et 51. Ainsi qu'on peut le voir sur le graphique, la réduction de la quantité totale de chaleur suit une courbe déterminée jusqu'à la fin de la période d'étranglement, laquelle est légèrement inférieure à trois heures, par rapport à la période de chauffage maximum qui est d'environ trois heures. Toutefois, on remarquera que le chauffage mini- mum a été réduit à un point inférieur au chauffage minimum effectué durant la période de chauffe.
Cette réduction d'alimentation en combus- tible entraîne naturellement une réduction correspondante de l'alimenta- tion en air, de sorte que le régulateur de combustible et d'air maintient entre ceux-ci la proportion nécessaire aux fins d'une bonne combustion et du chauffage correct du four.
A la fin de la période d'étranglement, le servo-moteur 52, com- mandé par l'appareil à temps 53, règle les robinets 50 et 51 de manière à fournir des quantités égales de combustible , l'alimentation totale en combustible étant naturellement réglée par la vanne principale 64.
La courbe indiquée en 70, sur la figure 7, représente l'alimentation uniforme des deux brûleurs, alimentation suffisante pour compenser toutes les déperditions calorifiques du four et permettre une Imprégna- tion thermique déterminée des lingots qui peuvent avoir à séjourner dans le four pendant un temps considérable selon le moment auquel l'acier doit être travaillé, ou selon d'autres conditions se rattachant nécessairement à 1' opération de laminage.
Ce procédé de chauffage, comportant l'alimentation alternée d'une quantité maximum de combustible à l'un des brûleurs pendant que 1' autre en reçoit une quantité minimum, est appliqué pour les fours à puits d'imprégnation thermique du type décrit, mais peut être également utili- sé dans les autres types de four à réchauffer. Une pulsation des flammes de chauffe crée dans la chambre du four un type différent de circulation qui conduit à un cycle uniforme de chauffage des articles contenus et à l'uniformité de chauffage de la chambre.De la sorte, la durée de la période de chauffage maximum se trouve quelque peu réduite et peut même subir un degré de réduction supérieur à celui représenté sur le graphiq# de la figure 7o La période d'étranglement peut également être réduite.
On remarquera que la période d'étranglement, inférieure à trois heures, présente une pente assez accusée dans la courbe de fonctionnement.
Bien que l'on ait décrit, pour la clarté de l'exposé, cer- taines formes de réalisation de l'invention, celles-ci n'ont été citées qu'à titre d'exemples, les spécialistes pouvant y apporter des modifi- cations qui restent dans la portée de 1'invention.