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MEMOIRE DESCRIPTIF DEPOSE A L'APPUI DE LA DEMANDE D'UN BREVET D'INVENTION pour Procédé et appareil améliorant le fonctionnement des cubilots, formée par
Société dite : GRIFFIN WHEEL COMPANY North Sacrameto Boulevard & Chicago Northwestern
Railroad à Chicago - Etats Unis d'Amérique
Dans la conduite d'un cubilot de fonderie, il est de pratique courante de verser alternativement des chargesde coke et des chargesdu métal à fondre en brûlant la charge inférieure de coke en contact avec le métal grâce à de l'air qu'on insuffle par le fond du cubilot. La combustion ultime du carbone dans le cubi- lot doit être et est toujours in complète.
En pratique, le carbone brûle en se transformant pour moitié environ
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de son poids en bioxyde de carbone et pour moitié en monoxyde de carbone. Une combustion incomplète est dé- sirable pour maintenir les conditions réductrices qui empêchemt l'oxydation du fer et, du reste, elle est imposée par la construction même du cubilot. Les gaz incomplètement brûlés s'échappent par la partie supé- rieure du cubilot et sont ensuite brûlés à l'air libre ou laissés librés de s'échapper. Par suite de cette com- bustion finale incomplète, il se produit une perte de chaleur nettement supérieure à 40%.
L'invention a pour objet l'utilisation d'une grande partie de ce gaz à grandes qualités calorifiques pour le réchauffage préalable de l'air de combustion se rendant au cubilot par utilisation d'un procédé pra- tique et efficace et d'un appareil facile à construire et susceptible d'un emploi industriel.
Considérée sous un certain angle, l'invention se propose l'élimination d'une fraction'du mélange de gaz chauds résultant de la combustion du coke à partir d'un niveau relativement.bas dans le cubilot à seule fin tout d'abord de maintenir une atmosphère réductrice dans la partie supérieure de ce cubilot et ensuite de réduire le volume de gaz s'élevant à travers les couches successives de coke et de charbon de sorte que le pas- sage do ces gaz s'effectue plus lentement et qu'on ait ainsi de plus grandes chances d'extraire le maximum de chaleur sensible à même la partie des gaz s'élèvent à travers le cubilot.
'Un autre but important de l'invention est de fournir un procédé permettant de faire fonctionner in- dustriellenent les cubilots de fonderie beaucoup plus
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économiquement aussi bien quant à la dépense de combus- tion que quant à la dépense d'énergie sans s'exposer à subir des pertes concomitantes du fait d'un abaissement de leur rendement ou d'une détériorations de ces cubilots.
Un autre but important de l'invention est d'az- @iver à ces heureux résultats sans changer le travail ordinaire dans les fonderies pour ce qui est de l'intro- duction des- masses métalliques à traiter dans les cubi- lots et de l'écoulement du métal hors de ces cubilots.
Divers autres buts de l'invention ainsi que maints avantages qu'elle permet d'obtenir découleront, du reste, de cette description et de la lecture du des- sin annexe qui en représente le mode de réalisation à adopter de préférence.
La figure unique de ce dessin est, en effet, une vue en perspective d'un appareil établi selon l'in- vention, ses parties constitutives étant supposées bri- sées et coupées pour plus de clarté.
Pour opérer la fusion de la fonte dans un cubi- lot, on y verse des charges alternées de coke et de fonte et on fait brûler la charge inférieure de coke selon la zone de combustion à laquelle l'air est insufflé. Dans cette zone le coke brûle en donnant ure forte proportion de CO2 et une proportion relativement faible de GO. Dans la conduite des cubilots telle qu'elle a été pratiquée jusqu'à présent, la chaleur provenant de la combustion du coke porte à l'incandescence les charges de coke qu'on verse ultérieurement par dessus la couche inférieure et au fur et à mesure que le gaz s'élève en traversant cette dernière, le pourcentage de CO s'accroît sensible- ment jusqu'à atteindre fréquemment 40% ou même davantage des gaz qui s'élèvent lorsqu'ils parviennent au sommet
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du cubilot.
Or l'invention dans l'application particu- lière qui en est indiquée ici se propose d'éliminer une notable fraction des gaz de combustion à partir d'un niveau assez voisin du sommet de la zone de cor.:- bustion c'est-à-dire avant qu'une transformation no- table du CO2 en 00 se soit accomplie: Les gaz sinsi éliminés sont brûlés pour convertir le gaz CO restant en gaz CO2 dans un récupérateur que traverse l'eir de combustion qui doit être amené à la zone de combustion.
Selon la présente invention, ce récupérateur est étudié pour extraire des gaz éliminés la chaleur de combustion pouvant résulter de la transformation du gaz 00 en gaz
CO2 et la chaleur sensible contenue dans ces gaz eu mo- ment où ils sortent du cubilot.
La partie des gaz de combustion qui n'est pas éliminée s'élève en traversant les couches successives pour s'échapper finalement au sommet du cubilot. Comme ces gaz sont de volume notablement réduit, ils ont plus de temps pour traverser des couches successives de sorte qu'un plus fort pourcentage de chaleur sensible en est extrait que cela n'était possible lorsque tous les gaz s'échappaient au sommet du cubilot. Toutefois l'inven- tion n'est nullement limitée à l'une quelconque de ces dispositions particulières bien que celles-ci soient particulièrement décrites ici. Elle porte de façon beau- coup plus générale µ sur le réchauffage préalable de l'air se rendant à un cubilot de fonderie et englobe les avan- tages d'économie qui en découlent ainsi que les diverses applications industrielles de ce principe.
L'appareil représenté au dessin comprend un cubi- lot proprement dit désigné par 1 comportant la porte de chargement 2 et les pieds 3 usuels. Cette porte de char-
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gement est placée à une distance suffisante au-dessus du fond 1; du cubilot pour qu'on puisse y verser le nom- bre désiré de charges alternées de coke et de fonte.
Le. chiffre 5 désigne une boîte à vent faisant tout le tour du cubilot et communiquant avec sa capacité in- terne par une série de tuyères équidistantes 6 disposées
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circonférentijilement à la hauteur de la charge infé- rieure de coke qui forme la zone active de combustion.
Les gaz résultant de la combustion s'élèvent à travers les charges alternées de coke et de fonte et les échauf- fent de la. manière ordinaire. Le cubilot est rempli à l'aide de charges alternées de coke et de fonte. Le pro- cédé perfectionné destiné à améliorer la marche du cu- bilot comporte un réchauffage de l'air insufflé dedans à seule fin que la couche inférieure de coke reçoive de l'air chaud qui la brûle et qui soit à une tempéra- ture suffisamment plus élevée que celle de l'atmosphère pour augmenter notablement le pourcentage de bioxyde de carbone comme résultat de la combustion tout en di- minuant de façon correspondante son pourcentage de mo- roxyde de carbone.
Cet air chaud ainsi insufflé brûle la ,:ouche inférieure de coke et tous les produits chauds de la combustion s'élèvent à travers les couches supé- rieures de coke et de fonte pour les chauffer préalable- ment.
Dans la construction représentée, le cubilot est ceinturonné par une tubulure d'écoulement 7 commu- niquant avec sa capacité interne par des conduits 8 se terminant par des ouvertures 9. Cette tubulure 7 est disposée, de préférence, à la distance désirée au-dessus de la zone active de combustion maisen dessous de la porte de chargement. Les ouvertures 9 sont agencées
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pour qu'une partie considérable des gaz non brûlés engendrés par la combustion qui a lieu dans le cubilot puisse être isolée c'est-à-dire dans le cas présent évacués hors du cubilot et brûlés de manière à créer de la chaleur utilisable pour réchauffer l'air insufflé dans le cubilot.
A cet égard si l'invention englobe diverses dispositions permettant de réchauffer ainsi cet air insufflé, une des dispositions à préférer est celle qui est représentée et qui comporte un réchauf- feur comprenant un corps 11 Monté sur des pieds de support fermes 12 et une chambre de combustion 13-14 à sa partie inférieure. Cette chambre de combustion est on peut être constituée par n'importe quelle matière usuelle ou préférable; dans l'exemple représenté, elle est pourvue d'une sole 15 percée d'un' certain nombre de trous 16 pour permettre aux produits de combustion de s'élever à l'intérieur du réchauffeur. Une chambre chaude 17 délimitée pars le bas par la sole 15, sur les côtés par les parois latérales du réchauffeur et vers le haut par un plateau 18 reçoit les gaz de combustion.
Un certain nombre de tuyaux 19 traversant les parois latérales opposées ainsi que la chambre chaude 17 et débouchent librement dans des collecteurs 21 et 22 placés à leurs extrémités opposées.
Ces tuyaux sont étudiés pour constituer des carneaux de réchauffage préalable de l'air de combustion @ des gaz dans la chambre de combustion. Cet air arrive au besoin à l'état comprimé par un conduit 23 puis par un autre conduit 24 dans lequel est monté un registre de réglage 25 dont le but va apparaître. Le conduit 24 communique librement avec l'intérieur du collecteur 21 tandis que le collecteur 22 communique par un orifice 26
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avec l'intérieur de la partie 14 de la chambre de com- bustion. Cette partie est disposée latéralement au corps
11 et constitue à la fois une chambre de mélange et une chambre de combustion. Un conduit 27 communique avec la chambre 14 et avecla tubulure 7.
Le plateau 18 est percé d'un certain nombre d'ouvertures dans lesquelles sont emboîtés un nombre égal de tuyaux ou carneaux verticaux 28 qui à leur tour sont emboîtés dans un second plateau 29 disposé nette- ment au-dessus du plateau inférieur 18. Les tuyaux 28 conduisent les gaz de combustion chauds de la chambre chaude 17 à une seconde chambre 31 placée au-dessus des tuyaux 28 et du plateau 29.
Cette chambre 31 est délimitée par ce. plateau 29, leparois latérales du réchauffeur et un plateau supérieur 32. Au-dessus de ce dernier est disposé un quatrième plateau 33, des tuyaux 34 passant à travers lesplaques 32 et 33 pour conduire les produits de combustion à un espace 35 si- tué au sommet du réchauffeur et communiquant avec l'ori- fice 36 de sortie des gaz résiduels qui est ou peut être muni d'un aspirateur 37.
L'air de combustion arrivant dans le cubilot doit être réchauffé et l'appareil est agencé de manière à le conduire par les tuyaux 28 et 34 selon un trajet qui forme un véritable circuit. L'air est admis par le conduit 23 dans l'espace compris entre les plateaux 32 et 33 et dans les tuyaux 34. Un conduit 39 communique avec cet espace et avec la partie de l'intérieur du ré- chauffeur située en dessous du plateau 29. Des chicanes 41, 42, 43, etc... prévues au-dessous de ce plateau 29 et au-dessus du plateau 18 s'étendent en sens opposés de sorte que l'air est obligé de cheminer en zigzag à
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travers le réchauffeur au fur et à mesure de sa des- cente par rapport aux tuyaux 28.
Un conduit 44 communique avec l'intérieur du réchauffeur juse au-dessus du plateau 18 ainsi qu'avec la boîte à vent 5 et sert à amener l'air de combustion chauffé du réchauffeur au cubilot.
Le réchauffeur est, de préférence, assez inti- mement associé avec le cubilot pour que les gaz qui pas- sent du premier au second arrivent dans la chambre de combustion du cubilot alors qu'ils sont encore chauds et même, si on le désire, à une température supérieure à leur point d'inflammation.
Il convient de noter que les tuyaux ou carneaux
19 parcourus par l'air de combustion se rendant au ré- chauffeur sont disposés dans l'espace chaud 17 de telle sorte que l'air froid traverse la zone la plus chaude du réchauffeur.
Un contrôle précis de la combustion qui a liau dans les cubilots était impossible jusqu'ici car.dès qu'on modifiait le vent il se produisait un changement dans l'allure de chauffe qui était trop disproportionné pour être pratique. A l'encontre de ceci, l'invention permet un contrôle précis de la combustion.
Le registre 25 permet de régler le débit d'air dans la chambre de combustion du réchauffeur ce qui permet, par une simple variation de ce débit, de contrôler dans quelle mesure s'opère la combustion et, par.voie de con- séquence, la température de l'air admis dans le cubilot sans que pour autant on doive sacrifier les avantages inhérents au réglage du vent au cubilot.
Il est donc manifeste que l'invention permet de réaliser une économie notable dans la quantité de combus-
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tible requise pour porter la fonte à la température désirée en même temps qu'une économie notable dans la quantité d'air qu'il faut pour faire fonctionner le cubilot..En effet, tout d'abord on emploie moins de combustible et ensuite il se produit une transmission directe de chaleur pour la fusion de la fonte puisque l'air même a été ré- chauffé. Il est évident que l'économie d'air est impor- tante dans l'évaluation de la puissance requise pour faire fonctionner l'installation.
Il est entendu que diverses modifications pourraient être apportées dans la forme, la construction et la dis- position des divers organes sans pour que pour autant on sortît du domaine de l'invention, la description ne portant que sur un mode de réalisation choisi comme exemple.
Revendications
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1. Procédé d'amélioration du fonctionnement des cubilots caractérisé par une phase de réchauffage préalable de l'air de combustion fourni au cubilot et d'élimination des gaz non brûlés résultant de la combustion qui s'opère dans le cubilot de sorte que l'air fourni au cubilot est à une température suffisamment plus élevée que celle de l'atmosphère pour accroître notablement le pourcentage de bioxyde de carbone par suite de la combustion et pour réduire dans une mesure correspondante le pourcentage de monoxyde de carbone.