Construire une solution de four sous atmosphère contrôlée

• SIMPLE à construire en utilisant des éléments prédéfinis

• Solution EVOLUTIVE qui répond aux exigences de n'importe quelle installation

• La solution de contrôle de l'atmosphère la plus PRECISE sur le marché

Systèmes de commande

Les traitements thermochimiques sont utilisés à grande échelle dans les procédés industriels des secteurs de l'automobile et de l'aéronautique. Un grand nombre de pièces (engrenages, arbres et roulements, par exemple), mais aussi toute une série de sous-ensembles, subissent un durcissement superficiel par une technique ou une autre, et le parc de fours installés pour cela se mesure à l'échelon mondial. 

Eurotherm fournit une grande variété de solutions de contrôle pour les applications de fours de cémentation continus et discontinus. 

Le domaine de fourniture peut bien sûr varier, mais certains besoins essentiels sont communs à toutes les applications :

• Programmation et contrôle des températures  
• Programmation de l'atmosphère (potentiel carbone) et contrôle de diffusion de la couche de cémentation  
• Sondes d'atmosphère et fonctions de diagnostic de ces sondes  
• Régulation gazeuse (séquence et débit massique) pour certaines applications spécifiques  
• Programmation et contrôle de la trempe  
• Contrôle de la séquence du four  
• Alarmes de sécurité du four 
• Contrôle de la recette et gestion du programme  
• Gestion des données  
• Contrôle de l'alimentation et gestion de l'énergie  
• Diagnostics et entretien des fours  
• Tableaux synoptiques du four et navigation à l'écran  

Contrôle et programmation des températures du four

La régulation optimale de la température est réalisée en utilisant un capteur indépendant. La sortie de régulation thermique peut être branchée soit aux brûleurs à gaz, soit aux thyristors. Dans certaines applications, une sortie de refroidissement peut également être connectée à un ventilateur de circulation ou à un volet d'aération.  

Il est normal que l'opérateur ait à sa disposition plusieurs profils de programme four, pour sélection en fonction d'une pièce ou d'une charge de référence.

Des programmes à plusieurs segments et protection par mot de passe permettent d'obtenir un profil optimal et une traçabilité totale. 

Contrôle de l'atmosphère du four

Une sonde zirconium est utilisée pour mesurer des concentrations très basses en % d'oxygène à l'intérieur du four, typiquement inférieures à 1 x 10 -20. Pour disposer du carbone nécessaire, il est habituel d'alimenter le four avec un gaz porteur endothermique qui met le four en condition, à 20 % de Co par exemple, dans le cas d'un gaz porteur à base de méthane.

Dans la boucle d'atmosphère, le régulateur utilise le calcul du potentiel carbone reposant sur la concentration connue en oxygène pour augmenter le potentiel carbone en autorisant au gaz de cémentation supplémentaire (en l'occurrence le méthane) d'entrer dans le four.     

A l'inverse, pour diminuer le potentiel carbone, on introduit de l'air dans le four de manière contrôlée. Des fonctions de nettoyage automatique de la sonde garantissent la précision de la mesure, tandis que des alarmes d'état et d'encrassement de la sonde signalent toute dégradation constatée des performances de cette dernière.  

Commande de l'absorption IR des gaz
Le calcul du potentiel carbone au moyen d'une sonde à oxygène prend pour référence les conditions d'équilibre de l'atmosphère gazeuse dans le four. Des conditions d'équilibre existent rarement durant les cycles de cémentation courts ou moyens.
 
Par conséquent, le potentiel carbone de l'atmosphère, basé sur une sonde à oxygène, est souvent surestimé. De plus, le potentiel carbone est calculé uniquement à partir d'un seul composant gaz - la teneur en oxygène de l'atmosphère du four, et d'une valeur fixe pour le gaz porteur, le CO.

LA SOLUTION POUR UNE PRECISION OPTIMALE
Analyse à absorption IR trois gaz, avec compensation automatique de la sonde

Un système infrarouge calcule le potentiel carbone à partir des valeurs temps réel des gaz CO, CO2 et CH4, ce qui offre une précision très supérieure. Ce système calcule ensuite le facteur procédé ou facteur CO sur la base du % IR de carbone et transmet ce nouveau facteur au régulateur d'atmosphère Eurotherm, via une liaison de communication spéciale, ce qui permet à ce dernier de mettre à jour son facteur procédé. Il s'en suit que le régulateur d'atmosphère indique la même valeur que le potentiel carbone calculé par absorption IR. Si la sonde à oxygène est encrassée voire même défaillante, le système infrarouge est en mesure de compenser.

Ce système allie les avantages de la sonde à oxygène (souplesse et réponse) à ceux de la mesure par absorption infrarouge de plusieurs gaz (meilleure précision) pour offrir la meilleure régulation qui soit.

Avantages

Calcul précis du potentiel carbone de l'atmosphère - trois fois plus précis qu'une sonde
Compensation automatique de la sonde à oxygène
Vérification de la précision et des performances de la sonde à oxygène
Identification facile des problèmes d'atmosphère du four et des conditions qui y règnent
Réduction de la mise au rebut et du rattrapage grâce à une maîtrise précise du procédé et à la répétabilité

Contrôle de la diffusion
Traditionnellement, la cémentation utilise un profil de consigne programmé, dans lequel les durées correspondant aux différents paliers de température/carbone sont sélectionnées en fonction des résultats obtenus empiriquement par l'examen post-traitement des pièces.

Cette méthode fournit une recette variable selon l'acier/alliage, qui donne de bons résultats de reproductibilité, mais que les spécialistes du traitement thermique ont tendance à vouloir travailler à la limite haute de tolérance de l'épaisseur de cémentation.

Sachant que le procédé a pour objet d'obtenir des pièces dont l'épaisseur de couche cémentée est définie à une valeur effective, habituellement à la limite basse de tolérance, d'autres méthodes permettant de sélectionner la profondeur de cémentation conventionnelle sous la forme d'une consigne de régulation sont désormais disponibles, et à plus grande échelle.

La solution de diffusion à la profondeur de cémentation est disponible sous forme de bloc fonctionnel au sein du Superviseur visuel EyconTM. Il utilise un algorithme basé sur le
 
Ecran de profil carbone d'une cémentation gazeuse
potentiel carbone, la température, les caractéristiques du matériau et les facteurs de procédé pour déterminer le profil de consigne du carbone. 

Dans ce cas, la recette traditionnelle cède la place au calcul de diffusion dynamique en ligne, qui mène à terme le cycle de cémentation à la profondeur conventionnelle requise.

Avantages

Durée réduite du cycle

Calcul en temps réel du profil de la profondeur de cémentation