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"Perfectionnements relatifs au chauffage interne des chambres de réduction de minerais et autres fours".
L'invention se réfère au chauffage interne des chambres de réduction de minerai/et autres fours à minerais tels que par exemple les cubilots, les fours et installations analo- gues et à la réduction des minerais, oxydes et analogues.
L'une des applications les plus importantes de l'inven- tion est celle relative au chauffage interne des chambres de réduction des minerais soit fixes, soit rotatives (comme dé- belge crit dans le mémoire du brevet antérieur de l'inventeur n
348.037).
Pour chauffer intérieurement ces chambres, on $
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coutume de se servir de brûleurs à huile de types courants qui pulvérisent le combustible huile dans la chambre sous 1' action de l'air sous pression. Pour obtenir et maintenir les températures élevées requises avec ces brûleurs à huile il est nécessaire de faire usage d'un excès d'air. Cet excès d'air a une tendance à provoquer la réoxydation du métal ré- duit et de la sorte de réduire nettement l'efficacité du fonctionnement.
L'un des objectifs de la présente invention est de pré- voir un procédé de chauffage interne qui évite la nécessité d'employer un excès d'air.
Un autre objectif est de se servir d'un hydrocarbure à la fois pour chauffer le minerais, l'oxyde ou composé analo- gue qui doit être réduit, et pour effectuer simultanément sa réduction.
Dans ses grandes lignes, l'invention réside en un pro- cédé permettant de chauffer intérieurement les chambres ré- ductrices de minerais ou autres fours à minerais qui à son tour consiste à introduire à l'intérieur de la chambre, ou du four préalablement chauffé à la température requise un hydrocarbure non craqué ou un corps renfermant un hydrocar- bure non décomposé, d'où il résulte que l'hydrocarbure en question se craque à l'intérieur de la chambre ou four; et ensuite à admettre dans la zone ou dans les zones où ce cra- quage se produit, suffisamment d'air pour assurer la combus- tion des vapeurs formées.
L'invention consiste également à réduire des minerais, oxydes et analogues et à effectuer la réduction en amenant l'hydrocarbure à un état non-craqué en contact avec la ma- tière à réduire, qui a été chauffée à sa température de réduc -tion, par l'intermédiaire d'un transporteur refroidi par l'eau, d'où, il résulte que l'hydrocarbure se décompose par
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suite de contact avec cette matière chauffée, elle consiste ensuite à maintenir la température de réduction 'de la matiè- re en brûlant les vapeurs combustibles produites par le cra- quage de l'hydrocarbure en présence dir introduit séparé- ment.
Des exemples d'appareils convenant pour réaliser l'inven- tion sont représentée par les dessins ci-Joints où :
La figure 1 est une coupe verticale en long à travers une chambre de réduction du type rotatif à tube destiné à la réduction des métaux volatils tels que le zinc et comprenant des organes pour introduire un hydrocarbure et de l'air en vue de réaliser la présente invention; la figure 2 est une coupe partielle à échelle plus grande des organes représentés par la figure 1 pour l'introduction d'un hydrocarbure non craqué dans la masse du minerais ou ana- logue de la chambre de réduction; les figures 3 et 4 montrent un organe pour dégager les orifices de sortie des tuyaux d'alimentation d'hydrocarbure;
la figure 5 est une coupe transversale à échelle plus grande à travers le mécanisme d'alimentation d'hydrocarbure représenté par la figure 1 ; la figure 6 est une coupe verticale partielle de la même chambre de réduction montrant une variante de l'organe ser- vant à introduire de l'air de opmbustion; la figure 7 est une coupe transversale à éohelle plus grande à travers la chambre de réduction représentée par la figure 1 montrant deux positions des tuyaux dtadmission d'air et le fonctionnement des soupapes automatiques contrôlant l' extrémité d'admission de ces tuyaux;
' la figure 8 est un schéma montrant l'application générale de la présente invention à des chambres de réduction de mine- rais ou autres fours à minerais.....
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Dans les dessins, la chambre de réduction représentée a la forme d'un tube 1 monté à rotation à ouvertures 2 et 3 aux extrémités; es dites ouvertures sont opportunément mises à l'abri de la libre pénétration de l'air! l'ouverture 2 sert à l'élimination des vapeurs produites par la réduction et l'ou- verture 3 sert à l'élimination par l'intermédiaire d'une chute
4 de la gangue ou résidu. Le minerais dont une couche est dé- signée par.la référence 5 à l'intérieur de la chambre de ré- duction est introduit à travers l'ouverture 2 par l'intermé- diaire d'organes comprenant une chute inclinée 6, un tube de communication horizontal ou sensiblement horizontal 7 et un transporteur à hélice ou autre 8.
Ces organes d'alimentation de minerais sont supportés par une tour 9 à chemise d'eau qu' ils traversent; c'est ici que se fait la condensation des va- peurs métalliques et leur séparation des autres gaz provenant de la réduction, ainsi qu'il est décrit dans le mémoire du belge b revet antérieur 353.705. Dans la partie centrale du tube de réduction se dispose dans le sens de la longueur un tube fixe ou poutre creuse 10 qui est porté à ses extrémités par des supports 11 et 12.
A l'intérieur de ce tube 10,de l'eau cir- cule en permanence; l'admission de cette eau se trouve à l'une des extrémités indiquée par la référence 13 tandis que la sor- tie se trouve à l'autre extrémité,14, cette évacuation débi- tant à l'intérieur de la tour de condensation 9 dont il a été question plus haut.
Une série;de tuyères dont la figure 2 montre clairement la construction, partent radialement et de distancera. distance du tube 10. Ces tuyères comportent un tube intérieur 15 rela- tivement petit dont l'extrémité est pourvue d'une chemise d' eau formée par un tube intérieur 16 et un tube extérieur 17 distants l'un de l'autre; le second de ces tubes vient se for- mer contre l'extrémité du petit tube intérieur 15. L'intérieur
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du tuba 16 communique avec l'intérieur du tube 10 par l'inter- médiaire d'une ouverture d'admission 16a et de même l'intérieur @ du tube extérieur 17 communique également avec l'intérieur du tube 10 par l'intermédiaire d'un passage d'évacuation 17a.
L teau se trouvant à l'intérieur du tube 10 est ainsi forcée de circuler à travers les espaces formés par les tubes concen- triques 16 et 17 dans le sens indiqué par les flèches de la figure 2. Le petit tube intérieur 15 est de la sorte maintenu ! toujours elativement froid. Comme précaution supplémentaire à ce point de vue, le tube extérieur 17 ast entouré par une gain exté- rieure 18 à garniture intermédiaire 19 constituée par toute matière calorifuge appropriée.
Les tubes intérieurs 15 qui s'ouvrent à l'intérieur de la chambre de réduction par leur extrémité peuvent débiter un hydrocarbure liquide à l'état non craqué et relativement froid, à cet effet chaque tube communique par son extrémité intérieure avec un tube 20 qui s'étend dans le sens de la longueur à tra- vers le compartiment d'eau à l'intérieur du tube 10. Ces tu- bes 20 passent à travers la fermeture de gauche du tube 10; ils se trouvent ainsi à l'extérieur de la chambre de réduction et les extrémités ainsi exposées à l'extérieur sont chacune pourvues d'un tuyau d'alimentation ou d'admission 21 communi- quant avec la source principale d'hydrocarbure.
Ainsi que le montre la figure 5, les tuyères d'alimenta- tion d'hydrocarbure.refroidir par l'eau pénètrent à l'intérieur de la chambre de réduction sous un angle avec la verticale de manière que pendant la rotation des tubes de réduction les ori- fices de sortie de ces tuyères sont toujours normalement re- couvertes par le lit de minerais..
Des organes sont prévus dans l'exemple représenté pour empêcher que les orifices de sortie des tuyaux d'alimentation,, d'hydrocarbures ou tubes 15 d'être obstrués par le coke; ces
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organes se composent de tiges 22 qui descendent en passant par le centre de chacun de ces tuyaux 15 et peuvent prendre périodiquement un mouvement de va-et-vient à l'intervention d'une connexion à manivelle 23 disposée entre ces tiges et d'autres tiges, 24, logées dans les tubes ou tuyaux d'alimen- tation longitudinaux 20; on peut imprimer à l'extrémité exté rieure 25 de ces tiges un mouvement d'oscillation ou de rota- tion partielle à cet effet.
Ainsi que le montre la figure 5, le tube refroidi par l' eau, 10, peut recevoir une protection supplémentaire contre la radiation de la chaleur à l'intérieur de la chambre par l' intermédiaire d'un abri extérieur 26 et d'un bourrage inter- médiaire 27 de matière non conductrice appropriée.
Grâce à ces organes, l'hydrocarbure liquide est amené à l'état non craqué en contact réel avec une oouche de minerais chauffé à sa température de réduction. Le résultat du contact entre l'hydrocarbure relativement froid et le minerais chaud est que l'hydrocarbure est craqué sur place en formant du car- bone dans sa forme la plus active, à savoir à l'état atomique ou naissant; sous cette forme il réduit le minerais.
Quand un hydrocarbure de décompose, il se dégage une car.. taine quantité de gaz combustibles et l'un des objectifs de l'invention est d'employer ces gaz pour chauffer le minerais et le maintenir à la température de réduction dans la chambre de réduction. On atteint cet objectif conformément à la pré- sente invention en introduisant séparément l'air dans la cham- bre de réduction à proximité de l'endroit ou des endroits où se produit la craquage de l'hydrocarbure, la quantité d'air ainsi admise suffisant pour réaliser la combustion com- plète des dits gaz combustibles sans donner naissance à une atmosphère oxydante dans la chambre de réduction.
Dans l'ar- rangement représenté par les figures 1;8,3,4,5%et 7 cet air
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est introduit à l'intérieur de la chambre de réduction par une série de tubes 28 qui passent radialement à travers la paroi de la chambre de réduction. On a constaté qu'il était important dans la pratique d'empêcher que cet air soit projeté directe- ment sur la surface exposée de la couche de minerais chaud et à cette fin, l'extrémité extérieure de chaque tube est pourvue dtun clapet 29 articulé en 30, tandis que l'on a prévu un ar- rêt 31 pour limiter son mouvement d'ouverture.
Ces clapets fonctionnent ainsi par pesanteur et restent fermés jusqu'à ce que la rotation de la chambre de réduction amène les tubes dans une position dans laquelle leur extrémité intérieure plonge dans la couche de minerais chaud ainsi qu'il est in- diqué très plairement par la figure 7. Dans cette position de la chambre de réduction, les soupapes s'ouvrent automatique- ment et laissent arriver l'air par suite de la position spé- ciale des tubes à air par rapport aux admissions d'hydrooar- bure , pour promouvoir la combustion des gaz combustibles pro- duits par le craquage sur place de l'hydrocarbure introduit.
Pendant le restant de la révolution de la chambre de réduction les soupapes 29 restent fermées.
Dans la disposition modifiée représentée par la figure 6, l'air est introduit par une série de tubes longitudinaux 32 de longueur variable. Comme les orifices de sortie de Ces tu- bes servent à évacuer l'air de la couche de minerais chaud, la présence de soupapes de contrôle comme dans la disposition antérieure, devient inutile.
Dans la figure 8, en a représenté schématiquement l'une des extrémités d'une chambre qui peut être employée comme chambre de rédaction de minerais ou comme four à chauffer un minerais. Dans le dispositif représenté, on emploie un brûleu à huile de type courant 33 pour effectuer le chauffage préli- minaire requis de l'intérieur de la chambre. Quand on a
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atteint la température requise, par ce moyen, on met hors cir- cuit le brûleur 33 et on fait arriver un hydrocarbure liquide par un tuyau 34 à chemise d'eau. Quand l'huile quitte l'extré- mité du tuyau 34, elle se craque en produisant des vapeurs combustibles. Celles-ci brûlent en présence de l'air qui est amené par le tuyau d'admission d'air 35.
Quand la chambre doit fonctionner comme chambre de réduction de minerais, la tuyau à chemise d'eau 34 est disposé de manière que sa sortie soit toujours normalement recouverte par la lit de minerai ainsi qu'il est indiqué par les lignes pointillées de la figure 8.
Si on la desire, on peut rendre ce tuyau articulé de manière qu'il soit capable de prendre toute position désirable dans la chambre de réduction.
REVENDICATIONS.
EMI8.1
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1./ Procédé de chauffage interne de chambres de réduction de minerais ou autres fours à minerais qui consiste à introdui- re à l'intérieur de la chambre ou four préalablement chauffé à la température convenable, un hydrocarbure non craqué ou corps renfermant un hydrocarbure non craqué, ce qui provoque le craquage de cet hydrocarbure à l'intérieur de la chambre ou four, et dans la zone ou dans les zones où se produit ce craquage, à admettre une quantité d'air suffisante pour assu- rer la combustion des vapeurs produites.
2./ .Procédé de chauffage interne de chambres de réduction de minerais ou autres fours à minerais qui consiste à craquer un hydrocarbure en le mettant à l'état non craqué en contact avec une masse de minerais chauffée à une température appropria ou analogue à l'intérieur de la chambre ou four, à introduire de l'air dans la zone ou dans les zones où se produit le cra- quage et à brûler las vapeurs combustibles produites.
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"Improvements relating to internal heating of ore reduction chambers and other furnaces".
The invention relates to the internal heating of ore reduction chambers and other ore furnaces such as, for example cupolas, furnaces and the like, and to the reduction of ores, oxides and the like.
One of the most important applications of the invention is that relating to the internal heating of ore reduction chambers, either fixed or rotating (as described in Belgium in the specification of the prior patent of the inventor no.
348.037).
To heat these rooms internally, we $
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It is customary to use oil burners of common types which spray the oil fuel into the chamber under the action of pressurized air. To obtain and maintain the high temperatures required with these oil burners it is necessary to use excess air. This excess air has a tendency to cause reoxidation of the reduced metal and thereby markedly reduce operating efficiency.
One of the objects of the present invention is to provide an internal heating process which obviates the need to employ excess air.
Another object is to use a hydrocarbon both to heat the ore, oxide or the like which is to be reduced, and to simultaneously effect its reduction.
In broad outline, the invention resides in a process for internally heating the ore reduction chambers or other ore furnaces which in turn consists of introducing inside the chamber, or the previously heated furnace. at the required temperature an uncracked hydrocarbon or a body containing an undecomposed hydrocarbon, whereby the hydrocarbon in question cracks inside the chamber or furnace; and then admitting into the zone or zones where this cracking occurs, sufficient air to ensure combustion of the vapors formed.
The invention also includes reducing ores, oxides and the like and effecting the reduction by bringing the hydrocarbon to an uncracked state in contact with the material to be reduced, which has been heated to its reduction temperature. , by means of a water-cooled conveyor, from which, it results that the hydrocarbon decomposes by
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Following contact with this heated material, it then consists in maintaining the reduction temperature of the material by burning the combustible vapors produced by the cracking of the hydrocarbon present in the presence of separately introduced.
Examples of apparatus suitable for carrying out the invention are represented by the accompanying drawings where:
Fig. 1 is a vertical sectional view through a rotary tube type reduction chamber for reduction of volatile metals such as zinc and including members for introducing hydrocarbon and air to achieve the present invention; FIG. 2 is a partial section on a larger scale of the members shown in FIG. 1 for the introduction of an uncracked hydrocarbon into the mass of the ore or the like of the reduction chamber; Figures 3 and 4 show a member for clearing the outlet orifices of the hydrocarbon feed pipes;
Figure 5 is an enlarged cross section through the hydrocarbon feed mechanism shown in Figure 1; FIG. 6 is a partial vertical section of the same reduction chamber showing a variant of the member serving to introduce the opmbustion air; Figure 7 is an enlarged cross section through the reduction chamber shown in Figure 1 showing two positions of the air intake pipes and the operation of the automatic valves controlling the intake end of these pipes;
Figure 8 is a diagram showing the general application of the present invention to ore reduction chambers or other ore furnaces .....
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In the drawings, the reduction chamber shown is in the form of a tube 1 rotatably mounted with openings 2 and 3 at the ends; These openings are suitably protected from the free penetration of air! opening 2 serves for the removal of vapors produced by the reduction and opening 3 serves for removal via a chute
4 gangue or residue. The ore of which a layer is designated by the reference 5 inside the reduction chamber is introduced through the opening 2 by the intermediary of members comprising an inclined chute 6, a tube horizontal or substantially horizontal communication 7 and a propeller conveyor or other 8.
These ore feeders are supported by a water-jacketed tower 9 which they pass through; it is here that the condensation of the metallic vapors takes place and their separation from the other gases resulting from the reduction, as described in the report of the Belgian b revet earlier 353.705. In the central part of the reduction tube is arranged in the direction of the length a fixed tube or hollow beam 10 which is carried at its ends by supports 11 and 12.
Inside this tube 10, water is constantly circulating; the inlet of this water is at one end indicated by the reference 13 while the outlet is at the other end, 14, this outlet flowing inside the condensing tower 9 discussed above.
A series of nozzles, of which figure 2 clearly shows the construction, start radially and distance. distance from tube 10. These nozzles comprise a relatively small inner tube 15, the end of which is provided with a water jacket formed by an inner tube 16 and an outer tube 17 spaced apart from each other; the second of these tubes is formed against the end of the small inner tube 15. The interior
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of the snorkel 16 communicates with the interior of the tube 10 via an inlet opening 16a and likewise the interior of the outer tube 17 also communicates with the interior of the tube 10 via the intermediary of 'an evacuation passage 17a.
The water inside the tube 10 is thus forced to flow through the spaces formed by the concentric tubes 16 and 17 in the direction indicated by the arrows in figure 2. The small inner tube 15 is of the same. so maintained! still relatively cold. As an additional precaution from this point of view, the outer tube 17 is surrounded by an outer casing 18 with an intermediate lining 19 made of any suitable heat-insulating material.
The inner tubes 15 which open inside the reduction chamber at their end can deliver a liquid hydrocarbon in an uncracked and relatively cold state, for this purpose each tube communicates at its inner end with a tube 20 which extends lengthwise through the water compartment inside tube 10. These tubes 20 pass through the left closure of tube 10; they are thus located outside the reduction chamber and the ends thus exposed to the outside are each provided with a supply or inlet pipe 21 communicating with the main source of hydrocarbon.
As shown in Figure 5, the water-cooled hydrocarbon feed nozzles enter the interior of the reduction chamber at an angle to the vertical so that during rotation of the reduction tubes the outlets of these nozzles are always normally covered by the ore bed.
Means are provided in the example shown to prevent the outlets of the hydrocarbon feed pipes or tubes from being clogged with coke; these
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organs are composed of rods 22 which descend through the center of each of these pipes 15 and can periodically take a back and forth movement through the intervention of a crank connection 23 disposed between these rods and others rods, 24, housed in the longitudinal feed tubes or pipes 20; the outer end 25 of these rods can be imparted to an oscillating or partially rotating motion for this purpose.
As shown in Figure 5, the water-cooled tube, 10, can be given additional protection against heat radiation inside the chamber through an outer cover 26 and an outer cover 26 and a chamber. intermediate packing 27 of suitable non-conductive material.
Thanks to these organs, the liquid hydrocarbon is brought to the non-cracked state in real contact with an ore layer heated to its reduction temperature. The result of the contact between the relatively cold hydrocarbon and the hot ore is that the hydrocarbon is cracked in place forming carbon in its most active form, namely in the atomic or nascent state; in this form it reduces the mineral.
When a hydrocarbon decomposes, a large quantity of combustible gases is given off and one of the objects of the invention is to employ these gases to heat the ore and maintain it at the reduction temperature in the combustion chamber. reduction. This object is achieved in accordance with the present invention by separately introducing the air into the reduction chamber near the place or places where the cracking of the hydrocarbon occurs, the quantity of air thus admitted. sufficient to achieve complete combustion of said combustible gases without giving rise to an oxidizing atmosphere in the reduction chamber.
In the ar- ranging represented by figures 1; 8,3,4,5% and 7 this air
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is introduced inside the reduction chamber by a series of tubes 28 which pass radially through the wall of the reduction chamber. It has been found to be important in practice to prevent this air from being projected directly onto the exposed surface of the hot mineral bed and for this purpose the outer end of each tube is provided with a hinged valve 29. at 30, while a stop 31 has been provided to limit its opening movement.
These valves thus operate by gravity and remain closed until the rotation of the reduction chamber brings the tubes into a position in which their inner end plunges into the layer of hot ore as is very pleasingly indicated by Fig. 7. In this position of the reduction chamber, the valves open automatically and let air in due to the special position of the air tubes in relation to the hydroarbon inlets, for promote the combustion of fuel gases produced by on-site cracking of the introduced hydrocarbon.
During the remainder of the revolution of the reduction chamber the valves 29 remain closed.
In the modified arrangement shown in FIG. 6, the air is introduced through a series of longitudinal tubes 32 of variable length. As the outlets of these tubes serve to exhaust air from the hot mineral bed, the presence of control valves as in the previous arrangement becomes unnecessary.
In Figure 8, schematically shows one of the ends of a chamber which can be used as a mineral drafting chamber or as a furnace for heating an ore. In the device shown, a conventional type oil burner 33 is employed to effect the required preliminary heating of the interior of the chamber. When we have
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reaches the required temperature, by this means the burner 33 is switched off and a liquid hydrocarbon is brought in through a water-jacketed pipe 34. As the oil leaves the end of the pipe 34, it cracks, producing combustible vapors. These burn in the presence of the air which is supplied by the air intake pipe 35.
When the chamber is to function as an ore reduction chamber, the water jacketed pipe 34 is arranged so that its outlet is always normally covered by the ore bed as indicated by the dotted lines in Figure 8. .
If desired, this pipe can be made articulated so that it is capable of assuming any desirable position in the reduction chamber.
CLAIMS.
EMI8.1
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1. / A method of internal heating of ore reduction chambers or other ore furnaces which consists in introducing inside the chamber or furnace previously heated to the appropriate temperature, an uncracked hydrocarbon or body containing a non-cracked hydrocarbon. cracked, which causes cracking of this hydrocarbon inside the chamber or furnace, and in the zone or in the zones where this cracking occurs, to admit a sufficient quantity of air to ensure combustion of the vapors produced.
2. /. Process of internal heating of ore reduction chambers or other ore furnaces which consists in cracking a hydrocarbon by placing it in the non-cracked state in contact with a mass of ores heated to a temperature appropriate or similar to the inside the chamber or furnace, introducing air into the area or areas where the cracking occurs and burning off the combustible vapors produced.
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