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: npROCEDE ET APPAREIL POUR LA REDUCTION . OU FUSIPN HE MATIERHrS ZINCIEERBS" t:.."
La présente invention concerne la réduction, ou fusion, de matières zincifères et elle a pour objet un pro- cédé et un appareil permettant d'effectuer cette opération dans de meilleures conditions que jusqu'à présente
Le zinc lorsqu'on le produit par la réduction à hautes températures de minerais de zinc oxydés , est
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presque universellemeïit fait , à l'heure actuelle dans des fours à distiller le zinc ayant un certain nombre de cornues , relativement'petites ,
aux bouts externes desquel- les des petits condenseurs sont attachés* Les cornues sont habituellement montées sous une légère inclinaison en étant
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usuellement inclinées de haut en bas de leur gros bout, ou extrémité close , vers le bout ouvert ou externe. Les cor- nues sont faites en matière réfractaire. cotise, la terre ré- fractaire, le carbure de silicium , etc., et sont chauffées extérieurement par des gaz de foyer à une température avoi- sinant 1400 à 15000 Ce* Dans le fonctionnement de ces fours, on charge les cornues (habituellement une fois par 24 heures) de minerai de zinc et de houille.
La partie de la charge à travailler la première est la couronne de charge immédiate- ment adjacente à. la paroi interne , chaude ,de la cornue.
Pendant le travail de cette couronne ,sa température ne s'élève pas beaucoup au-dessus de la température à laquelle la charge particulière à laquelle on a affaire se réduit activement. car l'énergie thermique est consommée pour produire la réduction Bais, lorsque la couronne de charge est en grande partie, travaillée, la température de la charge travaillée s'élève parce qu'il ne se produit que peu, sinon pas, dautre absorption de chaleur.
A mesure que la température de cette couronne augmente, de la chaleur commende à passer plus rapidement dans la couronne de char- ge immédiatement suivante vers l'intérieur, où elle est à son tour obsorbée à la température active du niveau de ré-é action* En travaillant ainsi progressivement les couronnes concentriques internes de charge et en continuant à chauffer les couronnes externes de charge épuisée ou résidu, en en élevant davantage la température, le travail de la charge progresse finalement Jusqu'au centre ou coeur de la cornue6
Les couronnes de charge travaillées progressive- ment consistent' pour la majeure partie, en cendre de houille épuisée et en minerai de zinc épuisé.
La cendre de houille épuisée, qui est très lâche.et cellulaire comme conséquence du fait que le carbone en a été brûlé, et le
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minerai de zinc épuisé qui est également très lâche et cellulaire comme conséquence de ce que le zinc en a été volatisé, constituent un calorifuge, des plus efficaces et la température de la paroi de la. cornue doit par conséquent être élevée très haut afin de chasser à travers ce résidu calorifuge et dans le coeur de la cornue , dans un temps donné, la chaleur nécessaire pour réduire le minerai qui se trouve dans ce coeurs Dans le cas de la cornue à zinc ordi- naire (de 15 à 23 centimètres de diamètre) fonctionnant avec une charge lâche, ou non agglomérée, c'est une opération d'unejournée (approximativement 24 heures).
Mais, même avec cette longueur de temps allouée pour la pénétration de la chaleur, la. température de la paroi de la cornue nécessaire pour chasser ou faire passer la chaleur dans le coeur de la charge est si élevée que le minerai et la cendre de houille épuisés qui se trouvent dans la couronne externe, voisine de la paroi de la cornue, fondent et se scorifient en collant à cette paroi, ce qui retient ainsi la charge, abaisse la conductibilité, pour la chaleur,
de la paroi de la cornue et-rend difficile l'enlèvement de la charge épuisée*
On éprouve une difficulté considérable à enlever des cornues les résidus épuisés'que l'on doit tirer ou ra- cler de la cornue avec-un outil spécialement construit à cet effets Ces résidus épuisés sont fréquemment scorifiés et forment des adhérences très indésirables aux parois des cornues. En plus de la difficulté du chargement et du déchar- gement des cornues et de la longue période de temps = 24 heures pour le travail complet d'une charge de cornue = que nécessite l'opération d.e réduction, cette façon de faire ha- bituelle antérieure est loin d'éliminer complètement le zinc
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disponible de la matière zincifère de la charge.
Une quanti- té relativement grande de ce zinc non éliminé reste avec les résidus épuisés et est perdue.
A la connaissance des auteurs de la présente in- vention; les chambres réductrices dans les fours à distil- ler le zinc habituellement employés jusqu'ici dans l'indus- trie, ont été universellement construites en matière réfrac- taire, ou garnies de matière réfractaire comme la terre ré- fractaire, le carbure de silicium, etc.* La fabrication des cornues à. zinc usuelles exige de la part du céramiste la plus grande habileté et la fabrication, la préparation sub- séquente et la cuisson de ces cornues prennent des périodes de temps relativement longues*
Les progrès réalisés dans ces dernières années dans la fusion industrielle de minerais de zinc, pour pro- duire du zinc,
l'ont été en grande partie à deux points de vue, à savoir : 1*usage, dans la construction du four, de matériaux réfractaires plus résistants aux hautes tempéra* tures et le travail de charges moins aisément fusibles* Le développement de l'industrie dans ces deux directions a été motivé par l'appréciation générale du fait que plus le ni- veau de température auquel de la chaleur peut être chassée dans rne charge est élevé, plus on peut mettre de charge dans une cornue de dimension donnée et plus complètes sont la réduction et la volatilisation de la teneur en zinc du minerais
Afin dutiliser de la chaleur à des niveaux de température plus élevés, il était d'abord nécessaire de construire les chambres de chauffage, ou laboratoires,
dans lesquelles les cornues sont placées et dans lesquelles la chaleur est engendrée, en matériaux plus résistants aux tem- pératures élevées. En conséquence, on fit usage de meilleures
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terres réfractaires pour les supports des cornues et les voûtes des chambres, puis on substitua aux terres réfrac- taires 'des matériaux réfractaires entièrement différents à savoir : la silice et le carbure de silicium. Aujourd'hui la meilleure pratique consiste à faire usage de voûtes en silice dans le cas où la maçonnerie est refroidie sur l'un des cotés et de parois centrales en carbure de silicium dans le cas où toute la maçonnerie se trouve dans la zone chaude.
En même temps que la chambre de. chauffage était rendue plus résistante aux hautes températures, on perfec tionnait également les cornues. L'usage de meilleures terres ou argiles et, plus particulièrement, le plus usage de car- bure de silicium ont eu pour résultat la production de cornues qui supportent des températures beaucoup plus éle- vées qu'auparavant sans courbure, ou fléchissement, ni scorification. la seconde chose faite pour permettre de faire usage de températures plus élevées dans la fusion du zinc a été d'améliorer le minerai et le combustible réducteur carbonacé existant dans la charge mélangée, en vue de ren- dre la charge moins fusible.
En ce qui concerne le minerai, cela fut accompli par un meilleur broyage dans lequel une plus grande partie des constituants facilement fusibles et stériles sont séparés des minéraux de zinc. Un meilleur mé- lange de différents minerais a également amené une tendance moindre, de la part de la charge mélangée, à se fondre aux températures de fusion régnantes,, On a amélioré le combus- tible réducteur carbonacé en choisissant des matières à te- neur en cendres relativement faible aussi bien qu'en sépa- rant ou écartant des matières carbonioées à teneur en cen- dres relativement élevée.
Conséquemment, les auteurs de l'invention trou- vent que. les niveaux de températures des opérations de fu-
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sion de zinc ont beaucoup augmenté dans ces dix dernières années, en particulier dans les fours de fusion plus pro- gressifso En contraste avec cette pleine appréciation des avantages d'opérations à plus'hautes températures et avee la réalisation industrielle de ces avantages, la fusion du zinc à des températures plus basses, et particulièrement à des températures inférieures à 1200 C., n'a été que peu, sinon pas du tout, prise en sérieuse considération indus- trielle ni dans la pratique ni dans la littérature* Cela est indubitablement dû au fait qu'on n'a pas, jusqu'à pré- sent, jugé possible de travailler une grosseur économique de charge pour la.
production de zinc, même en un cycle de
24 heures, avec de la chaleur fournie à des niveaux de température inférieurs à 1250 à 1400 C.. En fait, ces températures élevées sont réellement nécessaires si l'on doit chasser de la chaleur à travers une charge et un ré- sidu lâches et fortement isolants tels que ceux qu'on ren- contre dans la pratique habituelle des cornues à zinc*
Les recherches et expériences des auteurs de l'invention ont montré qu avec des agents réducteurs et ca- pables d'activer le charbon, convenables, et dans les con- ditions voulues de finesse' de matières zincifère et car- bonacée et des conditions de mélange convenables, des quantités appréciables de zinc sont récites de ses com- posés à des températures inférieuresà 950 C.
et que le taux de dégagement de zinc devient important à environ 950 C. et peut être amené à un point tel qu'on peut fai- re une élimination de 90 pour cent, ou plus, en moins de 24 heures à des températures avoisinant 1050 C.. La ré- duction ou fusion à ces températures relativement basses est rendue entièrement industrielle en fournissant de la
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chaleur, à ce niveau de température, à une quantité suf- fisamment grande de charge sensiblement en même temps.
Cela est possible en agglomérant la charge de matières zincifère et carbonacée mélangées et en utilisant au maximum les trois façons d'assurer un transfert de cha- leur (à savoir : transfert rapide de chaleur par des gaz porte-chaleur passant avec une vitesse considérable à tra- vers les vides de la charge agglomérée ,rayonnement rapide de chaleur en travers-dès vides entre les agglomérés et bonne conduction de chaleur à travers des agglomérés indi- viduels rendus compacts) #
La présente invention implique en conséquence une réduction ou fusion d'une charge agglomérée de matière zincifère et de matière réductrice carbonacée, mélangées, en fournissant la chaleur nécessaire pour la réduction à un niveau ou potentiel de température n'excédant pas 1150 C.
Avec ces températures relativement basses, les auteurs de l'invention pnt, de plus, découvert que l'on peut conduire la réduction dans des chambres réductrices dans lesquelles celle ou celles de leurs parois qui sont exposées à la char- ge chaude et aux produits gazeux chauds s'en dégageant sont construites en métal et plus particulièrement en fer forgé ainsi qu'en alliages nickel-chrome, nickel-fer,' chrome-fer et nickel-fer-chrome. En conséquence, l'invention comprend en outre la réduction ou fusion d'une charge agglomérée de matières zincifère et réductrice carbonacée, mélangées, dans une chambre réductrice métallique dans laquelle la chaleur nécessaire pour la réduction est fournie à un niveau ou potentiel de température n'excédant pas 1150 C..
L'in- vention vise également un appareil perfectionné, pour fon- dre une charge agglomérée de matières zincifère et réductri- ce carbonacée, caractérisé par le fait que la ou les parois de la chambre réductrice qui sont expesées à la charge
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chaude et au:: produits gazeux chauds s'en dégageant, ou la ou les parois qui fournissent de la chaleur à la charge agglomérée, sont construites, pour la majeure partie, en métal..
Deux conditions ont une signification particuliè- re en rendant industriellement possible la réduction de matière zincifère aux-températures relativement basses qu'en- visage l'invention. La première de ces conditions implique qu'on fournisse la chaleur, à la température relativement basse de réduction, à une quantité relativement grande de charge en même temps;.
Dans la pratique, cela peut être ef- fectué en agglomérant la charge de matières zincifère et carbonacée et en conduisant l'opération de réduction dans une chambre de dimensions et de configuration telles que cela permette d'obtenir lavantage le plus complet possi- ble du transfert rapide de chaleur dans toute la charge par des courants de gaz chauds* La seconde condition impli- que qu'on.rende la charge mélangée de matières zincifère et carbonacée aussi aisément réductible que possible, en a- baissant par cela même la température à laquelle du zinc se dégage à un taux donné.
Cela peut se faire de diverses façons, par exemple en activant 1$agent réducteur carbona- cé, par exemple en carbonisant des matières carbonacées grasses ou bitumeuses, ou par 3'addition d'agents capables d'activer le charbon, comme la vapeur d'eau, l'hydrogène, les alcalis, le sel, l'oxyde de fer, etc., ou en ajoutait de l'hydrogène, de la vapeur d'eau, du chlorure d'ammonium, du chlorure de zinc, et.c, aux gaz passant à travers la charge, ou par un-broyage plus complet des matières zinci- fère et carbonacée, ou par un mélange plus intime de ces matières*
Bien que les avantages d'une fusion ou réduction à hautes températures soient importants et aient permis de
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réaliser des économies considérables dans la pratique,
une considération des économies possibles que l'on peut obtenir par une réduction à basse température rend cette dernière façon de procéder Nettement attrayante pour bien des rai sons. En premier lieu, une réduction à basse température, lorsqu'on considère les efforts mécaniques et thermiques, rend possible l'usage des parois métalliques pour la chambre réductrice, avec tous les avantages que présente le métal en raison de la facilité avec laquelle on peut l'usiner, le boulonner, le souder ou l'ajuster autrement en ensembles de dimensions considérables.
Le second avantage important d'une réduction à basse température, avantage qui a peut être même une impor- tance plus grande que le premier, c'est qu'elle rend pos- sible le travail, pour l'extraction du zinc de minerais )son marché, de mauvaise qualité, qui ont été considérés jus- qu'à présent comme inutilisables dans ce but en raison de leur tendance à entrer en fusion, à se scorifier, à se frayer un chemin à travers la cornue ou à couler réellement comme de 1 eau de l'avant des cornues lorsqu'on les fond aux niveaux de température relativement élevés qui ont prévalu jusqu'ici Dans la pratique de l'invention, il est possible, aux niveaux de température relativement basse qu'on y utilise d'éliminer 90 %, ou plus,
du zinc pré- sent dans les produits zincifères les plus réfractaires et,de la plus mauvaise qualité que les auteurs de l'in- vention aient rencons , et on obtient ce résultat en a- menant la charge agglomérée progressivement à travers la chambre réductrice sans aucune fusion ou scorification, quelle qu'elle soit, et en déchargeant les résidus encore agglomérés dans ce que le métallurgiste en zinc appelle- rait un état sec.
Un facteur important étroitement lié au second avantage de la réduction à basse température
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est le fait que des alcalis et autres matières, qui ont tendance à abaisser la température de fusion ou de sco- rification de la charge, ont également' un effet avantageux marqué sur le taux auquel le zinc est réduit aux basses températures* En travaillant à de basses températures, on peut réaliser le bon effet des additions d'alcali, et additions similaires, sans les effets ultérieurs préjudi- ciables de scarifier le résidu épuisé.
Un autre avantage important d'une réduction à basse température est qu'aux températures plus basses, il y a considérablement moins de volatilisation de matières qui gênent la condensation subséquente de vapeurs de zinc et diminuent la pureté du zinc receuilli. Ainsi, des subs- tances volatiles telles que les composés oxygénés du soufre le silicium et les sulfure de zinc, de plomb et de fer ont tendance à revêtir ou à modifier nuisiblement la surface des gouttelettes de zinc condensées dans le condenseur et à contrarier par cela même sérieusement la coalescence de ces gouttelettesa
Un autre avantage important d'une réduction à basse température est le fait que plus la température des chambres de chauffage et de réduction est basse, plus l'utilisation de la chaleur de la source, quelle qu'elle soit, qui peut la leur fournir est économique* De plus,
ces températures relativement basses permettent l'usage, pour la construction des fours, de matériaux moins réfrac- taires, et par conséquent moins couteux, et dans bien des cas meilleurs calorifuges*
Sur les dessins ci-joints on a représenté deux types différents de fours propres à la mise en prati que de l'invention. Nais il va sans dire que ce ne sont là
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que des exemples et que l'invention peut être mise en pra- tique dans d'autres types de four.
Sur ces dessins t
Figé 1 est une élévation de face en coupe et
Fig. 2, une élévation latérale en coupe d'un four à cornue verticale;
Fig. 3 est une élévation en coupe, à grande échel- le, de la partie supérieure du four de fig. 1 et 2 et du condenseur y associé;
Fig. 4 est une élévation en coupe longitudinale et
Fig. 5 une élévation en coupe transversale sui- vant 5-5 , Fig. 4 ,d'un four à sole horizontale mobileà
Le four représenté aux figs. 1, S et 3 comprend une cornue cylindrique verticale, suspendue, 10 en métal tel que le fer forgé* Cette cornue est entourée, sur la majeure partie de sa hauteur, par une chambre de chauffage, ou laboratoire, 11 qui est établie à l'intérieur d'une structure de four comprenant une chemise externe en acier 12,une couche de poudre de sil-o-cel 13, un garnissage intermédiaire 14, en briques de sil-o-cel ou leur équiva- lent, et un garnissage interne 15 d'une ou plusieurs cou- ches de briques d'"Insulfrax" ou leur équivalent.
Des ou- vertures appropriées sont prévues à travers la paroi de la structure de four pour permettre l'introduction de py- romètres 16 à l'intérieur de la chambre de chauffage 11 afin de déterminer et de contrôler d'une façon appropriée la température dans toute la longueur, ou hauteur, de cette chambre
Le four est monté sur une fondation appropriée 17.Un prolongement cylindrique 18 est boulonné, ou assujet- ti autrement d'une façon convenable, sur le dessous de la plaque refond en acier, du four et sert de guide pour un pro-
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longement de la- cornue 10 au-dessous du fond du four. Un transporteur à plateaux 19 est monté directement sous le prolongement 18 pour retirer du bas de la cornue 10 la charge travaillée, ou résidu épuisé, et la transporter de sous le four à des moyens de décharge appropriés.
On peut employer un moyen quelconque pour chauffer extérieurement la cornue métallique 10, en tenant dûment compte du métal particulier dont cette cornue est faite. Ainsi, par exemple, les produits de combustion obtenus en brûlant un combustible tel que houille, pétrole ou gaz, peuvent être conduits à travers la chambre de chauffage 11 autour de la cornue métallique 10 et à une cheminée appropriée On peut engendrer de la cha- leur dans la cornue métallique elle-même, comme dans un four électrique à induction, la cornue en métal agissant pour absorber et convertir en chaleur l'énergie électroms gnétique rayonnée d'un circuit électrique primaire l'entou- rapt Dans l'appareil représenté sur les dessins, ayant une cornue en fer forgé,
le chauffage de la cornue est de pré- férence effectué par des résistances en graphiter Les uni- tés de chauffage électrique comprennent trois paires de ré- sistances en graphite, 20 ,placées âmes niveaux différents dans la chambre de chauffage 11. Les résistances 20 sont creuses sur une partie appropriée de leur longueur et pré- sentent une rainure en hélice de façon à offrir un chemin de résistance hélicoïdal pour le passage du courant élec- trique. Les résistances 20 de chaque paire sont connectées ensemble sur l'un des cotés du four et, sur le côté opposé de celui-ci, les deux résistances sont connectées respecti- vement à des bornes opposées de la source d*énergie électri- que* .
Les résistances 20 sont supportées dans des tu- bes de carbofrax 21 dont les extrémités reposent dans les
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parois opposées de la structure de four et dont les milieux sont supportés sur des consoles 22. Les tubes 21 présentent, sur le dessus, des ouvertures 23.
Cette disposition des ré- sistances à l'intérieur des tubes en carbofrax produit un chauffage contrôle et uniforme dans toute la hauteur de la cornue 10. la partie supérieure de la cornue métallique 10 se prolonge à quelque, distance au-dessus de la partie su- périeure du- four Il est important que ce prolongement de la cornue 10 soit soigneusement isolé pour empêcher un rayon- nement excessif de chaleur et, plus particulièrement dans le cas d'une cornue en fer forgé, protéger la cornue contre des influences oxydantes* La partie supérieure prolongée de la cornue 10 présente un tuyau de sortie latéral 10', également en métal et de préférence soudé à la cornue, dans lequel s'adapte comme il faut un manchon cylindrique en graphite, 24,
qui sert à conduire à un condenseur multitubulaire les produits gazeux engendrés dans la cornue 10.
La*'cornue métallique 10 est suspendue, d'une fa- çon appropriée ..quelconque, à des poutrelles à double-té 25 de la carcasse du four. Une série d'équerres métalliques 26 sont boulonnées, ou assujettiesautrement d'une façon appro- priée, au sommet de la cornue, avec interposition entre elles et cette dernière de feutre d'amiante ou autre matière calo- rifuge appropriée 27, et à ces équerres est assujettie une couronne 28 qui repose sur les poutrelles 25et dont l'ouver- ture centrale est d'un diamètre un peu plus grand que celui de la cornue 10¯ Du feutre d'amiante, ou autre matière calori- fuge appropriée, 29 est de préférence disposé entre les sur- faces adjacentes des équerres 26 et de la couronne 28.
Une couronne métallique 30 est boulonnée à la cor- nue 10; à l'intérieur de celle-ci et au-dessus du tuyau de sortie 10'. De la matière calorifuge 31, comme l'amiante, est interposée entre la couronne 30 et la cornue. Un entonnoir
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renversé, en tôle, 32 repose sur la couronne 30 et l'espace entre la cornue et.cet entonnoir, au-dessus de la couronne
31,est rempli de pâte de charbon durcie 33.
Un obturateur ou cloche tronconique 34 est sus- pendu, de façon à pouvoir se mouvoir, à l'intérieur de la partie inférieure évasée de 1* entonnoir renversé 32. L'ob- turateur 34 est de préférence fait en graphite et sa surface inférieure est évidée et remplie de matière calorifuge 356
Une tige de commande 36 est assujettie, par son extrémité inférieure, à l'obturateur 34 et peut être soulevée et abais- sée pour charger la cornue* comme ce sera plus complètement expliqué ci-après.
La partie supérieure, prolongée de la cornue 10 et son tuyau de sortie latéral 10'sont entourés par de la pâte de charbon durcie 38. Un couvercle 37 en tôle, par exemple, est prévu pour le sommet de l'entonnoir 32 et le bord inférieur de ce couvercle se loge dans du poussier de houille 39 se trouvant à la partie supérieure de la pâte en charbon durcie 33. Un dispositif sensible µ. la pression 40 , passe à travers le couvercle 37 dans l'extrémité supé- rieure de l'entonnoir 32 et est relié à un manomètre 41 et à un instrument enregistreur de pression 42.
Cette partie pro- longée de la cornue 10, avec la couche de pâte de charbon 38 la renfermant, est entourée par du poussier de houille 43 convenablement retenu par une chemise en tôle 44,Une couche de poussier de houille 45 est également placée sur le dessus du couvercle 37.
Le condenseur multicellulaire représenté sur les dessins ci joints comprend une chambre distributrice de gaz et collectrice de métal fondue-¯469 ayant une entrée de gaz en communication avec la sortie de gaz 24 de la cornue 10.
Une tour ou colonne-, de condensation multitubulaire 47 est montée sur le dessus de la chambre 46, avec sa multiplicité
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de tubes ou canaux en communication avec la chambres La chambre 46 et la tour 47 sont construites en graphite et sont entourées par une couche de pâte de charbon durcie 48 qui, à son tour, est entourée par une masse de poussier de houille 49 convenablement retenue par une chemise en métal
50. Une hotte en tôle 51 couvre les orifices supérieurs, ou de sortie de gaz, de tous les canaux qui se trouvent dans la tour 47.
Le bord inférieur de la hotte 51 est enfoui au degré voulu dans le poussier de houille 49 l'entourant* La hotte présente, à sa partie supérieure, une ouverture dans laquelle on peut introduire des bouchons 52 ayant des orifi- ces centraux de grandeurs (graduées) différentes* Un disposi- tif sensible à la pression, 53 ,est introduit dans la hotte 51 et est relié à un manomètre 54 et à un instrument enregis- treur de pression 55.
La chambre 46 est pourvue, près de sa 'partie inférieure. d'un trou de coulée 56 à travers lequel du métal fondu peut être retiré du condenseur de temps à autres Le trou de coulée 56 'est normalement fermé par un bouchon in- terne, en graphites assujetti à une tige de manoeuvre 58 et un bouchon externe 59, en terre réfractaire ou son équiva lents La chambre 46 est également pourvue d'une ouverture de nettoyage, 60, normalement fermée par un bouchon interne en graphite, 61. et un bouchon externe, 62. Les bouts externes du trou de coulée 56 et de l'ouverture de nettoyage 60 sont de préférence recouverts de chapeaux 63 en matière colorifuge.
L'extrémité inférieure de la cornue métallique 10 descend à travers le garnissage du fond de la chambre de chauffage 11 et n*est pas supportée par ce garnissage, ou n'y est pas liée autrement, mais est. au contraire, libre de se mouvoir s'il le faut par rapport au garnissage* Cette extré- mité inférieure de la cornue est fermée, autour de sa circon- férence et en un endroit adjacent au garnissage du fond, par une couronne de briques ou maçonnerie de carbofrax, de pâte de charbon durcies de graphite, etc , 15' qui n'adhère pas sur la
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cornue.
On voit quainsi. la cornue-est supportée entièrement par son extrémité supérieure$'.et nest nulle peut ailleurs as- sujettie ni liée à la structure du four* la cornue est par conséquent libre de s'allonger, de se dilater ou de se con- tracter quand il le fauta
La partie supérieure de la Cornue métalliqueest soigneusement isolée pour empêcher les pertes de chaleur et est, de plus, soigneusement protégée contre des influences oxydantes et contre Inaction nuisible du zinc métallique con- denses Ainsi, bien que la cornue en métal soit chauffée au. rouge dans toute cette partie de sa hauteur* qui est exposée à la source de chaleur, et aux produits gazeux chauds de la ré- duction, sa partie supérieure est relativement froide et noi- re.
Le prolongement supérieur de la cornue est soigneusement isolé par du feutre d'amiante, ou son équivalent, de tous les milieux conducteurs de chaleur adjacents, ce qui réduit par cela même au minimum la perte de chaleur par conduction à tra- vers cette partie de la cornue* La pâtede charbon durcie 38 et 33 entourant les surfaces externe et interne de la partie supérieure de la cornue agit tant comme calorifuge (par rap- port au métal) que pour maintenir des conditions réductrices autour de la partie supérieure de la cornues Le dispositif de chargement, au haut de la cornue,, protège cette partie relati- vement froide de la cornue contre les influences du zinc con- densé.
La cornue métallique 10 peut être faite en fer for- gé, en acier, en alliage d'acier, etc.* Elle peut être faite de plusieurs éléments soudés ou assujettis ensemble d'une au- tre façon appropriée* On a obtenu des résultats très satisfai- sants avec une cornue en fer forgé à laquelle la chaleur, pour la réduction de la charge agglomérée, était fournie à une tem- pérature d'environ 1050 à 1100 C.. Divers alliages nickel-.- chrome-fer sont utilisables pour la fabrication de la cornue
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métallique 10.
C'est ainsi qu'on a trouvé que le "Hybnickel" convenait particulièrement bien pour la cornue métallique aussi bien. que le "Nichrome" et le "Duralloy" Les composi... tions approximatives de ces alliages sont les suivantes
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<tb> Hybnickel <SEP> Nichrome <SEP> Duralloy
<tb>
<tb> Nickel..... <SEP> 38 <SEP> % <SEP> 65 <SEP> 10
<tb>
<tb> Chrome.... <SEP> 17 <SEP> 13 <SEP> 25
<tb>
<tb> Fer........ <SEP> 55 <SEP> 22 <SEP> 61
<tb>
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/en Y,û Pour mettre I'invention/pratique dans le four re- Ir présenté aux figsô le 2 et 3, on agglomère la charge mélan- gée de matières zincifère et carbonacée et on la fait passer progressivement à travers la cornue métallique, ou chambre réductrice, 10.
L'agglomération de la charge mélangée, com- prenant la grosseur, la forme, la résistance et la manière de faire les agglomérés, aussi bien que la progression des agglomérés à travers la cornue sont eent conduites en vue d'assurer les conditions optima pour le rapide transfert de chaleur, par des courantes de gaz chauds, à travers la char- ge agglomérées, Ainsi, la charge agglomérée passe à travers la cornue sans brisement notable des agglomérés et les rési- dus travaillés sont déchargés du bas de la cornue selon que cela est nécessaire pour permettre de charger dans celle-ci des agglomérés frais, les résidus déchargés étant dans un état sec et pour la majeure partie sous la forme d'agglomé- rés.
Suivant la caractéristique de l'invention, la chambre de chauffage, ou laboratoire, 11 du four est mainte- nue à une température n'escédant pas environ 1150 C.. On y arrive en surveillant attentivement les températures régnant dans toute la chambre de chauffage, telles qu'elles sont in- diquées par lespyromètres, 16 et en réglant et contrôlant soigneusement les moyens: de chauffage pour maintenir ces températures dans des limites prédéterminées ne dépassant pas une température maximum d'environ 1150 C..
De cette ma
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nière, de la chaleur est fournie à la charge agglomérée à des niveaux, ou potentiels, de température non supérieurs à
1150 C. et en raison des conditions favorables existant dans la charge avançant progressivement pour le transfert de cha- leur dans toute cette charge par des courants de gaz chauds, la chaleur fournie à ce niveau de température relativement bas est rapidement amenée à toutes les parties de la chargea
La réduction, ou travail, de la charge agglomérée dans la cornue 10 est une opération sensiblement continue.
De temps à autre, suivant les besoins, on charge des agglo- mérés frais dans la partie supérieure de la cornue après a- voir déchargé du bas de celle-ci une quantité* appropriée de résidus épuisés* Pour charger des agglomérés frais, on sou- lève le couvercle 37 et 1*on remplit d'agglomérés le col de l'entonnoir de chargement 32.
On abaisse ensuite le couver... cle pour fermer le haut de l'entonnoir 32 et on abaisse l'ob- turateur 34 pour permettre aux agglomérés de tomber dans la cornue* On relève ensuite l'obturateur 34 et l'on répète cette suite d'opérations jusqu'à. ce que la quantité désirée .
de charge ait été introduite dans la cornue,,
Les opérations de chargement sont ainsi conduites avec le minimum de déperdition de gaz portant du zinc*
La fermeture initiale de l'extrémité de chargement de la cornue est effectuée par l'obturateur 34, s'appliquant dans la partie évasée de l'entonnoir 32, et la fermeture fi- nale est effectuée par le couvercle 37, avec son bord enfoui dans le poussier de houille 39 et sa couche supérieure de poussier de houille 45.
Les gaz chargés de métal sortant de la cornue 10 passent dans le condenseur multitubulaire où l'on maintient des conditions'appropriées de température et de pression pour une bonne condensation du méta?
L'exemple spécifique suivant illustrera plus complè- tement les principes de 1* invention mise en pratique dans un
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appareil de la disposition représentée aux figs. 1, 2 et 3; mais il va, sans 'dire que cet exemple n'est nullement limi- tatif.
La cornue 10 était un tube de fer forgé de 8 mè- tres 85 centimètres de long et 50 centimètres de diamètre intérieur, avec une épaisseur de paroi de 9 millimètres et demi* Le tuyau de sortie 10'avait 30 centimètres de diamè tre et était à environ 90 centimètres du haut de la cornue.
Le manchon en graphite. 24, avait 20 centimètres de diamètre.
La température dans la chambre de chauffage ou laboratoire
11 était approximativement de 1075 C..
La charge était constituée par approximativement
60 parties, en poids, de minerai de silicate de zinc fine- ment divisé(contenant de 45 à 50 % de zinc) et 40 parties en poids d'une houille grasse bitumeuse (contenant environ 18 % de matière volatile avec 3 % de liqueur résiduelle de la fabrication du papier par le procédé au bisulfite (50 % de solides). A peu près 80 % du mimerai de zinc passait à travers un crible de 8 mailles au centimètre linéaire. La houille grasse était pulvérisée de façon qu'approximative- ment 80 % passait à travers un crible ou tamis de 8 mailles au centimètre linéaire* Le minerai de zinc et la houille étaient placés dans un malaxeur tournant du genre de ceux employés pour le mélange de béton, et intimement mélangés.
Du malaxeur tournant, on déchargeait la matière directe- ment dans un moulin cMlien à sec et on la soumettait à l'action de malaxage et de broyage du moulin pendant quel- ques minutes. Du moulin chilien, la matière était amenée à une presse à briquettes et formée en briquettes par une for- ce de compression d'environ 140 kilos par centimètre carrés Les briquettes étaient à près sphériques et avaient environ 70 millimètres de diamètre*
On chargeait les briquettes, sans séchage, dans une cornue de carbonisation verticale, chauffée extérieure-
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ment, où on les soumettait à une température de carbonisa- tion d'environ 700 C..
Dans l'opération de carbonisation il est désirable de laisser dans le produit carbonisé ou transformé en coke, un pourcentage aussi élevé que possible des substances volatiles non condensables et, en même temps d'éliminer aussi complètement que possible les goudrons(,
Il résulte de Inaction de carbonisation que les particules intimement mélangées de minerai et de houille sont fermement tenues ensemble par l'action liante du coke formé dans l'o- pération de carbonisation*
Les agglomérés carbonisés étaient transférés, sans perte notable de chaleur,
de la cornue de carbonisa- tion à la cornue de fusion verticale et introduits dans celle-ci à l'allure d'environ 135 kilos à intervalles d'une heure et demies Le chauffage de la cornue était contrôlé de manière à maintenir sur l'extérieur de celle-ci une tempé- rature d'environ 1075 G. ; il ne se formait pas de scorie et il ne se produisait pas de fusion des agglomérés
Les. produits gazeux de la réaction, pour la ma- jeure partie des vapeurs de zinc et de 1*oxyde de carbone avec 0,2 à 0,8 % d'anhydride carbonique, passaient à travers le condenseur où les vapeurs de zinc étaient condensées, receuillies et périodiquement enlevées à l'état de zinc métallique.
Malgré que le chargement du four était inter- mittent (toutes les heures et demie) sa marche, dans l'en- semble, était continue, la cornue métallique 10 étant tou- jours remplie d'une charge agglomérée en cours de réductions
On retirait du bes de la cornue, avant chaque opération de chargement, la quantité de résidus épuisés nécessaire pour permettre le chargement subséquent d'envi- ron 135 kilos dagglomérés frais* Pour la plus grande partie
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les agglomérés, à mesure qu'on les déchargeait, conservaient leur forme briquetée originelle et étaient libres et non adhérents (ce que les. métallurgistes en zinc appelleraient un résida sec) (;
La quantité d'e zinc contenu dans ces rési- dus se montait en moyenne à environ 4 %, représentant ainsi une élimination ou extraction de plus de 90 % du zinc total contenu dans le minerai originel. 96 % du zinc éliminé ou extrait du minerai était condensé et receuilli sous la for- me de zinc métallique en plaques, les 4% restants étant pour la majeure partie récupérables sous forme d'oxyde de zinc et de poudre bleue&
L'appareil représenté aux figs.
4 et 5 comprend une sole mabile 64, du type des transporteurs à plateaux, constituant le fond d'une chambre réductrice relativement longue 65, de section rectangulaire, incorporée dans une structure de four appropriée, 66, ayant un carneau de chauf- fage 67 s'étendant par dessus la paroi supérieure, ou ciel, 68 de la chambre réductrice.
Conformément à l'invention, la paroi 68 est cons- truite en métal et faite de plusieurs sections ou éléments, avec joints hermétiques. Les bords adjacents des sections ou éléments métalliques se recouvrent de préférence et, si c'est nécessaire, -les joints entre les sections peuvent être remplis de mastic afin de rendre la paroi 68, dans son ensemble, sensiblement étanche aux gaz* On peut faire usage, pour la construction de la paroi ou ciel 68, de l'un quel- conque des métaux et alliages dont il a été fait mention ci-dessus comme convenant pour la paroi métallique de la' chambre réductrice* Puisque cette paroi métallique forme pont entre des supports, il est préférable de la faire en métal fondu, et, afin d'en empêcher l'affaisemsnt aux tem- pératures réductrices,
il est préférable de prévoir des ner- vures de renforcement transversales 68' à de fréquents in- tervalles, tous les 30 centimètres par exemple, sur toute
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la longueur de la paroi 68.
Des 'brûleurs 69 si étendent à travers la paroi (ou les parois) latérale du four dans le carneau 67 et les produits de combustion chauds venant de ces brûleurs passent à travers le carne&u à un conduit d'échappement 70 communiquant avec une cheminée 71.
Des pyromètres 72 sont
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/appropriés introduits en des pointdans le oarneau 67 pour détermi- ÙC( ner et contrôler la température des gaz de chauffage pas- sant .dans celui-ci*
Les plateaux du transporteur, à mesure qu'ils pénétrent dans la chambre réductrice en se déplaçant dans la direction indiquée par les flèches, sont recouverts d'u- ne couche appropriée de matière fine qui leur est livrée par une trémie 73, à 1* extrémité de chargement du four*
Des agglomérés travaillés ou épuisés sont livrés sur le lit de fines par une trémie 74 adjacente à la trémie 73.
Les agglomérés épuisés s'incrustent partiellement dans les fines et empêchent, dans la mesure où ils le font, l'en- fouissement dans ces fines d'agglomérés subissant la réduc- tion& La charge agglomérée de matières zincifère et réduc- trice carbonacée, mélangées, est livrée par une trémie 75, adjacente à la trémie 74, sur la couche (à peu près de l'é- paisseur d'un aggloméré) d'agglomérés épuisés.
La couche d'agglomérés épuisés interposée entre le lit de fines et la couche d'agglomérés, subissant la réduction, qui la recou vre assure la porosité voulue de tout le lit de ces derniers agglomérés et, psr conséquente le transfert efficace de chaleur par des courants de gaz chauds dans tout le lit de ces agglomérés* A l'extrémité de décharge du four, une nou..
velle quantité de matière fine est chargée par une trémie 76 sur les résidus épuisés à mesure qu'ils émergent de la chambre réductrice* ¯ Un tuyau de sortie de gaz 77 communique avec le haut de la chambre réductrice 65. près de l'extrémité de chargement, et s'élève à travers le carneau 67 et la ou les
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couches 78 de matière réfractaire d'étendant par dessus celui-ci.
L'extrémité supérieure de la sortie de gaz 77 communique par un passage horizontal avec le condenseur pour les vapeurs métalliques, Celles des portions de la sortie de gaz 77 qui s'étendent au-delà de l'influence pro- tectrice, pour la chaleur, de la structure du four sont re couvertes d'une masse appropriée, 79 de matière calorifuge telle que le poussier de houille, poussière de coke, etc.*
Le condenseur est du type à tour en charbon à canaux multiples tel que celuidécrit à propos des figso 1, 2 et 3,
et les éléments semblables y sont désignés par les mêmes chiffres de références
Les résidus épuisés et les fines sont déchargés du transporteur à plateaux sur un crible 80 à travers le- quel les fines passent tandis que les agglomérés glissent le long du crible et sont emmenés d'une façon appropriée. La matière fine passant à travers le crible est ramenée aux trémies à fines 73 et 76 en'les quantités relatives qui peuvent être nécessaire, Une quantitéppropriée des agglomé- rés épuisés ou travaillés est ramenée à la trémie 74.L'ex- trémité de décharge du four est renfermée par une chemise en métal 81 et toute poussière résultant de 1*opération de déchargement est amenée de la chemise 81 à la cheminée 71 ou à tout autre système collecteur de poussière convenable.
Dans la pratique de l'invention, l'appareil de figs. 4 et 5 fonctionne de la façon suivante : On contrôle et on règle soigneusement la température dans le carneau 67 de façon que de la chaleur soit fournie à la charge agglo- mérée qui se trouve dans la chambre réductrice 4 travers la paroi ou ciel métallique 689 à un niveau de température ne dépassant pas 1150 C..
Le transporteur à plateaux 64 se meut à une vitesse relativement lente dans la direction des flèches et à l'extrémité de chargement du four , il reçoit une couche de matière fine et une couche d'agglomérés
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épuisés sur laquelle est superposée la charge agglomérée à travailler* La charge agglomérée remplit sensiblement la chambre réductrice 65, au-dessus de la couche d'agglomérés épuisés, et est progressivement avancée à travers la cham- bre par le mouvement du transporteur à plateaux* De la cha- leur est transférée et conduite du ciel, ou paroi métalli- que supérieure, chauffé 68 à la charge agglomérée par des courants de gaz chauds* Le mélange de vapeurs de zinc métal- lique et d'oxyde de carbone (résultant de la réduction de la matière zincifère dans la charge agglomérée)
passe de la chambre réductrice, par la sortie de gaz 77, dans le con- denseur multitubulaire, ou à canaux multiples, en charbon où sensiblement toutes les vapeurs de zinc métallique se condensent en zinc fondu que l'on retire de temps à autre du condenseur par le trou de coulée 56.
Lorsque la ou les parois métalliques de la cham- bre réductrice sont faites en métal laminé ou travaillé, elles sont de préférence suspendues par en haut* Le métal laminé ou travaillé présente, à haute température, une cer- taine in suffisance relative de raideur en comparaison avec du métal fondu à haute température ;mais, lorsqu'il est suspendu, le métal laminé ou travaillé peut, aux hautes tem- pératures, se dilater ou s'allonger, d'une façon ininterrom- pue, vers le bas* De cette manière, on évite un affaissement, gondolement ou autre malformation de la paroi de la chambre et on peut utiliser pour celle-ci des parois plus minces.
Lorsque la chambre est faite de métal fondu, il est généralement préférable, en raison du poids du métal fon- du' et de sa rigidité aux hautes températures, de la supporter par en bas ou par son extrémité inférieure, en laissant l'ex- trémité supérieure libre denses mouvements pour une dilata- tion et une contraction. En faisant usage de métal fondu, on peut utiliser une paroi de chambre plus épaisse et cette paroi
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épaisse, combinée avec la rigidité plus grande du métal ion- du sous compression, permet de faire usage de températures plus ,élevées que cela n'est possible lorsque le métal est soua tension Lorsque la paroi métallique de la chambre forme pont entre des supports, le métal fondu est préférable.
La paroi métallique de la chambre peut être d'une seule pièce ou peut être faite de plusieurs éléments ou sec- tions convenablement réunis ou joints. -Avec des chambres ré- ductrices de dimension considérable, il est préférable de faire usage de plusieurs éléments ou sections pour établir la paroi métallique* Avec du métal laminé ou travaillé, ces éléments sont de préférence soudés ensemble tandis qu'avec du métal fondu, les unités sont simplement assemblées, à joints à recouvrement si on le désire et avec un mastic ap- proprié dans les joints si c'est nécessaire.
La chambre réductrice à parois métalliques, outre son prix de revient moindre et la facilité avec laquelle on peut construire de grands ensembles avec conduits de sortie de gaz latéraux, etc* offre cet autre avantage important sur les chambres construites en matériaux réfractaires que l'on peut procéder commodément à des renouvellements de la paroi métallique sans grande perte de.temps et, souvent, sans refroidir le four* Par exemple, une grande cornue ver- ticale non métallique installée dans sa chambre de chauffage prend des jours pour se refroidir suffisamment pour que des hommes puissent y entrer, la démolir et en construire une
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/d'outrés autre et il faut encore/de plus pour chauffer avec soin de jours 6 / manière à ne pas faire fendre, ou fêler, la structure avant rre5 qu'elle soit arrivée à la température de travail.
D'un autre coté, une cornue métallique usée peut être facilement tirée hors de la partie supérieure du four et remplacée par une cor-
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nue métallique neuve sans faire refroidir le four et avec, seulement, une courte interruption dans le fonctionnement de celui-ci: Une cornue métallique qui se' trouve mise hors de service en raison d'une mauvaise section de métal, d'un point chaud local, d'un coup de feu du à de l'air, ou pour toute autre cause, peut être retirée de la chambre de chauf fage et on peut souder une pièce ou une nouvelle section sur la cornue métallique et remettre en place dans la chambre de chauffage la cornue ainsi réparée, avec une interruption minimum.
Le métal possède cet autre avantage d'être capa- ble de supporter des chocs ou à-coups thermiques beaucoup mieux que les matières réfractaires. Ceci est particulière- ment important dans le cas où l'on pratique le chargement et le déchargement intermittents et où les agglomérés nouvelle- ment chargés sont relativement froids* Le métal à une autre avantage encore, par lequel il contraste avec les matières réfractaires, et qui est qu'il ne montre que peu de tendance à coller à des résidus adhérents et, par suite, offre le mi- nimumde, résistance à la progression de la charge agglomérée à travers la chambre réductrice
La façon de chauffer la chambre réductrice déter- mine dans une certaine mesure la nature du métal à utiliser pour la construction de la paroi de la chambre.
La plus grande latitude dans le choix de métaux est permise lorsque le laboratoire ou chambre de chauffage pour la chambre réduc- trice est rempli de gaz fortement réducteurs, comme c'est le cas par exemple lorsque le laboratoire est chauffé par des résistances en graphite, comme cela est représenté aux figs* 1, 2* et 3. Dans ces conditions fortement réductrices, le fer forgé se comporte d'une façon très satisfaisante.
Toute- fois, lorsque de la chaleur est fournie à la chambre réduc- trice par des gaz de foyer (tels que gaz de gazogène ou de haut-fourneau, ou gaz produits par la combustion de pétrole
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ou de houille, etc*,) il est préférable de construire la ou les parois métalliques de la chambre réductrice en alliages nickel-chrome-fer, ou leur équivalent, à cause de leur ré- sistance, à haute température, à des influences oxydantes.
Par "fournir de la chaleur à la charge à un ni- veau de température n'excédant pas 1150 C.", il faut enten- dre que c'est la température maximum de la chaleur imprimée à la charge à une phase.quelconque de son travail et en com- prenant, bien entendu, les résidus travaillés auxquels de la
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'r; . .. chaleur peut, ou doit, être fournie au cours de l'opération de réduction. Cela ne signifie pas nécessairement que la tem- pérature dans la chambre de chauffage entourant la chambre réductrice ne peut pas être supérieure à 1150 C., puisqu'il peut être avantageux, ou même nécessaire, que la température de la chambre de chauffage soit supérieure à 1150 C., afin de chasser la chaleur dans la charge au niveau de température de fonctionnement désiré, ne dépassant pas 1150 C..
Par exemple, il est possible, et avantageux dans le fonctionne- ment d'une cornue métallique verticale, que la chambre de chauffage soit à une, température un peu supérieure à 1150 C., en particulier dans cette partie où la charge qui se trouve dans la cornue contient un pourcentage relativement élevé de zinc et-où. la vitesse de gaz passant dans les vides de la charge est relativement grande, ce qui fait que le transfert de chaleur de la paroi de la cornue au centre ou coeur de la charge est très rapide Dans ces conditions, la paroi métal- lique de la cornue, étant donné le rapide enlèvement de chaleur de sa surface intérieure, ne peut même pas atteindre des températures de 1150 C. puisque l'absorption de chaleur par la charge qui se trouve dans la cornue au niveau de tem- pérature inférieur à 1150 C.
se fait aussi rapidement que de la chaleur peut être convoyée à l'extérieur de la paroi de la cornue8, Plus une charge passe vite à travers une cornue de
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: npROCEDE AND APPARATUS FOR REDUCTION. OR FUSIPN HE MATIERHrS ZINCIEERBS "t: .."
The present invention relates to the reduction, or smelting, of zinciferous materials and it relates to a method and an apparatus for carrying out this operation under better conditions than hitherto.
Zinc when produced by the reduction at high temperatures of oxidized zinc ores, is
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almost universally done, at present in zinc distillation furnaces having a number of relatively small retorts,
to the outer ends to which small condensers are attached * Retorts are usually mounted at a slight incline with a
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usually tilted up and down from their large end, or closed end, towards the open or outer end. The horns are made of refractory material. cotise, refractory earth, silicon carbide, etc., and are heated externally by furnace gases to a temperature of around 1400 to 15000 Ce * In the operation of these furnaces, the retorts are charged (usually a times per 24 hours) of zinc ore and coal.
The part of the load to be worked first is the load ring immediately adjacent to. the warm internal wall of the retort.
During the work of this crown, its temperature does not rise much above the temperature to which the particular load we are dealing with is actively reduced. because thermal energy is consumed to produce the reduction Bais, when the load crown is largely worked, the temperature of the worked load rises because little, if any, other absorption of heat occurs. heat.
As the temperature of this crown increases, heat begins to pass more rapidly through the immediately following crown of load inward, where it is in turn obstructed at the active temperature of the reaction level. * By thus gradually working the internal concentric rings of charge and by continuing to heat the external rings of exhausted charge or residue, by further raising the temperature, the work of the charge finally progresses to the center or heart of the retort6
The progressively worked charge rings consist for the most part of spent coal ash and spent zinc ore.
Depleted coal ash, which is very loose and cellular as a result of the carbon being burned from it, and the
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Depleted zinc ore which is also very loose and cellular as a result of the zinc having been volatilized from it, is a most effective heat and wall heat insulator. retort must therefore be raised very high in order to drive through this heat-insulating residue and into the core of the retort, in a given time, the heat necessary to reduce the ore that is in this core In the case of the zinc retort ordinary (15 to 23 centimeters in diameter) operating with a loose load, or not agglomerated, it is a one-day operation (approximately 24 hours).
But, even with this length of time allotted for heat penetration, the. retort wall temperature required to drive or pass heat through the core of the charge is so high that the spent coal ore and ash in the outer crown adjacent to the retort wall melt and scorify by sticking to this wall, which thus retains the charge, lowers the conductivity, for heat,
retort wall and makes it difficult to remove the spent charge *
There is considerable difficulty in removing the spent residues from the retorts which must be pulled or scraped from the retort with a specially constructed tool. These spent residues are frequently slagged and form very undesirable adhesions to the walls of the retorts. retorts. In addition to the difficulty of loading and unloading the retorts and the long period of time = 24 hours for the complete job of a retort load = that the reduction operation requires, this usual procedure anterior is far from completely eliminating zinc
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available zinc material from the filler.
A relatively large amount of this unremoved zinc remains with the spent residues and is wasted.
To the knowledge of the authors of the present invention; the reducing chambers in the zinc distillation furnaces usually employed heretofore in industry, have been universally constructed of refractory material, or lined with refractory material such as refractory earth, silicon carbide , etc. * The manufacture of retorts. common zinc requires the utmost skill on the part of the ceramist and the fabrication, subsequent preparation and firing of these retorts take relatively long periods of time *
The progress made in recent years in the industrial smelting of zinc ores to produce zinc,
have been largely from two points of view, namely: 1 * the use, in the construction of the furnace, of refractory materials more resistant to high temperatures and the work of charges less easily fusible * The development of the industry in these two directions has been motivated by the general appreciation that the higher the temperature level at which heat can be driven into a load, the more load can be put into a retort of a given size and the more complete are the reduction and volatilization of the zinc content of the ore
In order to use heat at higher temperature levels, it was first necessary to build the heating chambers, or laboratories,
in which the retorts are placed and in which the heat is generated, in materials more resistant to high temperatures. As a result, better
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refractory earths for the supports of the retorts and the vaults of the chambers, then the refractory earths were replaced by entirely different refractory materials, namely: silica and silicon carbide. Today the best practice is to use silica vaults in the case where the masonry is cooled on one of the sides and central walls in silicon carbide in the case where all the masonry is in the hot zone.
At the same time as the bedroom. heating was made more resistant to high temperatures, the retorts were also perfected. The use of better earths or clays and, more particularly, the more use of silicon carbide has resulted in the production of retorts which withstand much higher temperatures than before without bending, or sagging, or slagging. . the second step done to allow the use of higher temperatures in the zinc smelting was to improve the ore and carbonaceous reducing fuel existing in the mixed feed to make the feed less fusible.
As for the ore, this was accomplished by better grinding in which more of the easily fusible and sterile constituents are separated from the zinc minerals. Better mixing of different ores also caused a reduced tendency for the mixed feed to melt at the prevailing melting temperatures. The carbonaceous reducing fuel has been improved by choosing materials containing the same content. relatively low ash as well as separating or removing relatively high ash carbonaceous materials.
Consequently, the authors of the invention find that. the temperature levels of the fu-
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zinc ion have increased greatly in the last ten years, particularly in more progressive melting furnaces. In contrast to this full appreciation of the advantages of higher temperature operations and with the industrial realization of these advantages, the melting zinc at lower temperatures, and particularly at temperatures below 1200 C., has received little, if any, serious industrial consideration either in practice or in the literature. due to the fact that it has not hitherto been considered possible to work on an economical size of load for the.
zinc production, even in a cycle of
24 hours, with heat supplied at temperature levels below 1250 to 1400 C. In fact, these high temperatures are really necessary if one is to remove heat through loose load and residue and highly insulating such as those found in usual zinc retort *
The researches and experiments of the authors of the invention have shown that with suitable reducing agents and capable of activating charcoal, and under the desired conditions, the fineness of the zinciferous and carbonaceous materials and the conditions of suitable mixture, appreciable amounts of zinc are recited from its compounds at temperatures below 950 C.
and that the rate of zinc evolution becomes significant at about 950 ° C. and can be brought to such an extent that a removal of 90 percent, or more, can be made in less than 24 hours at temperatures around 1050. C. Reduction or melting at these relatively low temperatures is made entirely industrial by providing
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heat, at this temperature level, to a sufficiently large amount of load at substantially the same time.
This is possible by agglomerating the charge of mixed zinciferous and carbonaceous materials and by making maximum use of the three ways of ensuring heat transfer (namely: rapid heat transfer by heat carrier gases passing with considerable speed through through the voids of the agglomerated charge, rapid radiation of heat across the voids between the agglomerates and good heat conduction through individual agglomerates made compact) #
The present invention therefore involves reducing or melting an agglomerated charge of zinc-bearing material and carbonaceous reducing material, mixed, providing the heat necessary for reduction to a temperature level or potential not exceeding 1150 C.
With these relatively low temperatures, the authors of the invention further discovered that the reduction can be carried out in reducing chambers in which that or those of their walls which are exposed to the hot load and to the products. hot gases emitted therefrom are made of metal and more particularly of wrought iron as well as nickel-chromium, nickel-iron, chromium-iron and nickel-iron-chromium alloys. Accordingly, the invention further comprises reducing or melting an agglomerated charge of zinciferous and carbonaceous reducing materials, mixed, in a metallic reducing chamber in which the heat necessary for the reduction is supplied to a temperature level or potential n 'not exceeding 1150 C ..
The invention also aims at an improved apparatus, for melting an agglomerated charge of zinciferous and carbonaceous reducing materials, characterized in that the wall (s) of the reducing chamber which are exposed to the charge
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hot and hot gaseous products released therefrom, or the wall or walls which provide heat to the agglomerated charge, are constructed, for the most part, of metal.
Two conditions have particular significance in making the reduction of zinciferous material industrially possible at the relatively low temperatures contemplated by the invention. The first of these conditions involves supplying the heat, at the relatively low reduction temperature, to a relatively large amount of load at the same time.
In practice this can be done by agglomerating the charge of zinc and carbonaceous material and carrying out the reduction operation in a chamber of such size and configuration as to achieve the fullest possible advantage of the material. rapid heat transfer throughout the charge by hot gas streams * The second condition involves making the mixed charge of zinc and carbonaceous material as easily reducible as possible, thereby lowering the temperature to which zinc is released at a given rate.
This can be done in various ways, for example by activating the carbonaceous reducing agent, for example by charring fatty or bituminous carbonaceous materials, or by the addition of agents capable of activating the charcoal, such as carbonated vapor. 'water, hydrogen, alkalis, salt, iron oxide, etc., or added hydrogen, water vapor, ammonium chloride, zinc chloride, and. c, to gases passing through the charge, or by a more complete grinding of the zinc-bearing and carbonaceous materials, or by a more intimate mixture of these materials *
Although the advantages of high temperature fusion or reduction are significant and have allowed
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achieve considerable savings in practice,
a consideration of the possible savings which can be obtained by a reduction at low temperature makes the latter method of proceeding clearly attractive for many reasons. In the first place, a reduction at low temperature, when considering the mechanical and thermal stresses, makes possible the use of metal walls for the reducing chamber, with all the advantages that metal presents due to the ease with which one can machine, bolt, weld or otherwise fit into sets of considerable dimensions.
The second important advantage of low temperature reduction, an advantage which is perhaps even of greater importance than the first, is that it makes work possible for the extraction of zinc from ores) its market, of poor quality, which have heretofore been regarded as unusable for this purpose because of their tendency to melt, slag, work their way through the retort or actually sink as water from the front of the retorts when melted at the relatively high temperature levels which have hitherto prevailed In the practice of the invention it is possible at the relatively low temperature levels used therein to '' eliminate 90% or more
zinc is present in the most refractory zinc products and of the poorest quality that the inventors have encountered, and this is achieved by leading the agglomerated charge progressively through the reducing chamber without no melting or slagging of any kind and discharging the still agglomerated residues in what the zinc metallurgist would call a dry state.
An important factor closely related to the second advantage of low temperature reduction
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is the fact that alkalis and other materials, which tend to lower the melting or scoring temperature of the filler, also have a marked advantageous effect on the rate at which zinc is reduced at low temperatures. at low temperatures, the good effect of alkali additions, and the like, can be achieved without the detrimental subsequent effects of scarifying the spent residue.
Another important advantage of low temperature reduction is that at lower temperatures there is considerably less volatilization of materials which interfere with the subsequent condensation of zinc vapors and lower the purity of the recovered zinc. Thus, volatile substances such as oxygenates of sulfur, silicon and sulfides of zinc, lead and iron tend to coat or adversely modify the surface of the zinc droplets condensed in the condenser and thereby thwart. even seriously the coalescence of these dropletsa
Another important advantage of low temperature reduction is the fact that the lower the temperature of the heating and reduction chambers, the more use of heat from whatever source can provide it. is economical * In addition,
these relatively low temperatures allow the use, for the construction of the furnaces, of less refractory materials, and consequently less expensive, and in many cases better thermal insulation *
The accompanying drawings show two different types of ovens suitable for the practice of the invention. But it goes without saying that these are not there
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as examples and that the invention can be practiced in other types of furnace.
On these drawings t
Fig. 1 is a sectional front elevation and
Fig. 2, a sectional side elevation of a vertical retort furnace;
Fig. 3 is a sectional elevation, on a large scale, of the upper part of the oven of FIG. 1 and 2 and the associated condenser;
Fig. 4 is an elevation in longitudinal section and
Fig. 5 is a cross-sectional elevation taken from 5-5, FIG. 4, a horizontal mobile hearth furnace
The oven shown in figs. 1, S and 3 comprises a vertical cylindrical retort, suspended, 10 made of metal such as wrought iron * This retort is surrounded, for most of its height, by a heating chamber, or laboratory, 11 which is established at the 'interior of a furnace structure comprising an outer steel jacket 12, a layer of sil-o-cel powder 13, an intermediate lining 14, of sil-o-cel bricks or their equivalent, and a lining internal of one or more layers of "Insulfrax" bricks or their equivalent.
Appropriate openings are provided through the wall of the furnace structure to allow the introduction of pyometers 16 within the heating chamber 11 in order to appropriately determine and control the temperature in the furnace. the entire length, or height, of this room
The furnace is mounted on a suitable foundation 17.A cylindrical extension 18 is bolted, or otherwise suitably secured, to the underside of the steel remelt plate of the furnace and serves as a guide for a pro-
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length of the retort 10 below the bottom of the oven. A tray conveyor 19 is mounted directly below extension 18 to remove the worked load, or spent residue, from the bottom of retort 10, and transport it from under the oven to suitable discharge means.
Any means may be employed to externally heat the metal retort 10, with due regard to the particular metal of which that retort is made. Thus, for example, the combustion products obtained by burning a fuel, such as coal, oil or gas, can be conducted through the heating chamber 11 around the metal retort 10 and to a suitable chimney. Heat can be generated. them in the metal retort itself, as in an electric induction furnace, the metal retort acting to absorb and convert into heat the electromagnetic energy radiated from a primary electrical circuit around it In the apparatus shown on the drawings, having a wrought iron retort,
heating of the retort is preferably carried out by graphite resistors. The electric heating units comprise three pairs of graphite resistors, 20, placed at different levels in the heating chamber 11. The resistors 20 are hollow over a suitable part of their length and have a helical groove so as to provide a helical resistance path for the passage of electric current. The resistors 20 of each pair are connected together on one side of the furnace and, on the opposite side of the furnace, the two resistors are connected respectively to opposite terminals of the electric power source * .
The resistors 20 are supported in tubes of carbofrax 21, the ends of which rest in the
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opposite walls of the furnace structure and the media of which are supported on brackets 22. The tubes 21 have, on the top, openings 23.
This arrangement of the resistors inside the carbofrax tubes produces a controlled and uniform heating throughout the height of the retort 10. The upper part of the metal retort 10 extends some distance above the upper part. - upper part of the furnace It is important that this retort extension 10 is carefully insulated to prevent excessive heat radiation and, more particularly in the case of a wrought iron retort, to protect the retort against oxidative influences * The extended upper part of the retort 10 has a side outlet pipe 10 ', also of metal and preferably welded to the retort, into which a cylindrical graphite sleeve, 24, fits properly.
which serves to lead the gaseous products generated in the retort 10 to a multitubular condenser.
The metal retort 10 is suspended, in some convenient fashion, from double tee joists 25 of the furnace frame. A series of metal brackets 26 are bolted, or otherwise secured in a suitable manner, to the top of the retort, interposed between them and the latter of asbestos felt or other suitable heat insulating material 27, and to these brackets is secured by a crown 28 which rests on the joists 25 and whose central opening is of a diameter a little larger than that of the retort 10¯ Asbestos felt, or other suitable heat-insulating material, 29 is preferably disposed between the adjacent surfaces of the brackets 26 and the crown 28.
A metal crown 30 is bolted to the horn 10; inside it and above the outlet pipe 10 '. Heat-insulating material 31, such as asbestos, is interposed between the crown 30 and the retort. A funnel
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inverted, in sheet metal, 32 rests on the crown 30 and the space between the retort and. this funnel, above the crown
31, is filled with hardened charcoal paste 33.
A shutter or frustoconical bell 34 is movable suspended within the flared lower portion of the inverted funnel 32. The shutter 34 is preferably made of graphite and its underside. is hollowed out and filled with heat insulating material 356
A control rod 36 is secured at its lower end to the shutter 34 and can be raised and lowered to load the retort * as will be more fully explained below.
The extended upper part of retort 10 and its lateral outlet pipe 10 'are surrounded by hardened charcoal paste 38. A cover 37 of sheet metal, for example, is provided for the top of the funnel 32 and the rim. lower part of this cover is housed in coal dust 39 located at the upper part of the hardened carbon paste 33. A sensitive device µ. the pressure 40, passes through the cover 37 in the upper end of the funnel 32 and is connected to a pressure gauge 41 and to a pressure recording instrument 42.
This extended part of retort 10, with the layer of coal paste 38 enclosing it, is surrounded by coal dust 43 suitably retained by a sheet metal jacket 44. A layer of coal dust 45 is also placed on the top of cover 37.
The multicellular condenser shown in the accompanying drawings comprises a gas distributor and molten metal collector chamber-¯469 having a gas inlet in communication with the gas outlet 24 of retort 10.
A multitubular condensing tower or column 47 is mounted on top of the chamber 46, with its multiplicity
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of tubes or channels in communication with the chamber The chamber 46 and tower 47 are constructed of graphite and are surrounded by a layer of hardened coal pulp 48 which in turn is surrounded by a mass of coal dust 49 suitably retained by a metal shirt
50. A sheet metal hood 51 covers the top, or gas outlet, ports of all channels in tower 47.
The lower edge of the hood 51 is buried to the desired degree in the coal dust 49 surrounding it * The hood has, at its upper part, an opening into which one can insert plugs 52 having central orifices of sizes ( different graduations * A pressure sensitive device, 53, is introduced into the hood 51 and is connected to a manometer 54 and to a pressure recording instrument 55.
The chamber 46 is provided near its lower part. a taphole 56 through which molten metal can be withdrawn from the condenser from time to time The taphole 56 'is normally closed by an internal plug, made of graphite secured to an operating rod 58 and a plug external 59, in refractory earth or its equivalents The chamber 46 is also provided with a cleaning opening, 60, normally closed by an internal graphite plug, 61. and an external plug, 62. The outer ends of the taphole 56 and the cleaning opening 60 are preferably covered with caps 63 of color-repellent material.
The lower end of the metal retort 10 descends through the bottom lining of the heating chamber 11 and is not supported by, or otherwise bonded to, this lining, but is. on the contrary, free to move if necessary in relation to the lining * This lower end of the retort is closed, around its circumference and in a place adjacent to the bottom lining, by a crown of bricks or masonry of carbofrax, hardened graphite coal paste, etc., 15 'which does not adhere to the
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retort.
We can see that. the retort - is supported entirely by its upper end $ '. and is nowhere else subject or bound to the structure of the furnace * the retort is therefore free to elongate, expand or contract when he had to
The upper part of the metal retort is carefully insulated to prevent heat loss and is, moreover, carefully protected against oxidative influences and against the harmful inaction of metallic zinc con- densed Thus, although the metal retort is heated to. red throughout that part of its height * which is exposed to the heat source, and to the hot gaseous products of the reduction, its upper part is relatively cold and black.
The upper retort extension is carefully insulated with asbestos felt, or its equivalent, from any adjacent heat conductive media, thereby minimizing conduction heat loss through this portion of the retort. the retort * The hardened carbon paste 38 and 33 surrounding the outer and inner surfaces of the upper part of the retort acts both as heat insulator (against metal) and to maintain reducing conditions around the upper part of the retort. charging device at the top of the retort protects this relatively cool part of the retort against the influences of condensed zinc.
The metal retort 10 can be made of wrought iron, steel, alloy steel, etc. * It can be made of several parts welded or fastened together in some other suitable way * Results have been obtained. very satisfactory with a wrought iron retort to which heat, for the reduction of the agglomerated charge, was supplied at a temperature of about 1050 to 1100 ° C. Various nickel-chromium-iron alloys can be used. for the manufacture of the retort
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metallic 10.
Thus it was found that "Hybnickel" was particularly suitable for the metal retort as well. than "Nichrome" and "Duralloy" The approximate compositions of these alloys are as follows
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<tb> Hybnickel <SEP> Nichrome <SEP> Duralloy
<tb>
<tb> Nickel ..... <SEP> 38 <SEP>% <SEP> 65 <SEP> 10
<tb>
<tb> Chrome .... <SEP> 17 <SEP> 13 <SEP> 25
<tb>
<tb> Iron ........ <SEP> 55 <SEP> 22 <SEP> 61
<tb>
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/ in Y, û In order to put the invention / practice in the furnace shown in Figs. 2 and 3, the mixed charge of zinc-bearing and carbonaceous materials is agglomerated and is gradually passed through the metal retort, or reducing chamber, 10.
The agglomeration of the mixed charge, including the size, shape, strength and manner of making the agglomerates, as well as the advancement of the agglomerates through the retort are conducted in order to ensure optimum conditions for the rapid transfer of heat, by hot gas streams, through the agglomerated charge, Thus, the agglomerated charge passes through the retort without noticeable breaking of the agglomerates and the worked residues are discharged from the bottom of the retort according to whereas this is necessary to enable fresh agglomerates to be charged therein, the discharged residues being in a dry state and for the most part in the form of agglomerates.
According to the characteristic of the invention, the heating chamber, or laboratory, 11 of the furnace is maintained at a temperature not exceeding about 1150 ° C. This is achieved by carefully monitoring the temperatures prevailing throughout the heating chamber. , as indicated by the pyrometers, 16 and by carefully adjusting and controlling the means of heating to maintain these temperatures within predetermined limits not exceeding a maximum temperature of about 1150 C ..
From this ma
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However, heat is supplied to the agglomerated load at temperature levels, or potentials, not greater than
1150 C. and due to the favorable conditions existing in the progressively advancing load for the transfer of heat throughout this load by hot gas streams, the heat supplied at this relatively low temperature level is rapidly brought to all parts of the charge
The reduction, or work, of the agglomerated load in retort 10 is a substantially continuous operation.
From time to time, as required, fresh agglomerates are loaded into the top of the retort after discharging from the bottom of the retort an appropriate amount * of spent residue * To load fresh agglomerates, the retort is fed from the bottom. - lift the cover 37 and 1 * fill the neck of the loading funnel 32 with agglomerates.
The cover is then lowered ... key to close the top of the funnel 32 and the shutter 34 is lowered to allow the agglomerates to fall into the retort * The shutter 34 is then raised and this is repeated. sequence of operations up to. what the desired amount.
charge has been introduced into the retort,
The loading operations are thus carried out with the minimum loss of gas carrying zinc *
The initial closing of the loading end of the retort is effected by the shutter 34, applying in the flared part of the funnel 32, and the final closure is effected by the cover 37, with its buried edge. in the coal dust 39 and its upper layer of coal dust 45.
The metal-laden gases exiting retort 10 pass into the multitubular condenser where suitable temperature and pressure conditions are maintained for good condensation of the meta.
The following specific example will more fully illustrate the principles of the invention practiced in a field.
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apparatus of the arrangement shown in FIGS. 1, 2 and 3; but it goes without saying that this example is in no way limiting.
Retort 10 was a wrought iron tube 8 meters 85 centimeters long and 50 centimeters in inner diameter, with a wall thickness of 9.5 millimeters * The outlet pipe 10 'was 30 centimeters in diameter and was about three feet from the top of the retort.
The graphite sleeve. 24, was 20 centimeters in diameter.
The temperature in the heating chamber or laboratory
11 was approximately 1075 C ..
The load consisted of approximately
60 parts, by weight, of finely divided zinc silicate ore (containing 45 to 50% zinc) and 40 parts by weight of bituminous fatty coal (containing about 18% volatile matter with 3% liquor residue from papermaking by the bisulfite process (50% solids). Approximately 80% of the zinc ore passed through an 8 mesh per linear centimeter screen. Oily coal was pulverized in an approximate fashion. ment 80% passed through a sieve or sieve of 8 mesh per linear centimeter * The zinc ore and coal were placed in a rotating mixer of the kind used for mixing concrete, and thoroughly mixed.
From the rotary kneader, the material was discharged directly into a dry mill and subjected to the kneading and grinding action of the mill for a few minutes. From the Chilean mill, the material was fed to a briquette press and formed into briquettes by a compression force of about 140 kilos per square centimeter The briquettes were nearly spherical and were about 70 millimeters in diameter *
The briquettes were loaded, without drying, into a vertical charring retort, heated outside.
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ment, where they were subjected to a carbonization temperature of about 700 ° C.
In the carbonization process it is desirable to leave in the carbonized or coke product as high as possible a percentage of non-condensable volatiles and at the same time to remove as completely as possible the tars (,
It results from the inaction of carbonization that the intimately mixed particles of ore and coal are firmly held together by the binding action of the coke formed in the carbonization process *
The carbonized agglomerates were transferred, without noticeable loss of heat,
from the carbonization retort to the vertical fusion retort and introduced into it at a rate of about 135 kilograms at 1.5 hour intervals The retort heating was controlled so as to keep on the outside thereof a temperature of about 1075 G.; no slag formed and no agglomerated melting took place
The. gaseous products of the reaction, for the most part the vapors of zinc and carbon monoxide with 0.2 to 0.8% carbon dioxide, passed through the condenser where the zinc vapors were condensed, collected and periodically removed in the state of metallic zinc.
Although the charging of the furnace was intermittent (every hour and a half) its operation, on the whole, was continuous, the metal retort 10 always being filled with an agglomerated charge in the process of reduction.
Before each loading operation, the quantity of spent residues necessary to allow the subsequent loading of about 135 kilos of fresh agglomerates was removed from the bes of the retort * For the greater part
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the agglomerates, as they were unloaded, retained their original briquette form and were free and non-adherent (what zinc metallurgists would call a dry residue) (;
The amount of zinc contained in these residues averaged about 4%, thus representing a removal or extraction of over 90% of the total zinc contained in the original ore. 96% of the zinc removed or mined from the ore was condensed and collected as zinc metal in plates, the remaining 4% being mostly recoverable as zinc oxide and blue powder &
The apparatus shown in figs.
4 and 5 comprises a movable hearth 64, of the type of plate conveyors, constituting the bottom of a relatively long reducing chamber 65, of rectangular section, incorporated in a suitable furnace structure, 66, having a heating flue 67 extending over the top wall, or sky, 68 of the reducing chamber.
In accordance with the invention, the wall 68 is constructed of metal and made of several sections or elements, with hermetic seals. The adjacent edges of the metal sections or elements preferably overlap and, if necessary, the joints between the sections can be filled with putty in order to make the wall 68, as a whole, substantially gas-tight. use, for the construction of the wall or ceiling 68, of any of the metals and alloys mentioned above as suitable for the metal wall of the reducing chamber * Since this metal wall forms a bridge between supports, it is preferable to make it of molten metal, and, in order to prevent sagging at reducing temperatures,
it is preferable to provide transverse reinforcing ribs 68 'at frequent intervals, for example every 30 centimeters, throughout
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the length of the wall 68.
Burners 69 extend through the side wall (or walls) of the furnace into the flue 67 and hot combustion products from these burners pass through the flue to an exhaust duct 70 communicating with a chimney 71.
72 pyrometers are
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/ appropriate introduced at points in the ring 67 to determine and control the temperature of the heating gases passing through it *
The conveyor trays, as they enter the reducing chamber moving in the direction indicated by the arrows, are covered with a suitable layer of fine material which is delivered to them through a hopper 73, at 1 * furnace loading end *
Worked or spent agglomerates are delivered to the bed of fines through a hopper 74 adjacent to the hopper 73.
The spent agglomerates partially encrust in the fines and prevent, to the extent that they do, the embedding in these agglomerated fines undergoing reduction & The agglomerated load of zinciferous and carbonaceous reducing material, mixed , is delivered by a hopper 75, adjacent to the hopper 74, on the layer (about the thickness of a chipboard) of spent agglomerates.
The layer of spent agglomerates interposed between the bed of fines and the layer of agglomerates, undergoing the reduction, which covers it ensures the desired porosity of the whole bed of the latter agglomerates and, consequently, the efficient transfer of heat by means of hot gas streams throughout the bed of these agglomerates * At the discharge end of the furnace, a new ...
A large amount of fine material is loaded through a hopper 76 onto the spent residue as it emerges from the reducing chamber * ¯ A gas outlet pipe 77 communicates with the top of the reducing chamber 65. near the end of load, and rises through the flue 67 and the
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layers 78 of refractory material extending over it.
The upper end of the gas outlet 77 communicates by a horizontal passage with the condenser for the metallic vapors, Those of the portions of the gas outlet 77 which extend beyond the protective influence, for the heat , of the furnace structure are covered with a suitable mass, 79 of heat insulating material such as coal dust, coke dust, etc. *
The condenser is of the multi-channel carbon tower type as described in Figs. 1, 2 and 3,
and similar elements are designated there by the same reference numerals
Spent residues and fines are discharged from the tray conveyor onto a sieve 80 through which the fines pass as the agglomerates slide down the sieve and are conveyed in a suitable manner. The fine material passing through the screen is returned to the fine hoppers 73 and 76 in the relative amounts as may be required. An appropriate amount of the spent or worked agglomerates is returned to the hopper 74. The discharge end The furnace is enclosed by a metal jacket 81 and any dust resulting from the unloading operation is led from the jacket 81 to the chimney 71 or other suitable dust collecting system.
In the practice of the invention, the apparatus of figs. 4 and 5 works as follows: The temperature in the flue 67 is carefully controlled and regulated so that heat is supplied to the agglomerated load which is in the reducing chamber 4 through the metal wall or ceiling 689 at a temperature level not exceeding 1150 C ..
The tray conveyor 64 moves at a relatively slow speed in the direction of the arrows and at the loading end of the furnace receives a layer of fine material and a layer of agglomerates.
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spent on which is superimposed the agglomerated load to be worked * The agglomerated load substantially fills the reducing chamber 65, above the layer of spent agglomerates, and is progressively advanced through the chamber by the movement of the tray conveyor * Heat is transferred and conducted from the sky, or upper metal wall, heated 68 to the agglomerated load by hot gas streams * The mixture of vapors of metallic zinc and carbon monoxide (resulting from reduction of zinc material in the agglomerated feed)
passes from the reducing chamber, through the gas outlet 77, into the multi-tubular, or multi-channel, carbon condenser where substantially all the vapors of metallic zinc condense into molten zinc which is removed from time to time from the carbon. condenser through tap hole 56.
When the metal wall (s) of the reducing chamber are made of rolled or worked metal, they are preferably suspended from above. The rolled or worked metal exhibits, at high temperature, a certain relative insufficiency of stiffness at high temperature. comparison with molten metal at high temperature; but, when suspended, rolled or worked metal may, at high temperatures, expand or elongate uninterruptedly downward. in this way, sagging, buckling or other malformation of the wall of the chamber is avoided and thinner walls can be used therefor.
When the chamber is made of molten metal, it is generally preferable, owing to the weight of the molten metal and its rigidity at high temperatures, to support it from below or from its lower end, leaving the ex- upper extremity free, dense movements for expansion and contraction. By making use of molten metal, one can use a thicker chamber wall and this wall
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thick, combined with the greater rigidity of the metal ion under compression, allows the use of higher temperatures than is possible when the metal is under tension When the metal wall of the chamber forms a bridge between supports, molten metal is preferable.
The metal wall of the chamber may be a single piece or may be made of several elements or sections suitably joined or joined. - With reducing chambers of considerable size, it is preferable to make use of several elements or sections to establish the metal wall * With rolled or worked metal, these elements are preferably welded together while with molten metal, the units are simply assembled, lap joints if desired and with a suitable sealant in the joints if necessary.
The reducing chamber with metal walls, in addition to its lower cost price and the ease with which it is possible to construct large assemblies with lateral gas outlet ducts, etc. * offers this other important advantage over chambers made of refractory materials that are can conveniently renew the metal wall without much loss of time and often without cooling the furnace * For example, a large non-metallic vertical retort installed in its heating chamber takes days to cool enough to that men can enter it, demolish it and build one
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/ in addition to other and it is necessary to / more to carefully heat 6 days / so as not to split, or crack, the structure before rre5 it has reached working temperature.
On the other hand, a worn metal retort can be easily pulled out of the top of the furnace and replaced with a horn.
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new metal bare without cooling the furnace and with only a short interruption in the operation of the latter: A metal retort which is put out of service due to a bad section of metal, a hot point local, by a gunshot from the air, or for any other cause, can be removed from the heating chamber and a part or a new section can be welded onto the metal retort and put back in place in the heating chamber the retort thus repaired, with minimum interruption.
Metal has the further advantage of being able to withstand thermal shock or shock much better than refractory materials. This is particularly important where intermittent loading and unloading is practiced and the newly loaded agglomerates are relatively cold. Metal has yet another advantage, in which it contrasts with refractories, and which is that it shows little tendency to stick to adherent residues and, therefore, offers the minimum resistance to the progression of the agglomerated filler through the reducing chamber
The manner in which the reducing chamber is heated will to some extent determine the nature of the metal to be used in the construction of the chamber wall.
The greatest latitude in the choice of metals is allowed when the laboratory or heating chamber for the reducing chamber is filled with strongly reducing gases, as is the case for example when the laboratory is heated by graphite resistors, as shown in figs * 1, 2 * and 3. Under these strongly reducing conditions, wrought iron behaves in a very satisfactory manner.
However, when heat is supplied to the reducing chamber by furnace gases (such as gasifier or blast furnace gas, or gases produced by the combustion of petroleum
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or coal, etc *,) it is preferable to construct the metal wall (s) of the reducing chamber in nickel-chromium-iron alloys, or their equivalent, because of their resistance, at high temperature, to oxidizing influences .
By "supplying heat to the load at a temperature level not exceeding 1150 C." is meant that it is the maximum temperature of the heat imparted to the load at one phase. its work and including, of course, the processed residues to which
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'r; . .. heat can, or must, be supplied during the reduction operation. This does not necessarily mean that the temperature in the heating chamber surrounding the reducing chamber cannot be higher than 1150 C., since it may be advantageous, or even necessary, for the temperature of the heating chamber to be higher. at 1150 C., to drive heat away from the load to the desired operating temperature level, not exceeding 1150 C.
For example, it is possible, and advantageous in the operation of a vertical metal retort, for the heating chamber to be at a temperature a little above 1150 C., particularly in that part where the load which is located. in the retort contains a relatively high percentage of zinc and-where. the velocity of gas passing through the voids of the charge is relatively high, so that the heat transfer from the retort wall to the center or core of the charge is very rapid. Under these conditions, the metal wall of the retort, given the rapid heat removal from its inner surface, cannot even reach temperatures of 1150 C. since the heat absorption by the load in the retort at the temperature level below 1150 C .
occurs as quickly as heat can be conveyed out of the retort wall8, The faster a load passes through a retort.
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