Procédé de traitement thermique de pièces métalliques où autres dans un four à bain de sels. La présente invention se réfère au traite ment thermique de pièces métalliques ou autres, en vue de la trempe, de la cémenta tion, de la cyanuration, du recuit, ete. dans des fours à bains de sels.
Les bains utilisés étant conducteurs, on a dès l'origine mis à profit cette propriété pour chauffer électriquement ces bains par effet Joule dans la masse. Cependant, la plupart des réalisations étaient telles que les pièces à traiter, lorsqu'elles étaient intro duites dans le bain et placées sur le trajet des lignes de courant, modifiaient la réparti tion de ces lignes de courant. C'est ainsi que les pièces métalliques, beaucoup plus con ductrices que le milieu ambiant, concen traient vers elles les lignes de courant, de sorte qu'une énergie plus grande était<B>dé-</B> pensée au voisinage des parties des pièces faisant face aux électrodes.
Dans le cas de pièces en une matière moins conductrice que le milieu ambiant, par exemple en verre, le phénomène inverse se produisait, c'est-à-dire qu'une énergie moins grande était dépensée au voisinage des parties des pièces faisant face aux électrodes que dans les autres par ties. L'inconvénient de ces réalisations était donc que les pièces ne subissaient pas un chauffage régulier.
Pour essayer d'éviter cet inconvénient, on a déjà proposé de disposer les électrodes de telle manière que la pièce à traiter se trouve en dehors de l'espace compris entre les élec trodes, c'est-à-dire en dehors de la partie du bain parcourue par les lignes de courant. Le courant passe entre les.- électrodes en chauf fant la partie du bain comprise entre elles; la masse restante du bain dans laquelle se trouve la pièce à traiter est alors chauffée par les courants de convection qui prennent naissance dans la. zone chauffée directement par le passage du courant et qui brassent continuellement l'ensemble du bain.
Dans la pratique, les applications qui ont été faites de ce type de four ont conduit à des résultats imparfaits en ce sens que la température du bain au voisinage de la pièce n'est pas la même en tous les points de celle-ci.
La présente invention a pour but de per mettre d'obtenir un chauffage des pièces à traiter remarquablement conforme à ce qui est désiré.
L'invention concerne un procédé de trai tement thermique de pièces métalliques ou autres dans un four à bain de sels, du type rappelé ci-dessus, dans lequel on produit, par effet Joule, dans une partie de la. masse du bain, au moyen d'électrodes, au moins une zone chaude chauffant par des courants de convection une autre partie du bain, dans laquelle se trouve la pièce à chauffer; ce procédé est caractérisé en ce qu'on utilise un four dans lequel les électrodes sont disposées de telle sorte que cette zone chaude s'étende horizontalement et en ce que la. partie du bain occupée par la pièce à chauffer est elle-même horizontale et est pratiquement parallèle à cette zone chaude.
De cette façon, les courants de convection qui s'établissent entre cette. zone chaude et la zone à chauffer ont. leurs points de dé part sur une zone disposée horizontalement et leurs points d'arrivée sur une zone hori zontale parallèle à la première; ces courants sont pratiquement contenus dans des plans perpendiculaires à la direction commune de la zone chaude et de la zone à chauffer, et les différents courants suivent des trajets pratiquement semblables. Grâce à ces cir constances, chaque point le long de la zone à chauffer est pratiquement chauffé par un courant particulier provenant d'un point dis tinct de la. zone chaude. On peut. obtenir ainsi très aisément une température uniforme le long de la zone à chauffer.
Pour obtenir ces résultats, il suffit en effet en principe de maintenir uniforme la température le long de la zone chaude.
Si d'ailleurs on désire chauffer davantage une ou des parties de la zone à chauffer, par exemple les extrémités de cette zone horizon tale, l'invention permet. d'obtenir aisément ce résultat, puisqu'il suffit d'accroître la tem pérature engendrée dans la ou les parties cor respondantes de la zone chaude, c'est-à-dire dans le cas considéré sur les extrémités de <I>cette</I> zone chaude.
Pour réaliser la zone chaude, source des courants de convection, on peut employer dif férentes dispositions d'électrodes. Dans les unes, les électrodes sont constituées par des éléments en forme de barres disposées hori zontalement. Dans d'autres, les électrodes sont constituées par plusieurs éléments pou vant être verticaux ou inclinés, en nombre suffisant et suffisamment rapprochés les uns des autres et disposés de telle façon que la zone parcourue par le courant électrique soit une zone pratiquement continue et horizon tale. Dans un cas comme dans l'autre, l'essen tiel est que la partie du bain où se développe l'effet Joule entre les électrodes s'étende ho rizontalement ainsi qu'il a été dit.
On peut faciliter la circulation des cou rants de convection entre la zone chaude et la zone à chauffer en disposant, sur le trajet des courants de convection et notamment sur le trajet ascendant à partir de la zone chaude, des moyens de guidage servant à orienter ces courants vers la zone à chauffer. Ces moyens de guidage peuvent être avantageusement constitués par les parois du four ou par les électrodes elles-mêmes. En vue de faciliter la localisation des courants de convection dans des plans verticaux perpendiculaires à la direction commune à la zone chaude et à.
la zone à chauffer, des écrans, de préférence en matière non conductrice, peuvent être dis posés dans des plans verticaux perpendicu laires à cette direction, notamment dans la partie du bain située en dehors de la partie occupée par l'objet à. chauffer.
L'invention comprend aussi un four pour la mise en oeuvre de ce procédé, four dont le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, diverses formes d'exécution. Dans ce dessin: La fig. 1 est une vue schématique en perspective d'un four à. bain- de sels suivant l'invention; la fig. 2, une coupe transversale d'une variante de ce four; la fig. 3, une vue en coupe transversale d'une autre variante; la fig. 4, une vue .en perspective d'une autre forme d'exécution; la fig. 5, une vue en coupe transversale de ce four;
les fig. 6 et 7 sont des vues en perspec tive montrant des variantes de la disposition des électrodes; les fig. 8, 9 et 10, des vues schématiques relatives à des dispositions d'électrodes dans lesquelles le passage du courant est réglé d'une manière différente le long de la zone chaude; les fig. 11 et 12, des vues respectivement en coupe par un plan horizontal (suivant XI-XI) et en coupe par un plan vertical (suivant XII-XII) d'un four à bain de sels dans lequel la zone chaude est réalisée au moyen de plusieurs éléments horizontaux;
les fig. 13 et 14, des vues respectivement en coupe par un plan horizontal (suivant XIII-XIII) et en coupe par un plan ver tical (suivant XIV-XIV) d'une variante dans laquelle la. zone chaude est réalisée au moyen de plusieurs éléments verticaux.
Sur les fig. 1 à 10 du dessin, 1 et 2 re présentent les électrodes disposées horizonta lement, parallèlement l'une à l'autre et à une certaine distance latérale l'une de l'autre. L'objet à chauffer 3 est disposé dans la masse du bain de sels 4 parallèlement aux élec trodes et à une certaine distance latérale de celles-ci. Lorsque les électrodes. 1 et 2 sont soumises à une différence de potentiel con venable, elles donnent naissance à des cou rants électriques passant de l'une à l'autre dans la partie du bain de sels comprise entre elles.
Cette partie s'échauffe par effet Joule, et des courants de convection s'établissent entre cette partie du bain et la partie du bain dans laquelle est placé l'objet à chauf fer. Cet objet à traiter 3, étant disposé lui- même parallèlement aux électrodes, est chauffé uniformément sur toute sa longueur.
Dans la forme d'exécution représentée fig. 1, les deux électrodes sont constituées par des surfaces cylindriques à génératrices horizontales. La coupe verticale de l'électrode 1 la plus éloignée de la pièce à chauffer est une ligne concave, par exemple circulaire, dont la concavité est dirigée ou tournée vers l'électrode 2 et l'objet à chauffer 3. L'élec trode 2, la plus rapprochée de l'objet à chauf fer, est elle-même concave et sa concavité est tournée vers l'objet à chauffer. Comme re présenté, l'électrode 1 peut être constituée par la paroi intérieure de la cuve 5.
La forme concave vers l'intérieur donnée aux électrodes constitue un moyen de guidage placé sur le trajet des courants de convection et grâce auquel ces courants sont rabattus et dirigés vers l'objet à chauffer.
Dans la variante représentée fig. 2, l'élec trode 1 n'est pas constituée par la paroi elle- même, et elle est légèrement écartée de celle- ci. L'électrode 2 est réduite à une barre, ce qui a l'avantage de resserrer les lignes de courant entre les deux électrodes au voisinage de l'électrode 2 et, par suite, de créer dans la région voisine de cette électrode une zone à haute température particulièrement apte à engendrer des courants de convection.
Dans l'autre variante représentée fig. 3, l'électrode 1 est constituée par une série de barres. horizontales disposées à la manière d'une cage d'écureuil.
Dans la forme de réalisation représentée fig. 4, le four à bains de sels est constitué par une cuve cylindrique à génératrices hori zontales, ouverte à sa partie supérieure. Cette cuve, qui est constituée en matériaux con ducteurs, tels que le fer, forme l'électrode la plus éloignée de l'objet à chauffer. L'élec trode la plus rapprochée de l'objet à chauffer est elle-même dédoublée en deux barres 2 et 2', de sorte que l'ensemble du dispositif pré sente une symétrie par rapport au plan ver- tical passant par l'emplacement de l'objet 3.
Il en résulte que celui-ci peut bénéficier d'un chauffage lui-même symétrique par rapport à ce plan vertical.
La fig. 5 montre le trajet suivi par les courants de convection. Les deux parties 1 et l' de l'électrode la. plus éloignée de l'objet à chauffer rabattent d'une manière particu lièrement efficace les courants de convection vers l'objet 3 à. chauffer. L'alimentation en courant électrique de l'électrode 1, l' peut s'effectuer par des prolongements 6 et 6' des parties 1 et 1'. De même, l'alimentation de l'électrode 2 2' peut être assurée par des tiges 7, soudées sur les parties coudées de cette électrode 2, 2', formant une sorte de cadre.
Cette disposition en forme de cadre de l'électrode 2, ?' protège, à la manière d'une cage, la partie centrale du bain contre tout. passage du courant électrique dans cette zone centrale.
La fig. 6 montre partiellement un dispo sitif suivant l'invention dans lequel la paroi formant l'électrode la plus éloignée de l'objet à. chauffer est réduite à deux plaques cin trées 1 et 1'.
La fig. 7 est relative à une forme parti culière des électrodes 2 et 2'. Celles-ci sont des barres horizontales connectées extérieure ment à la même source de courant; l'électrode la plus éloignée de la pièce à chauffer est constituée par la paroi.
Les fig. 8 à 10 sont relatives à des dis positions de l'électrode la plus rapprochée de l'objet à chauffer avec une électrode la plus éloignée de l'objet à. chauffer, établie comme dans l'un ou l'autre des exemples précédents, dispositions qui permettent, soit d'obtenir des zones de chauffage différentes sur l'objet à traiter, soit simplement de remédier à des différences de température entre les extré mités de la zone chaude et sa partie centrale. Dans la fig. 8, l'électrode 2 est coudée de manière que les parties extrêmes 2a et 2<I>e</I> soient plus proches de l'électrode 1 que la partie médiane 2b.
La partie médiane de la zone chaude, comprise entre la partie 2b et l'électrode 1, est moins chaude que les par- tics de la zone chaude correspondant aux parties 2a et 2c de l'électmode. On peut obte nir de la sorte que l'objet à chauffer 3, dis posé parallèlement aux électrodes, subisse un chauffage moins vif au milieu qu'à. ses extré mités.
Dans la variante représentée fig. 9, l'élec trode la plus rapprochée de l'objet à chauffer est constituée par divers tronçons 2a, 2b, 2c, de diamètres différents, qui donnent lieu à un chauffage différent le long de la zone chaude.
Dans la forme d'exécution représentée fig. 10, l'électrode 2, de section constante, est. formée par divers tronçons 2a, 2b 9c, isolés électriquement les uns des autres et soumis à des potentiels différents.
Des écrans 8 en matière non conductrice de l'électricité peuvent être prévus pour éviter le passage de courants vagabonds entre les diverses par ties de l'électrode 2 et également pour cana liser les courants de convection dans des plans perpendiculaires aux électrodes. Ce dis positif, qui permet de chauffer différemment les diverses zones comprises entre les élé ments de l'électrode 2 et l'électrode 1, permet également. de modifier à volonté les diffé rences de chauffage entre les diverses zones.
D'une manière générale, l'amorçage des fours à bain de sels suivant, l'invention peut être réalisé en admettant le courant sous une tension convenable aux extrémités de l'élec trode la plus rapprochée de l'objet à chauf fer, de manière que cette électrode fonctionne en résistor.
Dans les formes d'exécution représentées schématiquement sur les fig. 11 à 14, la zone chaude est. chauffée au moyen d'électrodes constituées chacune par plusieurs éléments. Dans la forme d'exécution des fig. 11 et 12, les éléments des électrodes 1 et 2 sont dis posés horizontalement.
Tous les éléments de l'électrode 1 sont. reliés à un même pôle d'une source de courant et tous les éléments de l'électrode 2 sont. reliés à l'autre pôle de cette source. Dans la variante des fig. 13 et 14, les éléments des électrodes 1 et 2 sont disposés verticalement. Dans ces dispositions, on peut prévoir des écrans verticaux 8 (fig.13 et 14) placés entre les couples successifs d'éléments d'électrodes 1 et 2 se faisant vis-à-vis.
On peut prévoir dans le four deux ou plusieurs zones chaudes destinées à assurer le chauffage d'un @ou plusieurs objets. Ires électrodes produisant ces zones chaudes peu vent être alimentées par des courants mono phasés et polyphasés.
Dans ce qui précède, on a décrit des fours suivant l'invention pour le chauffage de pièces sensiblement rectilignes. Il va de soi cependant que l'invention permet égale ment de réaliser des fours pour le chauffage de pièces non rectilignes, de forme allongée, par exemple des arbres, des manivelles, etc. Il suffit en effet de donner à la zone chaude une forme qui corresponde approximative ment à celle de la pièce à chauffer.
Il doit être bien entendu également que l'invention s'applique non seulement au trai tement thermique d'articles en matière con ductrice, mais également à celui d'articles en matière peu ou pas conductrice du courant électrique (objets en verre par exemple).