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Four électrique à cuve, en particulier pour chauffage direct à résistance.
L'invention a pour objet un four à cuve construit de préférence en forme de four pour chauffage direct à résistance et destiné principalement à la récupération de métaux particulièrement de magnésium, à partir de mélanges du métal avec des matières non volatiles qui l'accompagnent, en les soumettant à une distillation afin d'en séparer le contenu métallique, et destiné en plus à l'épuration de
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métaux bruts par distillation, mais pouvant servir aussi à d'autres usages, par exemple à la réduction de composés métalliques à des températures supérieures au point d'ébullition du. métal en question* En plus d'autres propriétés particulières ce four a en premier lieu l'avantage que l'on. peut effectuer l'évaporation du métal en une opération ininterrompue,
donnant un produit condensé pur même lorsque l'on traite dans le four une matière donnant naissance à un dégagement de poussière.
Lorsqu-'on relie la chambre de distillation en forme de cuve au condenseur au moyen d'un tuyau branché OEirecteiaent, il faut, pour des raisons de construction, que la conduite de communication ait un petit diamètre intérieur . Il en résulte, lorsqu'on traite dans le four une matière tendant à dégager de la poussière, cette difficulté que les vapeurs qui sortent de la cave à une vitesse relativement grande entraînent avec elles des parties pulvérulentes de la charge, parties qui nuisent à la nature du produit condensé ou même empêchent complètement la formation d'un dépôt liquide se solidifiant en donnant un métal compact.
Il est déjà connu, en ce qui concerne les fours électriques servant à distiller une matière contenant du zinc, de ménager des séries d'ouvertures dans la zone de distillation et de renfermer chaque série dans un collecteur .particulier communiquant avec le condenseur. Toutefois, ceci ne réduit pas encore la vitesse de sortie des vapeurs au degré nécessaire pour empêcher sûrement l'entraînement de poussière- Mais si les ouvertures de passage débouchent, suivant l'invention, dans un collecteur commun renfermant la zone de distillation de la cuve et dont part,¯la conduite
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de communication allant au condenseur* il est possible de disposer les séries d'ouvertures de façon quelles se succèdent immédiatement.
ce qui fait que l'ouverture de sortie totale devient assez grande pour que tout risque de souillure des vapeurs soit complètement supprimé. En outre, l'utilisation d'un. collecteur commun empêche aussi les vapeurs de se refroidir pendant qu'elles vont au condenseur.
Les ouvertures ménagées pour le passage des produits de la distillation sont avantageusement séparées ltune de l'autre par des nervures constituées par des éléments en forme de plaques montant à la manière de persiennes vers la paroi extérieure de la cuve. Ceci assure une épuration supplémentaire, par filtrage, des gaz et vapeurs qui sortent, ces gaz et vapeurs étant obliges de traverser la charge déposée en talus naturel dans les ouvertures des parois de la cuve ; comme cette matière glisse peu à peu des plaques inclinées, ce qui fait qu'elle se renouvelle continuellement, bien que très lentement, l'action de filtrage est aisi assurée d'une façon permanente sans diminution*.
Lorsqu'il s'agit d'un four pour chauffage direct à résistance, que la charge traversa en or;ne de colonne cheminante, les électrodes, qui sont montées de façon connue à différentes hauteurs de la cuve, sont constituées suivant 1'invention par un; grille dont les barreaux sont encastrés par leurs extrémités dans un cadre ayant le même diamètre intérieur que la cuve.
Les barreaux de cette grille sont disposés de façon à diviser le plan limité par le cadre en cases ayant la même ou sensiblement la même étendue et pouvant avoir par exemple la forme d'un
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rectangle, d'un. polygone ou d'un. cercle, ce qui a pour effet que le courant électrique traverse avec la même densité la charge qui chemine entre les électrodes, et chauffe cette charge au même degré.
On peut ainsi éviter facilement de surchauffer la matière ce qui pourrait entraîner une volatilisation d'impuretés* Ce résultat ne peut pas être obtenu, avec les électrodes connues, annulaires ou. en forme d'étoile, disposées comme les rayons d'une roue, parce que la densité du courant est très inégale dans les zones de la charge se trouvant entre les électrodes*
Il ect très important que les parois de la cuve soient parfaitement étanches, sans quoi des vapeurs de magnésium, pénétreraient dans la couche calorifuge froide qui entoure la cuve et se déposeraient sur l'enveloppe métallique extérieure.
Lorsque la maçonnerie de la cuve est faite comme d'habitude, la formation de fentes et de fissures dans les parois de la cuve est inévitable à cause des différences de la dilatation saus l'influence de la chaleur entre les matières céramiques et l'enveloppe en métal. Suivant l'invention la cuve s'appuie dans son ensemble,, en haut et en bas, sur des ressorts comprimés qui assurent plus de cohésion à la matière céramique et compensent les variations de longueur, rendant ainsi impossible toute naissance de fuites. D'autre part, il faut éviter toutefois que le tugau d'évacuation des gaz travaille à la flexion par suite de la dilatation et de la contraction des parois de la cuve.
A cet effet, suivant l'invention, celle des parties intermédiaires de la cuve sur laquelle ce tuyau est branché est solidement ancrée et par exemple reliée'rigidement à l'enveloppe en métal.
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Cette disposition permet également d'assurer d'une f'aqon très efficace le contact entre les éléments par lesquels le courant est amené aux électrodes, et les électrodes elles-mêmes. Comme les pièces d'arrivés du.
courant doivent être en métal ayant un coefficient d9 dilatation thermique différent de celui de la matière des électrodes (graphite, briques de carbone), il faut assurer une cohésion parfaite et durable entre lesdeux matières aux surfaces de contact, sans quoi la liaison se desserrerait sous l'action du. chauffage et du refroidissement ultérieur, ce qui provoquerait la formation de petits arcs lumineux entre le métal et l'électrode et rendrait le contact encore plus mauvais par suite de la combustion de matièreSuivant l'invention les pièces d'arrivée du courant sont constituées par des plaques ayant de grandes surfaces d'appui, et de préférence par des disques annulaires ayant les mêmes dimensions que les cadres à électrodes eux-mêmes,
ces plaques ou disques s'appliquant sur l'une des faces frontales des cadres à électrodes, on sur les deux, et étant pressés sur ces faces par les ressorts.
Lorsque les températures de travail sont relativement basses, ou bien lorsqu'elles sont convenable- ment abaissées à l'aide d'un vide poussé jusqu'à une valeur appropriée, le collecteur qui entoure la cuve dans sa, section ajourée en forme de panier peut être fermé par une enveoppe en métal qui, par suite de son élasticité, suit avec souplesse les variations de longueur de la cuve, même lorsqu'elle y est reliée rigidement* Par contre, si la température de fonctionnement atteint une hauteur telle qu'on ne puisse utiliser que des matières réfractaires pour
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la construction, si la cuve, qui est fortement chauffée, étais reliée rigidement à son enveloppe, qui est de beaucoup moins chaude,
des tensions nuisibles se pro- duiraient dans la structure de ces parties de la construc- tion, par suite des différences de dilatation thermique.
Suivant une variante de l'invention, on empêche la production de ces tensions en faisant en sorte que la cuve soit mobile et guidée dans l'enveloppe en matière réfractaire. L'enveloppe s'appuie de préférence sur des ressorts comprimés, comme on l'a dit plus haut pour la cuve elle-même, afin d'assurer plus de cohésion à la matière céramique. Pour que le corps de construction de la cuve ne soit pas chargé par le poids de l'enveloppe, on fait avantageusement reposer celle-ci sur un socle dont la construction de base est indépendante de la cuve du four.
Une deuxième modification que le four à cuve doit subir lorsque la distillation est effectuée à des températures que les matériaux métalliques de construction ne supportent pas, concerne la disposition des électrodes* Pour éviter l'action de hautes températures sur les pièces en métal qui amènent le courant, on monte ces pièces dans des zones non chauffées, au-dessus et au-dessous de la section de distillation, et on les relie. au moyen de cylindres en carbone ou en graphite dont la paroi intérieure est revêtue d'une matière réfractaire isolante de l'électricité, aux cadres à électrodes montés dans la zone chaude, Les cylindres en carbone sont maintenus en prise avec les cadres à électrodes et les pièces en métal amenant le courant, par le poids de la maçonnerie de la cuve et par les ressorts qui:
, agissent sur la maçonnerie
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par des efforts de compression, de sorte qu'il ne peut se produire aucun arc lumineux dû à un contact imparfait entre les éléments de la ligne conduisant le courant.
Deux modes de réalisation du four à cuve qui fait l'objet de l'invention sont représentés à titre d'exemple dans les dessins annexés.
La fig. 1 est une coupe longitudinale du four.
La fig. 2 est une coupe transversale par la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe transversale par la ligne III-III de la fig. 1.
Les fig 4 et 5 sont deux vues de doux modes de réalisation d'électrodes.
La. fig. 6 est une coupe vertical? d'un exemple du deuxième mode de réalisation.
Dans sa partie centrale le four comporte deux zones ajourées en forme de paniers, construites en forme de sections de surfaces coniques en briques pleines 1 et en éléments 2 en forme de plaques* Les plaques 2 sont ancrées sur les briques pleines, leurs bords s'engageant par exemple dans des cannelures des briquée pleines (fig.3). Ces zones de la cuve, zones qui sont ajourées en forme dp paniers, sont entourées par des enveloppes en métal 3, 4 qui y sont montées d'une façon étanche. L'enveloppe 4, dont la paroi latérale inférieure est reliée à la paroi de la ouve de façon à résister aux efforts de traction, est en communication avec une tubulure d'évacuation 5 et communique avec l'enveloppe 3 par une conduite 6.
Dans l'exemple de réalisation représenté dans les fig. 1 et 2 les électrodes, qui sont montées à
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différentes hauteurs, sont constituées par des anneaux 7 et par une grille dont les barreaux 8 sont parallèles et encastrés dans les anneaux par leurs extrémités. La disposition est de préférence telle que les barreaux des électrodes successives soient déplacés de 90 entre eux (voir la fig. 1). Au lieu de plusieurs barreaux 8 on peut aussi n'utiliser qu'un seul barreau* Les barreaux peuvent d'ailleurs aussi être disposés de façon que les cases aient la forme d'une figure régulière, par exemple d'un carré (fig.4) ou d'un hexagone (fig. 5).
Le courant est amené aux électrodes en graphite ou en briques de carbone par des disques annulaires en métal 9 qui s'appliquent sur une face frontale des anneaux des électrodes*
La cuve s'appuie dans son ensemble, en haut et en bas, sur des ressorts comprimés 10, 11. Dans sa partie qui porte la tubulure d'évacuation 5 la cuve est reliée rigidement à l'enveloppe en métal 13. Pour assurer l'ancrage de cette partie de la cuve, on peut par exemple soudera sur l'enveloppe en métal 4 du collecteur, des pattes 14 qui s'appuient sur le bâti en métal 13 Dans l'exemple re- présenté les pattes sont faites, à leurs extrémités extérieures, en forme de douilles pour des briques 15 en matière isolante de l'électricité, montées dans des douille-; 16 de l'enveloppe en métal.
En outre la tubulure d'évacuation 5 est aussi comprise dans l'ancrage qui relie rigidement la section inférieure de la cuve à l'enveloppe en métal, du fait qu'elle débouche dans un court tronçon de tuyau 17 en matière isolante de l'électricité, introduit dans une douille 18 reliée à l'enveloppe en métal.
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Dans le cas du. four représenté à titre d'exemple dans la fig. 6 la zone de cuve, ajourée en forme de panier est entourée par une enveloppe en maçonnerie 19 constituant le collecteur pour les vapeurs sortant de la section moyenne de la cuve et reliée au condenseur par une tubulure 20. La maçonnerie de l'enveloppe repose sur les supports 21 et les ressorts 22 qui s'appuient sur les supports 23 agissent sur cette enveloppe par des efforts de compression. Comme l'enveloppe en maçonnerie 19 n'est pas reliée rigidement à la cuve, les parties 24 et 25 des parois de la cuve, parties qui s'appliquent sur l'enveloppe, peuvent se déplacer le long des parois intérieures de l'enveloppe, de façon à compenser les différentes variations de longueur des deux parties de la construction.
Les électrodes en graphite ou. en carbone, constituées par des barreaux parallèles 26 dont les extrémités sont encastrées dans des anneaux 27 sont disposées à l'extrémité supérieure et à l'extrémité inférieure de la sections de la cuve qui est entourée par l'enveloppe. Les anneaux des électrodes sont reliés par des cylindres en carbone ou en graphite 28 de hauteur convenable aux pièces annulaires en métal 29 qui amènent le courant.
La paroi intérieure des cylindres en carbone est revêtue de matière réfractaire isolante de l'électricité* Les cylindres 28, les disques en métal 29 et les cadres d'électrodes 27 sont fortement pressés les uns sur les autres par la pression de la maçonnerie et des ressorts 30 qui y agissent par des efforts de compression, de sorte qu'il ne peut se produire entre ces éléments aucun joint ouvert pouvant donner naissance à des arcs électriques* Par suite du montage des
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pièces cylindriques 28 entre les électrodes 27 et les agneaux en métal 29, l'arrivée du courant est reportée dans la zone de chauffage préalable qui se trouve au-dessus de la zone de distillation et dans la zone de refroidissement qui se trouve au-dessous de la zone de distillation,
endroits où les parois de la cuve n'atteignent pas des températures assez élevées pour qu'il soit impassible d'utiliser des pièces en métal pour l'arrivée du courant.
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Electric tank oven, in particular for direct resistance heating.
The invention relates to a shaft furnace preferably constructed in the form of a furnace for direct resistance heating and intended mainly for the recovery of metals, particularly magnesium, from mixtures of the metal with the non-volatile materials which accompany it, by subjecting them to a distillation in order to separate the metallic content, and intended in addition to the purification of
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crude metals by distillation, but can also be used for other uses, for example in the reduction of metal compounds at temperatures above the boiling point of. metal in question * In addition to other particular properties this furnace has in the first place the advantage that one. can carry out the evaporation of the metal in one uninterrupted operation,
giving a pure condensed product even when a material giving rise to dust evolution is treated in the furnace.
When connecting the vessel-shaped distillation chamber to the condenser by means of an OEirecteiaent connected pipe, it is necessary for constructional reasons that the communication line have a small internal diameter. This results in, when treating in the oven a material which tends to give off dust, this difficulty that the vapors which leave the cellar at a relatively high speed carry with them powdery parts of the load, parts which impair the nature of the condensed product or even completely prevent the formation of a solidifying liquid deposit giving a compact metal.
It is already known, with regard to electric furnaces for distilling a material containing zinc, to provide a series of openings in the distillation zone and to enclose each series in a particular manifold communicating with the condenser. However, this does not yet reduce the outlet velocity of the vapors to the degree necessary to reliably prevent the entrainment of dust. But if the passage openings open, according to the invention, into a common manifold enclosing the distillation zone of the vessel and from which, ¯the driving
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communication going to the condenser * it is possible to arrange the series of openings in such a way that they immediately follow one another.
so that the total outlet opening becomes large enough so that any risk of contamination of the vapors is completely eliminated. In addition, the use of a. Common manifold also prevents vapors from cooling as they go to the condenser.
The openings made for the passage of the products of the distillation are advantageously separated from each other by ribs formed by elements in the form of plates rising in the manner of louvers towards the outer wall of the tank. This ensures additional purification, by filtering, of the gases and vapors which exit, these gases and vapors being forced to pass through the charge deposited in a natural slope in the openings of the walls of the tank; as this material gradually slides off the inclined plates, so that it is continually renewed, although very slowly, the filtering action is easily assured in a permanent manner without reduction *.
In the case of a furnace for direct resistance heating, through which the load passed in gold; no column, the electrodes, which are mounted in a known manner at different heights of the tank, are made according to the invention. by a; grid, the bars of which are fitted at their ends in a frame having the same internal diameter as the tank.
The bars of this grid are arranged so as to divide the plane bounded by the frame into boxes having the same or substantially the same extent and may have for example the shape of a
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rectangle, of a. polygon or a. circle, which has the effect that the electric current crosses with the same density the charge which travels between the electrodes, and heats this charge to the same degree.
It is thus easily possible to avoid overheating the material which could lead to volatilization of impurities. This result cannot be obtained with known electrodes, annular or. star-shaped, arranged like the spokes of a wheel, because the current density is very uneven in the areas of the charge between the electrodes *
It is very important that the walls of the tank are perfectly sealed, otherwise magnesium vapors would penetrate into the cold heat-insulating layer which surrounds the tank and would be deposited on the outer metal casing.
When the masonry of the tank is done as usual, the formation of cracks and cracks in the walls of the tank is inevitable because of the differences in expansion except the influence of heat between the ceramic materials and the shell. made of metal. According to the invention, the tank is based as a whole, at the top and at the bottom, on compressed springs which provide more cohesion to the ceramic material and compensate for the variations in length, thus making it impossible for any leaks to occur. On the other hand, however, it is necessary to prevent the gas discharge pipe from working in bending as a result of the expansion and contraction of the walls of the vessel.
To this end, according to the invention, that of the intermediate parts of the tank to which this pipe is connected is firmly anchored and for example rigidly connected to the metal casing.
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This arrangement also makes it possible to ensure a very effective f'aqon the contact between the elements by which the current is brought to the electrodes, and the electrodes themselves. Like the pieces from the.
current must be made of metal having a coefficient of thermal expansion different from that of the material of the electrodes (graphite, carbon bricks), it is necessary to ensure a perfect and lasting cohesion between the two materials at the contact surfaces, otherwise the bond would loosen under the action of. heating and subsequent cooling, which would cause the formation of small arcs of light between the metal and the electrode and would make the contact even worse as a result of the combustion of material According to the invention the current inlet parts are constituted by plates having large bearing surfaces, and preferably by annular discs having the same dimensions as the electrode frames themselves,
these plates or disks being applied on one of the front faces of the electrode frames, one on both, and being pressed on these faces by the springs.
When the working temperatures are relatively low, or when they are suitably lowered by means of a high vacuum to a suitable value, the manifold which surrounds the vessel in its perforated basket-shaped section can be closed by a metal casing which, owing to its elasticity, follows with flexibility the variations in length of the tank, even when it is rigidly connected * On the other hand, if the operating temperature reaches a height such that only refractory materials can be used for
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the construction, if the tank, which is strongly heated, was rigidly connected to its casing, which is much less hot,
detrimental stresses would occur in the structure of these parts of the building as a result of differences in thermal expansion.
According to a variant of the invention, the production of these tensions is prevented by ensuring that the vessel is movable and guided in the casing of refractory material. The casing is preferably based on compressed springs, as mentioned above for the tank itself, in order to ensure more cohesion to the ceramic material. So that the construction body of the vessel is not loaded by the weight of the casing, the latter is advantageously made to rest on a base, the basic construction of which is independent of the oven vessel.
A second modification that the shaft furnace must undergo when the distillation is carried out at temperatures that the metallic materials of construction cannot withstand, concerns the arrangement of the electrodes * To avoid the action of high temperatures on the metal parts which bring the With current, these parts are mounted in unheated areas, above and below the distillation section, and connected. by means of carbon or graphite cylinders, the inner wall of which is coated with an electrically insulating refractory material, to the electrode frames mounted in the hot zone, The carbon cylinders are kept in engagement with the electrode frames and the metal parts carrying the current, by the weight of the masonry of the tank and by the springs which:
, act on masonry
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by compressive forces, so that no light arc can occur due to imperfect contact between the elements of the line conducting the current.
Two embodiments of the shaft furnace which is the subject of the invention are shown by way of example in the accompanying drawings.
Fig. 1 is a longitudinal section of the oven.
Fig. 2 is a cross section taken on line II-II of FIG. 1.
Fig. 3 is a cross section taken on the line III-III of FIG. 1.
Figs 4 and 5 are two views of soft embodiments of electrodes.
Fig. 6 is a vertical cut? of an example of the second embodiment.
In its central part the kiln has two perforated areas in the form of baskets, built in the form of sections of conical surfaces in solid bricks 1 and in elements 2 in the form of plates * The plates 2 are anchored on the solid bricks, their edges s' engaging for example in the grooves of the full brick (fig. 3). These zones of the tank, zones which are perforated in the form of baskets, are surrounded by metal envelopes 3, 4 which are mounted therein in a sealed manner. The casing 4, the lower side wall of which is connected to the wall of the opening so as to withstand tensile forces, is in communication with a discharge pipe 5 and communicates with the casing 3 via a pipe 6.
In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2 the electrodes, which are mounted on
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different heights, are formed by rings 7 and by a grid whose bars 8 are parallel and embedded in the rings by their ends. The arrangement is preferably such that the bars of the successive electrodes are displaced by 90 between them (see FIG. 1). Instead of several bars 8, it is also possible to use only one bar * The bars can also be arranged so that the boxes have the shape of a regular figure, for example a square (fig. 4) or a hexagon (fig. 5).
The current is brought to the graphite or carbon brick electrodes by annular metal discs 9 which are applied on a front face of the rings of the electrodes *
The tank is supported as a whole, at the top and bottom, on compressed springs 10, 11. In its part which carries the discharge pipe 5, the tank is rigidly connected to the metal casing 13. To ensure l For anchoring this part of the tank, it is possible, for example, to weld on the metal casing 4 of the collector, lugs 14 which rest on the metal frame 13 In the example shown the lugs are made, to their outer ends, in the form of sockets for bricks 15 of electrically insulating material, mounted in sockets; 16 of the metal casing.
In addition, the discharge pipe 5 is also included in the anchor which rigidly connects the lower section of the tank to the metal casing, due to the fact that it opens into a short section of pipe 17 made from the insulating material of the electricity, introduced into a socket 18 connected to the metal casing.
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In the case of. oven shown by way of example in FIG. 6 the tank area, perforated in the form of a basket is surrounded by a masonry casing 19 constituting the collector for the vapors leaving the middle section of the tank and connected to the condenser by a pipe 20. The masonry of the casing rests on the supports 21 and the springs 22 which rest on the supports 23 act on this envelope by compressive forces. As the masonry casing 19 is not rigidly connected to the tank, the parts 24 and 25 of the walls of the tank, which parts rest on the casing, can move along the inner walls of the casing. , so as to compensate for the different variations in length of the two parts of the construction.
Graphite electrodes or. carbon, formed by parallel bars 26 whose ends are embedded in rings 27 are arranged at the upper end and at the lower end of the sections of the tank which is surrounded by the casing. The rings of the electrodes are connected by carbon or graphite cylinders 28 of suitable height to the annular metal parts 29 which carry the current.
The inner wall of the carbon cylinders is lined with electrically insulating refractory material * The cylinders 28, the metal discs 29 and the electrode frames 27 are strongly pressed together by the pressure of the masonry and springs 30 which act there by compressive forces, so that no open joint can occur between these elements which could give rise to electric arcs * As a result of the assembly of the
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cylindrical pieces 28 between the electrodes 27 and the metal lambs 29, the arrival of the current is transferred to the pre-heating zone which is located above the distillation zone and to the cooling zone which is located below the distillation zone,
places where the walls of the tank do not reach temperatures high enough so that it is impassive to use metal parts for the arrival of the current.