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BREVET D'INVENTION Procédé et four de fusion pour chauffage sans flamme
La présente invention a pour- objet l'application du pro- cédé de chauffage sans flammes à. des procédés de fusion. L'inven- tion a pour but de donner une plus grande capacité de production aux fours de fusion et d'abaisser leur consommation de chaleur.
Conformément à l'invention, ce résultat est atteint par le fait que la matière à fondre,, à partir du chauffage à la tempé- rature de fusion jusqu'à son traitement final ou affinage, est soumise, dans des parties successives du four dans l'espace, à des températures devenant toujours de plus en plus élevées, et est en outre, pendant le traitement final ou affinage, étalée en une cou- che mince à la surface du bain. Les différentes phases de la fu- sion s'effectuent, d'une manière nouvelle, en se suivant dans l'espace, toutefois en parallèle dans le temps, ce qui a pour ré- sultat une grande production spécifique de fusion et permet un prélèvement continuel sans récipients collecteurs ou récipients
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égalisant la température.
Le chauffage, la fusion et le traitement final ont lieu par contre, dans tous les fours ae fusion à sole connus jusqu'ici, dans le même compartiment de four, c'est-à-dire au même endroit, et dans un ordre se répétant périodiquement dans le temps. Un pré- lèvement continu, - par exemple dans des bassins de fusion de verre travaillant de façon continue, - n'est par suite possible qu'en utilisant de grands récipients d'égalisation de la température,qui consomment beaucoup de chaleur.
Les fig. 1 et 3 des dessins ci-joints représentent l'ap- plication du procédé de fusion suivant l'invention à la fusion continue de verre. La fig. 1 est une vue en coupe verticale sui- vant l'axe longitudinal, et la fig. 2 une vue en coupe horizontale du four de fusion.
Le foui de fusion consiste en un compartiment ae chauf- fage préalable A, étroit et allongé en plan, dont la voûte 1 est située relativement bas, et en un compartiment de fusion finale ou compartiment ci'affinage B, qui va en augmentant de largeur à partir du compartiment de chauffage préalable jusqu'à l'extrémi- té de sortie et dont la voûte 2, comportant une partie intermé- diaire inclinée 3, est située à un niveau notablement plus élevé que la voûte du compartiment de chauffage préalable A.
Au compar- timent d'affinage B se raccorde, de manière habituelle, le compar- timent de cueillage ou de prélèvement C, qui peut être séparé par un barrage 4: du bassin de fusion proprement dit. L'élargissement du compartiment B vers l'extrémité de sortie a pour but d'étaler le verre frais à la surface du compartiment d'affinage, en éven- tail, en une couche devenant toujours plus mince, pour accélérer ainsi l'affinage.
La partie inclinée 3 de la voûte sert à produire une uis- tribution correcte ue chaleur sur la matière à affiner et sur la masse fondue. Ceci est obtenu par le fait que les brûleurs 5, assu- rant une combustion très rapide et complètement sans flamme sont disposés sur le côté de sortie du compartiment B, c'est-à-dire en
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regard de la partie 3 de la voûte, de telle manière que les gaz de la combustion, venant des brûleurs, parcourent d'abord le compar- timent B, puis viennent frapper directement la voûte 3 et sont projetés ensuite par celle-ci sur.les tas de mélange de matières, en cours de fusion, ce qui a pour résultat une grande transmission de chaleur dans cette partie du four, qui exige beaucoup de cha- leur.
Enfin, cette voûte 5 forme écran pour le compartiment A et on obtient de cette manière, ainsi que par la transmission accrue de chaleur directement en dessous de cette partie de la voûte, la différence, de température -très importante entre les compartiments B et A.
Par la voûte 3, en combinaison avec la libre transmission de chaleur par rayonnement, on obtient, avec la combustion sans flammes dans.le compartimentB, un équilibre complet de températu- re, de sorte qu'il est possible, soit-de supprimer presque complè- tement les courants thermiques nuisibles, soit de leur donner une direction aidant de-façon efficace l'opération d'affinage. Par suite du grand effet thermique produit par la voûte 3, l'endroit correspondant à la température la plus élevé est notamment déplacé en dessous de cette voûte, sensiblement au point Q, de sorte qu'il se produit les courants I, II et III indiqués sur la fig.l.
Il est important que, .avec le chauffage à part-ir du coté de sortie du four, le courant de travail II est dirigé dans la même direction que le courant de surface III, de sorte que l'affinage du verre frais s'effectue à la surface du bain de verre.
Après que les gaz de combustion, sont venus frapper les tas de mélange de matières en fusion, ces gaz de Combustion parvien- nent dans le compartiment de chauffage préalable A, où il leur est communiqué une plus grande vitesse, en vue d'accroître la transmission de chaleur,'en raison de la forme donnée par cons- truction au compartiment A. A l'extrémité du compartiment A,les gaz de combustion sont amenés, en passant par l'ouverture 6 de la voûte, à un échangeur .de température (non représenté), en vue du chauffage préalable de l'air de combustion.
La direction des gaz de combustion est représentée sûr le dessin par des flèches 7,
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Le mélange de matières 8 est introduit, par exemple à travers un avant-corps 9, à. l'extrémité froide du compartiment A, directement au-dessous de l'ouverture d'évacuation 6 des gaz de combustion. La charge se déplace par suite vers l'endroit corres- pondant à la température la plus élevée dans le compartiment B.
La fig. 3 représente en une vue en coupe horizontale un four de fusion de verre de ce genre pour de grandes productions.
Le compartiment de chauffage préalable A et le compartiment a'af- finage B, qui va en s'élargissant et auquel se raccordent dans ce cas deux compartiments de prélèvement C et C', montrent la dis- position fondamentale des fig. 1 et 2 ; lavoûte présente la même construction. Les caractères de référence .désignent les mêmes éléments que sur les fig. 1 et 2.
Les fig. 4 et 5 représentent l'application de ce procédé à la fusion de métaux ; la fig. 4 est à nouveau une vue en coupe longitudinale verticale et la fig. 5 une vue en coupe horizontale du four, qui consiste de même que précédemment en un comparti- ment de chauffage préalable A et en un compartiment de fusion ou de traitement final proprement dit B.
Le compartiment de chauffage préalable A présente dans ce cas, par exemple, la forme d'un canal allongé, à travers le- quel la charge est déplacée par des moyens connus et dans lequel elle est chauffée par les gaz de combustion s'écoulant en sens inverse du mouvement de la charge. Pour empêcher que l'opération de fusion commence déjà dans le canal de chauffage préalable, on ne fait passer qu'une partie aes gaz de combustion par le canal A, tandis que le reste des gaz s'écarte par l'ouverture 10 et est amené à un récupérateur pour le chauffage préalable d'air. En cas de besoin, il peut également être prévu, à l'endroit de raccorde- ment entre le canal de chauffage préalable et la zone de fusion, un refroidissement par eau 11 au moyen de dispositifs connus.
Il est en outre possible, pour une matière fondue de tou- te nature, de construire le compartiment de chauffage préalable A sous forme d'un tube tournant, ou d'ajouter aux gaz de combustion, venant du compartiment de fusion et d'affinage, chauffant ce canal, @
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A, d'autres gaz en vue du refroidissement ou en vue d'actions chimiques sur la charge. Par exemple,. on peut, par le mélange de gaz contenant de l'oxyde de carbone'et de l'hydrogène, réduire la matière première avant la fusion.
Le compartiment de traitement final B montre également
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la forme fondamentale, allant en.s'élargissant,à.kartir¯'de :1;'extrc-'.1 de fusion,et la voûte inclinée 3, servant d'écran pour le canal de chauffage préalable, par laquelle on obtient au total une trans- mission extraordinairement rapide et élevée de chaleur à la ma- tière à fondre., La fusion elle-même a lieu à l'endroit de raccor- dement entre le canal de chauffage préalable A et le compartiment de traitement final B. 8.désigne la charge, 12 l'orifice de coulée et 13 l'orifice d'évacuation de scorie. Les autres caractères de référence sont les mêmes que sur les fig. 1 et 2.
Par les dispositions nouvelles décrites, la chaleur, né- cessaire pour faire passer la matière àfondre de l'état solide à l'état fluide, est amenée à cette matière en grande partie déjà en dehors du compartiment-de fusion proprement dit. En outre les différentes opérations, notamment le chauffage à la température de fusion, la fusion et le traitement final ou affinage se succèdent l'une à l'autre dans le temps, de sorte que ,des récipients collec- teurs spéciaux peuvent être supprimés. Dans le cas où ceux-ci sont nécessaires, par exemple pour la refusion de métaux en vue de ras- sembler des charges plus grandes, on peut donner de petites dimen- sions à la surface de sole, ,car le traitement final ou affinage est accéléré de façon extraordinaire par l'étalage de la matière fondue à la surface du bain, conformément à l'invention.
Tous ces faits ont pour résultat que la production de matière fondue est très élevée. Le four suivant l'invention est par suite relative- ment petit dans ses parties soumises à des efforts élevés, d'est- à-dire le compartiment de fusion et le compartiment de 'traitement final; il est par suite d'une construction et d'un entretien éco- nomiques, et sa production est, pour une même surface de sole, notablement supérieure à celle des fours travaillant d'après les procédés de fusion connus.
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Il est en outre très important que l'on peut, avant la fusion proprement dite, effectuer des traitements chimiques de la charge encore solide, notamment par l'addition de réactifs Gazeux aussi bien que de réactifs solides ; il est par suite pos- sible de réunir, dans le four suivant l'invention, des opérations qui doivent actuellement être effectuées séparément dans le temps et dans l'espace.
Les gaz de combustion sortent du four avec une tempéra- ture relativement très basse. Comme l'utilisation directe de la chaleur dans le four est dans tous les cas notablement plus éco- nomique q... cellefésultant de la récupération de chaleur dans des appareils spéciaux, la consommation de chaleur ou de combus- tible exigée par le procédé suivantl'invention est notablement plus faible que dans les procédés de fusion connus.
REVENDICATIONS
1) Procédé de fusion avec chauffage sans flammes, carac- térisé en ce que le réchauffage de la matière à fondre, la fusion et le traitement final ou affinage de la matière fondue sont ef- fectués aans des parties successives du four et dans une gamme de températures allant en augmentant à partir du chargement des matières premières jusqu'au traitement final, de telle manière que les différentes phases de la fusion ont lieu simultanément en des endroits distincts l'un de l'autre.
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PATENT OF INVENTION Process and melting furnace for flameless heating
The present invention relates to the application of the flameless heating process to. fusion processes. The aim of the invention is to give a greater production capacity to the melting furnaces and to lower their heat consumption.
According to the invention, this result is achieved by the fact that the material to be melted, from heating to the melting temperature until its final treatment or refining, is subjected, in successive parts of the furnace to space, at ever increasing temperatures, and is furthermore, during the final treatment or refining, spread in a thin layer on the surface of the bath. The different phases of the fusion are carried out, in a new way, following each other in space, however in parallel in time, which results in a large specific production of fusion and allows a sampling. continuous without collecting vessels or receptacles
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equalizing the temperature.
The heating, melting and final treatment, on the other hand, take place in all the hearth melting furnaces known hitherto in the same furnace compartment, i.e. in the same place, and in sequential order. repeating periodically over time. Continuous sampling - for example in continuously operating glass melting tanks - is therefore only possible by using large temperature equalizing vessels, which consume a lot of heat.
Figs. 1 and 3 of the accompanying drawings show the application of the melting process according to the invention to the continuous melting of glass. Fig. 1 is a vertical sectional view taken along the longitudinal axis, and FIG. 2 a horizontal sectional view of the melting furnace.
The melting chamber consists of a pre-heating compartment A, narrow and elongated in plan, the vault 1 of which is situated relatively low, and of a final melting compartment or refining compartment B, which increases in width. from the pre-heating compartment to the outlet end and the roof 2 of which, comprising an inclined intermediate part 3, is located at a significantly higher level than the roof of the pre-heating compartment A.
The refining compartment B is connected, in the usual way, the picking or sampling compartment C, which can be separated by a dam 4: from the actual melting basin. The widening of compartment B towards the outlet end is intended to spread the fresh glass on the surface of the refining compartment, in a fan, in an increasingly thinner layer, thereby accelerating the refining.
The inclined part 3 of the arch serves to produce a correct distribution of heat on the material to be refined and on the melt. This is achieved by the fact that the burners 5, ensuring a very rapid and completely flameless combustion are arranged on the outlet side of compartment B, that is to say in
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sight of part 3 of the vault, in such a way that the combustion gases, coming from the burners, first pass through compartment B, then directly strike vault 3 and are then projected by the latter onto. the heaps of mixture of materials, being melted, which results in a great heat transfer in this part of the furnace, which requires a lot of heat.
Finally, this vault 5 forms a screen for compartment A and in this way, as well as by the increased heat transmission directly below this part of the vault, the temperature difference between compartments B and A is very large. .
Through vault 3, in combination with the free transmission of heat by radiation, with the flameless combustion in compartment B, a complete temperature equilibrium is obtained, so that it is possible to either eliminate almost completely detrimental thermal currents, or to give them a direction which effectively aids the refining operation. As a result of the great thermal effect produced by the vault 3, the place corresponding to the highest temperature is notably moved below this vault, substantially at the point Q, so that the currents I, II and III occur. shown in fig.l.
It is important that, with the heating from the exit side of the furnace, the working current II is directed in the same direction as the surface current III, so that the refining of the fresh glass takes place. on the surface of the glass bath.
After the combustion gases have struck the heaps of mixture of molten materials, these Combustion gases reach the pre-heating compartment A, where they are imparted a greater speed, in order to increase the heat transmission, owing to the shape given by construction to compartment A. At the end of compartment A, the combustion gases are fed, passing through the opening 6 of the roof, to an exchanger. temperature (not shown), with a view to pre-heating the combustion air.
The direction of the combustion gases is shown in the drawing by arrows 7,
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The mixture of materials 8 is introduced, for example through a front body 9, to. the cold end of compartment A, directly below the exhaust opening 6 for the combustion gases. The load therefore moves to the place corresponding to the highest temperature in compartment B.
Fig. 3 shows in a horizontal sectional view a glass melting furnace of this type for large productions.
The pre-heating compartment A and the a'fine compartment B, which widens and to which two sampling compartments C and C 'are connected in this case, show the basic arrangement of figs. 1 and 2 ; the vault has the same construction. The reference characters designate the same elements as in figs. 1 and 2.
Figs. 4 and 5 show the application of this process to the smelting of metals; fig. 4 is again a view in vertical longitudinal section and FIG. 5 a horizontal sectional view of the furnace, which, as before, consists of a pre-heating compartment A and a melting or final treatment compartment proper B.
The pre-heating compartment A has in this case, for example, the shape of an elongated channel, through which the load is moved by known means and in which it is heated by the flowing combustion gases. opposite direction of load movement. To prevent the melting operation from already starting in the pre-heating channel, only part of the combustion gases are passed through channel A, while the rest of the gases flow out through opening 10 and are removed. brought to a recuperator for pre-heating the air. If necessary, water cooling 11 by means of known devices can also be provided at the point of connection between the pre-heating channel and the melting zone.
It is furthermore possible, for a molten material of any kind, to construct the pre-heating compartment A in the form of a rotating tube, or to add to the combustion gases, coming from the melting and refining compartment. , heating this channel, @
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A, other gases for cooling or for chemical actions on the load. For example,. it is possible, by the mixture of gases containing carbon monoxide and hydrogen, to reduce the raw material before melting.
The final processing compartment B also shows
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the fundamental shape, going in.s' widening, à.kartir¯'de: 1; 'extrc -'. 1 of fusion, and the inclined vault 3, serving as a screen for the preliminary heating channel, by which we obtain all in all an extraordinarily fast and high heat transfer to the material to be melted., The melting itself takes place at the connection point between the preheating channel A and the final treatment compartment B 8. designates the load, 12 the pouring hole and 13 the slag discharge hole. The other reference characters are the same as in figs. 1 and 2.
By the new arrangements described, the heat necessary to cause the material to be melted to pass from the solid state to the fluid state is brought to this material, for the most part already outside the actual melting compartment. In addition, the various operations, in particular heating to the melting temperature, melting and the final treatment or refining follow one another in time, so that special collecting vessels can be omitted. In the case where these are necessary, for example for the remelting of metals with a view to assembling larger loads, small dimensions can be given to the hearth surface, since the final treatment or refining is accelerated in an extraordinary manner by the spreading of the molten material on the surface of the bath, in accordance with the invention.
All these facts result in the production of melt being very high. The furnace according to the invention is therefore relatively small in its parts subjected to high stresses, ie the melting compartment and the final treatment compartment; it is due to economical construction and maintenance, and its production is, for the same hearth surface, notably higher than that of furnaces working according to known melting processes.
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It is also very important that it is possible, before the actual melting, to carry out chemical treatments of the charge which is still solid, in particular by the addition of gaseous reactants as well as of solid reactants; It is therefore possible to combine, in the furnace according to the invention, operations which currently have to be carried out separately in time and in space.
The combustion gases leave the furnace at a relatively very low temperature. As the direct use of heat in the furnace is in any case considerably more economical than that resulting from the recovery of heat in special devices, the consumption of heat or fuel required by the following process. The invention is notably weaker than in the known fusion methods.
CLAIMS
1) Melting process with flameless heating, characterized in that the reheating of the material to be melted, the melting and the final treatment or refining of the melt are carried out in successive parts of the furnace and in a range of temperatures increasing from the loading of the raw materials to the final processing, so that the different phases of the melting take place simultaneously in places distinct from each other.