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Patent Searching and Data


Title:
HEAT TREATMENT INSTALLATION FOR PRODUCING INDUSTRIAL PRODUCTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/102092
Kind Code:
A1
Abstract:
Heat treatment installation for producing industrial products, comprising a plurality of chambers which have different thermal characteristics and which comprise: a base (18) for receiving the products (20) to be treated, a group of several chambers (3,4; 28,29,30) which are distributed around an axis (7) and mechanical means (6, 10) for bringing about the relative movement of the base (18) and the chambers (3,4; 28,29,30) and for coupling a chamber and the base.

Inventors:
ZAMPARO, Giovanni (Beauséjour, ORADOUR SUR VAYRES, 87150, FR)
Application Number:
FR2018/052741
Publication Date:
May 31, 2019
Filing Date:
November 06, 2018
Export Citation:
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Assignee:
CERITHERM (Hôtel d'Entreprises des Garennes Rue de Pouloueix, ORADOUR-SUR-VAYRES, 87150, FR)
International Classes:
F27B11/00; F27B19/02
Foreign References:
FR1247845A1960-12-02
EP2589910A12013-05-08
DE1221258B1966-07-21
FR1247845A1960-12-02
DE1221253B1966-07-21
Attorney, Agent or Firm:
LAGET, Jean-Loup et al. (IPSILON, Le Centralis63 avenue du Général Leclerc, BOURG-LA-REINE, 92340, FR)
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Claims:
REVENDI CATI ONS

1. Installation de traitement thermique pour la fabrication de produits industriels, comprenant plusieurs enceintes de caractéristiques thermiques différentes, et un support (1) comportant : une sole (18) pour recevoir les produits (20) à traiter, caractérisée en ce que : le support (1) est fixe, les enceintes (3,4 ; 28,29,30) sont réparties autour d’un axe (7), et des moyens mécaniques (6,10) assurent le déplacement relatif de la sole (18) et des enceintes (3,4 ; 28,29,30) et l’accouplement d’une enceinte et de la sole.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens mécaniques (6,10) comportent un pivot motorisé (6) pour assurer le pivotement de l’ensemble des enceintes (3,4 ; 28,29,30) autour de l’axe (7), et un vérin hydraulique (10) pour assurer le déplacement relatif de la sole (18) et de l’ensemble des enceintes (3,4 ; 28,29,30).

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l’axe (7) de pivotement des enceintes (3,4 ; 28,29,30) est un axe horizontal.

4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le déplacement relatif de la sole (18) et des enceintes (3,4 ; 28,29,30) est un déplacement vertical.

5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le déplacement vertical est un déplacement des enceintes (3,4 ; 28,29,30) par rapport à la sole (18).

6. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le déplacement vertical est un déplacement de la sole (18) par rapport aux enceintes (3,4 ; 28,29,30).

7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’ensemble des enceintes comprend deux enceintes (3,4).

8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’ensemble des enceintes comprend trois enceintes (28,29,30).

Description:
I nstallation de traitem ent therm ique pou r la fabrication de produ its industriels.

DOM Al N E D E L’I NVENTI ON

L’invention concerne une installation de traitement therm ique pour la fabrication de produits industriels, notam ment dans le domaine des matériaux com posites et/ou de l’im pression 3D.

ART ANTERI EU R

Dans ce domaine, les opérations nécessaires à la fabrication des produits industriels comportent des traitem ents therm iques et/ou des traitem ents sous atm osphère contrôlée. Ces traitements particuliers sont réalisés dans des enceintes dédiées où les conditions de tem pérature, de pression et/ou d’atmosphère, peuvent être contrôlées et maintenues sur des périodes parfois longues. Ces enceintes sont par exemple des cham bres de relaxation, des fours de déliantage pour l’évacuation d’un liant de fabrication par évaporation ou carbonisation, des fours de cuisson, des étuves de séchage ou de déshydratation. I l arrive fréquem m ent dans le processus de fabrication que des produits industriels soient traités successivem ent dans plusieurs enceintes à fonctions différentes, par exem ple une enceinte de séchage et une enceinte de cuisson, ou une enceinte de déliantage et une enceinte de frittage à haute température. Les enceintes étant dédiées chacune à un traitement particulier, les produits industriels en cours de fabrication sont m anutentionnés pour correspondre à l’em placem ent et à la disposition particulière de chaque enceinte. I ls doivent être répartis en fonction de la disponibilité des enceintes, de leurs caractéristiques dimensionnelles et de la nature des supports qu’elles acceptent ou im posent. Par ailleurs, les enceintes étant spécifiques, leurs durées de traitement sont en général fixes.

Le document FR 1 247 845 décrit un dispositif de cuisson de produits céram iques comprenant trois enceintes fixes à caractéristiques therm iques différentes, la température de traitement pouvant atteindre 1400 °C. Les produits à traiter sont placés sur un chariot déplaçable entre les enceintes.

Le docum ent DE 1221253 décrit un four de chauffage électrique à deux entrées opposées, utilisées alternativem ent pour le refroidissem ent des produits traités et l’approvisionnem ent en produits à traiter. I l n’y a qu’une enceinte active et les produits à traiter sont déplacés horizontalem ent au m oyen de chariots.

Dans le cas de produits industriels innovants utilisant des traitem ents therm iques les durées de traitement doivent être adaptées. Un inconvénient résulte de la nécessité de transférer les produits d’une enceinte de traitement à une autre avec adaptation de la disposition spatiale des produits au volum e disponible dans chaque enceinte. Les manutentions liées à ces opérations de transfert sont la source de plusieurs difficultés. Elles peuvent entraîner des défauts sur les pièces. Elles perturbent l’enchaînem ent rapide des opérations de traitement et son autom atisation. Elles représentent un coût d’investissem ent im portant et nécessitent souvent la présence d’opérateurs pour leur surveillance. Elles entraînent des variations de la température des produits, en général un refroidissem ent, entre les différentes phases de traitem ent, ce qui représente à la fois un risque pour la qualité des produits, une perte énergétique non négligeable et une perte de productivité de l’installation.

BUTS ET RESU M E D E L’I N V EN TI ON

L’un des buts de l’invention est de proposer une installation de traitem ent therm ique pour la fabrication de produits industriels qui évite les inconvénients précités.

Un autre but de l’invention est de proposer une installation de traitem ent therm ique pour la fabrication de produits industriels dans laquelle les manutentions des produits soient réduites aux opérations de m ise en place avant traitement et de retrait après traitement, sans intervention, entre les opérations de traitem ent therm ique, sur l’organisation spatiale des produits correspondant à l’em pilage et à la répartition des produits dans le volume utile de traitement.

L’invention a pour objet une installation de traitem ent therm ique pour la fabrication de produits industriels, com prenant plusieurs enceintes de caractéristiques therm iques différentes, et un support comportant une sole pour recevoir les produits à traiter, caractérisée en ce que : le support est fixe, les enceintes sont réparties autour d’un axe, et des moyens m écaniques assurent le déplacem ent relatif de la sole et des enceintes et l’accouplement d’une enceinte et de la sole.

Selon un m ode de réalisation de l’invention, les moyens mécaniques com portent un pivot motorisé pour assurer le pivotement de l’ensem ble des enceintes autour de l’axe, et un vérin hydraulique pour assurer le déplacement relatif de la sole et de l’ensemble des enceintes.

Selon un m ode de réalisation de l’invention, l’axe de pivotem ent des enceintes est un axe horizontal.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le déplacement relatif de la sole et des enceintes est un déplacem ent vertical.

Selon un m ode de réalisation de l’invention, le déplacement vertical est un déplacem ent des enceintes par rapport à la sole.

Selon un m ode de réalisation de l’invention, le déplacement vertical est un déplacem ent de la sole par rapport aux enceintes.

Selon un m ode de réalisation de l’invention, l’ensemble des enceintes com prend deux enceintes.

Selon un m ode de réalisation de l’invention, l’ensemble des enceintes com prend trois enceintes.

BREVE D ESCRI PTI ON D ES Fl GU RES

La Figure 1 est une vue en coupe verticale d’une installation de traitement therm ique pour la fabrication de produits industriels selon l’invention avant m ise en place des produits dans une prem ière enceinte de stabilisation et/ou de déliantage.

La Figure 2 est une vue en coupe verticale de l'installation de traitem ent therm ique de la Figure 1 , avant m ise en place des produits dans une deuxièm e enceinte de frittage à haute tem pérature.

La Figure 3 est une vue en coupe verticale de l’installation de traitem ent therm ique de la Figure 2 après m ise en place des produits dans la deuxièm e enceinte de frittage à haute température.

La Figure 4 est une vue de gauche de l’installation de traitem ent therm ique de la Figure 3.

La Figure 5 est une vue de droite de l’installation de traitem ent therm ique de la Figure 3. La Figure 6 est une vue schématique d’une installation de traitem ent therm ique selon l’invention équipée de trois enceintes.

D ESCRI PTI ON D ETAI LLEE

Selon un prem ier m ode de réalisation de l’invention, l’installation de traitement therm ique pour la fabrication de produits industriels se compose essentiellement d’un support fixe 1 pour recevoir les produits industriels à traiter, et d’un portique fixe 2 portant plusieurs enceintes de traitem ent therm ique.

Dans l’exemple de réalisation de la Figure 1 , les enceintes sont une enceinte 3 de stabilisation et de déliantage, et une enceinte 4 de frittage à haute température. Les deux enceintes 3 et 4 sont logées dans une structure porteuse 5 fixée sur un pivot 6 m otorisé, d’axe 7 horizontal, porté par le portique 2. Sur la Figure 1 , les deux enceintes 3 et 4 ont un axe com m un 8 vertical, l’enceinte 3 de stabilisation et de déliantage étant disposée avec son ouverture au-dessus du support fixe 1 .

Sur la Figure 2, après rotation de 180 ° autour de l’axe horizontal 7, l’enceinte 4 de frittage à haute tem pérature est disposée avec son ouverture au-dessus du support fixe 1 . Le pivot 6 est porté par un chariot 9 déplaçable verticalem ent dans le portique 2 au m oyen d’un vérin 10, de préférence hydraulique.

L’enceinte 3 de stabilisation et de déliantage fonctionne à une température de quelques centaines de degrés C. elle est constituée d’une cloche étanche 1 1 entourée de résistances chauffantes 12 et garnie d’isolants 13 à basse tem pérature tels que des laines m inérales.

L’enceinte 4 de frittage à haute tem pérature fonctionne à une température allant j usqu’à 1600 °C environ. Elle est constituée de briques réfractaires 14 et de laines céram iques ou m inérales et sa cavité active 16 est entourée de résistances chauffantes 15. La cavité active 1 6 est bordée par une margelle 17.

Le support fixe 1 com porte une sole 18 portant une protection réfractaire 19 avec un rebord 20, surmontée d’un plateau 21 apte à recevoir les produits industriels à traiter 22. Sous le plateau 21 , débouche un conduit 23 traversant la sole 18 et reliant l’enceinte de traitement, 3 ou 4, à un système de contrôle d’atmosphère 24. Le système de contrôle d’atmosphère 24 est apte à aspirer, au m oyen d’un ventilateur 25, les gaz issus du traitem ent therm ique des produits 22, à les traiter dans la zone 26 de post-com bustion des CO, et à les évacuer par la chem inée 27. Le système de contrôle d’atmosphère 24 est aussi apte à alim enter l’enceinte 3 ou 4 en gaz spécifique tel que l’azote à certains stades du traitement, à partir d’une réserve de gaz sous pression.

Dans le prem ier mode de réalisation des Figures 1 à 5, le chariot 9 est en position haute et l’enceinte 3 de stabilisation et de déliantage est présentée au- dessus du support 1 . Les produits 22 à traiter sont placés sur le plateau 21 porté par la sole 18. Le vérin 10 assure la descente du chariot 9 j usqu’à ce que le bord de l’enceinte 3 soit en appui étanche sur la sole 18. Après traitem ent de stabilisation et déliantage, le vérin 10 assure la remontée du chariot 9 en position haute. Le pivot 6 assure la rotation à 180 ° de la structure porteuse 5 pour que l’enceinte 4 de frittage soit présentée au-dessus du support 1 . Le vérin 10 assure la descente du chariot 9 j usqu’à ce que le bord de l’enceinte 4 soit en appui étanche sur la sole 18. Sim ultaném ent, la margelle 17 de la cavité active 26 de l’enceinte 4 est en appui étanche sur le rebord 20 de la protection réfractaire 19 portée par la sole 18. Après traitement de frittage à haute température, le vérin 1 0 assure la remontée du chariot 9 en position haute et les produits 22 traités peuvent être extraits du plateau 21 .

Dans un deuxième m ode de réalisation schématisé à la Figure 6, le support fixe 1 est sym bolisé par le sole 18 portant les produits à traiter 22, et le pivot 6 porte, par l’intermédiaire de la structure porteuse 5 non représentée, trois enceintes : une enceinte 28 de séchage, une enceinte 29 de déliantage, et une enceinte 30 de cuisson à haute température. Les opérations de descente et de m ontée du pivot sont assurées par le vérin 10 com m e précédem ment décrit. La rotation de la structure porteuse 5 s’effectue sur 120 ° pour passer d’une enceinte à la suivante.

Dans un troisième m ode de réalisation correspondant aussi au schéma de la Figure 6, le portique 2 porte le pivot 6 à une hauteur fixe, et la sole 1 8 est déplaçable verticalem ent par un vérin. L’enceinte de séchage 28 est disposée au-dessus de la sole 18. Les produits 22 à traiter sont placés sur la sole 18. Le vérin assure la montée de la sole 18 jusqu’à l’enceinte 28 de séchage. Après, l’opération de séchage, le vérin assure la descente de la sole 1 8. Le pivot 6 assure la rotation de 120 ° de la structure porteuse et l’enceinte 29 de déliantage est présentée au-dessus de la sole 18. Le vérin assure la m ontée de la sole 1 8 jusqu’à l’enceinte de déliantage. Après déliantage, le vérin assure la descente de la sole 18 et le pivot 6 assure la rotation de 120 ° pour présenter l’enceinte 30 de cuisson à haute température. Le vérin assure la m ontée de la sole 18 jusqu’à l’enceinte 30, et après cuisson, la descente de la sole 18 pour la reprise des produits 22 traités.

Dans ce troisièm e m ode de réalisation, seule la sole 18 est soum ise aux mouvem ents verticaux. I l en résulte une certaine économ ie d’énergie car la sole est nettem ent moins lourde que la structure porteuse 5 équipée de trois enceintes 28,29,30. Selon une variante de réalisation, le pivot de la structure porteuse des enceintes est d’axe vertical et les enceintes sont j uxtaposés sur la structure porteuse, toutes avec leur ouverture dirigée vers le bas. La rotation du pivot sur son axe vertical assure la perm utation des enceintes. Le nom bre des enceintes peut ainsi être augmenté à quatre. Le déplacem ent vertical pour mettre la sole dans une enceinte peut être assuré soit par descentes de l’enceinte, soit par montée de la sole.

L’invention se caractérise par l’utilisation, pour des traitem ents therm iques successifs, d’enceintes dédiées, disposées successivem ent sur les produits à traiter, sans intervention sur l’organisation spatiale des produits, telle que l’empilage ou la répartition des produits dans le volum e utile de traitem ent. La sole reçoit les produits et elle est couplée successivement à chacune des enceintes de traitem ent, sans m anipulation des produits et/ou intervention humaine de contrôle. Ce processus est particulièrem ent bien adapté aux m odes de production dans lesquels il est essentiel de lier chaque étape de fabrication aux traitem ents ultérieurs. A titre d’exem ple, dans le cas d’une im pression 3D, le temps de fabrication peut être de plusieurs dizaines d’heures. Le lot de fabrication correspond au volume utile de l’im prim ante. Après fabrication, les produits sont très fragiles et doivent être stabilisés. Le traitem ent de stabilisation, ou de relaxation, peut durer 48 heures dans une atm osphère à température et hygrom étrie contrôlées. Ensuite, l’opération de déliantage consiste à provoquer l’évacuation des liants contenus dans les produits, par gazéification-com bustion, la gazéification pouvant avoir lieu sous vide ou sous atm osphère neutre. Selon la complexité des produits cette opération peut durer 2 à 3 jours. La teneur en oxygène et la tem pérature sont contrôlées pour éviter une combustion trop rapide qui détruirait les produits. Le chauffage doit être électrique ou indirect pour éviter le contact des gaz avec des éléments chauffants. L’opération de déliantage est réalisée dans une cloche étanche pour éviter la dispersion de gaz polluants. Selon un exem ple de réalisation, une post com bustion dans la zone 26 est prévue pour brûler les COV issus du déliantage. L’aspiration des gaz pollués est effectuée à travers la sole par le conduit 23.

Dans l’exem ple de réalisation décrit, la deuxièm e opération décrite met en oeuvre une enceinte étanche pour le déliantage. Cette enceinte étanche peut- être utilisée pour tout type de traitem ent therm ique, sous vide ou sous atm osphère gazeuse spécifique.

La troisième opération consiste en une cuisson ou frittage à haute température, jusqu’à 1650 °C pendant 24 heures environ. Cette opération doit être effectuée dans une enceinte spécifique car la cloche de l’enceinte de déliantage ne supporterait pas la température de frittage.

Les avantages de l’installation de traitem ent therm ique selon l’invention sont m ultiples. Le fait d’avoir une sole unique et plusieurs enceintes permet de regrouper au niveau de la sole une partie importante du m atériel et des fonctions de contrôle et en particulier : les entrées et sorties de gaz pour le contrôle d’atm osphère et l’extraction des gaz de réaction ; les analyseurs de gaz et des capteurs, dont certains sont à fonctions m ultiples ; le systèm e de contrôle de régulation et de puissance ; l’isolation therm ique ; et la mécanique de positionnem ent entre la sole et les différentes enceintes. Le fait d’enchaîner les opérations de traitem ent therm ique sans déplacer les produits à traiter assure un changement rapide des conditions de traitement, une réduction du risque de dégradation des produits, et une économ ie d’énergie.

Enfin, l’automatisation des m ouvem ents des enceintes en fonction des différentes étapes du processus de traitem ent therm ique dispense de la présence de personnel pendant toute la durée du processus qui peut s’échelonner sur plusieurs jours.