[0001] La présente invention concerne un dispositif de traitement thermique de pièces métalliques
selon le préambule de la revendication indépendante 1.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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 (H
2, He), le refroidissement du bain par un fluide cryogénique (N
2), etc.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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 N
2, un mélange de N
2 et H
2 ou un gaz endothermique.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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 Al
2O
3, ZrO
2, SiO
2, 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 connaître 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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
[0021] 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 entraîné 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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.
[0031] 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
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] En variante, en plus des portes 63 et 64, des sas peuvent être prévus.
Figure 6
[0037] 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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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
[0041] 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.
[0042] 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.
[0043] 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.
[0044] 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 fraîchement 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.
[0045] 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.
[0046] Ci-après, deux exemples d'utilisation d'un dispositif de traitement thermique de
pièces métalliques selon l'invention sont décrits.
Exemple 1: Trempe martensitique
[0047] 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 (N
2) 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 (C
3H
8). 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
[0048] 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 ZrO
2 d'une granulométrie moyenne de 100 microns. Le gaz de fluidisation est un mélange
d'azote (N
2) et de 20% d'hydrogène (H
2), 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 (C
3H
8). 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.
[0049] 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.
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.