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"DISPOSITION DE CHAMBRE DE REDUCTION VERTICALE,CHAUFFEE EXTERIEUREMENT POUR LA FUSION DE MATIERES ZINCIFERES, ET SON MODE DE CONSTRUCTION ".
La présente invention concerne les cornues, ou chambres de réduction, verticales, chauffées extérieurement, pour la fusion ou réduction de matières zincifères et elle a pour objet une disposition perfectionnée de cornue de ce genre*
A l'heure actuelle, toutes les chambres réductrices, ou cornues ( chauffées extérieurement ) pour la réduction industrielle du zinc sont de véritables monolithes, avec une seule ouverture pour 1introduction de la charge, l'enlève-
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ment des résidus et la sortie des produits gazeux portant dù zinc. Pendant la période active de réduction, cette ou- verture est complètement remplie et isolée de l'atmosphère par un condenseur ( et son lut) pour les vapeurs de zinc métallique.
On fait ces monolithes en pilonnant ou damant une matière résistante à la chaleur, ou réfractaire, plas- tique dans des moules convenables ou en refoulant cette matière, sous pression, à la presse-filière. On sèche et on cuit avec le plus grand soin les vaisseaux plastiques résul- tants que, s'ils présentent la moindre fente ou fissure, l'on rejette comme impropres à être placés dans la chambre de chauffage ou laboratoire du four à zinc. La principale raison pour laquelle on fait ces cornues sous la forme de véritables monolithes, et avec une seule ouverture est qu* on ae rend pleinement compte que la moindre pénétration de gaz de chauffage dans la cornue est fatale à une bonne condensation en zinc des vapeurs de zinc dégagées dans la c or nue.
Avec de petites cornues de la dimension de celles dont on fait communément usage, à l'heure actuelle dans les fours à zinc industriels ( cornues de 15 à 23 centimètres de dia- mètre intérieur et d'environ i mètre 20 centimètres à 1 mètre 50 centimètres de long ) les inconvénients qu'il y aà construire les cornues sous la forme de véritables monoli- thes n*ont pas une importance particulière. Avec des cham- bres réductrices de capacité notablement plus grande, les inconvénients de la construction véritablement monolithi- que deviennent si grands qu'ils rendent industriellement impraticable cette façon de faire la chambre réductrice.
En conséquence, dans la construction de chambres réductri- ces de capacité réductrice relativement grande, des " struc- tures bâties * deviennent une nécessité pratique. Par " structures bâties *il faut entendre des structures qui ne
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sont pas moulées, formées ou coulees d'une seule pièce en partant d'une matière fluide ou plastique, de façon à former ainsi un monolithe ,mais sont au contraire " bâties" dans la dimension et la forme requises par assemblage d'un certain nombre de pièces de matière solide qu'on lie ensem- ble par quelque ciment ou mastic de jointoiement.
Toutefois, le métallurgiste en zinc n'est pas enclin à considérer avec faveur des chambres réductrices bâties, sans doute à cause des nombreux essais infructueux tentés en vue de réduire de la matière zincifère dans des moufles " bâtis, " . lame dans ces tout derniers temps, on a proposé et essayé des moufles à fondre le zinc bâtis; mais ces structures bâties ont donné invariablement de pauvres extractions de zinc et une condensation si pauvre en zinc métallique qu'on les a toutes abandonnées en faveur de la petite cornue vérita- blement monolithique qui est devenue d'un usage courant dans la fusion de zinc pour l'obtention de zinc métallique.
En raison de l'usage de molles bâtis dans d'autres industries, il est peut être nécessaire d'expliquer pour- quoi un moufle bâti n*a pas, jusqu'à présent, donné satis- faction dans l'art du fondeur de zinc. Dans d'autres industries où l'on fait usage à haute température de moufles bâtis, de petites rentrées dans le moufle, ou de petites fuites de'celui-ci, n'ont pas de conséquence sérieurse. Toutefois dans le cas où l'on fond du zinc dans les chambres réductri- ces ou cornues employées antérieurement dans l'industrie, la moindre rentrée dans la chambre réductrice ou moufle s'est montrée fatale à la bonne condensation des vapeurs de zinc dégagées.
Ceci semble vrai même quand il y a à l'inté- rieur du moufle une pression légèrement plus grande qu'à l'extérieur,puisque la diffusion d'oxygène dans le moufle en antagonisme à la pression régnant dans celui-ci semble
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être de grandeur suffisante pour produire l'effet nuisible.
Dans les premières tentatives faites pour utiliser des mou- fles bâtis pour la fusion du zinc, on avait rencontré d'au- tres difficultés dues à une scorification ou rupture des joints, ce qui causait par cela même des fissures lorsqu'on faisait usage d'outils à nettoyer les moufles.
Toutefois, la principale difficulté, dans les premiè- res tentatives faites pour utiliser des moufles bâtis dans la fonderie de zinc était due au fait que les moufles étaient invariablement liés dans , ou supportés par, le garnissage du four ou laboratoire en de nombreux endroits, ou que leurs voûtes s'élançaient de ce garnissage.
Avec la température des parois du moufle allant de la noirceur, lorsqu'on mettait' dans le moufle une charge fraîche, jusqu'à 1200 à
1400 C, et même souvent davantage, avant que la dernière partie de la charge ait été travaillée, et la répétition de ces changements de température avec chaque charge, la pa- roi du moufle se contractait et se dilatait différentielle- -.ment par rapport aux parois du laboratoire ou four auxquelles elle était liée et il se produisait inévitablement ,en con- séquence, des ruptures et des fentes dans le moufle,
Les auteurs de l'invention ont découvert que si le mou- fle ou cornue est bâti, ou établi, de telle sorte qu'il n'est supporté et lié dans le garnissage du four ou laboratoire qu'en un seul endroit ( de préférence sa base) ,
et tous au- tres facteurs dûment pris en considération on peut faire une cornue suffisamment étanche pour une bonne condensation des vapeurs de zinc dégagées .Ils ont en outre trouvé qu'il est important non seulement que la chambre réductrice ou cornue ne soit liée en aucun autre endroit qu'en sa base, mais encore que la forme des éléments individuels qui, assemblés, constituent la cornue soit telle que chaque élément, ou pièce, soit capable de se dilater et de se contracter sans exercer
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aucun effort sur les pièces ou éléments voisins.
Ils ont trouvé aussi qu'il est très avantageux que chaque pièce, dans la cornue bâtie, soit de forme et de dimensions telles qu'on puisse, par pression l'obtenir très dense, ou compacte, la sécher et la cuire uniformément et qu'elle ne soit soumise à aucun effort ou tension interne ,ce qui, en fait, deman- de l'usage des plus petites pièces qu'il soit possible d'em ployer .
De plus, puisque la cornue ne doit être supportée et liée dans la structure du four qu' :en un seul endroit, la disposition de la cornue dans une position verticale de- vient essentielle et une cornue cylindrique devient très avantageuse parceque, dans ces conditions, la cornue peut être convenablement supportée en son extrémité inférieure, avec une épaisseur de paroi suffisante pour porter le poids de toute la cornue sans affaissement ni gondolement, et par- ce qu'un cylindre subit les effets les moins désastreux des efforts auxquels il se trouve soumis lorsqu'il est chauffé et refroidi d'une façon répétée.
L'invention envisage en conséquence l'établissement, pour le traitement de matière zincifère, d'une chambre ré- ductrice chauffée extérieurement et disposée verticalement, constituée par une multiplicité d'éléments ou pièces de ma- tière résistante à la chaleur, liés ensemble horizontalement, ou verticalement et horizontalement, en une chambre sensible- ment étanche aux vapeurs de zinc, supportée et liée en son extrémité inférieure seulemento Les éléments ,ou pièces, résistants à la chaleur individuels sont de préférence an- nulaires ou cylindriques, ou de formes normales telles que : arc de cercle, claveau ,coupole , section de couronne ou autre.
Ces éléments ou pièces sont, de plus , de forme telle que chacun d'eux peut se dilater et se contracter indépendam-
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ment sans imprimer aucun effort préjudiciable aux éléments adjacents. A cet effet, la pratique qu'il est préférable d'adopter consiste à prévoir des joints sensiblement plats entre éléments adjacents. Pour réduire au minimum la dila- tation et la contraction, il est désirable que les éléments ' résistants à la chaleur soient faits de matière ayant un coefficient de dilatation relativement faible sous l'influen- . ce de la température et, puisque la chambre réductrice est chauffée extérieurement, cette matière doit être,de préfé- rence, bonne conductrice de la chaleur.
Le carbure de sili- cium, ou carborundum, l'oxyde d'aluminium , l'oxyde de zirco- nium et le silicate de zirconium sont des matières satis- faisantes pour cet usage Les pièces ou éléments individuels, résistants à la chaleur, sont obtenus sous pression à la presse-filière, ou moulés sous pression à la machine, pour leur donner une grande compacité et sont séchés et durcis (cuits) dans des conditions propres à réduire au minimum les tensions restant dedans ou susceptibles de se développer dans le chauffage de la chambre ou cornue qu'ils doivent constituer.
.Les principes de l'invention et leur application prati- que à la construction de chambres réductrices pour la fusion du zinc seront le mieux compris d'après la description sui- vante prise conjointement avec les dessins ci-joints sur lesquels :
Fig. 1 est une élévation en coupe d'un four, pour la réduction ou fusion du zinc, dans lequel est incorporé la nouvelle chambre réductrice bâtie" faisant l'objet de l'in- vention ;
Fig. 2 est une coupe suivant 2-2 :- fige 1 ;
Fig. 3 est une élévation en coupe et une coupe transver- sale, combinées, d'une variante de construction de cornue
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Fig. 4 est une élévation en coupe et une coupe transversale, combinées, d'une autre variante encore.
En oe qui concerne la disposition représentée aux fig, 1 et 2 : la cornue bâtie 10 est entourée par une chambre de chauffage ou laboratoire , reconstruit à l'intérieur d'une structure de four comprenant une chemise extérieure 12, une couche de sil-o-cel 13,un garnissage intermédiai- re 14 d'une ou plusieurs couches de briques réfractaires ou autre matière appropriée et un garnissage intérieur 15 en matière réfractaire ou résistante à la chaleur telle, par exemple, que des briques de carbofrax.
Des ouvertures appro- priées sont prévues à travers la paroi du four pour permet- tre l'introduction de pyromètres 16. à l'intérieur de la cham- bre de chauffage 11 pour déterminer et contrôler d'une fa- çon appropriée la température dans toute la longueur de cet- te chambre. four représenté sur les dessins est chauffé par les produits de combustion obtenus en brûlant du gaz ;
mais il va sans dire qu'on peut employer tout moyen approprié pour chauffer la chambre réductrice ou cornue 10 Le gaz combus- tible est fourni, par une conduite de gaz 17. à une plura- lité de passages ou conduits verticaux 18 disposés à l'in- térieur d'un récupérateur 19 établi dans la structure du four, le long de la chambre de chauffage 11.De même, de l'air est fourni, par une conduite 20 ,à une pluralité de passages ou conduits 21 existant dans le récupérateur. Les passages 18 et SI sont formés dans une pluralité de parois verticales espacées 22 en briques, carreaux , ou leur. équi- valent, résistants à la chaleur.
Il va dien entendu sans dire que le garnissage du récupérateur peut être fait en matière moins résistante à la chaleur que le garnissage de la cham- bre de chauffage 11 et que le récupérateur sera pourvu d'où?-*
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vertures de nettoyage appropriées pour ses divers passages à gaz.
De la partie supérieure du récupérateur ,le gaz com- bustible et l'air réchauffés sont livrés, par leurs passa- ges respectifs 18 et 21, à un mélangeur et bruiteur appro- prié ( non représenté ) voisin du haut de la chambre de chauffage 11. Les produits de combustion chauds résultants descendent autour de la cornue 10 à un conduit de sortie 23 ,voisin du bas de la chambre de chauffage 11 et s'élè- vent de là par un carneau vertical 24,à la partie supé- rieure du récupérateur.
Le récupérateur est pourvu de chi- canes horizontales contrariées ,25, qui obligent les gaz de chauffage à suivre un chemin en zigzag dans le parcours qu'ils effectuent à travers le récupérateur pour arriver à la sortie de gaz 26 et à la cheminée !la
La structure de four de la chambre de chauffage 11 est montée sur une plaque de base en métal , 28 , supportée sur une fondation appropriée , 29 en béton ou son équiva- lente La plaque de base 28 supporte la cornue bâtie 10 et présente, directement au-dessous de celle-ci , une ouver- ture centrale de mêmes dimensions que la section transver- sale de l'intérieur de la cor nue.
Un cylindre en métal 30 est boulonné, ou assujetti autrement d'une façon appropriée, sur le dessous de la plaque de base 28 et sert.de prolonge- ment à la cornue 10 au-dessous de la plaque de base. Une table tournante 31 , montée directement au-dessous, et con- venablement espacée, du bas du cylindre 30 , sert à support ter la charge dans la cornue 10 et. par sa rotation conjoin- tement avec un racloir, permet de décharger du bas de la trémie,comme on le désire, les résidus épuisés. De la ta- ble tournante 31, les résidus épuisés sont livrés à un transporteur , ou autre moyen d'enlèvement approprié, non
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représenté sur les dessins.
La cornue bâtie ,10, est supportée exclusivement à la base et n*est nulle part ailleurs, sur toute sa lon- gueur ,attachée ou liée autrement dans la chambre de chauf- fage ou la structure du four, L'extrémité supérieure de la cornue passe librement à travers le dessus de la structure du four et une chemise cylindrique en métal, 32, de préfé-
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rence en un alliage nickel-chr orne -fer comme le .Hßbnickel, repose sur le dessus de la cornue. Une couronne de briques réfractaires ordinaires 33 est de préférence interposée en- tre la couronne supérieure en carbofrax de la cornue et le cylindre 32 afin d'empêcher le contact de cette couronne en carbafrax avec le métal.
Le cylindre 32 est entouré par une couche de pâte de charbon durcie 34 renfermée dans de la tôle 35 qui, à son tour, est entourée par une masse de poussier de houille 36 retenue par une paroi en tôle 37 * Ce poussier de houille constitue aussi une fermeture mobile entre la cornue et l'ouverture existant dans le des- sus de la structure du four pour le passage de cette cor- nue. Le cylindre en métal 32 ainsi que la couche, l'entou- rant, de pâte de charbon durcie 34 reposent ainsi sur le dessus de la cornue 10 et sont libres de se mouvoir avec el- le et, en même temps ,le haut de la cornue est efficacement fermé .
On voit qu'ainsi la cornue 10 est supportée entière- ment en sa base ou partie inférieure et n'est, nulle part ailleurs, assujettie à la structure du four ni liée dans celle-ci ,ce qui fait que, par conséquent ,elle est li- bre de se dilater ou de se contracter suivant les besoins.
Le cylindre en métal 32 présente un tuyau latéral de sor- tie de gaz 38 garni d'un tube en graphite 39 conduisant à un condenseur approprié . mais non représenté sur les des- sins ci-j oints. Le haut du cylindre 32 est pourvu d'un dis-
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positif de chargement comprenant un entonnoir renverse, en tôle, 40 convenablement monté dans le cylindre et un obtu- rateur ou cloche mobile 41 .L'espace entre l'entonnoir 40 et le cylindre 32 est rempli de pâte de charbon durcie 42 surmontée d'une masse de poussier de houille 43 dans laquel- le est enfoui le bord d'un couvercle 44
A l'endroit ou la sortie de gaz ( 38-39) de la cornue pénètre dans le condenseur, ou toute autre dépendance du four,
ou bute contre ce condenseur ou dépendance qui est relativement fixe par rapport aux mouvements de dilatation ou de contraction de la cornue, il est important que la jonction soit ajustable pour permettre ces mouvements rela- tif s. Ou bien, si on le désire, on peut établir la connexion après que la cornue est arrivée a sa température de travail et la défaire avant le refroidissement de la cornue. Le con- denseur ou autre appareil ou dépendance auquel la sortie de gaz de la cornue est reliée peut être ajustable quant à la hauteur et peut être élevé ou abaissé à mesure que la cor- nue, en se dilatant eu en se contractant, soulève ou abaisse la sortie de gaz.
La cornue 10 est constituée par une multiplicité d'élé- ments annulaires superposés 10', en matière résistante à la chaleur . Dans le four représenté sur les dessins, la cornue 10 a 12 mètres 20 centimètres de long, ou de haut, et 61 con- timètres de leng, ou de haut, et 61 centimètres de diamètre intérieur et elle a une épaisseur de paroi de 115 millimètres.
Les dimensions de chaque élément annulaire 10@, sont : 61 centimètres de diamètre intérieur, 84 centimètres de diamè- tre extérieur, Ils millimètres d'épaisseur de paroi et 63 millimètres de hauteur.
Les éléments annulaires 10$-sont de préférence faits de grains de carbure de silicium ( ou carb$rundum) exactement
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calibrée et sont de préférence formés par refoulement sous pression à la presse-filière pour leur donner le maximum de compacité. On leur donne deux chaudes : la seconde a une température plus élevée que celle à laquelle on compte que ces éléments seront soumis en service, avec l'idée de sou- lager toutes tensions et de faire ressortir toutes déffee- tuositésde façon à pouvoir mettre de côté les éléments im- parfaits*
On bâtit la cornue 10 à partir de la base, en posant ces éléments annulaires les uns sur les autres.
On remplit de mastic, ou ciment, de carbofrax les joints entre les éléments superposés et on presse ou on frappe sur ceux-ci pour lés mettre en place avec des joints n'excédant pas de préférence 3 millimètres. Somme mastic ou ciment de jointoiement, il est préférable de faire usage de ciment de carbofrax N 4, consistant de préférence en carborun- dum calibré, en une petite quantité de liant constitué par de la liqueur résiduelle de la fabrication du papier par le procédé au bisulfite, séchée, et en une petite quantité d'argile,. En ajoutant de l'eau, on rend ce ciment ou mastic juste assez plastique pour qu'il puisse fluer sous pres- sion, mais suffisamment dense ou compact pour laisser une masse réelle de carborundum dans le joint lorsque l'eau du ciment s'est évaporée .
La cornue 10 peut ,de cette maniè- re, être bâtie ou montée à de grandes hauteurs pourvu qu'el- le ne soit liée avec aucune paroi de four qui gênerait sa dilatation libre et uniforme à mesure qu'elle s'échauffe. Le faible coefficient de dilatation, sous l'influence de la tem- pérature, de la brique de carbofrax à un avantage particulier dans la construction de ces grandes cornues*
La cornue 10A représentée à la fig, 3 est bâtie sen- sibeement de la même manière que la cornue 10 des fige 1 et
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2. Les pièces individuelles 10A qui la constituent, bien qu'étant des éléments annulaires , peuvent peut-être être plus justement appelés des éléments ou unités cylindriques.
Les dimensions de la cornue elle-même sont sensiblement les mêmes que celles de la cornue 10 et les éléments cylin- driques 10A' ont 152 millimètres de hauteur et ont une épaisseur de paroi d'environ 76 millimètres
Dans le cas où la cornue est faite d'éléments cylin- driques ou annulaires 'dune seule pièce, à la distinction d'éléments constitués par un assemblage de briques ou pe- tites formes, il est préférable que la hauteur, ou dimen- sion verticale, de ces éléments n'excède pas environ 152 millimètres si l'on veut réaliser.dans la plus large mesure possible les avantages de la construction @ bâtie" qui fait l'objet de l'invention D'un autre côté, on a fait fonc- tionner avec succès pendant bien des mois une cornue verti- cale cylindrique de 7 mètres 62 centimètres de haut, bâ- tie,
conformément à l'invention en éléments cylindriques de 457 millimètres de hauteur.
La cornue 10B représentée à la fig, 4 est bâtie en briques ,10B", préalablement assemblées en les unités ou éléments annulaires 10B'.Les briques 10B** sont des briques de carbofrax , en arc de cercle ou en forme de segment de couronne, ayant à peu près les dimensions suivantes : 220 millimètres ,sur 160 millimètres ,sur 115 millimètres, sur 63 millimètres Douze de ces briques constituent cha- que élément annulaire 10B' dont les dimensions sont :61 cen- timètres de diamètre intérieur, 84 centimètres de diamètre ex- térieur, 115 millimètres d'épaisseur de paroi et 63 millimè- tres de hauteur.
Les briques 10B" sont de préférence faites de grains de carbure de silicium, ou carborundum, exactement calibrés
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et sont, de plus, pressées à la machine pour leur donner la compacité ou densité maximum. On leur, donne deux chaudes pour les raisons sus-indiquées. Ses briques sont remarqua- blement exactes comme forme et dimensions après la double chaude.
Néanmoins, il est préférable, dans la pratique, de les travailler au sable sur une table de meulage rotative, où toutes les irrégularités sont supprimées, les surfaces de contact des briques sont rendues lisses et toutes défec- tuosités recouvertes par la glaçure de la surface sont révélées, ce qui permet de rejeter les briques défectueuses,
Après l'opération de lissage et d'uniformisation sur la table à sable rotative, on assortit les briques comme grandeur à quatre dixièmes de millimètre près sur la dimen- sion verticale ou dimension de 63 millimètres On pose ensuite douze de ces briques en cercle sur une surface pla- ne et on remplit les joints verticaux avec du ciment de car- bofrax N 4.
En ajoutant de l'eau, on rend le ciment juste assez plastique pour fluer sous pression, mais suffisamment dense ou compact pour qu'il laisse une masse réelle de car- borundum dans lejoint lorsque l'eau s'est évaporée. Les joints verticaux entre briques adjacentes dans le cercle ou couronne sont faits avec une épaisseur initiale de 3 millimètres ,ou plus, de ciment. On place après cela deux ou trois gros Cils de fer autour du cercle de briques assemblées et l'on tortille ensemble les extrémités de ces fils, de façon à exercer une force de contraction et de compression très puissante. Sous l'effet de ce traitement, le joint vertical entre briques adjacentes est réduit à 1 millimètre et demi, ou même moins,,
On 'bâtit alors la cornue 10B à partir de la base en posant ces couronnes ,ou cercles,de briques les unes sur les autres.
Dana cette opération, on manipule les cou-
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rennes comme des unités-, les briques, dans chaque couronne ou unité, étant tenues serrées ensemble par les fils de fer les entourant On remplit de ciment de carbofrax les joints horizontaux entre les couronnes superposées et on frappe sur celles-ci pour les mettre en place avec des joints de
3 millimètres, ou moins. Comme les joints horizontaux entre les couronnes superposées sont toujours sous compression , comme conséquence du poids des couronnes superposées, ils n'exigent pas d'être faits avec autant de soin que les joints verticaux entre les briques individuelles de chaque couronne, ces derniers joints étant soumis à un effort de compression moindre une fois que les fils de fer entourant les couronnes ont été enlevés .
On enlève ces fils de fer lorsqu'un mètre vingt centimètres ou un mettre cinquante centimètres de la structure de la cornue a été construit au-dessus d'eaux, le poids de la structure superposée étant alors suffisant pour maintenir en position les briques individuelles des couronnes inférieures. De cette manière , on peut bâtir ou monter la cornue 10B à de grandes hau- teurs pourvu qu'elle ne soit liée avec aucune paroi de four, ce qui contrarierait sa dilatation libre et uniforme à me- sure qu'elle s'échauffe.
Bien que, dans la pratique qui est.préférable, la ma- tière de remplissage, ciment ou liaison, dans les joints entre les unités annulaires ou cylindriques , ou entre les briques ou pièces individuelles, puisse durcir et se solidi- fier ,lorsqu'elle est froide ,au point de former une véri- table liaison entre les pièces, liaison plus forte dans cer-
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/n'est pas es- tains cas que ces pièces elles-mêmes, cette oondition de la sentielle. La matière de , résistance à froid de la matière de remplissage/dans les remplissage joints a pour rôle de remplir ou boucher les fentes ou fis- sures qui existeraient sans cela et de rendre les joints
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suffisamment compacts pour être sensiblement non poreux aux vapeurs de zinc.
Le remplissage dans les joints doit, de plus, avoir la capacité de ne pas fondre aux températures élevées auxquelles la chambre réductrice est soumise, mais doit rester en position dans les joints. C'est pour ces raisons, entre autres, que la matière de remplissage ou de liaison doit être faite avec un pourcentage aussi grand que possible de solides et un pourcentage aussi petit que possible d'eau ou autre matière favorisant le glissement.
Cette préférence pour une matière de remplissage dense ou compacte rend plus difficile d'arriver à faire des joints minces uniformes, en particulier dans les joints verticaux; mais la façon d'assembler les pièces conformément à l'in- vention surmonte cette cause de difficultés et rend possi- ble l'obtention de joints étanches aux vapeurs de zinc, par conséquent, lorsqu'il est dit ici que les pièces sont ''liées " ensemble, il faut entendre par là que les joints, tant horizontaux que verticaux, sont remplis de manière à être sensiblement étanches aux vapeurs de zinc, dans les con- ditions de fonctionnement .
Il va sans dire que la chambre réductrice peut avoir une section de forme quelconque. Bine qu'il ait été ques- tion ici des unités 10' , 10A' et lobe comme d'unités de forme " cylindrique " ou " annulaire " , ces expressions ont été employées sans intention de leur donner un sens restrictif quant à la configuration exacte des unités. En général, il est préférable que ces unités soient de sec- tion circulaire ; mais il va sans dire qu'elles peuvent être elliptiques , ovales ou de toute autre section appro- priée,
On a jusqu'à présent considéré comme désirable de cons- truire des moufles " bâtis " de façon qu'ils présentent un
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nombre minimum de Joints.
Les recherches et expériences des auteurs de l'invention ont montré que cela ne tient pas pour une cornue à zinc verticale, " bâtie " C'est ainsi qu'ils ont trouvé que le nombre-de joints, dans une cornue à zinc verticale, bâtie, peut avec avantage être augmenteau nom- bre requis par des briques de forme normale pressées à la machine,plue particulièrement dans le cas où ,comme dans l'invention, la chambre réductrice ou cornue n'est supportée qu'à sa base et n*est pas liée autrement dans la structure du four,
Comme cela tété dit précédemment , les unités ou piè- ces individuelles qui, assemblées, constituent la cornue, doivent être de forme telle que chaque unité ou pièce soit capable de se dilater et de se contracter sans exercer aucun effort sur les unités pu pièces voisines,
Dans leurs premières expériences, les auteurs de l'in- vention avaient bâti la cornue verticale en unités ou sec- tions cylindriques de carbofrax ayant des joints à emboîte- ment, comme ceux dont on fait communément usage pour relier des bouts de tuyau de divers genres. Ces sections avaient 457 millimètres de long, ou de haut, et 381 millimètres de diamètre intérieur, avec une épaisseur de paroi d'environ 50 millimètres. Dans le fonctionnement de cette cornue bâtie, le Joint à emboîtement non seulement n'a montré aucun avantage mais a présenté un inconvénient positif et très sé- rieux et ce, en dépit du fait que la brique de carbofrax est extraordinairement forte, comme matière non métallique résistante à la chaleur et, de plus, possède un faible coef- ficient de dilatation sous l'influence de la température.
Cette cornue fut mise hors de service par la rupture et la chute d'un gros morceau de la cornue à la suite de l'in- troduction d'une charge froide dans l'extrémité supérieure de la cornue alors que cette dernière était à une température
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avoisinant 12000 C.. Lorsqu'on examina l'ensemble, après refroidissement, onprouva dans la cornue un dertain nom- bre de fentes en plus de celles qui étaient la cause directe et principale de sa faillite. Dans chaque cas, ces fentes partaient soit des bouts femelles ou des bouts mâles et, généralement ,elles s'étendaient de l'un des bouts mâles dans le bout femelle de l'unité ou section immédiatement inférieure.
Il était donc clairement évident que les sec- tions étaient rarement susceptibles de commencer à se fen- dre à partir de l'extrémité femelle et que, si une fente se formait dans une sectionjusqu'à l'extrémité mâle, il était presque certain que cela ferait fendre l'extré- mité femelle de l'unité située au-dessous, à cause de l'em- boitement de l'extrémité mâle dans l'extrémité femelle de l'unité immédiatement inférieure .
Il fallut de la part des auteurs de l'invention un courage considérable pour enlever l'extrémité femelle des unités de manière à les laisser sous la forme de véritables sections de cylindres, sans autre lien, d'une section à l'autre, que la liaison plastique entre les joints. Les unités ou sections présentaient alors la disposition de cel- les représentées aux fige. 1, 2 et 3 des dessins ci-joints.
Non seulement ces unités peuvent être faites et cuites avec considérablement moins de tensions restant dedans, mais, une fois assemblées et dans le fonctionnement, elles peuvent se dilater irrégulièrement les unes par rapport aux autres.
En d'autres termes, si, dans le chauffage, une des unités tend à se dilater elliptiquement ou de façon à prendre une forme ovoïde suivant un certain axe, alors qu'une autre uni- té tend à faire la même chose suivant un autre axe, elles peuvent le faire sans que l'.une des unités exerce d'effort sur une autre unité. Bans ces conditions, le mouvement se produit dans le aiment plastique , ou remplissage des
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joints. Ces unités véritablement cylindriques ou annulai- res ont donné un service très supérieur. à celui obtenu avec les unités a emboîtement .
Poursuivant la même ligne de raisonnement, mais en supposant que même les meilleures de ces sections ouunités puissent se fendre, la question d'empêcher la pièce fendue de tomber et de ruiner absolument la cornue entière con- duit aux conclusions suivantes que les expériences de la pratique réelle ont permis de vérifier.
Plus la hauteur verticale de ces pièces cylindriques est faible et plus les parois sont épaisses, moins il y a de risque qu*une pièce fendue tombe* En considérant le cas d'unités annulaires ayant,. par exemple ,115 millimè- tres d'épaisseur et seulement 63 millimètres de hauteur, si une telle unité présente deux fentes ou fêleures du haut en bas, c'est-à-dire suivant la dimension de 63 millimètres, la pièce détachée ne tomberait pas même s'il n'y avait pas de liaison de ciment dans les joints parce que cette pièce est tenue à plat par une surface de portée de 115 millimè- tres sur son dessus et son dessous*
Il est), en conséquence, préférable d'adopter des couronnes, ou des couronnes assemblées de briques en arc de cercle ou d*autres formes normales propres à former des couronnes ,
qui ont une hauteur relativement faible et, de préférence , inférieure à la largeur de la couronne, c'est-à-dire à l'épaisseur de paroi* En faisant une couron- ne résistante à la chaleur en partant d'une base plastique, il est toujours possible de mieux faire, et de cuire mieux, une couronne plate qu'une couronne de section carrée, ou qu'une couronne ayant une hauteur plus grande comparée à son épaisseur de paroi.
Comme dernière précaution-pour assurer une cornue bâ- tie aussi bonne que possible, du point de vue de l'absence
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de tension résiduelle qui pourrait donner lieu plus tard
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à la formation de f lgtê! ,0 dans le fOQtchmnement , on peut chauffer et refroidir très brusquement ces unités annulai- res pour que les tensions résiduellesfassent fendre l'uni- té, exactement comme elles le feraient dans le fonctionne- ment*.
On peut alors remplit les minces fentes de l'unité fendue qui a une tendance notable à s'ouvrir vers l'exté- rieur avec du ciment qui, une fois cuit avec l'unité en po- sition finale, constitue un joint étanche aux vapeurs de zinc* Ou bien, si on le désire, on peutoavrir mécanique- ment les unités annulaires ,au lieu de lesfaire fendre par des tensions sous l'effet de variations brusques de chaleur ,et remplir les fentes de ciment. Le dernier pas dans cette direction est de construire la cornue bâtie en unités annulaires qui sont elles-mêmes faites de briques en arc de cercle ou leur équivalent, comme cela est repré- senté à la figé, 4 des dessins.
Les avantages que présente la chambre réductrice ver- ticale, bâtie , de l'invention sont nombreux, Le fait;que cet- te chambre n'est supportée qu'en sa base et n'est pas liée autrement dans la structure de four rend possible d'établir une chambre relativement grande et de durée relativement longue capable, plus spécialement lorsque les unités indivi- duelles sont faites de carborundum, d'être chantée à de très hautes températures et d'être arrêtée et remise en marche sans être endommagée par des fentes ou autres dé- fectuosités. L'usage d'une seule forme simple pour l'édifi- cation de toute la chambre assure la simplicité et le bon marché de la construction.
Avec des formes simples de ce genre, on peut obtenir une densité ou compacité maximum de la matière résistante à la chaleur, ce qui lui donne une bonne conductibilité thermique . Lorsque la cornue ou chan-
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bre bâtie. de l'invnetion, avec sa multiplicité de joints, est chauffée ,de petites tensions, qui sont obligées à se produire, et des différences de dilatation dans différentes parties de la structure, dues à un léger manque 'dunifor- mité dans le chauffage ,ou à de légères différences dans la densité des matières, peuvent être soulagées par fluence du ciment.ou remplissage dans les joints* ce qui évite par cela même des fentes, dans la totalité de la chambre,
qui sont des plus difficiles à éviter dans la période de chauffa ge de n'importe quelle structure résistante à la chaleur Même après que la structure a atteint de hautes températu- res et que la liaison dans les Joints a fait prise, il est probable qu'une fluence peut se produire dans la liaison plus facilement qu'elle ne pourrait se produire dans une structure véritablement monolithique et, par conséquent, les efforts ou tensions seront toujours soulagés aux hau- tes températures .
Bien que la pratique qu'il est préférable d'adopter consiste à faire usage des dispositions les plus simples de formes de briques annulaires., cylindriques ou normales avec joints plats, il peut, dans certaines circonstances, être désirable de s'écarter, légèrement de cette pratique en munissant les unités de joints à languette et rainu- re, ou leur équivalent.. Avec de tels joints, il est impor- tant que les rainures ne soient point trop profondes et qu'une bon jeu soit prévu dedans pour les languettes, Tou- tefois, on ne doit pas perdre de vue que toutes les compli- ' cations de forme de ce genre tendent à retirer aux pièces individuelles de leur solidarité et de leur exactitude quant à la forme et aux dimensions et à faire qu'elles ne sont pas aussi exemptes de tension et de fêlures ou fentes.
Ces complications tendent, de plus, à restreindre la fluence, dans la liaison, qui est nécessaire lorsqu'une pièce doit se
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mouvoir par rapport à une autre, afin de soulager des efforts ou tensions dans la structure assemblée , Il est entièrement satisfaisant de ne faire usage que de joints plats.
En Résume , L'invention comprend :
1 Une chambre réductrice verticale, chauffée extérieu- rement, pour la réduction de matières zincifères, supportée et liée en son extrémité inférieure seulement et faite d'une multiplicité de pièces de matière résistante à la chaleur, -assemblées avec des joints plats remplis d'une matière qui rend la chambre, dans son ensemble , sensiblement étanche aux vapeurs de zinc, cette chambre pouvant d'ailleurs être caractérisée, en outre, par un ou plusieurs des points suivants ; a)-Les pièces de matière résistante à la chaleur sont faites denses et ou compactes grâce au fait qu'on choisit et proportionne convenablement la grosseur de leur grain et qu'on les forme sous une forte pression et elles sont ensuite séchées et durcies avec un minimum de tensions res- tant dedans ;
b) Ces pièces sont jointoyées tant horizontalement que verticalement ; c) Les dites pièces sont des briques de formes nor- males telles par exemple que des briques en arc de cercle; d) Les pièces en question sont des unités annulaires superposées, assemblées àjoints plats.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"VERTICAL REDUCTION CHAMBER PROVISION, EXTERNALLY HEATED FOR MELTING ZINCIFEROUS MATERIALS, AND ITS CONSTRUCTION METHOD".
The present invention relates to retorts, or reduction chambers, vertical, heated externally, for the fusion or reduction of zinciferous materials and it relates to an improved arrangement of such retort *
At the present time, all reducing chambers, or retorts (heated externally) for industrial zinc reduction are true monoliths, with a single opening for the introduction of the load, the removal of it.
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ment of residues and the exit of gaseous products carrying zinc. During the active reduction period, this opening is completely filled and isolated from the atmosphere by a condenser (and its lute) for the vapors of metallic zinc.
These monoliths are made by pounding or tamping a heat resistant, or refractory, plastic material in suitable molds or by upsetting this material, under pressure, through a die press. The resulting plastic vessels are dried and fired with great care and, if they show any cracks or cracks, they are rejected as unfit for placement in the heating chamber or laboratory of the zinc oven. The main reason for making these retorts in the form of real monoliths, and with only one opening, is that it is fully realized that the slightest penetration of heating gas into the retort is fatal to good zinc condensation of the vapors. of zinc released in the bare gold.
With small retorts the size of those commonly used at present in industrial zinc furnaces (retorts 15 to 23 centimeters in internal diameter and about 1 meter 20 centimeters to 1 meter 50 centimeters long) the disadvantages of constructing retorts in the form of true monoliths are not of particular importance. With reducing chambers of significantly greater capacity, the disadvantages of truly monolithic construction become so great that they make this way of making the reducing chamber industrially impractical.
Accordingly, in the construction of reducing chambers of relatively large reducing capacity, "built structures * become a practical necessity. By" built structures * is meant structures which do not.
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are not molded, formed or cast in one piece from a fluid or plastic material, thereby forming a monolith, but instead are "built" in the size and shape required by assembling a certain number of pieces of solid matter which are bonded together by some cement or jointing putty.
However, the zinc metallurgist is not inclined to view with favor built reducing chambers, no doubt because of the many unsuccessful attempts to reduce zinc bearing material in "built" mittens. In recent times, we have proposed and tried molded zinc melting mittens; but these built structures invariably gave poor zinc extractions and condensation so poor in metallic zinc that they were all abandoned in favor of the truly monolithic little retort which has become of common use in zinc smelting. for obtaining metallic zinc.
Due to the use of soft frames in other industries it may be necessary to explain why a frame muffle has heretofore not been satisfactory in the foundry art. zinc. In other industries where high temperature built-in mittens are used, small re-entries in the muffle, or small leaks from it, have no serious consequences. However, in the case where zinc is melted in the reducing chambers or retorts previously used in industry, the slightest re-entry into the reducing chamber or muffle has proved fatal to the good condensation of the zinc vapors given off.
This seems to be true even when there is a slightly greater pressure inside the muffle than on the outside, since the diffusion of oxygen in the muffle in antagonism to the pressure prevailing there seems to be.
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be of sufficient size to produce the harmful effect.
In the first attempts made to use cast molds for melting zinc, other difficulties had been encountered due to slagging or rupture of the joints, which in turn caused cracks when used. 'mitt cleaning tools.
The main difficulty, however, in the early attempts to use frame mittens in the zinc foundry was due to the fact that the mittens were invariably tied into, or supported by, the furnace or laboratory lining in many places. or that their vaults sprang from this lining.
With the temperature of the walls of the muffle going from darkness, when a fresh load was put in the muffle, up to 1200 to
1400 C, and often even higher, before the last part of the load has been worked, and the repetition of these temperature changes with each load, the wall of the muffle contracted and expanded differentially relative to each other. to the walls of the laboratory or furnace to which it was attached and there would inevitably occur, as a result, breaks and cracks in the muffle,
The authors of the invention have discovered that if the muffle or retort is so constructed, or established, that it is only supported and bonded in the furnace or laboratory lining in one place (preferably its base),
and all other factors duly taken into consideration one can make a retort sufficiently tight for good condensation of the evolved zinc vapors. They have further found it important not only that the reducing chamber or retort is not bound in any way. other place than at its base, but still that the shape of the individual elements which, assembled, constitute the retort is such that each element, or part, is able to expand and contract without exerting
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no effort on neighboring parts or elements.
They have also found that it is very advantageous that each piece, in the built retort, be of such shape and dimensions that one can, by pressure, obtain it very dense, or compact, dry and cook it uniformly and that 'it is not subjected to any internal stress or tension, which, in fact, requires the use of the smallest parts that it is possible to employ.
In addition, since the retort must only be supported and bound in the structure of the furnace: in one place, the arrangement of the retort in a vertical position becomes essential and a cylindrical retort becomes very advantageous because, under these conditions , the retort may be properly supported at its lower end, with sufficient wall thickness to carry the weight of the entire retort without sagging or buckling, and because a cylinder undergoes the least disastrous effects of the stresses to which it is applied. finds submissive when repeatedly heated and cooled.
The invention therefore contemplates the establishment, for the treatment of zinciferous material, of an externally heated and vertically arranged reducing chamber consisting of a multiplicity of elements or pieces of heat-resistant material, bonded together. horizontally, or vertically and horizontally, into a chamber substantially impervious to zinc vapors, supported and bonded at its lower end only o The individual heat-resistant elements, or parts, are preferably annular or cylindrical, or shaped normal such as: arc, keystone, cupola, crown section or other.
These elements or parts are, moreover, of such a form that each of them can expand and contract independently.
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ment without placing any detrimental force on the adjacent elements. For this purpose, the practice which is preferable to adopt consists in providing substantially flat joints between adjacent elements. To minimize expansion and contraction, it is desirable that the heat resistant members be made of material having a relatively low coefficient of expansion under the influence. temperature and, since the reducing chamber is heated externally, this material should preferably be a good conductor of heat.
Silicon carbide, or carborundum, aluminum oxide, zirconium oxide and zirconium silicate are satisfactory materials for this use. Individual parts or elements, resistant to heat, are obtained under pressure in a die press, or die-cast by machine, to give them great compactness and are dried and hardened (fired) under conditions such as to minimize the stresses remaining in or likely to develop in the heating of the chamber or retort which they must constitute.
The principles of the invention and their practical application to the construction of reducing chambers for zinc melting will be best understood from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is a sectional elevation of a furnace for reducing or melting zinc, incorporating the new built-in reducing chamber "object of the invention;
Fig. 2 is a section along 2-2: - freeze 1;
Fig. 3 is a cross-sectional elevation and cross-section, combined, of an alternative retort construction
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Fig. 4 is a combined cross-sectional elevation and cross-section of yet another variation.
As regards the arrangement shown in Figs, 1 and 2: the built retort 10 is surrounded by a heating chamber or laboratory, reconstructed inside a furnace structure comprising an outer jacket 12, a layer of sil- o-cel 13, an intermediate lining 14 of one or more layers of refractory bricks or other suitable material and an inner lining 15 of refractory or heat-resistant material such as, for example, carbofrax bricks.
Appropriate openings are provided through the wall of the furnace to allow the introduction of pyrometers 16. into the heating chamber 11 to appropriately determine and control the temperature in the furnace. the entire length of this room. the furnace shown in the drawings is heated by the combustion products obtained by burning gas;
but it goes without saying that any suitable means can be employed to heat the reducing or retort chamber 10 The combustible gas is supplied, through a gas line 17. to a plurality of vertical passages or conduits 18 disposed at the same time. The interior of a recuperator 19 established in the structure of the furnace, along the heating chamber 11. Likewise, air is supplied, through a duct 20, to a plurality of passages or ducts 21 existing in the furnace. the collector. Passages 18 and S1 are formed in a plurality of spaced vertical walls 22 of brick, tile, or their. equivalent, heat resistant.
It goes without saying that the lining of the recuperator can be made of a material less resistant to heat than the lining of the heating chamber 11 and that the recuperator will be provided where? - *
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suitable cleaning gaskets for its various gas passages.
From the upper part of the recuperator, the fuel gas and the heated air are delivered, through their respective passages 18 and 21, to an appropriate mixer and buzzer (not shown) adjacent to the top of the heating chamber. 11. The resulting hot combustion products descend around the retort 10 to an outlet duct 23, adjacent to the bottom of the heating chamber 11 and rise from there through a vertical flue 24, at the top. of the collector.
The recuperator is provided with thwarted horizontal chisels, 25, which force the heating gases to follow a zigzag path in the path they make through the recuperator to reach the gas outlet 26 and the chimney!
The furnace structure of the heating chamber 11 is mounted on a metal base plate, 28, supported on a suitable foundation, 29 of concrete or its equivalent. The base plate 28 supports the frame retort 10 and has, directly below this, a central opening of the same dimensions as the transverse section of the inside of the horn.
A metal cylinder 30 is bolted, or otherwise conveniently secured, to the underside of the base plate 28 and serves as an extension to the retort 10 below the base plate. A turntable 31, mounted directly below, and suitably spaced from the bottom of cylinder 30, serves to support the load in retort 10 and. by its rotation together with a scraper, allows to discharge from the bottom of the hopper, as desired, the exhausted residues. From the turntable 31, the spent residues are delivered to a conveyor, or other suitable means of removal, not
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shown in the drawings.
The frame retort, 10, is supported exclusively at the base and is nowhere else, along its entire length, attached or otherwise bound in the heating chamber or furnace structure. The upper end of the retort passes freely through the top of the furnace structure and a cylindrical metal jacket, 32, preferably
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in a nickel-chrome-iron-adorned alloy such as .Hßbnickel, rests on top of the retort. A ring of ordinary refractory bricks 33 is preferably interposed between the upper carbofrax ring of the retort and the cylinder 32 in order to prevent contact of this carbafrax ring with the metal.
The cylinder 32 is surrounded by a layer of hardened coal paste 34 enclosed in sheet 35 which, in turn, is surrounded by a mass of coal dust 36 retained by a sheet wall 37 * This coal dust also constitutes a movable closure between the retort and the opening existing in the top of the furnace structure for the passage of this horn. The metal cylinder 32 together with the surrounding layer of hardened charcoal paste 34 thus rests on top of the retort 10 and is free to move with it and, at the same time, the top of it. the retort is effectively closed.
It can be seen that the retort 10 is thus supported entirely at its base or lower part and is nowhere else subject to or bonded to the structure of the furnace, so that, therefore, it is is free to expand or contract as needed.
The metal cylinder 32 has a side gas outlet pipe 38 lined with a graphite tube 39 leading to a suitable condenser. but not shown in the accompanying drawings. The top of cylinder 32 is provided with a
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positive loading comprising an upside-down funnel, made of sheet metal, 40 suitably mounted in the cylinder and a movable stopper or bell 41. The space between the funnel 40 and the cylinder 32 is filled with hardened coal paste 42 surmounted by a mass of coal dust 43 in which is buried the edge of a cover 44
Where the gas outlet (38-39) of the retort enters the condenser, or any other dependency of the furnace,
or abuts against this condenser or dependency which is relatively fixed with respect to the expansion or contraction movements of the retort, it is important that the junction be adjustable to allow these relative movements. Or, if desired, the connection can be made after the retort has reached its working temperature and released before the retort has cooled. The condenser or other apparatus or dependency to which the gas outlet of the retort is connected may be adjustable in height and may be raised or lowered as the horn, expanding or contracting, raises or lowers the gas outlet.
Retort 10 consists of a multiplicity of superimposed annular elements 10 'of heat resistant material. In the furnace shown in the drawings, the retort 10 to 12 meters 20 centimeters long, or high, and 61 centimeters leng, or high, and 61 centimeters in inside diameter and it has a wall thickness of 115 millimeters.
The dimensions of each annular element 10 @ are: 61 centimeters in internal diameter, 84 centimeters in external diameter, 11 millimeters in wall thickness and 63 millimeters in height.
Ring elements $ 10 - are preferably made of grains of silicon carbide (or carb $ rundum) exactly
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calibrated and are preferably formed by upsetting under pressure to the die press to give them maximum compactness. They are given two hot ones: the second has a higher temperature than the one to which it is expected that these elements will be subjected in service, with the idea of relieving all tensions and bringing out all defaults so as to be able to put aside the imperfect elements *
The retort 10 is built from the base, placing these annular elements on top of each other.
The joints between the superimposed elements are filled with mastic, or cement, carbofrax, and they are pressed or knocked down to put them in place with joints preferably not exceeding 3 millimeters. As a mastic or jointing cement, it is preferable to use carbofrax cement N 4, preferably consisting of calibrated carborundum, in a small quantity of binder consisting of the residual liquor from the manufacture of paper by the process. bisulfite, dried, and in a small amount of clay ,. By adding water, this cement or mastic is made just plastic enough to flow under pressure, but dense or compact enough to leave an actual mass of carborundum in the joint when the water in the cement sets off. is evaporated.
Retort 10 can in this way be built or mounted to great heights provided that it is not bonded with any furnace wall which would interfere with its free and uniform expansion as it heats up. The low coefficient of expansion, under the influence of temperature, of the carbofrax brick has a particular advantage in the construction of these large retorts *
The retort 10A shown in fig, 3 is constructed sensibly in the same way as the retort 10 of figs 1 and
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2. The individual parts 10A which constitute it, although being annular elements, can perhaps be more aptly called cylindrical elements or units.
The dimensions of the retort itself are substantially the same as those of the retort 10 and the cylindrical members 10A 'are 152 millimeters in height and have a wall thickness of about 76 millimeters.
In the case where the retort is made of cylindrical or annular elements' in one piece, apart from elements made up of an assembly of bricks or small shapes, it is preferable that the height, or dimension vertical, of these elements does not exceed about 152 millimeters if it is desired to achieve to the greatest extent possible the advantages of the "built" construction "which is the subject of the invention. On the other hand, we have successfully operated for many months a vertical cylindrical retort 7 meters 62 centimeters high, built,
according to the invention in cylindrical elements 457 millimeters in height.
The retort 10B shown in fig, 4 is built of bricks, 10B ", previously assembled into the annular units or elements 10B '. The bricks 10B ** are carbofrax bricks, in the form of an arc of a circle or in the form of a crown segment. , having approximately the following dimensions: 220 millimeters, by 160 millimeters, by 115 millimeters, by 63 millimeters Twelve of these bricks constitute each annular element 10B ', the dimensions of which are: 61 centimeters in internal diameter, 84 centimeters outside diameter, 115 millimeters in wall thickness and 63 millimeters in height.
The bricks 10B "are preferably made of grains of silicon carbide, or carborundum, exactly sized.
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and are, moreover, pressed to the machine to give them the maximum compactness or density. We give them two hot for the above-mentioned reasons. Its bricks are remarkably exact in shape and dimensions after the hot double.
Nevertheless, in practice it is preferable to sand them on a rotary grinding table, where all irregularities are removed, the contact surfaces of the bricks are made smooth and any defects covered by the surface glaze. are revealed, which makes it possible to reject defective bricks,
After the smoothing and uniforming operation on the rotary sand table, the bricks are sorted as a size to four tenths of a millimeter on the vertical dimension or dimension of 63 millimeters. Twelve of these bricks are then placed in a circle on a flat surface and the vertical joints are filled with carbon cement N 4.
Adding water makes the cement just plastic enough to flow under pressure, but dense or compact enough that it leaves a real mass of carbon in the joint when the water has evaporated. Vertical joints between adjacent bricks in the circle or crown are made with an initial thickness of 3 millimeters, or more, of cement. After that, place two or three large iron eyelashes around the circle of assembled bricks and twist the ends of these threads together, so as to exert a very powerful force of contraction and compression. Under the effect of this treatment, the vertical joint between adjacent bricks is reduced to 1 and a half millimeters, or even less,
We then build the retort 10B from the base by placing these crowns, or circles, of bricks on top of each other.
In this operation, we manipulate the necks
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reindeer like units-, the bricks, in each crown or unit, being held tight together by the iron wires surrounding them.The horizontal joints between the superimposed crowns are filled with carbofrax cement and knocked on them to put them in place. place with joints of
3 millimeters, or less. As the horizontal joints between the superimposed crowns are always under compression, as a consequence of the weight of the superimposed crowns, they do not require to be made with as much care as the vertical joints between the individual bricks of each crown, the latter joints being subjected to a lower compressive force once the wires surrounding the crowns have been removed.
These wires are removed when a meter twenty centimeters or one put fifty centimeters of the retort structure has been built over water, the weight of the superimposed structure then being sufficient to hold in position the individual bricks of the retort. lower crowns. In this way, the retort 10B can be built or mounted to great heights provided that it is not bonded with any furnace wall, which would interfere with its free and uniform expansion as it heats up.
Although, in practice which is preferable, the filling material, cement or bond, in the joints between annular or cylindrical units, or between individual bricks or pieces, may harden and solidify, when it is cold, to the point of forming a real bond between the parts, a stronger bond in some
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/ is not in some cases that these parts themselves, this oondition of the sential. The cold resistance material of the filling material / in the joint fillers has the role of filling or plugging any gaps or cracks that would otherwise exist and of making the joints
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sufficiently compact to be substantially non-porous to zinc vapors.
The filling in the joints must, in addition, have the ability not to melt at the high temperatures to which the reducing chamber is subjected, but must remain in position in the joints. It is for these reasons, among others, that the filler or binding material should be made with as large a percentage of solids as possible and as little as possible of water or other slippery material.
This preference for a dense or compact filling material makes it more difficult to achieve uniform thin joints, particularly in vertical joints; but the manner of assembling the parts according to the invention overcomes this cause of difficulties and makes it possible to obtain zinc vapor-tight joints, therefore, when it is said here that the parts are. "Bonded" together, by this is meant that the joints, both horizontal and vertical, are filled so as to be substantially impervious to zinc vapors under operating conditions.
It goes without saying that the reducing chamber can have a section of any shape. Although 10 ', 10A' and lobe units have been referred to herein as "cylindrical" or "ring" shaped units, these expressions have been used without the intention of giving them a restrictive meaning as to configuration. exact units. In general, it is preferable that these units are circular in section; but it goes without saying that they can be elliptical, oval or of any other suitable section,
It has heretofore been considered desirable to construct "frame" mittens so that they exhibit
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minimum number of Seals.
The researches and experiments of the authors of the invention showed that this does not hold for a vertical zinc retort, "built". Thus they found that the number of joints, in a vertical zinc retort, frame, can advantageously be increased to the number required by machine-pressed bricks of normal shape, especially in the case where, as in the invention, the reducing or retort chamber is supported only at its base and is not otherwise bound in the structure of the furnace,
As stated previously, the individual units or parts which, when assembled, constitute the retort, must be of such a shape that each unit or part is able to expand and contract without exerting any force on the units or neighboring parts. ,
In their early experiments, the inventors had constructed the vertical retort into cylindrical carbofrax units or sections having interlocking joints, such as are commonly used to connect pipe ends of various sizes. genres. These sections were 457 millimeters long, or high, and 381 millimeters in internal diameter, with a wall thickness of about 50 millimeters. In the operation of this built retort, the Interlocking Joint not only showed no advantage but presented a positive and very serious disadvantage, despite the fact that the carbofrax brick is extraordinarily strong, as a material not heat-resistant metal and, moreover, has a low coefficient of expansion under the influence of temperature.
This retort was taken out of service by the rupture and fall of a large piece of the retort as a result of the introduction of a cold load into the upper end of the retort while the retort was at a temperature
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around 12000 C .. When the assembly was examined, after cooling, a number of cracks were found in the retort in addition to those which were the direct and main cause of its failure. In each case, these slits started either from the female ends or the male ends, and typically they extended from one of the male ends into the female end of the unit or section immediately below.
It was therefore clearly evident that the sec- tions were seldom liable to begin to split from the female end and that if a slit formed in one section up to the male end it was almost certain that this will split the female end of the unit below, due to the male end interlocking into the female end of the immediately lower unit.
It took considerable courage on the part of the inventors to remove the female end of the units so as to leave them in the form of real sections of cylinders, without any other link, from one section to another, than the plastic connection between the joints. The units or sections then presented the arrangement of those shown in the figs. 1, 2 and 3 of the attached drawings.
Not only can these units be made and fired with considerably less stress remaining in it, but, once assembled and in operation, they can expand unevenly with respect to each other.
In other words, if, in heating, one of the units tends to expand elliptically or so as to assume an ovoid shape along a certain axis, while another unit tends to do the same thing along another axis, they can do so without one of the units exerting effort on another unit. Under these conditions, the movement takes place in the plastic, or filling of the
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joints. These truly cylindrical or annular units provided much superior service. to that obtained with the interlocking units.
Continuing the same line of reasoning, but assuming that even the best of these sections or units can split, the question of preventing the split piece from falling and absolutely ruining the entire retort leads to the following conclusions that the experiments of the actual practice allowed to verify.
The lower the vertical height of these cylindrical parts and the thicker the walls, the less risk there is that a split part will fall. Considering the case of annular units having. For example, 115 millimeters thick and only 63 millimeters in height, if such a unit had two slits or cracks from top to bottom, that is to say according to the dimension of 63 millimeters, the spare part would not fall not even if there was no cement bond in the joints because this part is held flat by a bearing surface of 115 millimeters on its top and bottom *
It is), consequently, preferable to adopt crowns, or crowns assembled bricks in an arc of a circle or other normal shapes suitable for forming crowns,
which have a relatively low height and preferably less than the width of the crown, i.e. the wall thickness * By making a heat-resistant crown from a plastic base , it is always possible to do better, and to cook better, a flat crown than a crown of square section, or a crown having a greater height compared to its wall thickness.
As a last precaution - to ensure a retort build- ing as good as possible, from the point of view of the absence
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residual tension which could give rise later
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to the formation of f lgtê! , 0 in the operation, these annulus units can be heated and cooled very sharply so that the residual voltages cause the unit to crack, just as they would in operation *.
The thin slits of the slit unit which has a noticeable tendency to open outwards can then be filled with cement which, when cured with the unit in the final position, forms a watertight seal. zinc vapors * Or, if desired, the annular units can be mechanically opened, instead of having them split by tensions under the effect of sudden changes in heat, and the slots filled with cement. The last step in this direction is to build the retort built in ring units which are themselves made of arcuate bricks or their equivalent, as shown in Fig. 4 of the drawings.
The advantages of the vertical, built-up reducing chamber of the invention are numerous. The fact that this chamber is supported only at its base and is not otherwise linked in the furnace structure. possible to establish a relatively large and relatively long lasting chamber capable, more especially when the individual units are made of carborundum, of being sung at very high temperatures and of being turned off and on again without being damaged by cracks or other defects. The use of a single simple form for the construction of the whole chamber ensures simplicity and inexpensive construction.
With simple shapes of this kind, one can obtain a maximum density or compactness of the heat-resistant material, which gives it good thermal conductivity. When the retort or chan-
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bre built. invnetion, with its multiplicity of joints, is heated, small stresses, which are forced to occur, and differences in expansion in different parts of the structure, due to a slight lack of uniformity in heating, or to slight differences in the density of the materials, can be relieved by fluence of cement. or filling in the joints * which thus avoids cracks, in the whole of the chamber,
which are most difficult to avoid in the heating period of any heat resistant structure Even after the structure has reached high temperatures and the bond in the Joints has set, it is likely that Fluence can occur in the bond more easily than it could in a truly monolithic structure, and therefore stresses or strains will always be relieved at high temperatures.
Although the best practice to adopt is to make use of the simpler arrangements of ring, cylindrical, or normal brick shapes with flat joints, it may in some circumstances be desirable to deviate slightly of this practice by fitting the units with tongue-and-groove joints, or their equivalent. With such joints, it is important that the grooves are not too deep and that a good clearance is provided for them. tabs, However, one should not lose sight of the fact that all such compli- cations of form tend to deprive the individual parts of their solidarity and accuracy as to form and dimensions and to make they are not as free of tension and cracks or cracks.
These complications tend, moreover, to restrict the fluence, in the connection, which is necessary when a part is to be connected.
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move in relation to another, in order to relieve stresses or strains in the assembled structure, It is entirely satisfactory to use only flat joints.
In summary, the invention comprises:
1 A vertical reducing chamber, heated externally, for the reduction of zinc-bearing material, supported and linked at its lower end only and made of a multiplicity of pieces of heat-resistant material, assembled with flat gaskets filled with a material which renders the chamber, as a whole, substantially impervious to zinc vapors, which chamber may moreover be characterized, in addition, by one or more of the following points; a) -The pieces of heat-resistant material are made dense and / or compact thanks to the fact that one chooses and properly proportion the size of their grain and that they are formed under high pressure and they are then dried and hardened with a minimum of tension remaining inside;
b) These parts are jointed both horizontally and vertically; c) The said pieces are bricks of normal shapes such as, for example, bricks in an arc; d) The parts in question are superimposed annular units, assembled with flat gaskets.
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