EP1207211A2 - Dispositif de traitement thermique de pièces métalliques - Google Patents

Dispositif de traitement thermique de pièces métalliques Download PDF

Info

Publication number
EP1207211A2
EP1207211A2 EP01811070A EP01811070A EP1207211A2 EP 1207211 A2 EP1207211 A2 EP 1207211A2 EP 01811070 A EP01811070 A EP 01811070A EP 01811070 A EP01811070 A EP 01811070A EP 1207211 A2 EP1207211 A2 EP 1207211A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
fluidization
gas
recovery
basket
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01811070A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1207211A3 (fr
Inventor
Roland Aubry
Marc-Aurèle Steulet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Four Electrique Delemont Sa
Original Assignee
Four Electrique Delemont Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Four Electrique Delemont Sa filed Critical Four Electrique Delemont Sa
Publication of EP1207211A2 publication Critical patent/EP1207211A2/fr
Publication of EP1207211A3 publication Critical patent/EP1207211A3/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/20—Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/22—Martempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/53—Heating in fluidised beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002—Bainite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the present invention relates to a processing device of metal parts according to the preamble to the independent claim 1.
  • Fluidized baths have been used for decades as a medium for heat exchange or temperature maintenance. Their main advantages are as follows: no post-washing necessary (oil, polymers, salt), no problem of effluents to be treated (oil, polymers, salt), no gradual degradation of performance (polymers), implementation easy, no solidification at low temperature (salt), no corrosion of the material (salt, polymers) and no danger of intoxication, fire or explosion.
  • the cooling power of the fluidized bath is however limited, because no latent heat of vaporization can be used, unlike the liquids mentioned.
  • Some tips allow improvements, such as spraying the bath with water, the use of fluidizing gases with high thermal characteristics (H 2 , He), cooling the bath with a cryogenic fluid (N 2 ), etc. .
  • a device for heat treatment of parts of metal including a continuous oven for heating metal parts and a fluidized bath of particles solids for soaking heated metal parts is described in European patent application EP-A-0 514 325.
  • the oven includes a laboratory which is crossed by the metal parts to be treated on a conveyor belt. After passing through the laboratory, the metal parts fall by gravity into a fall channel, from where they are transferred by a cell wheel to a quenching chamber in which is arranged the fluidized bath. The cell wheel closes the quenching chamber towards the fall channel. Extraction of metal parts from the quenching chamber is made by a transport device comprising two barrels each with a propeller for transport metal parts inside. Although the barrels have perforated coats, the fluidized bath of solid particles is destabilized by the two barrels.
  • the present invention aims to provide a device heat treatment of metal parts allowing soaking hot metal parts in a bath stable fluidized.
  • the extraction of the parts hardened metal of the fluidized bath should be done without interrupting the fluidization of the solid particles of the bath.
  • the essence of the invention consists of the following:
  • the device heat treatment of metal parts includes a continuous oven for heating metal parts and a fluidized bath of solid particles to quench the heated metal parts.
  • the continuous oven includes a laboratory intended to be crossed by metal parts to be treated and a drop channel into which the metal parts after passing through the laboratory.
  • the fluidized bath is placed directly in the fall.
  • a fluidization device for injecting fluidizing gas in the fall channel is arranged under the fall channel.
  • the bath of solid particles in the fall channel is traversed from bottom to top by the fluidization gas, the minimum operational fluidization flow of which depends on the section of the bath to be fluidized and on the type of solid particles.
  • the fluidizing gas enters the laboratory of the continuous furnace and is consumed by the furnace, that is to say that a gas is chosen which is compatible with the heat treatment atmosphere of the furnace.
  • the fluidizing gas therefore has a double function, which is a particular advantage of the device according to the invention.
  • the fluidizing gas is a gas of high thermal conductivity, for example N 2 , a mixture of N 2 and H 2 or an endothermic gas.
  • the gas flow fluidization is of the same order of magnitude as the flow of gas carrying the furnace, which can therefore replace it completely.
  • means of recycling gas from fluidization in the furnace drop channel must be planned, the flow of which will then be added to the gas flow fresh injected for fluidization.
  • These recycling methods preferably include a recycling channel whose inlet is connected to the drop channel above the level upper part of the fluidized bath and the outlet is connected to the fluidization device.
  • a suction pump is arranged in the recycling channel to suck gas from fluidization of the drop channel and pumping it into the device fluidization.
  • the flow of recycled gas is modular, for example by a valve for adjusting the gas.
  • the flow rate and composition of the fluidizing gas can be optimized based on cooling performance to reach on metal parts as well only cost imperatives. It is obviously also possible to inject additional gas, for example a shielding gas, directly in the continuous oven, gas which then adds to the fluidizing gas.
  • additional gas for example a shielding gas
  • the metal parts to be hardened are for example parts as standard, loaded loose on the mat in the oven continuous, cut, folded, or turned parts, necklines, stretched or cold formed or hot formed. They are most often made of steel, the type of steel chosen to be quenchable in a fluidized bath, in order to obtain the quenching structure desired for the dimensions of the parts.
  • Steelmaker catalogs and atlases of TRC curves (transformation into continuous cooling) and TTT (transformation time temperature) provide information on the feasibility of this quenching mode.
  • steels of the Cr type, Cr-Mo, Cr-Ni-Mo or Cr-V will suit the dimensions well cited.
  • the bath of solid particles chosen for the fluidization is composed, for example, of metal oxides of fine particle size, up to a maximum of 1000 microns, for example of Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , mullite or others.
  • the type of material chosen defines the heat transfer characteristics of the quenched parts, as well as the parameters of gas fluidization. It is necessary to know the apparent density, the density in fluidization, the thermal capacity and the thermal conductivity of solid particles. They must be chemically inert at the operating gas and temperature conditions.
  • the operating temperature of the fluidized bath is adapted in quenching mode: temperature close to temperature ambient for martensitic quenching, isothermal temperature higher than the Ms (martensite start) temperature of early martensite formation for quenching type bainitic.
  • This isothermal temperature can range from 160 ° C at 350 ° C depending on the type of steel and the final hardness requested for bainite. You should know that this particle bath homogenized in temperature by fluidization represents a large thermal inertia when the fluidization stops. Isothermal maintenance for the duration of transformation bainitique, for example from 10 to 60 minutes, can be also do in an isothermal holding zone outside the quench bath in the fall channel.
  • the heat treatment device preferably includes a parts recovery basket removable metal which is placed at the bottom of the channel fall.
  • the recovery basket has a bottom with a multiplicity of orifices allowing the fluidizing gas to pass, but not the solid particles of fluidization. Thanks to these orifices, fluidizing gas can be injected in the fluidized bath of solid particles by the fluidization device through the recovery basket. The fluidized bath is kept stable despite the basket recovery. Metal parts dipped in fluidized bath fall into the recovery basket at bottom of the drop channel and can be extracted from the channel fall by transfer of the recovery basket out of the drop channel.
  • a transfer channel is connected to the channel drop, the transfer channel comprising a part through which the recovery basket is brought to the bottom of the chute and an extraction part through which the recovery basket is removed from bottom of the fall channel.
  • the start of the game inlet and the end of the extraction part are closed each by at least one opening door. The closure of outward transfer channel ensures that pressure subatmospheric in the fall channel and thereafter the fluidization of the solid particle bath are maintained.
  • the processing device comprising means for transferring the baskets recovery from the start of the game to bring the end of the extraction part.
  • the device comprising means for transferring the baskets recovery from the start of the game to bring the end of the extraction part.
  • a particularly preferred embodiment of the device heat treatment according to the invention comprises means for cooling the fluidized bath.
  • These means of cooling preferably have a cooling channel placed next to the drop channel and intended for recover solid particles heated by overflow at the top of the fluidized bath and reintroduce them into the fluidized bath by lateral vents or an annular passage in a lower part of the chute.
  • a heat transfer fluid exchanger for example water
  • the cooling channel surrounds parts of the fall channel. Particle cooling solids descending into the cooling channel and their reintroduction into the fluidized bath allows the maintaining the fluidized bath at a desired low temperature.
  • a holding zone insulated isotherm follows the extraction part of the channel transfer.
  • heaters are arranged in this area and baskets of recovery are stacked on a dependent descender.
  • the recovery baskets containing the metal parts are kept in this isothermal holding zone at a temperature constant over a period of time, allowing bainitic quenching.
  • the heat treatment device preferably includes a packaging cell for solid particles for the fluidized bath.
  • This cell packaging includes a particle recovery tray solids, a particle fluidization device solids in the recovery tank and thermostating means of the recovery tank at a temperature chosen.
  • the conditioning cell allows to condition solid particles for the internal fluidized bath of the furnace drop channel at a selected temperature outside the fall channel. These conditioned solid particles can then be brought into the fluidized bath in the fall channel by a recovery basket.
  • a device for heat treatment of metal parts comprises a continuous oven 1 for heating metal parts to be treated 100.
  • the metal parts to be treated 100 are transported in bulk on a conveyor belt and pass through a laboratory 11, where they are generally heated to a temperature of several hundred of ° C, so as to be austenized.
  • heated metal parts 100 fall by gravity into a fall channel 12, where finds a fluidized bath 3 of solid particles.
  • the parts metallic 100 quench and reach temperature lower of the bath in a sufficiently short time to allow obtaining the desired final microstructure, both on the surface and at the core.
  • Possible shocks between metal parts 100 or at the bottom of the drop channel 12 are naturally damped by the fluidized bath 3, comparable to a viscous fluid.
  • a recovery basket 52 is placed on a grid of support 41 at the bottom of the fall channel 12 and collects the drenched solid particles falling.
  • the recovery basket 52 has four vertical walls 504-507 and one bottom 501 with a multiplicity of orifices 502 allowing passage the fluidizing gas, but not the solid particles fluidization. Thanks to these orifices, gas from fluidization can be injected into the fluidized bath 3 of solid particles through the recovery basket.
  • Above a cover 503 is arranged on each orifice 502 in the form of a half coated tube open on both sides. These covers 503 prevent solid particles or 100 metal parts fall directly on the orifices 502 and obstruct them.
  • Metal parts 100 accumulate at the bottom of the recovery basket 52 during a predetermined filling time chosen, for example from a few minutes. During this time, the charge of 100 metal parts is constantly crossed by gas fluidization. Other gas distribution systems can be considered.
  • Fluidization gas is injected into the drop channel 12 by a fluidization device 4 placed below the drop channel 12.
  • the fluidization device 4 comprises a diffuser 42 which diffuses the fluidizing gas coming from a pipe 43 through the support grid 41 and the recovery basket 52 in the chute 12.
  • the gas supply to the fluidization device 4 is not not shown. Different fluidization devices usable are known from the state of the art.
  • a horizontally extending transfer channel 6 is connected to the drop channel 12.
  • the transfer channel 6 comprises a supply part 61 through which baskets recovery 51-53 are brought to the bottom of the chute 12 and an extraction part 62 through which the baskets 51-53 are removed from the bottom of the canal fall 12.
  • a recovery basket 51 is found in the intake part 61, a recovery basket 52 in drop channel 12 and a recovery basket 53 in the extraction part 62.
  • the recovery baskets 51 and 53 are at least partially filled with inert solid particles, that is to say non-fluidized, this which is indicated schematically by crossed diagonals on the front wall 505.
  • 100 hardened metal parts are mixed with solid particles.
  • the solid particle bath is fluidized.
  • the start of the supply game 61 and the end of the game 62 are each closed by an opening door 63 respectively 64.
  • the opening doors 63 and 64 have each a closing plate 631 respectively 641 controlled by a cylinder 632 respectively 642.
  • the closure of the transfer channel 6 ensures that the subatmospheric pressure in the fall channel 12 is maintained.
  • a transfer cylinder 65 for the transfer of the recovery basket 51 in the inlet part 61 of the transfer channel 6 is fixed to the closing plate 631 of the door openable 63. Handling of recovery baskets 51-53 is explained below in connection with Figure 5.
  • the device for heat treatment includes, in addition to the first embodiment, means of cooling the fluidized bath 3 in the fall channel 12 and means for recycling of fluidizing gas.
  • the fall channel 12 is surrounded over a large part of its height by a cooling channel 7 which recovers solid particles heated by overflow at the top of the fluidized bath 3 by an annular passage 73 or alternatively by lateral openings in the wall of the canal of fall 12.
  • the solid particles recovered descend in cooling channel 7 and are reintroduced in the fluidized bath 3 by lateral vents 71 or alternately by an annular passage in a part bottom of drop channel 12, just above the basket recovery 52.
  • a heat transfer liquid exchanger 72 is arranged in the cooling channel 7 and allows the cooling of the falling solid particles.
  • the heat of solid particles is extracted by the liquid coolant, for example water.
  • the supply of the pipe 43 of the device fluidization 4 in fresh fluidization gas is adjustable using a gas adjustment valve 45.
  • the flow gas entering line 43 can be measured with a gas flow meter 44.
  • the recycling means here include a recycling channel 8 the inlet of which is connected to the drop channel 12 above of the upper level of the fluidized bath 3. Lateral sockets multiple allow to distribute the aspiration by a suction pump 81 disposed in the recycling channel 8 around the edge of the fall channel 12.
  • the outlet of the fall channel recycling 8 is connected to the fluidization device 4 between gas control valve 45 and the gas flow meter 44.
  • the flow of recycled gas can be adjusted by a valve gas control 82. It can be much more important that the flow rate of fresh fluidizing gas and can reach for example up to ten times the minimum fluidization flow.
  • a system 83 for separating removed solid particles with the sucked gas serves to protect the suction pump 81.
  • This figure shows the transfer of recovery baskets 51-54 in transfer channel 6.
  • a recovery basket 51 is located in the part inlet 61, a recovery basket 52 in the canal fall 12 and a recovery basket 53 in the game 62.
  • the doors 63 and 64 are closed.
  • the door 64 is closed and the recovery baskets 51 and 52 in the transfer channel 6 are pushed from the part inlet 61 in the part of the fall channel 12 and of this part of the fall channel 12 in the extraction part 62, respectively, by the transfer cylinder 65.
  • the transfer cylinder 65 fluidization solid particle bath is maintained to facilitate the translation of the baskets.
  • the duration of the transfer of recovery baskets 51 and 52 is for example a few seconds, which does not necessarily require stopping the fall of metal parts 100.
  • airlocks can be planned.
  • the device shown in Figure 6 is particularly suitable good at bainitic quenching. It has an area insulated support 9 isolated directly after the part extraction 62 of the transfer channel 6. This zone of isothermal support 9 is surrounded by an insulating wall 93 and includes heating elements 92. Its input can be closed by door 64 of transfer channel 6, during that at its exit, a door 94 comprising a closing plate 941 and a cylinder 942 is provided. Inside the insulated holding zone 9, the recovery baskets 54-58 are stacked on a load descender 91. Descenders dependent 91 which allow to evacuate a basket of recovery 59 at the bottom of the stack and get off the others recovery baskets 54-58 are known in the state of technique.
  • the transfer of the next recovery basket 53 from the extraction part 62 of transfer channel 6, which is also isolated in this form of execution, to the descender at load 91 is produced by the attached transfer cylinder 66 to basket 53 using hook 661.
  • a detailed view of the attachment of the recovery basket 53 shows that it in this case has a flip-flop 531 which is pulled by a spring 532 towards the interior of the basket 53.
  • the hook 661 is hooked on the scale 531 on the side of the spring 532 and can be released by a push towards the interior of the basket 53.
  • each recovery basket 51-59 remains in the area of isothermal hold 9 at least 30 minutes.
  • Isothermal maintenance is provided here on the one hand by the mass of the particles inert solids that surround metal parts 100 and on the other hand by the heating bodies 92.
  • the heat treatment device includes in a preferred embodiment a cell conditioning 2 of solid particles for the fluidized bath 3, the conditioning cell 2 comprising a recovery tank 21 for solid particles, a device fluidization 22 of the solid particles in the tank recovery 21 and thermostat 23 means of the recovery tank 21 at a chosen temperature.
  • the separation of particles solid metal parts 100 is performed at using a screening basket 24 which is placed on the tank 21.
  • the mixture of metallic parts 100 and of solid particles from the recovery basket 59 is poured into the screening basket 24 which retains only the metal parts 100.
  • the solid particles fall in the recovery tank 21 and are fluidized in this tank by the fluidization device 22.
  • thermostatization means 23 for example a exchanger with water circulation or electric heating elements, both controlled by a regulator and a rod pyrometric, solid particles in the recovery tank 21 are conditioned until they have the treatment temperature chosen for the fluidized bath 3 in the fall channel 12. If it is a martensitic quench, this temperature is if possible below the martensitic transformation end temperature Mf of hardened steel, for example 30 ° C. If it is a hardening bainitique, this temperature is higher than the temperature of martensitic transformation Ms of hardened steel, for example 320 ° C.
  • the screening basket 24 containing the metal parts 100 is removed from the drip tray 21, as shown in FIG. 8.
  • a basket of recovery 51 is filled with solid particles freshly reconditioned. Using the solid particles of this recovery basket 51, the fluidized quench bath 3 in the drop channel 12 can be partially renewed.
  • transfer cylinders 65 and 66 other organs of transfer responsible for translating the recovery baskets 51-59 in transfer channel 6 are conceivable.
  • the parts to be treated are automatically loaded in bulk on the belt, in a uniform homogeneous layer.
  • the size of the recovery baskets is 600 mm wide by 400 mm long, with a height of 150 mm.
  • the rate of transfer of the baskets is chosen at 6 minutes, or 24 kg of pieces per basket.
  • the temperature of the fluidized bath is adjusted below the Mf value of the steel, for which the martensitic transformation is complete, for example 50 ° C.
  • the bath is made up of corundum-type sand particles with an average particle size of 200 microns.
  • the fluidizing gas is cold nitrogen (N 2 ), at a rate of 1.5 times the minimum fluidization flow.
  • This gas fills the drop channel and then the laboratory of the continuous furnace, where it is completed by additions of gas guaranteeing the surface integrity of the treated parts, for example propane (C 3 H 8 ).
  • propane (C 3 H 8 ) propane (C 3 H 8 ).
  • the hardened parts show a hardness greater than 650 HV (Vickers hardness) after quenching, are clean in appearance, and do not require washing before tempering, which is done in an ad hoc installation, for example a fluidized bath.
  • the mass of fluidized sand is partially renewed every 6 minutes, by adding the contents of the newly placed basket.
  • Each basket load represents for example between 5 and 20% of the total fluidized.
  • the parts to be treated are automatically loaded in bulk on the belt, in a uniform homogeneous layer.
  • the size of the recovery baskets is 600 mm wide by 400 mm long, with a height of 150 mm.
  • the basket transfer rate is chosen to be 6 minutes, or 20 kg of pieces per basket.
  • the bath temperature is adjusted above the martensitic transformation start temperature Ms of the steel, so as to allow bainitic isothermal transformation of the parts, for example 300 ° C.
  • the fluidized bath is formed of ZrO 2 type sand particles with an average particle size of 100 microns.
  • the fluidizing gas is a mixture of nitrogen (N 2 ) and 20% hydrogen (H 2 ), at a rate of 2 times the minimum fluidization rate.
  • This gas fills the drop channel and then the laboratory of the continuous furnace, where it is completed by additions of gas guaranteeing the surface integrity of the treated parts, for example propane (C 3 H 8 ).
  • propane (C 3 H 8 ) propane
  • the sand is heated to working temperature in a conditioning cell.
  • the mass of fluidized sand is partially renewed every 6 minutes, by the hot addition of the contents of the newly placed basket.
  • Each basket load represents for example between 5 and 20% of the total fluidized.
  • the heat provided by the quenched parts also helps maintain the bath at constant temperature.
  • This basket and its load of sand and temperature pieces can then be routed to the area of insulated insulated support, where the baskets are stacked every 6 minutes. Isothermal maintenance is ensured here by the mass of inert sand that contains the parts. After the bainitic transformation time, typically 30 minutes, the basket which has just made 5 isothermal stations is extracted from the isothermal holding zone. The parts and the sand is separated, and the basket is filled with sand hot reconditioned to be re-charged in the next cycle. The hardened parts are cooled to room temperature, which gives them a blue color specific to oxidation undergoing air cooling. After this bainitic transformation, they have a higher hardness at 48 HRC (Rockwell hardness), are clean in appearance, and do not do not require washing after quenching. They have all its own efficient mechanical characteristics to this type of structure.
  • HRC Rockwell hardness

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Abstract

Un dispositif de traitement thermique de pièces métalliques comprend un four continu (1) pour chauffer des pièces métalliques (100) et un bain fluidisé (3) de particules solides pour tremper les pièces métalliques (100) chauffées. Le four (1) comprend un laboratoire (11) destiné à être traversé par les pièces métalliques (100) à traiter et un canal de chute (12) dans lequel tombent les pièces métalliques (100) après avoir traversé le laboratoire (11). Le bain fluidisé (3) est disposé directement dans le canal de chute (12). Un dispositif de fluidisation (4) servant à injecter du gaz de fluidisation dans le canal de chute (12) est disposé sous le canal de chute (12).

Description

La présente invention concerne un dispositif de traitement thermique de pièces métalliques selon le préambule de la revendication indépendante 1.
Pour améliorer les caractéristiques mécaniques et métallurgiques de pièces métalliques, il est connu de chauffer les pièces métalliques à traiter dans un four à une haute température de plusieurs centaines de °C et de les tremper ensuite, c'est-à-dire de les refroidir à une vitesse supérieure à celle obtenue à l'air ordinaire. Le chauffage peut être effectué dans un laboratoire d'un four continu qui est traversé en continu par les pièces métalliques qui se trouvent par exemple sur un tapis de transport. Après avoir traversé le laboratoire, les pièces métalliques tombent par gravité dans un canal de chute, d'où elles sont transférées à une chambre de trempe.
Les principaux modes de trempe sont les suivants:
  • l'immersion des pièces métalliques dans un liquide tel que l'eau, l'eau salée, des polymères en solution, de l'huile ou du sel fondu;
  • l'injection de gaz tel que l'azote, l'air, l'hélium ou leur mélange ou la vapeur d'eau;
  • l'injection biphasée d'un liquide propulsé par un gaz;
  • l'immersion des pièces métalliques dans un bain fluidisé de particules solides.
Des bains fluidisés sont utilisés depuis des décennies comme milieu d'échange thermique ou de maintien de température. Leurs avantages principaux sont les suivants: pas de post-lavage nécessaire (huile, polymères, sel), pas de problème d'effluents à traiter (huile, polymères, sel), pas de dégradation progressive des performances (polymères), mise en oeuvre aisée, pas de solidification à basse température (sel), pas de corrosion du matériel (sel, polymères) et pas de danger d'intoxication, d'incendie ou d'explosion. Le pouvoir de refroidissement du bain fluidisé est cependant limité, car aucune chaleur latente de vaporisation ne peut être mise à profit, contrairement aux liquides cités. Certaines astuces permettent des améliorations, comme l'aspersion du bain par de l'eau, l'usage de gaz de fluidisation à haute caractéristique thermique (H2, He), le refroidissement du bain par un fluide cryogénique (N2), etc.
Un exemple d'un dispositif de traitement thermique de pièces métalliques comprenant un four continu pour chauffer des pièces métalliques et un bain fluidisé de particules solides pour tremper les pièces métalliques chauffées est décrit dans la demande de brevet européen EP-A-0 514 325. Le four comprend un laboratoire qui est traversé par les pièces métalliques à traiter sur un tapis de transport. Après avoir traversé le laboratoire, les pièces métalliques tombent par gravité dans un canal de chute, d'où elles sont transférées par une roue à cellules à une chambre de trempe dans laquelle est disposé le bain fluidisé. La roue à cellules ferme la chambre de trempe envers le canal de chute. L'extraction des pièces métalliques de la chambre de trempe se fait par un dispositif de transport comportant deux barillets tournants avec chacun une hélice pour le transport des pièces métalliques à l'intérieur. Bien que les barillets aient des manteaux perforés, le bain fluidisé de particules solides est destabilisé par les deux barillets.
La présente invention à pour but de proposer un dispositif de traitement thermique de pièces métalliques permettant une trempe des pièces métalliques chaudes dans un bain fluidisé stable. Avantageusement, l'extraction des pièces métalliques trempées du bain fluidisé devrait s'effectuer sans interrompre la fluidisation des particules solides du bain.
Le but de l'invention est atteint par le dispositif de traitement thermique de pièces métalliques selon la revendication indépendante 1. Des formes d'exécution préférées sont définies dans les revendications dépendantes 2 à 9.
L'essentiel de l'invention consiste en ce qui suit: Le dispositif de traitement thermique de pièces métalliques comprend un four continu pour chauffer des pièces métalliques et un bain fluidisé de particules solides pour tremper les pièces métalliques chauffées. Le four continu comprend un laboratoire destiné à être traversé par les pièces métalliques à traiter et un canal de chute dans lequel tombent les pièces métalliques après avoir traversé le laboratoire. Le bain fluidisé est disposé directement dans le canal de chute. Un dispositif de fluidisation servant à injecter du gaz de fluidisation dans le canal de chute est disposé sous le canal de chute.
Le bain de particules solides dans le canal de chute est traversé de bas en haut par le gaz de fluidisation, dont le débit minimal opérationnel de fluidisation est fonction de la section du bain à fluidiser et du type de particules solides. Le gaz de fluidisation entre dans le laboratoire du four continu et est consommé par le four, c'est-à-dire qu'on choisit un gaz qui est compatible avec l'atmosphère de traitement thermique du four. Le gaz de fluidisation a donc une double fonction, ce qui est un avantage particulier du dispositif selon l'invention. De préférence, le gaz de fluidisation est un gaz de haute conductivité thermique, par exemple N2, un mélange de N2 et H2 ou un gaz endothermique.
Selon la section de fluidisation retenue, le débit de gaz de fluidisation est du même ordre de grandeur que le débit de gaz porteur du four, pouvant donc s'y substituer complètement. En cas de débit de gaz de fluidisation supérieur à ce qui serait nécessaire, des moyens de recyclage du gaz de fluidisation dans le canal de chute du four devront être prévus, dont le débit s'additionnera alors au débit de gaz frais injecté pour la fluidisation. Ces moyens de recyclage comportent de préférence un canal de recyclage dont l'entrée est raccordée au canal de chute au-dessus du niveau supérieur du bain fluidisé et la sortie est raccordée au dispositif de fluidisation. Une pompe d'aspiration est disposée dans le canal de recyclage pour aspirer du gaz de fluidisation du canal de chute et le pomper dans le dispositif de fluidisation. De préférence, le débit de gaz recyclé est modulable, par exemple par une vanne de réglage de gaz. Le débit et la composition du gaz de fluidisation pourront être optimisés en fonction des performances de refroidissement à atteindre sur les pièces métalliques, ainsi que des impératifs de coût. Il est bien évidemment aussi possible d'injecter un gaz supplémentaire, par exemple un gaz de protection, directement dans le four continu, gaz qui s'additionne alors au gaz de fluidisation.
Les pièces métalliques à tremper sont par exemple des pièces de série, chargées en vrac sur le tapis dans le four continu, des pièces découpées, pliées, ou des pièces tournées, décolletées, étirées ou formées à froid ou à chaud. Elles sont le plus souvent en acier, le type d'acier choisi devant être trempable en bain fluidisé, en vue d'obtenir la structure de trempe désirée pour les dimensions des pièces. Les catalogues des aciéristes et les atlas des courbes TRC (transformation en refroidissement continu) et TTT (transformation temps température) renseignent sur la faisabilité de ce mode de trempe. Par exemples, les aciers du type Cr, Cr-Mo, Cr-Ni-Mo ou Cr-V conviendront bien aux dimensions citées.
Le bain de particules solides choisi pour la fluidisation est composé par exemple d'oxydes métalliques de granulométrie fine, jusqu'à 1000 microns au maximum, par exemple de Al2O3, ZrO2, SiO2, mullite ou autres. Le type de matière choisi définit les caractéristiques de transfert thermique des pièces trempées, ainsi que les paramètres de la fluidisation gazeuse. Il faut connaítre la densité apparente, la densité en fluidisation, la capacité thermique et la conductivité thermique des particules solides. Elles doivent être chimiquement inertes aux conditions de gaz et de température opérationnelles.
La température opérationnelle du bain fluidisé est adaptée au mode de trempe: température voisine de la température ambiante pour la trempe martensitique, température isotherme supérieure à la température Ms (martensite start) de début de formation de la martensite pour la trempe de type bainitique. Cette température isotherme peut aller de 160°C à 350°C suivant le type d'acier et la dureté finale demandée pour la bainite. Il faut savoir que ce bain de particules homogénéisé en température par fluidisation représente une grande inertie thermique lors de l'arrêt de la fluidisation. Le maintien isotherme pour la durée de transformation bainitique, par exemple de 10 à 60 minutes, peut se faire aussi dans une zone de maintien isotherme hors du bain de trempe dans le canal de chute.
Le dispositif de traitement thermique selon l'invention comporte de préférence un panier de récupération de pièces métalliques amovible qui est placé au fond du canal de chute. Le panier de récupération possède un fond avec une multiplicité d'orifices laissant passer le gaz de fluidisation, mais pas les particules solides de fluidisation. Grâce à ces orifices, du gaz de fluidisation peut être injecté dans le bain fluidisé de particules solides par le dispositif de fluidisation à travers le panier de récupération. Le bain fluidisé est maintenu stable malgré le panier de récupération. Les pièces métalliques trempées dans le bain fluidisé tombent dans le panier de récupération au fond du canal de chute et peuvent être extraites du canal de chute par transfert du panier de récupération hors du canal de chute.
De préférence, un canal de transfert est raccordé au canal de chute, le canal de transfert comportant une partie d'amenée à travers laquelle le panier de récupération est amené au fond du canal de chute et une partie d'extraction à travers laquelle le panier de récupération est écarté du fond du canal de chute. De préférence, le début de la partie d'amenée et la fin de la partie d'extraction sont fermés chacun par au moins une porte ouvrable. La fermeture du canal de transfert vers l'extérieur assure que la pression subatmosphérique dans le canal de chute et par la suite la fluidisation du bain de particules solides sont maintenues.
Dans une forme d'exécution préférée du dispositif de traitement thermique selon l'invention, plusieurs paniers de récupération sont disposables dans le canal de transfert, le dispositif comprenant des moyens pour transférer les paniers de récupération du début de la partie d'amenée à la fin de la partie d'extraction. L'utilisation de plusieurs paniers de récupération et leur transfert dans le canal de transfert permet le remplacement du panier dans le canal de chute par un autre panier pendant que le bain fluidisé est maintenu. De cette manière, des pièces métalliques trempées peuvent être extraites du bain fluidisé quasi continuellement.
Une forme d'exécution particulièrement préférée du dispositif de traitement thermique selon l'invention comprend des moyens de refroidissement du bain fluidisé. Ces moyens de refroidissement comportent de préférence un canal de refroidissement disposé à côté du canal de chute et destiné à récupérer des particules solides réchauffées par débordement au sommet du bain fluidisé et à les réintroduire dans le bain fluidisé par des ouïes latérales ou un passage annulaire dans une partie inférieure du canal de chute. De préférence, un échangeur à liquide caloporteur, par exemple l'eau, est disposé dans le canal de refroidissement, échangeur qui extrait la chaleur des particules solides descendantes. De préférence, le canal de refroidissement entoure des parties du canal de chute. Le refroidissement des particules solides descendant dans le canal de refroidissement et leur réintroduction dans le bain fluidisé permet le maintien du bain fluidisé à une température basse désirée.
Dans une forme d'exécution préférée du dispositif de traitement thermique selon l'invention, une zone de maintien isotherme isolée fait suite à la partie d'extraction du canal de transfert. De préférence, des corps de chauffe sont disposés dans cette zone et des paniers de récupération sont empilés sur un descenseur à charge. Les paniers de récupération contenant les pièces métalliques sont maintenus dans cette zone de maintien isotherme à une température constante pendant un certain laps de temps, permettant une trempe de type bainitique.
Le dispositif de traitement thermique selon l'invention comprend de préférence une cellule de conditionnement de particules solides pour le bain fluidisé. Cette cellule de conditionnement comporte un bac de récupération de particules solides, un dispositif de fluidisation des particules solides dans le bac de récupération et des moyens de thermostatisation du bac de récupération à une température choisie. La cellule de conditionnement permet de conditionner des particules solides pour le bain fluidisé à l'intérieur du canal de chute du four à une température choisie en dehors du canal de chute. Ces particules solides conditionnées peuvent ensuite être amenées dans le bain fluidisé dans le canal de chute par un panier de récupération.
Des formes d'exécution de l'invention sont décrites ci-après à titre d'exemples à l'aide des dessins annexés, dans lesquels:
  • la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une première forme d'exécution d'un dispositif de traitement thermique selon l'invention;
  • la figure 2 est une coupe transversale schématique du dispositif de traitement thermique de la figure 1 selon la ligne en traits et points A-A;
  • la figure 3 est une vue éclatée d'un panier de récupération, d'une grille de support et d'un diffuseur pyramidal d'un dispositif de fluidisation;
  • la figure 4 est une coupe transversale schématique d'une partie d'une deuxième forme d'exécution d'un dispositif de traitement thermique selon l'invention, comportant des moyens de refroidissement du bain fluidisé et des moyens de recyclage de gaz de fluidisation;
  • la figure 5 est un schéma montrant le transfert de paniers de récupération dans le canal de transfert;
  • la figure 6 est une coupe transversale schématique d'une partie d'une troisième forme d'exécution d'un dispositif de traitement thermique selon l'invention, comportant une zone de maintien isotherme isolée; et
  • les figures 7 et 8 montrent le conditionnement de particules solides pour le bain fluidisé de trempe dans une cellule de conditionnement.
Figures 1 à 3
Un dispositif de traitement thermique de pièces métalliques selon une première forme d'exécution de l'invention comprend un four continu 1 pour chauffer des pièces métalliques à traiter 100. Les pièces métalliques à traiter 100 sont transportées en vrac sur un tapis de transport entraíné et traversent un laboratoire 11, où elles sont chauffées en général à une température de plusieurs centaines de °C, de manière à être austénisées. Après avoir traversé le laboratoire 11, les pièces métalliques chauffées 100 tombent par gravité dans un canal de chute 12, où se trouve un bain fluidisé 3 de particules solides. Durant leurs chute par gravité dans le bain fluidisé 3, les pièces métalliques 100 subissent une trempe et atteignent la température plus basse du bain en un temps suffisamment court pour permettre l'obtention de la microstructure finale désirée, tant en surface qu'à coeur. Les éventuels chocs entre pièces métalliques 100 ou au fond du canal de chute 12 sont amortis naturellement par le bain fluidisé 3, comparable à un fluide visqueux.
Un panier de récupération 52 est placé sur une grille de support 41 au fond du canal de chute 12 et récupère les particules solides trempées qui tombent. Le panier de récupération 52 possède quatre parois verticales 504-507 et un fond 501 avec une multiplicité d'orifices 502 laissant passer le gaz de fluidisation, mais non pas les particules solides de fluidisation. Grâce à ces orifices, du gaz de fluidisation peut être injecté dans le bain fluidisé 3 de particules solides à travers le panier de récupération. Au-dessus de chaque orifice 502 est disposé un couvercle 503 en forme de demi tube couché ouvert aux deux côtés. Ces couvercles 503 empêchent que des particules solides ou des pièces métalliques 100 tombent directement sur les orifices 502 et les obstruent. Les pièces métalliques 100 s'accumulent au fond du panier de récupération 52 pendant un temps de remplissage prédéterminé choisi, par exemple de quelques minutes. Durant ce laps de temps, la charge de pièces métalliques 100 est constamment traversée par le gaz de fluidisation. D'autres systèmes de répartition du gaz peuvent être envisagés.
Le gaz de fluidisation est injecté dans le canal de chute 12 par un dispositif de fluidisation 4 placé au-dessous du canal de chute 12. Le dispositif de fluidisation 4 comporte un diffuseur 42 qui diffuse le gaz de fluidisation provenant d'une conduite 43 à travers la grille de support 41 et le panier de récupération 52 dans le canal de chute 12. L'alimentation en gaz du dispositif de fluidisation 4 n'est pas représentée. Différents dispositifs de fluidisation utilisables sont connus de l'état de la technique.
Un canal de transfert 6 s'étendant horizontalement est raccordé au canal de chute 12. Le canal de transfert 6 comporte une partie d'amenée 61 à travers laquelle des paniers de récupération 51-53 sont amenés au fond du canal de chute 12 et une partie d'extraction 62 à travers laquelle les paniers de récupération 51-53 sont écartés du fond du canal de chute 12. A la figure 2, un panier de récupération 51 se trouve dans la partie d'amenée 61, un panier de récupération 52 dans le canal de chute 12 et un panier de récupération 53 dans la partie d'extraction 62. Les paniers de récupération 51 et 53 sont au moins partiellement remplis de particules solides inertes, c'est-à-dire non fluidisées, ce qui est indiqué schématiquement par des diagonales croisées sur la paroi avant 505. Dans le panier de récupération 53, des pièces métalliques trempées 100 sont mélangées avec des particules solides. Dans le panier de récupération 52, le bain de particules solides est fluidisé.
Le début de la partie d'amenée 61 et la fin de la partie d'extraction 62 sont fermés chacun par une porte ouvrable 63 respectivement 64. Les portes ouvrables 63 et 64 comportent chacune une plaque de fermeture 631 respectivement 641 commandée par un vérin 632 respectivement 642. La fermeture du canal de transfert 6 assure que la pression subatmosphérique dans le canal de chute 12 est maintenue.
Un vérin de transfert 65 pour le transfert du panier de récupération 51 dans la partie d'amenée 61 du canal de transfert 6 est fixé à la plaque de fermeture 631 de la porte ouvrable 63. Le maniement des paniers de récupération 51-53 est expliqué plus bas en connexion avec la figure 5.
Pour le reste de la description, on tiendra compte des considérations suivantes. Lorsque des signes de référence apparaissent dans une figure pour mieux expliquer le dessin, mais qu'ils ne sont pas expliqués dans le texte descriptif immédiatement associé, on se référera à leur mention dans les descriptions de figures précédentes.
Figure 4
Dans cette deuxième forme d'exécution, le dispositif de traitement thermique comporte, additionnellement à la première forme d'exécution, des moyens de refroidissement du bain fluidisé 3 dans le canal de chute 12 et des moyens de recyclage de gaz de fluidisation.
Le canal de chute 12 est entouré sur une grande partie de sa hauteur par un canal de refroidissement 7 qui récupère des particules solides réchauffées par débordement au sommet du bain fluidisé 3 par un passage annulaire 73 ou alternativement par des ouïes latérales dans la paroi du canal de chute 12. Les particules solides récupérées descendent dans le canal de refroidissement 7 et sont réintroduites dans le bain fluidisé 3 par des ouïes latérales 71 ou alternativement par un passage annulaire dans une partie inférieure du canal de chute 12, juste au-dessus du panier de récupération 52. Un échangeur à liquide caloporteur 72 est disposé dans le canal de refroidissement 7 et permet le refroidissement des particules solides descendantes. La chaleur des particules solides est extraites par le liquide caloporteur, par exemple de l'eau. Ces moyens de refroidissement permettent le maintien du bain fluidisé 3 à une température de trempe basse désirée.
On voit ici que l'alimentation de la conduite 43 du dispositif de fluidisation 4 en gaz de fluidisation frais est réglable à l'aide d'une vanne de réglage de gaz 45. Le débit du gaz entrant dans la conduite 43 peut être mesuré avec un débitmètre de gaz 44.
Pour rendre le débit de gaz de fluidisation indépendant du débit utile de gaz de protection consommé par le four et son processus de chauffage, il est possible de prévoir un recyclage de gaz de fluidisation en circuit fermé. Les moyens de recyclage comportent ici un canal de recyclage 8 dont l'entrée est raccordée au canal de chute 12 au-dessus du niveau supérieur du bain fluidisé 3. Des prises latérales multiples permettent de répartir l'aspiration par une pompe d'aspiration 81 disposée dans le canal de recyclage 8 sur le pourtour du canal de chute 12. La sortie du canal de recyclage 8 est raccordée au dispositif de fluidisation 4 entre la vanne de réglage de gaz 45 et le débitmètre de gaz 44. Le débit de gaz recyclé peut être modulé par une vanne de réglage de gaz 82. Il peut être beaucoup plus important que le débit de gaz de fluidisation frais et peut atteindre par exemple jusqu'à dix fois le débit minimum de fluidisation. Un système 83 de séparation de particules solides emmenées avec le gaz aspiré sert à protéger la pompe d'aspiration 81.
Figure 5
Cette figure montre le transfert de paniers de récupération 51-54 dans le canal de transfert 6. Dans la première situation tout en haut, qui correspond à celles des figures 1, 2 et 4, un panier de récupération 51 se trouve dans la partie d'amenée 61, un panier de récupération 52 dans le canal de chute 12 et un panier de récupération 53 dans la partie d'extraction 62. Les portes 63 et 64 sont fermées.
Pour évacuer le panier de récupération 53 rempli de pièces métalliques 100 et de particules solides du canal de transfert 6, la porte 64 est ouverte. Ensuite, le panier de récupération 53 est tiré hors du canal de transfert 6 par un vérin de transfert 66 accroché au panier 53 à l'aide d'un crochet 661. C'est la deuxième situation représentée.
Puis, comme représenté dans la troisième illustration, la porte 64 est refermée et les paniers de récupération 51 et 52 dans le canal de transfert 6 sont poussés de la partie d'amenée 61 dans la partie du canal de chute 12 et de cette partie du canal de chute 12 dans la partie d'extraction 62, respectivement, par le vérin de transfert 65. Pendant le transfert des paniers de récupération 51 et 52 la fluidisation du bain de particules solides est maintenue pour faciliter la translation des paniers. La durée du transfert des paniers de récupération 51 et 52 est par exemple de quelques secondes, ce qui ne nécessite pas obligatoirement l'arrêt de la chute des pièces métalliques 100.
Une fois le panier de récupération 51 arrivé dans le canal de chute 12, la porte 63 est ouverte et un nouveau panier de récupération 54 rempli de particules solides, de préférence préconditionnées en température, est inséré dans la partie d'amenée 61 du canal de transfert 6, comme représenté dans la dernière illustration.
En variante, en plus des portes 63 et 64, des sas peuvent être prévus.
Figure 6
Après la trempe des pièces métalliques 100 dans le bain fluidisé 3 dans le canal de chute 12, différentes suites du processus sont possibles, par exemple une trempe martensitique ou une trempe bainitique.
Le dispositif représenté à la figure 6 se prête particulièrement bien à une trempe bainitique. Il comporte une zone de maintien isotherme 9 isolée directement après la partie d'extraction 62 du canal de transfert 6. Cette zone de maintien isotherme 9 est entourée par une paroi isolante 93 et comporte des corps de chauffe 92. Son entrée peut être fermée par la porte 64 du canal de transfert 6, pendant qu'à sa sortie, une porte 94 comprenant une plaque de fermeture 941 et un vérin 942 est prévue. A l'intérieur de la zone de maintien isotherme 9, les paniers de récupération 54-58 sont empilés sur un descenseur à charge 91. Des descenseurs à charge 91 qui permettent d'évacuer un panier de récupération 59 au bas de la pile et de descendre les autres paniers de récupération 54-58 sont connus dans l'état de la technique.
Le transfert du prochain panier de récupération 53 de la partie d'extraction 62 du canal de transfert 6, qui est aussi isolée dans cette forme d'exécution, au descenseur à charge 91 est réalisé par le vérin de transfert 66 accroché au panier 53 à l'aide du crochet 661. Une vue en détail de l'accrochage du panier de récupération 53 montre que celui-ci comporte dans le cas présent une bascule 531 qui est tirée par un ressort 532 en direction de l'intérieur du panier 53. Le crochet 661 est accroché à la bascule 531 sur le côté du ressort 532 et peut être libéré par une poussée en direction de l'intérieur du panier 53.
Si par exemple un panier de récupération 51-59 entre dans la zone de maintien isotherme 9 et un autre panier sort de la zone de maintien isotherme 9 toutes les 6 minutes, chaque panier de récupération 51-59 reste dans la zone de maintien isotherme 9 au moins 30 minutes. Le maintien isotherme est assuré ici d'une part par la masse des particules solides inertes qui entourent les pièces métalliques 100 et d'autre part par les corps de chauffe 92.
Figures 7 et 8
Lorsque le panier de récupération 59 chargé de pièces métalliques trempées 100 et de particules solides est extrait de la dernière station de traitement, il faut séparer les particules solides des pièces métalliques 100 et reconditionner les particules solides pour qu'elles soient aptes à remplir leur rôle de milieu de trempe à nouveau. A cet effet, le dispositif de traitement thermique selon l'invention comprend dans une forme d'exécution préférée une cellule de conditionnement 2 de particules solides pour le bain fluidisé 3, la cellule de conditionnement 2 comportant un bac de récupération 21 de particules solides, un dispositif de fluidisation 22 des particules solides dans le bac de récupération 21 et des moyens de thermostatisation 23 du bac de récupération 21 à une température choisie.
Comme on peut le voir à la figure 7, la séparation des particules solides des pièces métalliques 100 est réalisée à l'aide d'un panier de criblage 24 qui est posé sur le bac de récupération 21. Le mélange de pièces métalliques 100 et de particules solides du panier de récupération 59 est versé dans le panier de criblage 24 qui retient seulement les pièces métalliques 100. Les particules solides tombent dans le bac de récupération 21 et sont fluidisées dans ce bac par le dispositif de fluidisation 22.
Avec les moyens de thermostatisation 23, par exemple un échangeur à circulation d'eau ou des corps de chauffe électriques, tous deux commandés par un régulateur et une canne pyrométrique, les particules solides dans le bac de récupération 21 sont conditionnées jusqu'à ce qu'elles aient la température de traitement choisie pour le bain fluidisé 3 dans le canal de chute 12. S'il s'agit d'une trempe martensitique, cette température est si possible inférieure à la température Mf de fin de transformation martensitique de l'acier trempé, par exemple 30°C. S'il s'agit d'une trempe bainitique, cette température est supérieure à la température de transformation martensitique Ms de l'acier trempé, par exemple 320°C.
Après le criblage, le panier de criblage 24 contenant les pièces métalliques 100 est enlevé du bac de récupération 21, comme représenté à la figure 8. Ensuite, un panier de récupération 51 est rempli de particules solides fraíchement reconditionnées. A l'aide des particules solides de ce panier de récupération 51, le bain fluidisé de trempe 3 dans le canal de chute 12 peut être renouvelé partiellement.
D'autres variations du dispositif de traitement thermique de pièces métalliques selon l'invention peuvent être réalisées. On mentionnera ici encore explicitement qu'au lieu des vérins de transfert 65 et 66, d'autres organes de transfert chargés de la translation des paniers de récupérations 51-59 dans le canal de transfert 6 sont imaginables.
Ci-après, deux exemples d'utilisation d'un dispositif de traitement thermique de pièces métalliques selon l'invention sont décrits.
Exemple 1: Trempe martensitique
Production de 240 kg/h d'éléments de fixation en acier 42CrMo4 en four à tapis. Les pièces à traiter sont chargées automatiquement en vrac sur le tapis, en couche homogène régulière. La dimension des paniers de récupération est de 600 mm de largeur sur 400 mm de longueur, avec une hauteur de 150 mm. La cadence de transfert des paniers est choisie à 6 minutes, soit 24 kg de pièces par panier. La température du bain fluidisé est réglée au-dessous de la valeur Mf de l'acier, pour laquelle la transformation martensitique est complète, par exemple 50°C. Le bain est formé de particules de sable de type corindon d'une granulométrie moyenne de 200 microns. Le gaz de fluidisation est de l'azote (N2) froid, à raison de 1,5 fois le débit minimum de fluidisation. Ce gaz remplit le canal de chute puis le laboratoire du four continu, où il est complété par des adjonctions de gaz garantissant l'intégrité superficielle des pièces traitées, par exemple du propane (C3H8). Les pièces trempées montrent une dureté supérieure à 650 HV (Dureté Vickers) après trempe, sont propres d'aspect, et ne nécessitent pas de lavage avant le revenu, qui se fait dans une installation ad hoc, par exemple un bain fluidisé. La masse de sable fluidisé est renouvelée partiellement toutes les 6 minutes, par l'apport du contenu du panier nouvellement enfourné. Chaque charge de panier représente par exemple entre 5 et 20% du total fluidisé.
Exemple 2: Trempe bainitique
Production de 200 kg/h de petits outils en acier 50CrV4 en four à tapis. Les pièces à traiter sont chargées automatiquement en vrac sur le tapis, en couche homogène régulière. La dimension des paniers de récupération est de 600 mm de largeur sur 400 mm de longueur, avec une hauteur de 150 mm. La cadence de transfert des paniers est choisie égale à 6 minutes, soit 20 kg de pièces par panier. La température du bain est réglée au-dessus de la température de début de transformation martensitique Ms de l'acier, de façon à permettre la transformation isotherme bainitique des pièces, par exemple 300°C. Le bain fluidisé est formé de particules de sable de type ZrO2 d'une granulométrie moyenne de 100 microns. Le gaz de fluidisation est un mélange d'azote (N2) et de 20% d'hydrogène (H2), à raison de 2 fois le débit minimum de fluidisation. Ce gaz remplit le canal de chute puis le laboratoire du four continu, où il est complété par des adjonctions de gaz garantissant l'intégrité superficielle des pièces traitées, par exemple du propane (C3H8). Le sable est chauffé à la température de travail dans une cellule de conditionnement. La masse de sable fluidisé est renouvelée partiellement toutes les 6 minutes, par l'apport chaud du contenu du panier nouvellement enfourné. Chaque charge de panier représente par exemple entre 5 et 20% du total fluidisé. La chaleur apportée par les pièces trempées favorise aussi le maintien du bain à température constante. Lorsque le panier fluidisé est plein, après 6 minutes de trempe, la translation vers la sortie arrête sa fluidisation.
Ce panier et sa charge de sable et de pièces à température de travail peuvent alors être acheminés dans la zone de maintien isotherme isolée, où les paniers sont empilés toutes les 6 minutes. Le maintien isotherme est assuré ici par la masse du sable inerte qui contient les pièces. Après la durée de transformation bainitique, typiquement de 30 minutes, le panier qui vient de faire 5 stations isothermes est extrait de la zone de maintien isotherme. Les pièces et le sable sont séparés, et le panier est rempli de sable chaud reconditionné pour être réenfourné au cycle suivant. Les pièces trempées sont refroidies à la température ambiante, ce qui leur confère une couleur bleue propre à l'oxydation subie au refroidissement à l'air. Après cette transformation bainitique, elles ont une dureté supérieure à 48 HRC (Dureté Rockwell), sont propres d'aspect, et ne nécessitent pas de lavage après trempe. Elles possèdent toutes les caractéristiques mécaniques performantes propres à ce type de structure.

Claims (9)

  1. Dispositif de traitement thermique de pièces métalliques comprenant un four continu (1) pour chauffer des pièces métalliques (100) et un bain fluidisé (3) de particules solides pour tremper les pièces métalliques (100) chauffées, le four (1) comprenant un laboratoire (11) destiné à être traversé par les pièces métalliques (100) à traiter et un canal de chute (12) dans lequel tombent les pièces métalliques (100) après avoir traversé le laboratoire (11), caractérisé en ce que le bain fluidisé (3) est disposé directement dans le canal de chute (12), un dispositif de fluidisation (4) servant à injecter du gaz de fluidisation dans le canal de chute (12) étant disposé sous le canal de chute (12).
  2. Dispositif de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un panier de récupération (51-59) de pièces métalliques (100) amovible est placé au fond du canal de chute (12), le panier de récupération (51-59) possédant un fond (501) avec une multiplicité d'orifices (502) laissant passer le gaz de fluidisation, mais non pas les particules solides de fluidisation.
  3. Dispositif de traitement thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un canal de transfert (6) est raccordé au canal de chute (12), le canal de transfert (6) comportant une partie d'amenée (61) à travers laquelle le panier de récupération (51-59) est amené au fond du canal de chute (12) et une partie d'extraction (62) à travers laquelle le panier de récupération (51-59) est écarté du fond du canal de chute (12), de préférence le début de la partie d'amenée (61) et la fin de la partie d'extraction (62) étant fermés chacun par au moins une porte ouvrable (63, 64).
  4. Dispositif de traitement thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que plusieurs paniers de récupération (51-59) sont disposables dans le canal de transfert (6) et en ce qu'il comprend des moyens pour transférer les paniers de récupération (51-59) du début de la partie d'amenée (61) à la fin de la partie d'extraction (62).
  5. Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de refroidissement du bain fluidisé (3), les moyens de refroidissement comportant de préférence un canal de refroidissement (7) disposé à côté du canal de chute (12) et destiné à récupérer des particules solides réchauffées par débordement au sommet du bain fluidisé (3) et à les réintroduire dans le bain fluidisé (3) par des ouïes latérales (71) ou un passage annulaire dans une partie inférieure du canal de chute (12), un échangeur à liquide caloporteur (72) étant de préférence disposé dans le canal de refroidissement (7), le canal de refroidissement (7) entourant de préférence des parties du canal de chute (12).
  6. Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de recyclage de gaz de fluidisation, les moyens de recyclage comportant de préférence un canal de recyclage (8) dont l'entrée est raccordée au canal de chute (12) au-dessus du niveau supérieur du bain fluidisé (3) et dont la sortie est raccordée au dispositif de fluidisation (4), une pompe d'aspiration (81) disposée dans le canal de recyclage (8) aspirant du gaz de fluidisation du canal de chute (12), de préférence le débit de gaz recyclé étant modulable.
  7. Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'une zone de maintien isotherme (9) isolée fait suite à la partie d'extraction (62) du canal de transfert (6), zone dans laquelle de préférence des corps de chauffe (92) sont disposés et de préférence des paniers de récupération (51-59) sont empilés sur un descenseur à charge (91).
  8. Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une cellule de conditionnement (2) de particules solides pour le bain fluidisé (3), la cellule de conditionnement (2) comportant un bac de récupération (21) de particules solides, un dispositif de fluidisation (22) des particules solides dans le bac de récupération (21) et des moyens de thermostatisation (23) du bac de récupération (21) à une température choisie.
  9. Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le gaz de fluidisation est un gaz approprié à la consommation par le four continu (1), de préférence un gaz de haute conductivité thermique, par exemple N2, un mélange de N2 et H2 ou un gaz endothermique.
EP20010811070 2000-11-15 2001-11-06 Dispositif de traitement thermique de pièces métalliques Withdrawn EP1207211A3 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH22262000 2000-11-15
CH22262000 2000-11-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1207211A2 true EP1207211A2 (fr) 2002-05-22
EP1207211A3 EP1207211A3 (fr) 2004-02-04

Family

ID=4568094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20010811070 Withdrawn EP1207211A3 (fr) 2000-11-15 2001-11-06 Dispositif de traitement thermique de pièces métalliques

Country Status (1)

Country Link
EP (1) EP1207211A3 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2397071A (en) * 2003-01-13 2004-07-14 Boc Group Plc Quenching method and quenching chamber
CN110629006A (zh) * 2019-09-30 2019-12-31 卓爱忠 一种工业生产用淬火件取出手臂

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8426455D0 (en) * 1984-10-19 1984-11-28 Bekaert Sa Nv Fluidised bed apparatus
US4730811A (en) * 1985-08-20 1988-03-15 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Heat treatment apparatus with a fluidized-bed furnace
DE4116215A1 (de) * 1991-05-17 1992-11-19 Hilti Ag Trommelfoermige transporteinrichtung
DE4116216A1 (de) * 1991-05-17 1992-11-19 Hilti Ag Abkuehlstrecke

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2397071A (en) * 2003-01-13 2004-07-14 Boc Group Plc Quenching method and quenching chamber
CN110629006A (zh) * 2019-09-30 2019-12-31 卓爱忠 一种工业生产用淬火件取出手臂
CN110629006B (zh) * 2019-09-30 2021-07-13 聊城市飓风工业设计有限公司 一种工业生产用淬火件取出手臂

Also Published As

Publication number Publication date
EP1207211A3 (fr) 2004-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4164590A (en) Low liquid volume retort method
FR2537999A1 (fr) Four de traitement thermique continu sous vide de pieces, a equipement de refroidissement des pieces par un gaz sous pression
EP0236639B1 (fr) Installation flexible automatisée de traitement thermochimique rapide
FR2538885A1 (fr) Procede et installation pour refroidir au moins partiellement un recipient, notamment pour congeler le col d'une bouteille de champagne renversee
CA2724448C (fr) Procede et dispositif de carbonisation
EP1207211A2 (fr) Dispositif de traitement thermique de pièces métalliques
EP0274290B1 (fr) Procédé de coulée d'acier comportant un inertage du bain d'acier par de l'anhydride carbonique sous forme de neige
EP0196242B1 (fr) Procédé de protection d'un jet de coulee d'acier
EP0785402B1 (fr) Installation pour le traitement thermique d'une charge de pièces métalliques
FR2905382A1 (fr) Dispositif et procede de trempe sous gaz de pieces traitees a chaud
FR2493342A1 (fr) Procede et appareil de fusion a plusieurs passes
US20030062065A1 (en) Systems and methods for conditioning ultra high purity gas bulk containers
EP2797840B1 (fr) Procede et dispositif de purification de silicium
FR2772653A1 (fr) Reacteur metallurgique, de traitement sous pression reduite d'un metal liquide
EP0204634A1 (fr) Procédé et dispositif pour le traitement de déchets tritiés solides non organiques
FR2487492A1 (fr) Four pour traitement thermique ou thermochimique en continu de metaux
EP0723487B1 (fr) Procede de reglage de la composition d'un metal liquide tel que l'acier, et installation pour sa mise en oeuvre
JP3094680U (ja) 肉類燻製装置
US1434519A (en) Apparatus for producing graphite
JPH07150233A (ja) 熱処理炉
WO1996016193A1 (fr) Dispositif de degazage et de separation des inclusions dans un bain de metal liquide
LU82051A1 (fr) Equipement du fond d'un recipient metallurgique pour l'injection de gaz dans un bain de metal
WO1996013349A1 (fr) Une poche de chauffage et de coulee de metaux liquides
CH387083A (fr) Procédé pour tremper de petites pièces, à l'exclusion des pièces d'horlogerie, et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
JPS5945058A (ja) 溶融金属中の不純物除去方法及びその装置

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: 7C 21D 1/53 B

Ipc: 7C 21D 1/62 B

Ipc: 7C 21D 9/00 A

AKX Designation fees paid
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8566

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20040602