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La présenté invention concerne un four moufle
pour traitements thermiques, en continu, par dé.filement,
de produits dont le cycle de fabrication comporte un pas-
sage d'une durée déterminée à température élevée. C'est le
cas de certains réfractaires, de produits carbones, par
exemple d'electrodes imprégnées, après une première cuisson,
avec une substance carbone pyrol~sable et cokéfiable, et
aussi de métaux en vue de leur transformation, et d'alliages
métalliques, par exemple en vue de l'homogeneisation et de
la mise en solution solide des éléments d'alliage.
Dans tout ce qui suit, nous désignerons par
traitement thermique toute opération dans laquelle un des
produits définis ci-dessus est porte à température élevée en
vue de lui conférer des propriétés particulières.
Ces traitements thermiques sont souvent effectues
dans des fours statiques, soit a chauffage électrique, soit
a chauffage par flamme. C'est le cas, par exemple, des fours
de rechauffage de fillettes métalliques (aciers ou alliages
d'aluminium entre autres) a contact direct avec les gaz de
combustion ou des fours a chambre pour la cuisson des elec-
troues de carbone, a des températures de l'ordre de 800 a
QUE.
Il s'agit la, dépression discontinues avec tous
les inconvénients inhérents à ces procèdes : difficulté de
contrôler la température, ce qui conduit à des produits
souvent hétérogènes, immobilisation prolongée des fours,
due a la lenteur des opérations d'enfournement et de Vefour-
nomment, encombrement important des installations. En outre,
dans certains cas, le contact direct des produits a traiter
avec les gaz de combustion présenté des inconvénients.
La présenté invention permet de surmonter ces
inconvénients.
Selon la présenté invention il est prévu un four
moufle, pour traitements thermiques en continu, par défilé-
menthe produits réfractaires ou carbones, lmprégnes d'une
Jo
. .
- 2 -
substance carbone telle que le brai dont la pyrolyse
donne des vapeurs combustibles, le cycle de fabrication de
ces produits comportant un passage d'une durée prédéterminée
une température pouvant atteindre 1100 a QUE environ,
ce four étant chauffé par un brûleur à flamme sans contact
direct entre les gaz de combustion et les produits à traiter,
et comportant:
- une zone d'entree munie d'un moyen de chauffage
par circulation, dans une double enveloppe disposée autour
du moufle, de gaz de combustion recyclés;
- une zone de chauffage, disposée à l'interieur
d'une enceinte calorifugée, munie d'au moins un moyen de
mise en circulation des gaz de combustion, autour de la zone
de chauffe du moufle;
- une zone de sortie munie d'au moins un moyen de
contrôlé de la vitesse de refroidissement des produits
traités,
caractérisé en ce que la zone de chauffe est divisée, au
: moyen d'une cloison en trois parties:
a) une zone d'exsudation et de sortie des matières
volatiles et de la substance carbone d'impregnation dans
laquelle le moufle comporte une ouverture debouchant-sur un
couloir délimité par la cloison et la paroi externe, et dont
la sortie est située a proximité de la flamme du brûleur;
b) une zone de pyrol~se et de cokefac~ion de la
substance carbone d'imprégnation;
c) une zone de cuisson finale dans laquelle est
atteinte la température maximale nécessitée par le traite-
ment thermique, qui peut atteindre 1100 à QUE.
Un mode de réalisation préférentiel va maintenant
être décrit à titre d'e~emple non limitatif, en se référant
au dessin, dans lequel:
la figure unique 1 représente une réalisation
d'un four moufle selon l'invention pour la cuisson de pro-
durits carbones imprégnés de brai, comportant un dispositif
YL'~ZB~7 y
- fa -
de récupération des vapeurs de brai dont la combustion
permet d'économiser jusqu'a 90 % du combustible fourni au
brûleur.
Le four comporte une zone d'entree, constituée
par un tunnel (1) muni d'un capot amovible (2) dans lequel
le produit à traiter thermique ment (3) est introduit par
des moyens de manutention habituels non représentés, par
exemple, par une table à rouleaux. Le four proprement dit
est constitue par une enceinte réfractaire isolante (4)
sensiblement
,
/
_ 3 _
parallélépipédique qui forme la chambre de combustion (5).
L'entrée du fox comporte une section de préchauE-
fige (6) constituée par une double enveloppe (7) dans laquelle
circulent des gaz chauds récupérés dans la zone de combustion,
et mis en circulation par le ventilateur de recyclage (8).
Dans -tout ce qui suit, nous désignerons par le
pression " gaz de combustion" aussi bien les gaz de combes-
lion en provenance directe du brûleur, que les gaz fis en
circulation dans les différents circuits du four, que ces
gaz soient purs ou dilués par de l'air extérieur pour en
abaisser la température.
Le moufle proprement dit est un tube cylindrique (10)
disposé horizontalement dans la partie supérieure du four. Il
est en acier réfractaire, de préférence à haute teneur en
nickel, de lagon à supporter des températures de service pou-
vent atteindre 1100 à QUE environ, sans que cette valeur
constitue une limitation de l'invention.
La section intérieure du four est légèrement sué-
fleure (de 5 à 20% par exemple) au diamètre extérieur maximal
des produits à traiter ou, le cas échéant, du con teneur rempli
de produits à traiter. A l'intérieur du moufle (10), deux
rails longitudinaux assurent le guidage des produits pendant
le défile ment, qui se fait de droite à gauche dans le cas
représenté.
Le défilemen-t des produits à traiter est générale-
ment assuré par poussage, le mouvement d'avance pouvant être
continu ou pas à pas selon les exigences du traitement effectué.
Le chauffage du four est assuré par un brûleur (11)
à combustible gazeux, liquide ou solide pulvérisé, muni d'une
arrivée d'air réglable avec un large excès éventuel, pour
une raison qui sera précisée plus loin, et que l'on peut égal
liment alimenter en air réchauffé par un échangeur disposé
dans le circuit des gaz de combustion ou de refroidissement
de la zone de sortie.
ré r
,. . .
La mise en circulation des gaz de combustion est assurée par le ventila-
leur (12) et la cloison (13). Les flèches indiquent, de façon approxima-
tire, le trajet des gaz de combustion.
5 La cloison (13) déterminé, avec la paroi externe (14~, un couloir (15) gui
débouché sur le moufle, dans la zone de transît-on entre la zone de chaux-
le (16) ce la zone de sortie. Les gaz te co~bustiod circulent, autour du
moufle, selon UT trajet approximativement schematlsé par les flèches, ce
qui assure une émanâtes de eemperature remarquable dans foute cette
10 partie du moufle.
Dans le circuit d'évacuation des fumées par la cheminée (17), on prévoit,
selon les procédés habituels, un ou plusieurs dispositifs de recyclage des
gaz de combustion, et d'introductlon éventuelle d'air extérieur, grâce aux
15 volets (18), (19), (29), en vue d'alime~ter la double enveloppe (7) de la
zone de prechauffe (6) en gaz chaud, et, le cas échéant, le brûleur (11) en
air prechauffe. La structure du circuit de recyclage est donnée a titre in-
dicatif, et ne constitue pas une caractéristique limitative de l'invention.
20 Le four, objet de l'invention, est particulièrement adapté vu cas particulierou les produits à traiter thermique ment sut des produits réfractaires car-
boxes imprègnes d'uns substance carbone, telle que le brai, dont la pro-
lys donne des vapeurs combustibles. On sait, en effet, que certains pro-
durits destines à opérer dans des conditions mécaniques sévères doivent su-
25 bit une phase d'impregnation par exemple avec du brai qui leur confère après cuisson, une plus grande résistance mécanique, une meilleure clan-
cheite, et, dans le cas des produits carbones, une conductivite électrique
plus fonce. Cet le cas notamment des électrodes de carbone ou de graphite
destinées à l'electrometallurgie : après une première cuisson, les produits
30 sont refroidis, imprègnes de brai sous pression et à une température d'en
vison 200 C, puis soumis à une recuisons pour cokéfier le brai retenu lors
de l'impregnation. C'est également le cas de certaines brigues de ~agnesie
que l'on i~pregne au brai puis que l'on soumet a une nouvelle cuisson.
35 Selon l'in~n~ion, la zone de chauffe est divisée, au moyen d'une cloison
supplémentaire (21) en trois parties :
- une zone d'exsudation et de sortie des matières volatiles de la sués-
70~
tance carbone d'imprégna-tion (du brai) dans laquelle le mou-
fie comporte une ouverture ~22) débouchant sur un couloir (23)
délimité par la cloison (21) et la paroi externe y et dont
la sortie est située à proximité de la flamme du brûleur (11),
- une zone (25) de pyrolyse et de cokéfaction de la
substance carbone d'imprégnation
- une zone de cuisson finale (26? dans laquelle est
atteinte la température maximale nécessitée par le traitement
thermique, qui peu-t atteindre 1100 à QUE.
La possibilité de contrôler la température dans la
zone de pyrolyse est une caractéristique particulièrement
avantageuse de l'invention. On sait, en effet, que, pour
obtenir le rendement maximal de cokéfaction du produit daim-
prégnation, on doit déterminer avec précision la vitesse de
montée en température du produit imprégné et la durée de main-
tien à une température prédéterminée, ce qui est aisément
réalisable dans le four à moufle, objet de l'invention.
Les matières volatiles qui se dégagent lors du début
de pyrolyse de la substance carbone d'imprégnation ainsi
que le brai qui exsude des électrodes (3), s'échappent par
l'ouverture (22) et le couloir (23) et atteignent la flamme
du brûleur (11) où ils sont brûlés grâce à l'apport d'un
excès d'air (réchauffé ou non) dans le brûleur. Comme on
le verra dans l'exemple de mise en oeuvre, ont peut ainsi
économiser jusqu'à 90~ du combustible fourni au brûleur
lorsque le four est en régime thermique. Le recyclage des
gaz de combustion et la récupération des calories qu'ils
contiennent sont assurés.
La zone de pré chauffage (7) est alimentée par les
gaz de combustion, éventuellement dilués avec de l'air enté-
rieur. La zone (25) de pyrolyse et de cokéfaction comporte
une double enveloppe (27) dans laquelle circulent les gaz
de combustion provenant de la zone de cuisson finale, éventuel-
liment dilués par de l'air extérieur itou des gaz de combes-
~L%2B~7o~L
lion provenant de la zone de préchauEEage.
L'évacuation des gaz de combustion s'e:eEectue par la
cheminée (17). Les volets tels que (18) (19) permettent les
réglages de débit nécessaires.
,,
6 ~.,2~8~0~
La zone de sortie comporte des moyens de refroidissement contrôlé, soit
ralenti soit accéléré, selon les exigences du produit traité et du cycle
de traitement thermique mis en oeuvre.
La partie du moufle (30) émergeant dans la zone de sortie peut être soit
calorifugée, soit exposée à l'air libre sur tout ou partie de sa longueur,
ou soumise à un refroidissement par ventilation forcée - et récupération
éventuelle de l'air chaud pour alimenter le brûleur - ou par aspiration
ou pulvérisation d'un fluide tel que l'eau.
Au-delà, et jusqu'à la sortie du moufle, on peut prévoir différentes
dispositions de contrôle du refroidissement, telle qu'une double envi-
loupe ~31) avec une circulation d'un fluide liquide ou gazeux, ou, au
contraire, un calorifugeage statique, par exemple si l'on traite une
Villette de métal destinée à alimenter une presse à filer à chaud ou
encore une combinaison d'un calorifugeage à la sortie de la zone chaude,
suivi d'une zone de refroidissement accéléré.
La sortie peut également comporter, symétriquement avec l'entrée, un
tunnel de sortie (32) avec un capot amovible [33) pour extraire le
produit traité.
Il est possible de créer, dans le moufle, une atmosphère contrôlée, par
circulation d'un gaz inerte, tel qu'argon ou azote, en prévoyant, le cas
échéant, des moyens d'étanchéité, même sommaires, à l'entrée et la sortie.
EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE DE L' INVENTION
On a construit un four, conforme au dessin de la figure 1, destiné à la
recuisons d'électrodes, de barres à nippées et de tubes pour l'industrie
chimique, imprégnés au brai, ayant toutes 300 mm de diamètre externe. Le
moufle a un diamètre interne de 350mm. La vitesse de défile ment des pro-
durits est réglable entre 0,2 et 2 mètres par heure. Elle est ajustée en
fonction de la température des différentes zones de façon à obtenir une
température à coeur du produit à traiter comprise entre :
200 et 300 C à la sortie de la zone de pré chauffage
350 et 450 C à la sortie de la zone de pyrolyse
800 et 950 C à la sortie de la zone de cuisson finale
7 ~'~ 2~3t7
Lorsque le four est en ré Fe, il fonctionne avec un apport de combustible
extérieur correspondant environ à 200 hurles (836 Je par Yonne de pro-
dut à cuire, alors que, dans les fours statiques actuels, cette consomma-
lion est de l'ordre te 1800 thermles/tonne environ (7524 M ), - qui ne
descend pas à moins de 600 ~hermies/tonne dans le ailliez cas, pour d'au-
ires types de fours statiques -, soit une économie de combus~lble proche
te 90 Z. En outre, la vitesse de honteux en temporaire, pour des électrodes
de 300 mû de diamètre, peut atteindre 150 C par heure, alors qu'on ce dé-
passe guère 12 à heur dans les fours s~2tlques, et 40 50 C au plus
dans des fours où les produit sont au contact direct de la flamme.
Le vile se prolonge à l'extérieur de l'encelnte (4) du four sur quelques
autre. Dans une première zone, le moufle se refroidit spontanément à l'air
ambiant. Hans la deuxième zone, le moufle est refroidi par une circulation
15 d'eau fronde dans la double enveloppe (31). En sortie, les produits son à
une tem~erature inférieure à 400 C.
Les produits obtenus dans ce procede,après graphieation dan les Conti
lions habituelles, ont des caractéristiques tout à fait comparables et me-
me un peu supérieures 3 celles obtenues dans les fours à chambres classé-
que, du type "Riedhammer" par exemple ainsi que le montrent les tableaux.
suivants :
_ _ Cuisson statique I Selon
Four à chambres 1 linYent ion
_ . _
Barres à nippées
Densité apparente 1,79 1,78
Charge de rupture 7,25 Mua 8,06 Mua
.
: 30 Tubes pour l'industrie chimique
Perméabilité 602 c 3 -1 543 3 -1
Dilatation
transversale, a 4,82.10 6 4,74.10
Flexion
longitudinale 22,3 Mua 26,9 Mua L
En conclusion, invention s'applique au traitement de certains produits
refra~taires, spéciaux tels que des briques ou pièces de forme en magnésie
Y
imprégnées au brai, des produits carbones crus, et de différents types de
produits carbones cylindriques, tels qu'électrodes, barres à nippées, pro-
durits tubulaires pour l'industrie chimique et aussi à des produits de plus
petites dimensions, tels que les charbons pour piles électriques, que l'on
introduit à l'état cru, brut de filage, en paquets dans des con teneurs
ouverts en acier réfractaire, ce qui permet d'opérer dans le même moufle
cylindrique ; on peut aussi, à l'évidence, adapter la forme et les dimen-
skions du moufle à celles des produits à traiter.
De même, le four permet la cuisson de tout produit, carbone ou réfractaire,
imprégné par une substance pyrolysable fournissant, comme les brais, des
vapeurs combustibles : c'est le cas notamment des résines à base de polo-
mères organiques tels que les phénol-formol et les polymétracrylates pour
ne citer gué les plus connus
Dans ces divers cas, il permet de régler très précisément la pyrolyse et
la cokéfaction du produit d'imprégnation, d'obtenir des produits ré frac-
laines parfaitement homogènes, et d'économiser jusqu'à 90 % de l'énergie
qui serait nécessaire dans la plupart des fours statiques de mêmes pers
formances.
Mais il est également possible d'utiliser ce four pour le traitement de
produits autres que des produits imprégnés de brai, tels que des barres
et fillettes en métaux et alliages (à base d'aluminium, de cuivre, ou de
fer pour ne citer que les plus courants).
Pour le traitement thermique des fillettes ou plaques métalliques, la zone
de chauffage assure sur toute la longueur de chaque Villette, une tempe-
rature de traitement constante et homogène, qui permet d'effectuer dans
des conditions idéales, des traitements d'homogénéisation ou de mise en
solution solide ou de revenu ou de chauffage avant filage, ou forgeage,
ou matriçage, ou même laminage, avec une précision de température de
l'ordre du degré.
Bien entendu, dans ce cas, on ne bénéficie pas de l'apport énergétique
dû à la combustion des produits volatiles émis par les produits carbones
imprégnés de substances pyrolysahles, mais l'homogénéité de température
et son contrôle rigoureux, et l'absence de contact entre les produits
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à cuire et des gaz de combustion sont Des caractéristiques très attrac-
tires. A titre d'exemple, dans un four conforme au dessin de la figure 1,
on a traité des fillettes de 300 mm de diamètre, en alliage à base dal
minium, du type 7075, ayant la composition suivante :
zinc.................... 5,6 %
magnésium............... 2,5 %
cuivre.................. 1,6
chrome.................. 0,30 %
aluminium............... solde
Les fillettes brutes de coulée continue, ont été homogénéisées par chaux-
fige à QUE, puis, en sortie du four, dont la zone de sortie était calot
refuge directement introduites dans le con teneur d'une presse à filer ;
la température de la Villette, dans le con teneur, était de QUE.
De la même façon on a pu réchauffer, à QUE, des fillettes de cuivre,
avec circulation d'azote, en vue d'alimenter un laminoir-perceul destiné
à la production d'ébauches pour la fabrication, par laminage et étirage
ultérieurs, de Luxes de cuivre.
Enfin, bien que le four ait été décrit dans le cas particulier où le
moufle est cylindrique, il est évident que sa section peut être carrée
ou rectangulaire si l'on prévoit de traiter exclusivement des profilés
de section autre que circulaire.
