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Procédé pour la réalisation de réactions métallurgiques en particulier pour la production directe du fer dans la chambre de combustion.
L'invention concerne un procédé pour la réalisation de réactions métallurgiques, en particulier pour la production directe du fer dans la chambre de combustion.
Par exemple, jusqu'à présent l'utilisation de matières pulvé-
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rulentes constituant des résidus ou paraissant inutilisa- bles avec les procédés de préparation actuels, entratna des difficultés extraordinaires. Il a été déjà proposé d'insuffler ces matières fines et pulvérulentes dans des fours rotatifs, en les insufflant, soit dans une flamme de chauffé dans la direction du courant de celle-ci ou en direction opposée, soit dans un courant de gaz chauds ne plus exposés à une action de flammes.
Pour tous ces procédés, on a jusqu'à présent dû constater l'inconvénient que l'effet en- dothermique de la réaction, par exemple des oxydes de fer, provoqua un refroidissement considérable de la flamme amenée ou des gaz de chauffe, de sorte qu'il n'était pas possible d'obtenir un résultat satisfaisant. D'un autre côté, si l'action calorifique des gaz de chauffe ou de la flamme de chauffe n'est pas suffisante, il y a risque que des quantités importantes des matières fines, ne flottant pas assez longtemps dans le courant des gaz de chauffe, échappent à la réaction, à la place de laquelle la désoxydation se transforme en une réoxydation, de sorte qu'à la place du métal pur un produit similaire au produit initial sortit dans;la phase finale par la coulée.
On a proposé de produire un excédent de chaleur considérable en amenant à la flamme même une température excessive, afin de s'opposer à l'effet endothermique. On a également essayé de produire un tourbillonnement de flammes au moyen de tuyères séparées. D'autres propositions envisagèrent de disposer de nouvelles sources de chaleur en différents endroits du four, en correspondance avec la progression du processus de désoxydation, afin de s'opposer à la réoxydation du métal ou du fer précipités.
Cette disposition de l'introduction séparée de la flamme, que ce soit une
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flamme à huile ou à charbon pulvérisé, et des minerais pulvérulents dans une seule chambre de combustion imposa des constructions compliquées des chauffes volumineuses, des souffleries et mécanismes de transport, et des obturations compliquées dans le cas de l'emploi de fours rotatifs.
Un autre inconvénient essentiel consista en ce que, pour éviter la réoxydation du métal ou du fer, il fallait opérer, dans un processus séparé, une certaine agglo- mération ou une agglutination du minerai, ou insuffler ou introduire avec la charge, pour protéger le minerai du charbon pulvérisé dans une mesure dépassant les puissances calo- rifiques nécessaires à l'utilisation thermique.
L'invention présente remédie à ces inconvénients parce qu'elle introduit sous pression la matière à traiter finement pulvérisée dans le mélange combustible, déj avant la naissance de l'action de la flamme, c'est-à-dire avant l'allumage, dans une chambre précédant les tuyères, et qu'elle imprime à tout le mélange combustible même, déjà dans cette antichambre des tuyères, une turbulence telle que, par suite du flottement ainsi produit et de la pression élevée qui règne, il sera obtenu un contact intime et énergique des matières en suspens dans le mélange gazeux, et par conséquent déjà une certaine réaction préalable avant la naissance de la flamme.
Ce mélange combustible étant alors allumé après avoir passé à travers les orifices des tuyères, une grande partie de la chaleur endothermique sera remplacée par l'énergie employée auparavant par la production de la turbulence des matières en suspens et du mouvement ainsi devenu libre des matières en suspens et des molécules de gaz.
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Grâce à ce contact intime préalable des différentes molécules dans l'antichambre précédant les tuyères il devient possible que dans la flamme même le fer ou le métal purs se précipitent en forme de gouttes, et que la chaleur de la flamme reste assez élevée pour empêcher la réoxydation des gouttelettes de fer.
Dans une autre réalisation de l'invention, de la chaleur additionnelle est amenée par en dehors, au moyen d'un chauffage de l'antichambre des tuyères, au mélange de réaction en suspens, cette chaleur rendant le mouvement moléculaire encore plus intime. En même temps on peut se servir de la paroi réchauffée de l'antichambre des tuyères pour amener de l'air réchauffé au mélange de réaction à l'endroit de naissance de la flamme, cet air réchauffé permettant d'un côté l'allumage, d'un autre uns élévation de la température de la flamme.
Une autre réalisation de l'invention consiste en ce qu'on imprime au mélange de réaction en suspens les effets de champs de force provoquant des mouvements additionnels aux mouvements moléculaires, de sorte qu'aussi par cette voie le contact des molécules entre elles devient plus intime. On pourra par exemple se servir de ohamps de turbulence électriques ou magnétiques pour agir sur lea matières en suspens dans le mélange gazeux.
Le caractère chimique de la flamme définitivement à produire peut être déterminé en amenant, de manière connue, dans la flamme un courant gazeux de nature additionnelle, que ce soit de la vapeur chaude, du gaz à l'eau, du propane, de l'oxygène pur ou un autre gaz quelconque.
L'introduction de ce courant gazeux additionnel se fera avantageusement à travers l'aiguille du brûleur, et ce eau-
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rant gazeux sortira directement dans le point d'échappement de la flamme allumée.
Afin de maintenir l'action intime du tourbillon- nement de la matière avec les gaz de chauffe et les moyens de réaction, aussi après la formation de la flamme, on laissera suivant l'invention les charges centralisées du brûleur qui se trouvent déjà dans une certaine turbulence, encore davantage dans la turbulence, par ce qu'elles vien- nent à l'orifice d'échappement dans une tête directrice de flammes imprimant, de par la formation de ses parois, un mouvement rotatif ,à la flamme naissante.
Il s'est mon- tré également utile de faire opérer, le cas échéant, par cette tête directrice de flamme une division de flamme en faisceaux de flamme séparés tournant de leur côté autour de dé leur propre axe et laissant libre au centre un noyautermi- nant au moyen de l'agent caractéristique de -réaction l'ac- tion de la réaction de la chambre de combustion.
En poursuivant le développement la tête directri- ce de flamme elle-même peut être mise en rotation pour que le faisceau de flammes ou les différents faisceaux de flam- mes puissent lécher les parois du four à réverbère.
- On peut obvier utilement au refroidissement de la flamme sur les parois réchauffant additionnellement la paroi de la terre directrice de flamme ou les parois du four dans lequel le mélange s'échappe d'un point central.
Tandis que jusqu'à présent on n'a connu que la méthode consistant en ce qu'on fasse entrer dans un four des mélanges combustibles de nature la plus variée, de compo- si%ion solide, liquide et gaeuse, et qu'on introduise sépa- rément d'eux, suivant les principes d'équi-courant ou de contre-courante la matière à charger dans le four, ce qui a @
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provoqué, par suite des différences de chaleur et de l'expo- sition brusque de la matière à traiter aux températures éle- vées de la flamme, les inconvénients d'une grande dépense de chaleur guère économique, et ce qui a eu pour consé- quence des difficultés constructives par rapport à la place et qu'il fallait vaincre,
l'invention prévoit la combinai- son centrale de la matière à charger au centre de la flamme de réaction, et la production de la turbulence des matières en suspens dans le mélange gazeux avant la naissance de la flamme, ce qui permet d'obtenir le maximum possible de l'effet de la réaction. é
Les dessins représentent des exemples d'excution de dispositif, à réaliser l'invention.
La figure 1 montre une coupe longitudinale d'un brûleur avec orifice d'échappement simple dans la chambre de combustion.
La figure 2 en montre un détail.
La figure 3 montre une coupe longitudinale d'un brûleur muni d'une tête directrice de flamme.
La figure 4 montre des aubes directrices pour la déviation tangentielle sous forme d'une surface en vis dans le genre d'une hélice.
La figure 5 représente une coupe transversale de la tête directrice de flamme.
Les figures 6 et 7 représentent un dispositif pour la production des faisceaux de flammes. dans
La figure 8 demie/une coupe transversale l'ex- plication de l'image des flammes.
Dans les figures 1 et 3 -1- désigne le corps de tuyère proprement dit, dans l'intérieur duquel se trouve l'aiguille de brûleur -2-, la vis de convoyeur -3-, les
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tubulures d'amenée -3a-, -3b-, -3c- pour gaz, minerais de toute sorte et charbon pulvérisé, et qui contient en outre l'arrivée pour l'air primaire-4- et l'arrivée pour l'air secondaire -5-. La canalisation à huile -6-, ainsi que la canalisation à gaz -7- pour les gaz à introduire, tels par exemple la vapeur surchauffée, l'hydrogène, l'acétylène, l'oxygène pur, l'oxyde de carbone pur, le gaz de propane (C3H8), sont montées extérieurement sur le corps de tuyère -1-. L'huile passe par le presse étoupe -9-, les spires de réchauffage de l'antichambre de la tuyère sont désignées par-8-.
La paroi de l'antichambre de la tuyère est pourvue en -10-, à l'orifice d'entrée de l'air primaire, des nervures directrices.
Sur la figure 3 on voit à droite, branchée sur le brûleur la tête directrice de flamme -13- avec les aubes directrices -12- et la buse centrale-11-. Les spires de réchauffage 14 se trouvent dans la paroi de la tête directrice -13-. Le corps de four -15- est représenté comme celui d'un four à cylindre ou rotatif. Le dispositif de commande de la rotation de la tète directrice est indiqué schématiquement en-16-.
Dans la tête directrice de flamme sont disposées des aubes directrices -12- conduites axialement et qui se trouvent en petit nombre dans la tête directrice du reste lisse et conique, de manière telle que la projection des masses gazeuses contre la paroi du four -15- soit assurée.
Les aubes directrices -12- sont construites en surfaces hélicoïdales à trois, quatre ou plusieurs pas, le pas de la surface hélicoïdale pouvant être varié à volonté, donc de manière appropriée, du commencement jusqu'à la fin de l'hélice.
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Dans l'image des flammes suivant figure 8 il y a à titre d'exemple production de quatre faisceaux de gerbes de flammes a, b, c, et d, dont chacun tourbillonne autour e de son propre axe en laissant libre un vide intérieur/dans lequel, au besoin par la canalisation -7- (figure 3) et l'alésage de l'aiguille -2-, ainsi que par la tuyère -11- faisant office d'éjecteur, on peut introduire au centre de la flamme un courant gazeux de composition et d'effet quel- conques.
Une autre exécution suivant l'invention vise à rendre toute l'amenée des combustibles et des matières à z traiter, solides, liquides et gaeux, compris le mouvement' de l'air d'amenée, entièrement automatique en dépendance de la flamme venant d'être allumée, La proposition pour la so- lution de cette idée de l'invention vise une fois à faire observer la chambre de combustion par des éléments thermi- ques ou par des cellules photoélectriques, une autre fois elle envisage de choisir le cas échéant, eu égard des con- ditions turbulentes régnant dans la chambre de combustion, l'antichambre de la tuyère comme lieu d'observation.
Les figures 1 et 3 représentent un exemple d'un dispositif correspondant pour la réalisation entièrement automatique du réglage du mélange combustible.-17- indique ici schématiquement un couple thermo-électrique ou une cel- lule photoélectrique appropriée, en communication avec un dispositif d'ajustage-18- et actionnant le relais de com- mande-19-. Le moteur de commande -20- actionnant tout le mécanisme de réglage du mélange combustible sera alors mis en marche en avant ou en arrière dans le sens d'un renfor- cement ou d'une diminution de l'amenée.
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Le procédé suivant l'invention et les dispositifs décrits permettent de réaliser tous les procédés thermiques, par exemple ceux du domaine de la métallurgie, des métaux lourds et des alliages légers. On peut opérer des processus d'agglomération et d'agglutination, comme on en a besoin par exemple pour le travail des minéraux, pour la formation de pierres, par exemple dans la fabrication du ciment. Mais également dans le domaine chimique on peut réaliser dans la flamme même des processus de séchage, par exemple l'expulsion des eaux de cristallisation, la calcination et la désulfuration de minéraux, etc...