MÉTALLURGIE - Les fours métallurgiques

MÉTALLURGIE - Les fours métallurgiques

Dans la terminologie classique, relativement ancienne, on appelle four une construction voûtée en maçonnerie dans laquelle on entretient du feu pour certaines opérations qui exigent une température élevée. Cette définition a subi quelques élargissements puisqu’en métallurgie les ouvrages actuels ne sont pas forcément en maçonnerie, qu’ils ne sont plus que très rarement voûtés, et que le «feu» n’est qu’une forme d’apport d’énergie parmi d’autres; plus précisément, les fours métallurgiques se distinguent les uns des autres par la nature de l’énergie dispensée: combustion de gaz ou d’huile minérale, électricité (arcs, résistances, induction); par la nature du «métal» traité: acier, cuivre, aluminium; par la nature du travail effectué: fusion, réchauffage, traitement dans la masse ou en surface.

La réduction des minerais permet de produire des métaux qui doivent être affinés à l’état fondu, puis coulés dans des moules fixes pour donner, soit, pour un faible tonnage, des pièces utilisées directement (métaux moulés), soit, pour la plus grande partie, des lingots. Ils peuvent également être coulés en continu pour prendre la forme de produits longs, de section pseudo-carrée ou rectangulaire. Ce métal affiné peut être refroidi partiellement pour être démoulé, ou complètement lorsqu’il doit être nettoyé en surface et aux extrémités (élimination des masselottes, des bouts ou des bordures). Généralement il est ensuite réchauffé une ou plusieurs fois pour être mis en forme par des laminoirs ou des presses. Refroidi, il est encore nettoyé et le plus souvent réchauffé à nouveau pour subir un traitement métallurgique dans sa masse ou en surface.

Dans toutes ces opérations de refroidissement et chauffage successifs, les fours jouent un rôle très important sur le rapport qualité / prix des produits. On demande en effet aux métaux des caractéristiques mécaniques de plus en plus élevées dans des tolérances de plus en plus serrées et ceci avec des consommations d’énergie d’autant plus faibles que cette dernière est plus chère. Le rôle des fours est donc primordial et leur variété est si grande qu’il est impossible de seulement les citer tous ici; seuls les plus typiques seront brièvement décrits.

Le principe essentiel de ces appareils étant de travailler à haute température (dans un four de fusion d’aluminium fondant à 658 ⁰C, la température de la voûte peut atteindre 1 400 ⁰C), les maçonneries qui les constituent doivent résister à ces températures. Elles sont à base d’oxydes réfractaires (magnésie, dolomie, chromite, silice, alumine, quelquefois zircone) très purs utilisés pour les très hautes températures lorsqu’ils sont en contact avec les métaux fondus et surtout avec les oxydes métalliques, ou mélangés (par exemple silico-alumineux) pour les températures plus basses (inférieures à 1 450 ⁰C).

Ces produits étaient autrefois utilisés presque exclusivement sous forme de briques comprimées et cuites. Actuellement, si les briques sont toujours utilisées, les blocs de toutes formes et de toutes dimensions sont largement employés à l’état comprimé et cuit, mais également en plus petites dimensions à l’état électrofondu (magnésie et alumine) résistant bien aux efforts mécaniques. Les oxydes réfractaires résistent d’autant mieux à l’attaque de certains éléments, comme les oxydes fusibles, qu’ils sont plus comprimés, et ils sont d’autant plus isolants que leur densité est faible. Les réfractaires (briques ou blocs) surcomprimés ou très légers ont permis de faire évoluer de façon intéressante la construction des fours. Les pisés secs ou goudronnés (pour les soles de fusion ou les creusets), les bétons plastiques ou à prise hydraulique (pour toutes les autres parties résistant bien aux températures et dont la mise en place nécessite moins de main-d’œuvre que les briques) trouvent de plus en plus d’applications. À la fin des années soixante-dix sont apparus des produits fibreux capables de résister à des températures pouvant atteindre et même dépasser 1 500 ⁰C. Ils ont permis, grâce à leur très faible inertie thermique, de faire des progrès très sensibles dans l’inertie des fours ou de parties de fours et par conséquent dans la précision du chauffage et dans les économies d’énergie. Malheureusement ces produits sont très «poreux» et surtout ils doivent être maintenus contre une paroi rigide, métallique ou réfractaire. Les progrès réalisés dans les dispositifs de maintien (accrochages métalliques, colle, etc.) permettent de reculer d’année en année les limites de températures d’emploi: il existe des fours construits entièrement suivant cette technique qui fonctionnent à plus de 1 250 ⁰C.

Parallèlement à cette évolution, les fours étant de plus en plus sollicités, la charpente métallique intervient de plus en plus dans leur construction. Elle constitue un élément fixe à l’intérieur duquel l’ouvrage réfractaire se dilate ou se contracte lors des changements de température qui peuvent être importants, sans aucun inconvénient pour l’utilisation du four. De plus, les éléments réfractaires y sont souvent fixés (voûtes suspendues) par des crochets spéciaux permettant les mouvements relatifs, cet accrochage étant indispensable lorsqu’on utilise les bétons. Entre les réfractaires et la charpente est disposé un blindage en tôle auquel on demande souvent de rendre l’ensemble parfaitement étanche (fours de traitement). Ces ouvrages sont évidemment munis de portes de service (enfournement, défournement, entretien, etc.) aussi étanches et souvent aussi peu inertes que possible (utilisation de réfractaire fibreux).

Dans les appareils à feu direct très largement utilisés dans tous les domaines, les parois rayonnantes, quand leur emploi est possible, alimentées par des brûleurs spéciaux à flammes plates, ont permis de faire de grands progrès dans la productivité et la conduite des fours. Les brûleurs à plasma ne sont utilisés que dans des cas exceptionnels.

Pour l’alimentation des fours à induction, les onduleurs statiques, généralement à thyristors, remplacent de façon quasi systématique les groupes tournants (alternateurs) en raison de leur haut rendement, de leur silence, et surtout de leur fréquence de courant auto-adaptée à celle des pièces chauffées.

1. Fours de fusion et de refusion de produits métalliques

Une usine métallurgique produit ses propres déchets métalliques auxquels s’ajoutent naturellement tous les objets usagés issus de la consommation. Tous ces déchets sont réutilisés sous forme d’additions froides au moment de l’affinage ou fondus dans des appareils spéciaux appelés «fours de fusion».

Le métal en provenance de l’affinage ou de la fusion peut ne pas être suffisamment propre pour certaines utilisations difficiles, et il est intéressant de le purifier dans des fours de refusion. Il est évident que les fours devant produire un métal de qualité courante, en grande quantité et au moindre prix, seront tout à fait différents des fours devant produire une quantité moindre de métal de haute qualité mais à prix élevé. En fait, l’évolution technique conduit en général à l’amélioration des prix de revient de telle sorte que – les exigences de l’industrie étant toujours plus sévères – les fabrications récentes se développent au détriment des appareils plus frustes, qui peuvent même disparaître.

Les fours de fusion sont décrits ici dans l’ordre de productivité décroissante et de qualité croissante. En général leur principe est valable pour tous les métaux, seules varient la température de fonctionnement et la technologie de détail.

Fours de fusion à feu direct ou fours réverbères

Les fours de fusion à feu direct sont en général des fours fixes ou basculants, constitués par un ouvrage en maçonnerie dont le plancher est appelé « sole » (fig. 1). Cette sole forme une cuvette dans laquelle on vient déposer une «charge» de déchets avec des machines de chargement. Des brûleurs fixes apportent la chaleur par la combustion de gaz ou d’huile minérale avec de l’air plus ou moins enrichi en oxygène. Ils font monter la température de la charge qui fond aux environs de 1 540 ⁰C pour l’acier, de 1 080 ⁰C pour le cuivre, de 660 ⁰C pour l’aluminium (période de fusion). Pendant la période suivante (affinage), la charge est encore rechauffée légèrement au-delà de son point de fusion en étant maintenue dans le four pendant un certain temps pour améliorer son homogénéité, lui ajouter quelques produits nécessaires aux caractéristiques physiques du métal recherché et permettre de procéder à sa coulée.

Les fours de fusion à feu direct ont connu depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale une augmentation croissante de leur production. Pour l’acier (fours Martin), leur capacité est passée d’environ 60 tonnes vers 1945 à 600 tonnes en 1960, mais ils ne sont plus construits et disparaissent au profit des convertisseurs à oxygène qui supportent une grande proportion d’additions froides (jusqu’à 300 kg/t) et des fours à arc pour la refusion des ferrailles. Pour le cuivre et l’aluminium, ils sont utilisés en unités de plus en plus importantes: 300 à 350 tonnes pour le cuivre, plus de 60 tonnes pour l’aluminium.

Fours à arc

Actuellement utilisés pour la fusion de l’acier, les fours à arc sont constitués des mêmes éléments que le four à feu direct. Le chargement se fait par une voûte amovible et la coulée du métal fondu par basculement de l’ensemble. L’arc électrique jaillit entre des électrodes en graphite et la charge de déchets qu’il fait fondre (fig. 2).

D’abord réservés aux aciers fins (quelques tonnes), ils sont aujourd’hui utilisés pour la refusion des ferrailles (150 à plus de 200 t); ils permettent de donner aux aciers une composition chimique bien définie. Depuis le début des années quatre-vingt, la productivité de ces fours a été considérablement augmentée en leur appliquant des puissances spécifiques très importantes, de l’ordre de 500 kW par tonne de capacité et en refroidissant les parois par circulation d’eau pour augmenter la durée de vie des réfractaires.

Les fours à arc construits suivant cette technique appelée U.H.P. (ultra high power ) ne servent généralement qu’à la fusion et sont souvent suivis d’un traitement sous vide en poche. Par suite de la plus grande importance des pertes calorifiques dans les petites unités que dans les grandes, l’appareillage de traitement en poche s’est vu doté, pour les unités de 20 à 80 tonnes d’un apport d’énergie, en général par arc électrique. Les avantages de cet apport d’énergie étant essentiels: possibilité d’augmenter le temps de traitement, diminution de la température de coulé..., cette technique tend à être appliquée aux fours de forte capacité (180-200 t) souvent même au détriment du refroidissement de parois.

Fours à induction

Les fours à induction sont utilisés pour la fusion de tous les métaux courants en quantité relativement petite, en particulier avant moulage. Ce sont des «récipients» ou creusets en matériaux réfractaires non magnétiques, entourés par une bobine parcourue par un courant électrique alternatif de fréquence adaptée au travail désiré (fig. 3). Réchauffée par l’apport thermique dû aux courants qui y sont induits par la bobine, la charge fond puis elle est soumise à un brassage qui homogénéise le métal et évite le contact à haute température avec un environnement gazeux nuisible.

Ce four est particulièrement adapté à la fusion sous vide. Placé dans une enceinte étanche, il permet de dégazer le métal liquide, de le couler sous vide ou dans une atmosphère non polluante et, ainsi, d’obtenir des métaux très propres à très hautes caractéristiques mécaniques.

Fours de refusion

Trois types d’appareils permettent d’opérer la refusion de barres de métal à purifier en utilisant ces barres comme électrodes: le four de fusion sous laitier, le four à arc sous vide et le four à bombardement d’électrons.

Dans le four de fusion sous laitier électroconducteur, l’extrémité de l’électrode est immergée dans une couche de laitier liquide servant de résistance électrique réchauffée par effet Joule. Ce laitier protège la partie supérieure du lingot en cours de solidification contre toute pollution par l’environnement.

Dans le four à arc sous vide, l’arc jaillit dans une enceinte sous vide entre l’électrode constituée par le métal à refondre et le métal en fusion surmontant le lingot en cours de solidification dans une lingotière en cuivre refroidie par de l’eau.

Dans le four à bombardement d’électrons, l’extrémité du barreau métallique, bombardée par un faisceau d’électrons, fond et tombe à la partie supérieure du lingot en cours de solidification, le tout sous un vide très poussé (fig. 4). Cet appareil permet d’éliminer au maximum les inclusions d’oxydes de tous les métaux, mais conduit dans les aciers à la volatilisation d’éléments d’addition, comme le zinc, le cadmium, le bismuth – ce qui constitue un avantage – mais également le manganèse, l’aluminium et quelquefois le chrome – ce qui peut être gênant pour certaines fabrications.

Ces techniques de refusion sont complémentaires les unes des autres suivant le degré de pureté que l’on désire obtenir dans les lingots de métal dont le poids peut varier entre quelques centaines de kilogrammes et quelques dizaines de tonnes.

Par rapport aux précédents, ces fours permettent d’éviter la contamination du métal fondu par l’environnement gazeux et par les réfractaires du creuset et, pour les deux derniers, de dégazer ce métal au fur et à mesure de sa fusion, c’est-à-dire de façon très efficace. Ils constituent un complément du four à induction sous vide en fournissant des métaux et des alliages particulièrement propres demandés dès 1950 par l’industrie aérospatiale: d’abord titane, zirconium, molybdène, puis aciers inoxydables à haute teneur en chrome et toutes sortes d’aciers à très hautes caractéristiques thermiques ou mécaniques, appelés «superalliages» (à base de nickel et d’aluminium), ou de métaux extrêmement purs aux propriétés inconnues jusqu’alors.

2. Fours de réchauffage

Les métaux sont utilisés, pour une faible part, en leur état brut de coulée; la plus grande partie doit subir une transformation de dimensions par laminage, forgeage ou filage. Cette opération peut être faite à froid, mais, pour ménager l’énergie nécessaire à la déformation et pour des raisons métallurgiques (écrouissage du métal notamment), il faut réchauffer les produits à une température située aux environs de 70 à 80 p. 100 de leur point de fusion. Ainsi les aciers sont laminés entre 1 050 et 1 250 ⁰C, forgés entre 1 200 et 1 300 ⁰C; les alliages cuivreux sont forgés entre 650 et 850 ⁰C, filés entre 850 et 900 ⁰C; les alliages légers à base d’aluminium subissent ces déformations entre 400 et 450 ⁰C; le magnésium aux environs de 400 ⁰C...

Les fours de réchauffage utilisent toutes les formes d’énergie; les plus gros sont généralement chauffés à feu direct d’huile ou de gaz, plus rarement par l’électricité. Pour des fabrications particulières, cette dernière forme d’énergie est apportée, par des résistances de chauffage, ou par des inducteurs, et, plus récemment, par passage direct du courant dans les produits qui sont alors chauffés comme des résistances électriques par effet Joule.

Pour le chauffage à feu direct ou par résistances électriques, les fours sont construits de telle sorte que les échanges thermiques s’effectuent par rayonnement pour les températures élevées et les métaux ayant une surface absorbant bien la chaleur (acier ou cuivre oxydés par exemple).

Pour les températures plus basses et les métaux brillants (aluminium, magnésium) les échanges par convection sont améliorés en brassant les gaz autour des produits à réchauffer.

La plupart des fours de réchauffage anciens sont «fixes» ou «statiques»: la manutention des produits à l’enfournement et au défournement, entre le four et l’appareil de déformation (laminoir ou presse), est assurée par un instrument «extérieur» indépendant. La tendance est d’utiliser autant que possible des fours continus s’intégrant bien dans la chaîne de fabrication des métaux et susceptibles d’être automatisés mécaniquement. Le réglage thermique de ces fours de réchauffage est toujours opéré automatiquement par une ou plusieurs chaînes de régulation, de plus en plus remplacées par des ordinateurs qui améliorent encore la précision et surtout la fiabilité des réglages et en conséquence la qualité du réchauffage ou du traitement thermique.

On ne construit pratiquement plus de fours de réchauffage sans les équiper de récupérateurs de chaleur: ce sont des échangeurs placés sur le parcours des fumées pour réchauffer l’air de combustion alimentant les brûleurs. Dans les fours continus modernes (fig. 5), la longueur de la zone dite de récupération, située entre la partie équipée de brûleurs et la cheminée, a été considérablement augmentée: dans certains cas, elle peut occuper la moitié du four. Ceci permet un préchauffage des produits, et des économies substantielles d’énergie par diminution de la température des fumées. En réchauffage, cette dernière, qui atteignait souvent 1 100 ⁰C, a été ramenée à 900 ⁰C sur les fours existants et à moins de 700 ⁰C sur les fours modernes, ce qui a permis, avec l’utilisation de récupérateurs performants, d’atteindre des rendements thermiques supérieurs à 70 p. 100 alors qu’autrefois ils étaient de l’ordre de 40 à 50 p. 100 et même très souvent inférieurs pour les petites unités.

Fours fixes ou statiques

Enceinte parallélépipédique maçonnée, les fours pits s’ouvrent par leur face supérieure (couvercle). Généralement réservés au réchauffage de pièces massives (lingots d’acier, plateaux d’aluminium, etc.) manipulées par des ponts roulants à pinces, ils permettent d’obtenir d’excellentes précisions de températures.

Les fours dormants sont construits sur le même principe mais, destinés à réchauffer des produits longs ou plats, ils sont ouverts sur une de leur grande face verticale et chargés par une machine spéciale.

Les fours à sole mobile sont le plus souvent destinés au réchauffage des produits nécessitant des facilités de chargement en toute sécurité avec des moyens de manutention ordinaires ou de pièces de formes diverses et très lourdes (lingots de forge de 150 ou 200 t).

Fours continus

Dans les fours continus, les produits sont enfournés et défournés un à un, ce qui permet d’alimenter le laminoir ou la presse à la demande. Le four, conçu pour s’incorporer dans le cycle de manutention, peut, dans certains cas, devenir une véritable «machine à chauffer» dans la chaîne de production, alors susceptible d’être totalement automatisée.

Dans les fours poussants , les produits, dont une dimension doit être très grande par rapport aux deux autres, sont disposés sur des supports indépendants ou inclus dans la sole du four en une nappe poussée par une machine extérieure à ce dernier (pousseuse mécanique ou hydraulique) de telle sorte que lorsqu’un produit est enfourné à une extrémité, il est nécessaire d’en défourner un à l’autre extrémité. Ce type d’appareil, relativement primitif, est utilisé pour les métaux n’ayant pas une fragilité de surface à chaud incompatible avec leur frottement sur les supports et pour les très fortes productions (plus de 250 t/h d’acier). Pour les métaux fragiles en surface, les produits peuvent être déposés sur des pièces (sabots) qui assurent le glissement sur les supports.

Dans les fours à longerons , comme dans le cas précédent, les produits longs, de section pseudo-carrée, rectangulaire ou circulaire, disposés perpendiculairement à l’axe longitudinal du four, sont transportés par un ou plusieurs longerons mobiles animés de mouvements de va-et-vient verticaux et horizontaux suivant une trajectoire rectangulaire (fig. 5). Les produits peuvent être chargés et déchargés sans qu’il soit nécessaire de tenir le four plein. Les longerons sont construits en oxydes réfractaires ou en métaux plus ou moins réfractaires selon leur température de travail. Autrefois d’emploi limité aux métaux spéciaux et de capacité réduite, cette véritable machine à chauffer, extrêmement précise, tend à se substituer aux fours poussants qui ne sont plus construits pour l’acier. En remplaçant les longerons réfractaires par des longerons refroidis par de l’eau, des unités de réchauffage de 300 et même 350 tonnes par heure ont été construites. La forte consommation calorifique de ces unités a conduit à un retour en arrière et, aujourd’hui, des capacités de 250 t/h avec des rendements énergétiques de plus de 60 p. 100 sont courantes dans cette technique.

Les fours à sole tournante comprennent une sole annulaire reposant sur des galets, pouvant tourner autour de l’axe vertical d’une construction fixe.

Ce four peut être considéré comme une version automatique du four dormant, mais s’utilise pour des produits plus courts parce que disposés obligatoirement suivant les rayons de la sole. Il est également desservi par des machines spéciales pour le chargement et pour le déchargement.

Les fours à cellules appelés également fours à chauffage rapide sont constitués par des «cellules» le plus souvent cylindriques, comportant chacune ses brûleurs et ses rouleaux. Placées les unes à la suite des autres, le long du même axe, elles forment des unités de grandes longueurs dans lesquelles il est possible de réchauffer les produits longs (billettes, tubes) sur toute leur périphérie. Le chauffage très rapide dû à cette méthode permet de diminuer au maximum l’oxydation ou la décarburation des produits, mais donne une consommation énergétique plus importante (30 à 50 p. 100) que dans les fours continus précédents. Ces fours, généralement utilisés pour les aciers spéciaux, les alliages légers, etc., peuvent être précédés, dans le cas des aciers, de fours, généralement à longerons, assurant un préchauffage jusqu’à une température où l’oxydation et la décarburation ne sont pas à craindre.

Les cellules peuvent également être équipées d’inducteurs. Ces fours à induction ont les mêmes fonctions que les précédents; l’énergie électrique peut être utilisée, malgré son prix, car, dans ces derniers, la consommation énergétique est nettement moindre. Ils sont plus courts que les précédents, mais ne peuvent s’appliquer qu’aux produits ayant une géométrie transversale assez constante.

Dans certains cas, les rouleaux sont remplacés par des glissières réfractaires sur lesquelles des produits plus courts et plus massifs sont poussés à la suite les uns des autres.

3. Fours de traitement

Il a été découvert depuis longtemps qu’en «traitant» une pièce d’acier, en lui faisant subir des variations de température pendant un certain temps (cycles thermiques), ses caractéristiques mécaniques étaient profondément modifiées.

Cette modification, appliquée sur produits solides à tous les autres alliages, fournit à l’industrie une telle gamme de produits métalliques de propriétés différentes que son essor n’est limité que par la précision de composition de ces alliages et par la précision des cycles de température.

En traitement, l’adaptation des fours au travail demandé joue donc un rôle de premier plan, ce qui explique leur très grande diversité. On ne citera que les fours les plus caractéristiques. Comme pour les appareils de fusion ou de réchauffage, leur température de travail dépend du métal à traiter; à titre d’exemple: pour le recuit des aciers, 900 à 1 000 ⁰C, des alliages de cuivre, 400 à 700 ⁰C, selon le type, des alliages d’aluminium, 250 à 300 ⁰C, et des températures différentes pour les traitements de revenu, trempe, etc.

Ils sont également adaptés, pour les mêmes raisons que précédemment, aux échanges thermiques les plus favorables, et comme ils opèrent très souvent à des températures relativement basses, beaucoup sont équipés de turbines ou de ventilateurs pour améliorer les échanges par convection entre les produits et le gaz environnant. Ils peuvent être à feu direct quand les produits traités ne sont pas sensibles à l’action néfaste des fumées mais, le plus souvent, le gaz entourant la charge est spécialement adapté (mélanges de ², H², CO, C²), produit par des installations de synthèses à partir de gaz purs ou de générateurs particuliers ; ils sont alors dits «à atmosphère contrôlée». Dans ce dernier cas, il est encore possible d’utiliser les combustibles gazeux ou liquides, en produisant la combustion dans des enceintes étanches du côté four (moufles, tubes radiants, etc.), mais on utilise très souvent l’énergie électrique par l’intermédiaire de résistances ou de bobine d’induction.

Quand les cycles thermiques exigent un refroidissement contrôlé, celui-ci est opéré dans des chambres équipées, soit de tubes refroidis par un courant d’eau ou d’air lorsque les échanges peuvent se faire par rayonnement, soit de jets d’air ou de gaz arrivant directement sur le produit à refroidir lorsque les échanges par convection doivent être favorisés.

Comme dans les fours de réchauffage, les nouvelles techniques: réfractaires fibreux, ordinateur, zones de récupération dans les fours continus, utilisation de fours continus au lieu de fours fixes, apportent des améliorations très sensibles dans la qualité des traitements thermiques, la qualité de surface des métaux après traitement et les consommations calorifiques.

Fours statiques

Tous les types de fours de réchauffage sont utilisés dans le traitement, les fours pits peuvent alors prendre une nouvelle forme par augmentation de leur profondeur nécessaire pour les pièces longues (cylindres de laminoirs, tubes de canons, etc.) sous la dénomination de fours verticaux construits en puits ou en élévation.

Il faut ajouter dans la liste des installations fixes le four à cloche dont la sole est fixe, toute la partie supérieure étant constituée par un four amovible en forme de cloche, à l’intérieur duquel on peut placer un écran étanche métallique pour éviter, quand cela est nécessaire, le contact des fumées avec la charge placée sous atmosphère contrôlée. L’emploi le plus fréquent du four à cloche est le recuit des bobines de fil ou de tôle de métal (acier, aluminium). Une variante de cet appareil est le four dit «à élévateur» où la cloche est fixe et la sole mobile verticalement.

Bien que ces fours opèrent à des températures relativement basses, et que leurs fumées ne soient pas très chaudes (700 à 800 ⁰C dans les fours à cloche pour acier) il est intéressant de les munir de récupérateurs qui peuvent être logés dans les parois des fours, un par brûleur, ou autour des brûleurs (brûleurs autorécupérateurs).

Fours continus

Comme pour le réchauffage, l’utilisation de fours continus est de plus en plus poussée, d’autant plus que les cycles thermiques auxquels sont soumis les métaux sont plus complexes. Les types de fours continus précédemment énumérés pour le réchauffage peuvent être utilisés. Les températures étant dans ce cas nettement moins élevées, le cheminement des produits est amélioré par des dispositifs mécaniques.

C’est ainsi que les fours poussants peuvent voir leurs glissières supports remplacées par des galets, des rouleaux. Le four à longerons peut avoir des parties mobiles en acier plus ou moins réfractaire, dans lesquelles peuvent être ménagées des «encoches» améliorant la précision de déplacement des produits (fours à longerons pour traitement de tubes pour pétrole: forage, transport, etc.). Les fours à sole tournante peuvent avoir simplement un plateau métallique tournant.

Pratiquement, toutes les formes de convoyeurs sont utilisées en traitement: chaînes, câbles, tabliers, wagonnets, balancelles, soles vibrantes, rouleaux commandés. Pour le traitement des tôles fines en continu, le plus important est le four à rouleaux commandés qui comporte deux variantes essentielles. Dans la première variante, supportant toutes les formes d’apport d’énergie, les rouleaux disposés dans un même plan sont plus ou moins espacés, suivant la nature des pièces à traiter (tubes, barres, plaques, feuillard) et ont leur axe perpendiculaire à celui du four. Dans la deuxième variante, exclusivement réservée aux tôles rendues continues par soudure de l’extrémité d’une bobine avec celle d’une autre, les rouleaux entraînés ont toujours l’axe perpendiculaire au plan axial vertical du four, mais la tôle peut y «défiler» horizontalement ou verticalement. Ce gain de longueur permet de réaliser de très fortes productions dans le minimum de longueur de lignes continues, composées de plusieurs unités de chauffage en série (fig. 6).

Ce genre d’assemblage de fours, précédé ou suivi d’unités de préparation de surface, est de plus en plus employé dans l’industrie moderne: lignes de recuit de tôles d’acier, d’alliages de cuivre, d’alliages d’aluminium, lignes de galvanisation.

Pour le traitement des tôles fortes dont l’épaisseur varie entre 5 et plusieurs centaines de millimètres, la largeur pouvant dépasser 4 m et la surface 100 m², les fours continus munis de longerons réfractaires à grande vitesse de déplacement sont de plus en plus utilisés en concurrence avec les fours à rouleaux. L’utilisation dans ces fours de technologies modernes: réfractaires fibreux, brûleurs à grande vitesse, ordinateurs ... leur a conféré une fiabilité de fonctionnement suffisante pour leur permettre de passer des fabrications de masse aux traitements très précis.

4. Fours spéciaux

Les fours à bain de sels, que l’on continue d’appeler fours par extension, sont, en réalité, des cuves dans lesquelles les pièces métalliques sont trempées pour être portées, avec grande précision, à la température désirée pendant un temps donné.

Le «bain» dans lequel ces pièces sont ainsi trempées est constitué de mélange de différents sels fondus: ce sont des sels neutres, travaillant entre 700 et 1 100 ⁰C (mélange de chlorures de baryum, de potassium, de sodium, de calcium), ou entre 150 et 650 ⁰C (mélange de nitrates de sodium et de potassium), ou des sels actifs réagissant sur le métal, par exemple pour la cémentation ou la cyanuration (mélange de cyanures de sodium et de potassium).

Des fours plus récents trouvent des applications originales en traitement thermique, comme par exemple les fours à lit fluidisé, dans lesquels des oxydes réfractaires en petits grains de diamètre inférieur à 0,1 mm (silico-alumineux, corindon, oxyde de chrome, etc.) sont fluidisés par un courant gazeux les parcourant de haut en bas et constituent ainsi un bain dans lequel des fils ou des pièces moulées peuvent être traités. On citera encore les fours à matelas d’air pour le traitement des bandes, les fours à vide pour le déshuilage de bobines de fils ou de tôle, les fours de frittage, de brasage, d’émaillage.

Encyclopédie Universelle. 2012.