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Demandes de brevets déposées en Allemagne Occidentale le 16 juillet 1956, le 8 décembre 1956, le 24 avril 1957 et le 18 mai 1957 au nom de la société Hûttenwerke Siegerland A.G.
L'invention est relative à des fours à recuire à chapeau, à une ou plusieurs piles à recuire et à chauffage renversé, dans lesquels le gaz de protection est renversé à vitesse élevée au moyen d'un inverseur et sous le chapeau de protection, tandis que le gaz de protection transmet la chaleur à la matière à recuire pendant le recuit, respectivement absorbe la chaleur pen- dant le refroidissement. La transmission de chaleur est effectuée de manière que le chapeau de gaz de protection chauffé, respectivement refroidi, trans- met pendant le recuit la chaleur directement et/ou indirectement par l'inter- médiaire du gaz de protection renversé à la matière à recuire,, respectivement absorbe la chaleur depuis la dite matière à recuire pendant son refroidissement.
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Dans les fours à recuire à chapeau connus, aucun compte n'est tenu des rapports de .courant du gaz de protection renversé et le dit courant de gaz de protection n'est pas orienté. Il se produit un réchauffage rapide des unités supérieures de la matière à recuire, tandis que le chauffage des unités infé- rieures est fortement retardé. Toutefois, étant donné que toutes les parties de la matière à recuire doivent être soumises au processus de recuit nécessaire, à savoir qu'elles doivent être exposées à une température déterminée au moins pendant une période déterminée, la durée du recuit dépend des unités de la ma- tière à recuire qui n'atteignent pas aussi rapidement la température voulue, ce qui prolongeconsidérablement et inutilement la durée totale du recuit.
De ce fait, le rendement du four est considérablement réduit.
L'invention vise à obtenir, d'une part un réchauffage plus rapide des unités inférieures de la matière à recuire, retardées dans leur réchauffage et, d'autre part, un chauffage uniforme de toutes les unités de matière à recuire, afin de réduire la période de réchauffage.
En raison du chauffage uniforme de toutes les unités de matière à recuire, ii ne faut qu'une durée de maintien (période pendant laquelle la ma- tière à recuire est maintenue à une température déterminée) beaucoup plus courte' de manière que dans l'ensemble il est possible d'obtenir une période totale de recuit beaucoup plus courte, tout en atteignant un meilleur recuit et une meil- leure qualité de la matière à recuire.
L'invention vise en outre à procurer une exploitation plus favorable du rendement des moyens d'actionnement nécessaires à l'exploitation du four.
En outre, l'invention vise à procurer, et ce, par une exécution ap- propriée du chapeau de gaz de protection, des températures d'un maximum d'uni- formité du gaz de protection dans tout le système de renversement et de favo- riser, de ce fait, l'obtention d'un chauffage particulièrement uniforme et ra- pide de la matière à recuire.
Suivant l'invention, on prévoit un four à recuire à chapeau dans le- quel le chauffage et le refroidissement de la matière à recuire sont effectués à l'aide d'un gaz de protection renversé, sous un chapeau de gaz de protection; la partie inférieure du four étant munie d'un diffuseur, tandis que les unités de matière à recuire sont séparées par des convecteurs, le dit four se carac- térisant du fait que l'on prévoit des organes de guidage qui permettent une
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orientation du courant de gaz de protection renversé pendant le recuit', respec- tivement le refroidissement.
Le diffuseur, les connecteurs et/ou les organes de guidage sont de préférence exécutés de manière qu'il soit possible d'obtenir, outre l'orientation, une circulation essentiellement exempte de tourbillons du gaz de protection et un accroissement de la transmission convective de la chaleur.
Les lamelles du diffuseur sont avantageusement exécutées et disposées de manière que leurs faces horizontales puissent directement porter la matière à recuire ; demême, elles peuvent conférer au courant de gaz de protection un sens de sortie tangentiel et, dans le diffuseur, il est possible de dispo- ser des tôles de guidage inférieures et/ou supérieures de manière qu'elles con- fèrent de force un mouvement hélicoïdal au courant de gaz de protection sortant tangentiellement.
Il s'est également avéré particulièrement avantageux de prévoir des couronnes de guidage sur la périphérie extérieure des convecteurs, couronnes de guidage qui s'étendent par dessus la matière à recuire vers l'extérieur et qui servent'à orienter le courant de gaz de protection.
Les lamelles des convecteurs sont de préférence disposées en forme de spirale, tout particulièrement en forme de spirales logarithmiques.
Suivant une autre forme d'exécution préférée, l'intérieur de la cham- bre d'aspiration porte un ou plusieurs organes de guidage à signes caractéristi- ques variables, servant à l'orientation du courant de gaz de protection. Ces organes de guidage sont constitués par des disques ou des anneaux de barrage ou bien ils sont de préférence exécutés sous la forme'de tuyères. Entre le dif- fuseur et le chapeau de gaz''.de!. protection il est possible de prévoir un espace annulaire dans lequel est introduit le gaz de protection nécessaire et depuis lequel le gaz de protection peut pénétrer sous le chapeau de gaz de protection.
L'espace annulaire peut être formé par la double paroi du bord extérieur du diffuseur, il peut s'adapter jusqu'à une faible fente à la forme intérieure du chapeau de gaz de protection et son bord extérieur peut porter des ouver- tures permettant la sortie du gaz de protection jusque sous le chapeau de gaz de protection.
En prévoyant des nervures intérieures et/ou extérieures il est possi- ble d'agrandir les surfaces absorbant, respectivement transmettant la chaleur
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du chapeau de gaz de protection, ces surfaces peuvent donc être adaptées aux besoins des différentes unités de matière à recuire et le sens des nervures peut être utilisé pour le guidage du courant de gaz de protection, respective- ment de l'air de refroidissement.
La face extérieure, absorbant la chaleur, et la face intérieure, transmettant la chaleur, du chapeau de gaz de protection peuvent être de grandeur différente, ce qui est obtenu par le nombre et/ou la dimension des nervures intérieures inclinées ou ondulées dont l'inclinaison est calculée de manière à s'adapter à un mouvement essentiellement hélicoïdal du gaz de protection et les nervures extérieures peuvent être verticales, afin de s'adapter au sens de l'air de refroidissement. Lorsqu'il s'agit de chapeaux à plusieurs parois, au moins une des parois doit être exécutée de la manière décrite.
Plusieurs formes d'exécution , données à titre d'exemple non limita- tif, sont représentées aux dessins annexés, illustrant des fours à recuire à pile unique.
La fig. 1 est une coupe en élévation d'une première forme d'exécution d'un four à recuire à chapeau suivant l'invention.
La fig. 2 est une coupe en élévation d'une forme d'exécution préférée d'un diffuseur.
La fig. 3 est une vue en plan du diffuseur de la fig. 2.
La fig, 4 est une coupe en élévation d'une forme d'exécution préférée d'un convecteur à organe de guidage encastré.
La fig. 5 est une vue en plan du convecteur de la fig. 4.
La fig. 6 est une coupe en élévation d'une autre forme d'exécution préférée d'un four à recuire à chapeau suivant l'invention.
La fig. 7 est, à plus grande échelle, une coupe en élévation d'un détail de la fig. 6.
La fig. 8 est, partiellement en coupe, encore une autre forme d'exé- cution d'un chapeau de gaz de protection d'un four à recuire à chapeau suivant l'invention.
La fige 9 est, partiellement en coupe, une autre forme d'exécution avantageuse d'un chapeau de gaz de protection à paroi unique, muni de nervu- res intérieures à inclinaison croissante.,
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La fig. 10 est une coupe partielle d'une forme d'exécution d'un chapeau de gaz de protection, à nervures intérieures et extérieures sur une partie du chapeau de gaz de protection.
La fig. 11 est, partiellement en coupe, un chapeau de gaz de protection à double paroi.
La fig. 12 est une coupe partielle d'une autre forme d'exécution d'un chapeau de gaz de protection à double paroi partielle.
Le four à recuire à chapeau représenté à la fig. 1 et formant un exem- ple d'exécution d'un four à recuire à pile unique, est constitué par un chapeau de chauffe 1, chauffé directement ou indirectement, et par la partie inférieure 2 du four. Dans la partie inférieure 2 sont disposés le diffuseur 3 et l'inver- seur 4. Le chapeau de gaz de protection 5 entoure la matière à recuire qui, dans la forme d'exécution représentée, est constituée par trois faisceaux 6, 6a et 6b. Entre les faisceaux 6, 6a et 6b sont prévus les convecteurs 7 et 7a.
Le gaz de protection est conduit sous le chapeau de gaz de protection 5 au moyen de la canalisation 8.
Dans les fours à recuire à chapeau connus jusqu'à présent, le trajet du courant de gaz de protection renversé était orienté essentiellement de ma- nière que les dits fours nécessitaient non seulement une plaque de couverture d'au moins 40 mm d'épaisseur, mais encore un convecteur sur cette dernière. Ce convecteur et ceux disposés entre les faisceaux n'avaient aucun dispositif per- mettant d'influencer la quantité de courant de gaz de protection en circula- tion. Enfin, à l'intérieur de la chambre d'aspiration, on n'avait également prévu aucune possibilité de réglage d'un type quelconque. De ce fait, ainsi qu'il ressortait de la pratique, les parties supérieures de la matière à re- cuire recevaient beaucoup plus de chaleur que les parties inférieures.
Le re- tard, provoqué de ce fait, dans l'obtention de la température de recuit requi- se pour les unités inférieures de la matière à recuire entraînait donc une extension considérable de la période de recuit pour toutes la matière à traitera
Suivant l'invention et afin d'obtenir que dans le cas présent le fais- ceau inférieur 6 atteigne la température de recuit prescrite en même temps que les faisceaux 6a et 6b, le courant de gaz de protection est orienté par des organes de guidage disposés et choisis de manière appropriée, de façon qu'il procure à la partie inférieure du four une chaleur telle qu'à cet endroit le
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processus de recuit s'acomplisse dans un temps et à une température identiques que dans la partie supérieure.
Le diffuseur 3 est constitué par la cuve 9 dans laquelle sont dispo- sées des lamelles 10 dont la forme en spirale est choisie de manière à'impri- mer un sens tangentiel au courant de gaz de protection. Le nombre et la section transversale des lamelles 10 sont suffisants pour que ces dernières puissent porter directement la matière à recuire, de manière que le diffuseur puisse servir en même temps en tant que convecteur. De ce fait on économise la ma- tière et l'énergie.
La périphérie extérieure du diffuseur 3 porte des tôles de guidage.
On prévoit au moins une tôle de guidage inférieure 11, repliée et annulaire et qui donne au mouvement tangentiel du gaz une impulsion verticale, ce qui le dévie hélicoïdalement. De préférence, on prévoit eneplus de la tale de gui- dage inférieure 11, urie tôle de guidage supérieure 12 qui forme, avec la tale de guidage 11, une tuyère annulaire (fig. 2). Au moyen de cette tuyère il est possible d'obtenir un guidage particulièrement avantageux du courant de gaz de protection dont l'ascension est hélicoïdale en raison du guidage procuré par les lamelles 10 ainsi que par les tôles de guidage 11 et 12.
Du fait de l'ascension hélicoïdale du courant de gaz de protection, la période de contact, en vue de la transmission de chaleur, est accrue entre le gaz de protection et le chapeau, Dans les fours à recuire à chapeau connus jusqu'à présent, le gaz de protection passait directement vers le haut, en opposition à la solution du problème due à l'invention.
La chambre sous pression A est séparée de la chambre d'aspiration B (fig. 1) au moyen d'un anneau de guidage 13 qui, de préférence, est de forme c8nique à l'intérieur et à l'extérieur. Cet anneau sépare les deux chambres sans créer des tourbillons au point de vue technique des courants et il empêche que la spire intérieure du faisceau 6 ne pénètre dans l'inverseur 4. En même temps cet anneau sert au centrgge des faisceaux de matière à recuire.
Les convecteurs 7 et 7a sont constitués par une couronne de guidage 15 (figs. 1, 4, 5) formée par des lamelles 14 disposées en spirale et par un an- neau intérieur 16. L'intérieur des lamelles 14, dont les extrémités extérieures s'amenuisent et se terminent donc en pointe, est relié bout à bout à l'anneau 16, tandis que dans le haut, l'extérieur des dites lamelles est relié à la par-
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tie horizontale 19 des couronnes de guidage 15. La dimension de la couronne de guidage est choisie de manière que cette dernière s'étende par dessus la matière à recuire jusque dans la chambre sous pression A, entre la matière à recuire et le chapeau 5.
La largeur de la couronne de guidage 15 est choisie de manière que la quantité de gaz de protection, nécessaire pour le chauffage avec-une rapidité identique de la partie inférieure de la matière à recuire, soit déviée et que seul le restant du gaz de protection puisse passe:, vers le haut.
La chambre d'aspiration B porte, à hauteur du convecteur 7 et placé sur ce dernier, un organe de guidage 17 qui, dans l'exemple représenté, est exécuté sous la forme d'un disque de barrage. Cependant cet organe de guidage peut également être formé par un anneau de barrage, une tuyère ou similaire.
La section transversale de passage de l'organe de guidage peut être variable.
La position et/ou le nombre des organes de guidage doivent être adaptés aux besoins de la matière à recuire et au processus de recuit. L'organe de.guidage 17 sert au même but que la couronne de guidage 15 du convecteur 7 et favorise la circulation du courant de gaz de protection dans la partie inférieure du chapeau de gaz de protection.
Le nombre des conveteurs prévus dépend du nombre d'unités de matière à recuire à traiter.
L'avantage particulier de la disposition suivant l'invention réside dans le fait que par l'orientation obtenue au point de vue de la quantité de courant de gaz de protection renversé et transmettant la chaleur, le réchauf- fage des unités inférieures de matière à recuire et retardé dans les fours à recuire à chapeau connus, s'effectue tout aussi rapidement que le réchauffage des unités supérieures de la matière à recuire.
En opposition aux fours connus jusqu'à présent, il est possible d'ob- tenir'les avantages suivants :
1.- pendant chacune des périodes du processus de recuit, à savoir le réchauffage, l'adoucissement et le refroidissement, il n'existe pratiquement plus de différence de température entre les différentes unités de la matière à recuire;
2.- cette même température à l'intérieur de toute la matière à recuir pendant toute la période du recuit et de refroidissement procure un meilleur recuit et, par conséquent, une meilleure qualité de la matière à recuire;
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3.- par la répartition de la quantité totale de chaleur et adaptée aux besoins de chaleur des différentes unités de la matière à recuire, on obtient, outre un chauffage uniforme, également un chauffage plus rapide de la totalité de la matière à recuire et, par conséquent, 4..- on obtient avec des fours de même grandeur un rendement par heure plus élevé qu'avec les fours de construction connue.
L'accroissement du rendement obtenu jusqu'à présent par rapport aux fours à recuire à chapeau du type connu est supérieur à 50 % par four et unité de temps.
Dans le four à recuire à chapeau représenté à la fig. 6, le gaz de pro- tection est introduit par la canalisation 8 dans un espace annulaire 22 et est pressé à travers les ouvertures 23, pratiquées dans la paroi extérieure de l'es- pace annulaire, jusque sous le chapeau de gae de protection. L'amenée de gaz de protection frais est effectuée pehdant le recuit et le refroidissement afin de compenser des pertes éventuelles. Il est prouvé qu'un guidage particulière- ment avantageux du courant de gaz de protection et une meilleure exploitation du rendement des moyens d'actionnement nécessaires au renversement du gaz de protection sont obtenus lorsque le diffuseur, les convecteurs et/ou les organes de guidage sont exécutés de manière à obtenir que le gaz de protection circule pratiquement sans tourbillon.
Tout particulièrement il est prouvé que des dis- ques ou des anneaux de barrage peuvent provoquer des tourbillons du gaz de pro- tection à l'intérieur de la chambre d'aspiration, ce qui peut s'opposer au flux impeccable du gaz renversé.
Suivant l'invention et ainsi qu'il ressort de la fig. 6, des corps de tuyère 20,20a et 20b sont disposés des endroits appropriés de la chambre d'aspiration. De ce fait on obtient dans la chambre d'aspiration un guidage exempt de tourbillon et plus avantageux au point de vue technique des courants) du gaz de protection.
Etant donné que le rendement d'un four à recuire à renversement dépend) outre de l'absence de tourbillons dans le courant de gaz, également de la va- leur de la transmission convective de la chaleur et de la quantité de chaleur renversée par unité de temps et de la vitesse de circulation, cette dernière dépendant cependant de la circulation sans perturbation du gaz renversé à tra- vers le diffuseur et les convecteurs, il faut attacher une importance particu-
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liera à l'exécution du diffuseur 3 et des convecteurs 7 et 7a. A cet égard il s'est avéré avantageux d'exécuter les lamelles du diffuseur et/ou des convec- teurs sous forme de spirales logarithmiques; l'exécution des spirales dans le diffuseur devant se faire à partir de l'angle de sortie dans l'inverseur.
L'amenée du gaz de protection s'effectuait jusqu'à présent, au moyen d'un tube, directement jusque sous le chapeau de gaz de protection, ce qui provoquait, des rapports irréguliers de pression et de circulation sons le cha- peau. Suivant l'invention, et afin d'obtenir des rapports uniformes, le gaz de protection est pressé d'une manière uniformément répartie et au moyen d'un. espace annulaire prévu sur la périphérie du diffuseur, jusque sous le chapeau de gaz de protection. Cet espace annulaire peut être formé par un caisson annu- laire, un tube...ou similaire.
Ainsi qu'il ressort de la forme d'exécution de la fig. 6, l'espace annulaire 22 est formé, de préférence, par la paroi extérieure 11, exécutée sous la forme d'un organe de guidage du diffuseur 3, par la plaque de fond 24 agrandie et par un manteau annulaire 21 qui s'adapte à la forme de la partie inférieure du chapeau de gaz de protection 5.
Entre le manteau 21 et le chapeau de gaz de protection 5 subsiste une fente annulaire 25. La périphérie du manteau est munie d'ouvertures de sortie 23, réparties uniformément.
La fig. 7 représente, à plus grande échelle, une forme d'exécution préférée de l'espace annulaire. Le gaz de protection arrive par la canalisa- tion 8 dans l'espace annulaire 22, pénètre par les ouvertures 23 dans la fente annulaire 25 et, depuis cette dernière, il pénètre uniformément réparti, sur la périphérie, jusque dans la chambre sous pression, située entre le chapeau de gaz de protection 5 et la matière à recuire 6,6a et 6b.
Outre l'avantage de rapports de pression uniformes, obtenus par la présence de l'espace annulaire et des ouvertures de sortie réparties imiformé- ment sur la périphérie, on obtient de ce fait l'avantage supplémentaire qu'il se forme dans la fente annulaire 25 une chambre sous pression empêchant effi- cacement la pénétration de sable depuis le joint d'étanchéité 26 et qui em- pêche également toute pénétration intempestive de l'oxygène de l'air à travers le sable d'étanchéité.
Des modifications sont avantageusement possible. Par exemple, tout particulièrement les tuyères 20,20a et 20b peuvent être exécutées d'une autre
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façon appropriée et être prévues en un nombre différent ou à un autre'endroit approprié. De même, l'espace annulaire 22 et son raccord avec le diffuseur, la partie inférieure du chapeau de protection, etc.. peuvent être exécutés d'une autre manière appropriée. Toutefois, il est particulièrement avantageux que l'espace annulaire soit obtenu du fait que le bord extérieur du diffuseur présente une double paroi.
La fig. 8 représente un four à recuire à chapeau à pile unique pouvant être chauffé directement ou indirectement et dans lequel on met en oeuvre un chapeau de gaz de protection dans une autre forme d'exécution avantageuse de l'invention. La quantité de chaleur introduite dans le chapeau de chauffe 101 est transmise directement ou indirectement par rayonnement au chapeau de gaz de protection 102. Sous le chapeau de gaz de protection 102, le gaz de protection est renversé au moyen d'un inverseur 103. Les unités de matière'à recuire 104,
104a et 104b sont séparées les unes des autres par les convecteurs 105 et 105a.
Le gaz de protection transmet sa chaleur à la matière à recuire dans les cir- cuits A,B et C au moyen des convecteurs 105, 105a et par l'intermédiaire de la face supérieure du faisceau supérieur 104b et retourne vers l'inverseur par l'intermédiaire d'une chambre d'aspiration 106, formée au centre des faisceaux
104, 104a et 104b. Pour obtenir un guidage impeccable du courant de gaz de pro- . tection, le diffuseur 107 est équipé de lamelles 108 exécutées (en section trans- versale) sous la forme de spirales logarithmiques. Par l'intermédiaire d'une paroi extérieure 109, exécutée sous forme d'organe de guidage, du diffuseur 107, on obtient une sortie tangentielle et un angle d'ascension déterminé du courant de gaz de protection.
Le chapeau de gaz de protection 102 est constitué par un manteau en t8le 110 et un couvercle 111. Sur la face intérieure du manteau en t8le 110 sont soudées les nervures et/ou ondulations 112, ou bien ces dernières sont ap- pliquées d'une autre manière appropriée de façon à procurer une transmission de chaleur efficace depuis le manteau 110 jusque sur les nervures et/ou ondulations
112 en forme de spirale. En Modifiant le nombre et/ou la forme et/ou l'exécution des nervures et/ou des ondulations 112, il est possible d'agrandir à volonté la surface transmettant la chaleur; en outre, le courant de gaz de protection ren- versé peut être guidé en disposant les nervures et/ou ondulations verticalement ou en spirale.
L'angle d'inclinaison des nervures dépend de la paroi extérieure
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109, exécutée sous la forme d'organe de guidage, du diffuseur 107. En raison de cet agrandissement de la face intérieure transmettant la chaleur, il faut également un agrandissement correspondant des faces extérieures absorbant la chaleur du chapeau de gaz de protection 102. Ceci est obtenu d'une manière identique à celle pour la face intérieure, en prévoyant des nervures et/ou des ondulations 113 qui sont avantageusement disposées verticalement. Ainsi qu'il ressort de la fig. 8, il est possible de prévoir des nervures et/ou, des ondula- tions 113 qui sont prolongées jusque sur le couvercle 111 et/buse terminent au bord de ce dernier.
Grâce à l'agrandissement de la paroi extérieure du cha- peau de gaz de protection, il est possible d'obtenir en même temps une intensi- fication de l'action de refroidissement lors du refroidissement de la matière à recuire, ainsi qu'un accroissement considérable de la stabilité du chapeau de gaz de protection à paroi mince.
En agrandissant les faces de chauffe actives intérieures et extérieures du chapeau de gaz de protection 102 et en raison du rapport plus avantageux, obtenu de ce fait, des faces de chauffe par rapport à la face absorbant la cha- leur de la matière à recuire ainsi qu'en raison de l'orientation favorable du courant de gaz de protection atteint par les nervures et/ou les ondulations in- clinées 112, il est possible d'obtenir un chauffage particulièrement rapide et régulier de la matière à recuire.
Etant donné que dans les fours à recuire à chapeau sans orientation du courant de gaz de protection, les unités supérieures de la matière à recuire sont plus rapidement chauffées que les inférieures, il est possible, ainsi qu'il ressort de la fig. 9, de modifier l'inclinaison des nervures intérieures 112 de manière que dans la partie inférieure du chapeau, donc au point où une plus grande quantité de chaleur est nécessaire, on puisse disposer d'une plus grande face de chauffe. Ainsi que représenté à la f ig. 10, le même but peut être atteint du fait que les nervures intérieures 112 et les nervures extérieu- res 113 ne sont prévues que sur une partie du chapeau, par exemple la partie inférieure, ou bien du fait que le nombre des nervures soit réduit dans la partie supérieure.
On connaît des chapeaux de gaz de protection à double paroi, utilisés pour des fours à recuire à chapeau, cependant sans orientation du courant de gaz de protection. Ici le gaz de protection est chauffé pendant son ascension
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entre le chapeau extérieur 114 (fig. Il) et la paroi intérieure 115 et il est évacué à sa température la plus élevée à l'extrémité supérieure de la paroi intérieure 115 qui se termine à proximité immédiate sous le couvercle 111 du chapeau.
Suivant l'invention, l'agrandissement de la face de chauffe est obtenu en prévoyant des nervures et/ou des ondulations en forme de spirale 112 au moins à l'une des parois du chapeau, par exemple la paroi intérieure du cha- i peau extérieur 114, tandis que la paroi extérieure du chapeau extérieur 114 est munie de nervures verticales 116.
Ainsi qu'il ressort de la fig. 12, afin d'obtenir un chauffage plus rapide des unités inférieures de matière à recuire et un chauffage plus lent des unités supérieures de la dite matière, donc pour obtenir dans l'ensemble un chauffage plus uniforme et, par conséquent, dans l'en- semble aussi plus rapide même lorsqu'il s'agit de chapeaux à double paroi, il est possible de prévoir sur l'un des chapeaux et seule sur une partie des faces de chauffe, les nervures et/ou ondulations 112 en forme de spirale ou de forme hélicoïdale mentionnées, tandis que la paroi extérieure du chapeau extérieur 114 est munie de nervures verticales 116.
Dans ce cas, le courant de gaz de protection est déjà dévié vers le bas, par exemple à mi-hauteur de la paroi in- térieure 117 et est utilisé pour le chauffage des unités inférieures de la ma- tière à recuire, tandis que seule une plus petite partie du gaz passe sur et chauffe les unités.supérieures de la matière à recuire, de manière à obtenir un chauffage plus uniforme de l'ensemble de la matière à recuire.
Outre les exemples d'exécution représentés, il est également prévu que l'agrandissement des surfaces du chapeau de gaz de protection ou. bien d'une partie de ce dernier soit obtenu par une autre forme donnée au dit chapeau.
Les exemples d'exécution représentés intéressent des fours à pile uni- que dans lesquels chaque fois un seul chapeau de gaz de protection est disposé avec une pile à,recuire sous un chapeau de chauffe. Il est évident que l'inven- tion peut être appliquée à des fours à plusieurs piles, dans lesquels plusieurs chapeaux de gaz de protection, avec chaque fois une pile de matière à recuire, donc dans l'ensemble plusieurs piles, sont chauffés par un seul chapeau de chauffe.
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Patent applications filed in West Germany on July 16, 1956, December 8, 1956, April 24, 1957 and May 18, 1957 in the name of the company Hûttenwerke Siegerland A.G.
The invention relates to bonnet annealing furnaces, to one or more annealing cells and reverse heating, in which the shielding gas is reversed at high speed by means of an inverter and under the protective cap, while that the shielding gas transfers heat to the material to be annealed during annealing, respectively absorbs heat during cooling. The heat transfer is effected in such a way that the heated or cooled shielding gas cap during annealing transmits heat directly and / or indirectly through the spilled shielding gas to the material to be annealed, , respectively absorbs heat from said material to be annealed during its cooling.
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In known bonnet annealing furnaces, no account is taken of the reverse shielding gas flow ratios and said shielding gas stream is not directed. There is rapid heating of the upper units of the material to be annealed, while the heating of the lower units is greatly delayed. However, since all parts of the material to be annealed must be subjected to the necessary annealing process, i.e. they must be exposed to a certain temperature at least for a certain period of time, the duration of the annealing depends on the units of the annealing materials which do not reach the desired temperature as quickly, which considerably and unnecessarily prolongs the total annealing time.
As a result, the efficiency of the furnace is considerably reduced.
The invention aims to obtain, on the one hand, faster heating of the lower units of the material to be annealed, delayed in their reheating and, on the other hand, uniform heating of all the units of material to be annealed, in order to reduce the reheating period.
Due to the uniform heating of all units of material to be annealed, only a holding time (period during which the material to be annealed is maintained at a determined temperature) is required much shorter 'so than in the together it is possible to achieve a much shorter total annealing period, while achieving better annealing and a better quality of the material to be annealed.
The invention further aims to provide a more favorable use of the efficiency of the actuating means necessary for the operation of the oven.
In addition, the invention aims to provide, by a suitable execution of the shielding gas cap, temperatures of maximum uniformity of the shielding gas throughout the overturning and favoring system. - thereby obtaining a particularly uniform and rapid heating of the material to be annealed.
According to the invention, a bonnet annealing furnace is provided in which the heating and cooling of the material to be annealed are carried out with the aid of inverted shielding gas, under a shielding gas cap; the lower part of the furnace being provided with a diffuser, while the units of material to be annealed are separated by convectors, the said furnace being characterized by the fact that guide members are provided which allow a
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orientation of the reverse shielding gas stream during annealing, respectively cooling.
The diffuser, the connectors and / or the guide members are preferably designed in such a way that it is possible to obtain, in addition to the orientation, a substantially vortex-free circulation of the shielding gas and an increase in the convective transmission of the shielding gas. the heat.
The blades of the diffuser are advantageously made and arranged so that their horizontal faces can directly support the material to be annealed; likewise, they can give the shielding gas flow a tangential exit direction and, in the diffuser, it is possible to arrange the lower and / or upper guide plates in such a way that they forcefully impart a movement. helical to the tangentially outgoing shielding gas stream.
It has also been found to be particularly advantageous to provide guide rings on the outer periphery of the convectors, which guide rings extend over the material to be annealed outwards and which serve to direct the flow of shielding gas. .
The blades of the convectors are preferably arranged in the form of a spiral, very particularly in the form of logarithmic spirals.
According to another preferred embodiment, the interior of the suction chamber carries one or more guide members with variable characteristic signs, serving to direct the flow of shielding gas. These guide members are constituted by discs or barrier rings or they are preferably made in the form of nozzles. Between the diffuser and the gas cap ". of !. protection it is possible to provide an annular space into which the necessary shielding gas is introduced and from which the shielding gas can enter under the shielding gas cap.
The annular space can be formed by the double wall of the outer edge of the diffuser, it can adapt up to a small slot to the inner shape of the shielding gas cap and its outer edge can have openings allowing the shielding gas outlet to under the shielding gas cap.
By providing internal and / or external ribs it is possible to enlarge the absorbent surfaces, respectively heat transmitting.
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of the shielding gas cap, these surfaces can therefore be adapted to the needs of the different units of material to be annealed and the direction of the ribs can be used for guiding the flow of shielding gas, respectively cooling air.
The outer face, absorbing heat, and the inner face, transmitting heat, of the shielding gas cap may be of different size, which is obtained by the number and / or the size of the inclined or wavy inner ribs of which the inclination is calculated so as to adapt to an essentially helical movement of the shielding gas and the outer ribs may be vertical, in order to adapt to the direction of the cooling air. In the case of caps with several walls, at least one of the walls must be executed as described.
Several embodiments, given by way of non-limiting example, are shown in the accompanying drawings, illustrating single stack annealing furnaces.
Fig. 1 is a sectional elevation of a first embodiment of a cap annealing furnace according to the invention.
Fig. 2 is a sectional elevation of a preferred embodiment of a diffuser.
Fig. 3 is a plan view of the diffuser of FIG. 2.
FIG. 4 is a sectional elevation of a preferred embodiment of a convector with a recessed guide member.
Fig. 5 is a plan view of the convector of FIG. 4.
Fig. 6 is a sectional elevation of another preferred embodiment of a cap annealing furnace according to the invention.
Fig. 7 is, on a larger scale, a sectional elevation of a detail of FIG. 6.
Fig. 8 is, partially in section, yet another embodiment of a shielding gas cap of a cap annealing furnace according to the invention.
The rod 9 is, partially in section, another advantageous embodiment of a single-walled shielding gas cap provided with interior ribs of increasing inclination.
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Fig. 10 is a partial sectional view of one embodiment of a shielding gas cap, with inner and outer ribs on part of the shielding gas cap.
Fig. 11 is, partially in section, a double-walled shielding gas cap.
Fig. 12 is a partial sectional view of another embodiment of a partially double-walled shielding gas cap.
The cap annealing furnace shown in FIG. 1 and forming an exemplary embodiment of a single stack annealing furnace, consists of a heating cap 1, heated directly or indirectly, and by the lower part 2 of the furnace. In the lower part 2 are arranged the diffuser 3 and the inverter 4. The shielding gas cap 5 surrounds the material to be annealed which, in the embodiment shown, consists of three beams 6, 6a and 6b. . Between the beams 6, 6a and 6b are provided the convectors 7 and 7a.
Shielding gas is conducted under shielding gas cap 5 by means of line 8.
In the cap annealing furnaces known heretofore, the path of the reverse shielding gas stream was oriented essentially so that said furnaces not only required a cover plate of at least 40 mm thick, but still a convector on the latter. This convector and those placed between the bundles had no device allowing to influence the quantity of shielding gas current circulating. Finally, inside the suction chamber, no possibility of adjustment of any type was also provided. As a result, as was apparent from practice, the upper parts of the baking material received much more heat than the lower parts.
The resulting delay in obtaining the required annealing temperature for the lower units of the material to be annealed therefore resulted in a considerable extension of the annealing period for all the material to be treated.
According to the invention and in order to obtain that in the present case the lower beam 6 reaches the prescribed annealing temperature at the same time as the beams 6a and 6b, the stream of shielding gas is directed by guide members arranged and chosen appropriately, so that it provides the lower part of the oven with such heat that there the
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annealing process takes place in the same time and temperature as in the upper part.
Diffuser 3 is formed by tank 9 in which lamellae 10 are arranged, the spiral shape of which is chosen so as to impart a tangential direction to the shielding gas stream. The number and the cross section of the lamellae 10 are sufficient so that the latter can directly carry the material to be annealed, so that the diffuser can simultaneously serve as a convector. This saves material and energy.
The outer periphery of the diffuser 3 carries guide plates.
At least one lower guide plate 11, folded and annular, and which gives the tangential movement of the gas a vertical impulse, which deflects it helically, is provided. Preferably, in addition to the lower guide plate 11, an upper guide plate 12 is provided which, together with the guide plate 11, forms an annular nozzle (FIG. 2). By means of this nozzle it is possible to obtain a particularly advantageous guidance of the shielding gas stream, the rise of which is helical due to the guidance provided by the blades 10 as well as by the guide plates 11 and 12.
Due to the helical rise of the shielding gas stream, the contact period for heat transfer is increased between the shielding gas and the bonnet. In the bonnet annealing furnaces known hitherto. , the shielding gas passed directly upwards, in opposition to the solution of the problem due to the invention.
The pressure chamber A is separated from the suction chamber B (fig. 1) by means of a guide ring 13 which is preferably conical on the inside and the outside. This ring separates the two chambers without creating vortices from the technical point of view of the currents and it prevents the inner coil of the beam 6 from entering the inverter 4. At the same time this ring serves to centrgge the beams of material to be annealed.
The convectors 7 and 7a are formed by a guide ring 15 (figs. 1, 4, 5) formed by strips 14 arranged in a spiral and by an internal ring 16. The interior of the strips 14, the external ends of which taper and therefore end in a point, is connected end to end to the ring 16, while at the top, the outside of said lamellae is connected to the par-
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horizontal tie 19 of the guide rings 15. The dimension of the guide ring is chosen so that the latter extends over the material to be annealed into the pressure chamber A, between the material to be annealed and the cap 5.
The width of the guide ring 15 is chosen so that the quantity of shielding gas, necessary for heating with identical speed of the lower part of the material to be annealed, is deflected and only the remainder of the shielding gas can pass :, up.
The suction chamber B carries, at the height of the convector 7 and placed on the latter, a guide member 17 which, in the example shown, is made in the form of a barrier disc. However, this guide member can also be formed by a barrier ring, a nozzle or the like.
The passage cross section of the guide member can be variable.
The position and / or the number of the guide members must be adapted to the requirements of the material to be annealed and the annealing process. The guide member 17 serves the same purpose as the guide ring 15 of the convector 7 and promotes the flow of the shielding gas stream in the lower part of the shielding gas cap.
The number of convectors provided depends on the number of units of material to be annealed to be treated.
The particular advantage of the arrangement according to the invention resides in the fact that by the orientation obtained from the point of view of the amount of shielding gas stream reversed and transmitting heat, the heating of the lower units of material to annealing and delayed in known bonnet annealing furnaces, takes place just as quickly as the reheating of the upper units of the material to be annealed.
In contrast to the ovens known hitherto, it is possible to obtain the following advantages:
1.- during each of the periods of the annealing process, namely reheating, softening and cooling, there is practically no temperature difference between the different units of the material to be annealed;
2.- this same temperature inside all the material to be annealed throughout the annealing and cooling period provides a better annealing and, consequently, a better quality of the material to be annealed;
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3.- by distributing the total quantity of heat and adapted to the heat needs of the different units of the material to be annealed, in addition to uniform heating, also faster heating of the entire material to be annealed is obtained, Consequently, 4 .- a higher output per hour is obtained with furnaces of the same size than with furnaces of known construction.
The increase in efficiency obtained up to now compared to top annealing furnaces of the known type is greater than 50% per furnace and unit of time.
In the cap annealing furnace shown in FIG. 6, the shielding gas is introduced through line 8 into an annular space 22 and is pressed through the openings 23, made in the outer wall of the annular space, to under the protective gas cap. The supply of fresh shielding gas is carried out during annealing and cooling in order to compensate for any losses. It has been proven that particularly advantageous guidance of the shielding gas stream and better use of the efficiency of the actuating means necessary for reversing the shielding gas are obtained when the diffuser, the convectors and / or the guide members are carried out so as to obtain that the shielding gas circulates practically without vortex.
In particular, it has been proved that barrier discs or rings can cause vortices of the shielding gas within the suction chamber, which can oppose the impeccable flow of the spilled gas.
According to the invention and as emerges from FIG. 6, nozzle bodies 20, 20a and 20b are arranged at appropriate places of the suction chamber. As a result, a vortex-free and technically more advantageous guidance of the shielding gas flows is obtained in the suction chamber.
Since the efficiency of a reverse annealing furnace depends on the absence of vortices in the gas stream, also on the value of the convective heat transfer and the quantity of heat reversed per unit. time and speed of circulation, the latter depending however on the circulation without disturbing the gas spilled through the diffuser and the convectors, particular importance must be attached.
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will be linked to the execution of diffuser 3 and convectors 7 and 7a. In this respect it has proved advantageous to execute the blades of the diffuser and / or the convectors in the form of logarithmic spirals; the execution of the spirals in the diffuser to be done from the exit angle in the inverter.
The shielding gas supply has hitherto been effected by means of a tube directly below the shielding gas cap, which causes irregular pressure and circulation ratios within the cap. According to the invention, and in order to obtain uniform ratios, the shielding gas is pressed in a uniformly distributed manner and by means of a. annular space provided on the periphery of the diffuser, up to under the shielding gas cap. This annular space can be formed by an annular casing, a tube, etc., or the like.
As emerges from the embodiment of FIG. 6, the annular space 22 is formed, preferably, by the outer wall 11, executed as a guide member of the diffuser 3, by the enlarged bottom plate 24 and by an annular mantle 21 which fits the shape of the bottom of the shielding gas cap 5.
Between the mantle 21 and the shielding gas cap 5 remains an annular slot 25. The periphery of the mantle is provided with outlet openings 23, distributed uniformly.
Fig. 7 shows, on a larger scale, a preferred embodiment of the annular space. The shielding gas arrives through line 8 in the annular space 22, enters through the openings 23 in the annular slot 25 and, from the latter, it penetrates uniformly distributed, over the periphery, into the pressure chamber, located between the shielding gas cap 5 and the material to be annealed 6,6a and 6b.
In addition to the advantage of uniform pressure ratios, obtained by the presence of the annular space and the outlet openings distributed imiformly over the periphery, there is thus obtained the additional advantage that it forms in the annular slot. A pressurized chamber effectively preventing the penetration of sand from the seal 26 and which also prevents unwanted entry of oxygen from the air through the seal sand.
Modifications are advantageously possible. For example, very particularly the nozzles 20, 20a and 20b can be executed from another
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appropriately and be provided in a different number or at another appropriate location. Likewise, the annular space 22 and its connection with the diffuser, the lower part of the protective cap, etc. can be made in another suitable manner. However, it is particularly advantageous for the annular space to be obtained due to the fact that the outer edge of the diffuser has a double wall.
Fig. 8 shows a single cell bonnet annealing furnace which can be heated directly or indirectly and in which a shielding gas cap is used in another advantageous embodiment of the invention. The quantity of heat introduced into the heating cap 101 is transmitted directly or indirectly by radiation to the shielding gas cap 102. Under the shielding gas cap 102, the shielding gas is reversed by means of an inverter 103. The shielding gas is reversed. units of material to be annealed 104,
104a and 104b are separated from each other by convectors 105 and 105a.
The shielding gas transmits its heat to the material to be annealed in circuits A, B and C by means of convectors 105, 105a and via the upper face of the upper bundle 104b and returns to the inverter via the 'intermediate a suction chamber 106, formed in the center of the beams
104, 104a and 104b. To obtain an impeccable guidance of the gas stream of pro-. tection, the diffuser 107 is equipped with lamellae 108 executed (in cross section) in the form of logarithmic spirals. By means of an outer wall 109, executed in the form of a guide member, of the diffuser 107, a tangential outlet and a determined angle of rise of the shielding gas stream are obtained.
The shielding gas cap 102 consists of a sheet metal mantle 110 and a cover 111. On the inside face of the sheet metal mantle 110 are welded the ribs and / or corrugations 112, or else the latter are applied in a solid fashion. other suitable manner so as to provide efficient heat transmission from the mantle 110 to the ribs and / or corrugations
112 spiral shaped. By modifying the number and / or the shape and / or the execution of the ribs and / or the corrugations 112, it is possible to enlarge the heat transmitting surface at will; furthermore, the returned shielding gas stream can be guided by arranging the ribs and / or corrugations vertically or in a spiral.
The angle of inclination of the ribs depends on the outer wall
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109, executed as a guide member, of the diffuser 107. Due to this enlargement of the heat-transmitting inner face, a corresponding enlargement of the heat-absorbing outer faces of the shielding gas cap 102 is also required. is obtained in a manner identical to that for the inner face, by providing ribs and / or corrugations 113 which are advantageously arranged vertically. As can be seen from FIG. 8, it is possible to provide ribs and / or corrugations 113 which are extended as far as the cover 111 and / or nozzle terminate at the edge of the latter.
By enlarging the outer wall of the shielding gas cap, at the same time it is possible to obtain an intensification of the cooling action during the cooling of the material to be annealed, as well as a Considerable increase in the stability of the thin-walled shielding gas cap.
By enlarging the inner and outer active heating faces of the shielding gas cap 102 and by virtue of the more advantageous ratio, thereby obtained, of the heating faces relative to the heat absorbing face of the material to be annealed thus that due to the favorable orientation of the shielding gas stream reached by the ribs and / or inclined corrugations 112, it is possible to obtain particularly rapid and regular heating of the material to be annealed.
Since in bonnet annealing furnaces without orientation of the shielding gas stream, the upper units of the material to be annealed are heated faster than the lower ones, it is possible, as can be seen from fig. 9, to modify the inclination of the interior ribs 112 so that in the lower part of the cap, therefore at the point where a greater quantity of heat is required, a larger heating face can be available. As shown in f ig. 10, the same object can be achieved by the fact that the internal ribs 112 and the external ribs 113 are provided only on a part of the bonnet, for example the lower part, or by the fact that the number of the ribs is reduced in the upper portion.
Double-walled shielding gas caps are known which are used for bonnet annealing furnaces, however without directing the shielding gas stream. Here the shielding gas is heated during its ascent
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between the outer cap 114 (Fig. II) and the inner wall 115 and it is discharged at its highest temperature at the upper end of the inner wall 115 which terminates in close proximity under the cover 111 of the cap.
According to the invention, the enlargement of the heating face is obtained by providing ribs and / or corrugations in the form of a spiral 112 at least at one of the walls of the cap, for example the inner wall of the cap. exterior 114, while the exterior wall of the exterior cap 114 is provided with vertical ribs 116.
As can be seen from FIG. 12, in order to obtain faster heating of the lower units of material to be annealed and slower heating of the upper units of said material, therefore to obtain overall more uniform heating and, therefore, in the - also seems faster even when it comes to double-walled caps, it is possible to provide on one of the caps and only on part of the heating faces, the ribs and / or corrugations 112 in the form of a spiral or helical shape mentioned, while the outer wall of the outer cap 114 is provided with vertical ribs 116.
In this case, the shielding gas stream is already deflected downwards, for example halfway up the inner wall 117 and is used for heating the lower units of the material to be annealed, while only a smaller portion of the gas passes over and heats the upper units of the material to be annealed, so as to achieve more uniform heating of all of the material to be annealed.
In addition to the embodiments shown, provision is also made for the enlargement of the surfaces of the shielding gas cap or. much of a part of the latter is obtained by another form given to said hat.
The exemplary embodiments shown relate to single-stack furnaces in which each time a single shielding gas cap is placed with an annealing cell under a heating cap. It is obvious that the invention can be applied to furnaces with several stacks, in which several caps of shielding gas, each time with a stack of material to be annealed, therefore in the whole several stacks, are heated by one. only heating cap.