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32 | Traitements & Matériaux 427 Mars - Avril 2014 Dossier : Fours & équipement

32 | Traitements & Matériaux 427 Mars - Avril 2014 Dossier : Fours & équipements L e type de chauffage « électrique » ou « au gaz », ne fait pas partie des critères de classement même si, lors du choix, il faut décider lorsque cela est possible, quel mode de chauf- fage est choisi. Pour les basses tempéra- tures (< 700 °C), l’électricité s’impose le plus souvent. Pour les fours sous vide, le chauf- fage au gaz est exclu. À cette exception près, pour des températures < 1 000 °C, il est pos- sible, quelle que soit la conception du four, de choisir l’un de ces deux modes de chauf- fage. Pour les plus hautes températures, le chauffage électrique est indispensable. Les fours à bains de sels à électrodes sont natu- rellement électriques. Certains concepts de four sont mieux adaptés au chauffage élec- trique, comme les fours à cloche. On dis- tingue deux grandes catégories : les fours à charge et les fours continus qui vont se sub- diviser selon le milieu de chauffage (atmos- phère) ou leur concept général. • Le milieu de chauffage (atmosphère) La pression dans les fours à air est la pres- sion atmosphérique, les fours sous atmos- phère contrôlée (neutre ou active) sont en légère surpression afi n d’éviter les entrées d’air extérieur, les fours sous basse pression sont étanches et mis en dépression par pom- page continu. On parle de vide lorsque la pres- sion est inférieure à 0,1 mbar (on parlera de basse pression ou pression réduite pour des valeurs de quelques mbar ; cas de la cémen- tation (entre 3-20 mbar). • Le concept général (ﬁ gure 2) Subdivision des fours à charge horizontaux Certains fours à chambre peuvent être multi- chambres ou multicellules, le plus souvent à deux chambres de traitement précédées par un sas d’enfournement et terminées par un sas de défournement contenant le bac de trempe. Ces fours sont proches des fours continus puisque sous réserve d’une bonne synchronisation des temps de séjour, il peut y avoir jusqu’à cinq charges présentes dans l’installation : une charge entrante, deux charges en traitement se déroulant en deux séquences de longueur identique, une charge en sortie. Si ce concept est appliqué aux fours sous vide, il peut y avoir un sas de trempe gaz et un sas de trempe huile. Les différentes chambres sont séparées par des portes inter- médiaires relativement étanches, actionnées par des vérins. Dans le cas des fours à chariot ou à sole mobile, la présence de deux chariots ou soles permet d’avoir une sole en traitement et une sole en déchargement ou préparation. Le plus souvent le four est traversant doté de deux portes pour sortir un chariot alors que l’autre rentre. Si le four n’est pas traversant, il peut y avoir un système de translation latérale devant le four. Classiﬁ cation des fours de traitement thermique Claude Leroux, consultant La famille des fours de traitement thermique est large. Au sein des fours à charge et les fours continus, plusieurs catégories existent qu’il est possible de distinguer selon leur milieu de chauffage ou leur concept général. FIGURE 3 : Subdivision des fours à charge horizontaux FIGURE 2 : Subdivision de conception des fours. FIGURE 1 : Subdivision selon le milieu de chauffage. Fours à charge ou fours continus Four à air « sans atmosphère » Four sous atmosphère contrôlée Four sous basse pression ou sous vide Fours à chargement horizontal avec ou sans mouﬂ e (mouﬂ é ou non mouﬂ é) Four monochambre ou multichambre à bac de trempe incorporé à chariot ou sole mobile (1 ou 2 soles) Four rotatif Four multicellule Traitements & Matériaux 427 Mars - Avril 2014 | 33 Terminologie Les fours multicellules sont soit conçus avec une mobilité de la ou des cellules de traitement devant les moyens de refroidissement (bac de trempe, cellule de refroidissement sous gaz) soit avec une mobilité des moyens de refroi- dissement devant les cellules de traitement. Il peut également y avoir une cellule mobile de transfert des charges des cellules de trai- tement vers les cellules de refroidissement. Subdivision des fours à charge verticaux Le principe du four à cloche est d’avoir la pos- sibilité d’une ouverture verticale de l’ensemble de la cellule de chauffe au-dessus de la charge placée sur une sole fi xe. Il peut y avoir deux soles pour une cellule de traitement, permettant le chargement et le déchargement en temps mas- qué. La cloche est déplacée latéralement pour aller se placer sur la sole chargée. Ces fours peuvent être dotés d’un moufl e étanche (ou pot) pour les traitements sous atmosphère contrô- lée. Ce type de four est particulièrement uti- lisé pour les recuits sous azote ou sous hydro- gène (recuit de globulisation des coils de fi ls pour l’obtention de pièces réalisées par mise en forme à froid). L’inconvénient est l’espace occupé en hauteur (deux fois la hauteur du four). Lexique complémentaire sole : partie supportant la charge dans le laboratoire ou chambre de chauffage du four. La sole peut être constituée d’éléments en alliage réfractaire (tuiles emboîtées) en céramique, de supports type chenets, de rails métalliques ou en graphite pour les fours sous vide. moufle : carcasse interne placée dans le laboratoire du four, il peut être étanche (cas des pots) ou ouvert, destiné à favoriser la circulation des gaz d’atmosphère et réduire les effets du rayonnement direct des éléments chauffants. Les mouﬂ es sont en alliage réfractaire ou en céramique. Les fours sous vide sont particuliers, la carcasse étanche est à double paroi métallique refroidie par l’eau. La par- tie laboratoire chauffant appelée « hot zone » par les anglo-saxons, appelée « casing » en France, est constituée soit d’une carcasse métallique sur laquelle sont accrochées des plaques de feuilles de molybdène (les résistances sont des barreaux de graphite ou de molybdène ou de tantale pour les très hautes températures > 1400°C), soit de plaques de graphite haute densité et de résistance en graphite. Les supports de charge sont en graphite sauf sur les fours entièrement métalliques (pour des raisons de risque de contamination par le graphite) où ils sont en molybdène. résistor : ensemble du système chauffant par résistance. tube radiant : tube en alliage métallique moulé ou roulé soudé, ou en céramique, recevant la source de chauf- fage : brûleur à gaz ou résistance électrique. Les tubes radiants sont nécessaires pour éviter la présence des gaz de combustion dans le laboratoire ou pour protéger les résistances de l’action des gaz d’atmosphère. convection forcée : la convection de l’atmosphère gazeuse (air ou atmosphère contrôlée) est un élément essentiel d’ob- tention de l’homogénéité de température et des réactions thermochimiques éventuelles. À haute température, la convection naturelle est importante, le brassage d’atmosphère est moins crucial, toutefois pour les traitements thermochimiques, elle est indispensable. Pour les plus basses tem- pératures (150 à 700 °C) la convection naturelle est insufﬁ sante. Le laboratoire est doté d’une ou plusieurs turbines de brassage dont le placement et le sens de rotation sont choisis en fonction du dessin du mouﬂ e, celui-ci contribuant à la bonne circulation des gaz. En général, on fait en sorte qu’il y ait une circulation du bas vers le haut. rayonnement : lors du chauffage par convection, la chaleur est transmise à la charge par les gaz qui sont réchauf- fés au passage sur la source de chauffage, selon la température de la source de chauffage il y aura une propagation de la chaleur par effet de rayonnement de la source chaude vers la source froide (selon les lois du rayonnement), le rayonnement n’est vraiment efﬁ cace qu’au-delà de 800 °C, d’où la difﬁ culté d’obtenir un chauffage efﬁ cace dans les fours sous vide (sans aucune convec- tion) aux basses températures, nécessitant une purge par le vide suivie d’une réintroduction d’un gaz neutre pour obtenir la convection. Noter dans le cas d’un chauffage par rayonnement, l’im- portance de la position des éléments rayonnants par rapport à la charge. isolation : le rendement de chauffage dépend de l’isolation destinée à réduire les pertes par les parois. On estime que les parois extérieures d’un four ne doivent pas dépasser 40°C. Trois types d’isolation sont utilisées : les matériaux minéraux lourds (briques réfractaires), les matériaux minéraux légers (briques réfractaires en béton cellulaire), les matériaux ﬁ breux (laine de roche, laine de céramique) le plus souvent en nappe. FIGURE 4 : Subdivision des fours à charge verticaux. Fours verticaux Four à cloche Four à sole élévatrice (1 ou 2 soles) Four à élévateur Four puits – four à pot ©ECM Technologies ©Solo Four multicellule ECM Technologies. Four à cloche Solo. 34 | Traitements & Matériaux 427 Mars - Avril 2014 Dossier : Fours & équipements Sur les fours à sole élévatrice largement uti- lisés pour les fours sous vide, la cellule de traitement est placée en hauteur (équiva- lente à la hauteur de la charge utile). La sole qui tient lieu en même temps de support de charge et de couvercle monte à uploads/Sante/ classifi-cation-des-fours-de-traitement-thermique.pdf