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CONDENSEUR POUR LA CONDENSATION SOUS FORME LIQUIDE DES VAPEURS DE ZINC.
Il est bien connu que la condensation sous forme de métal liquide des vapeurs de zinc provenant de la réduction de l'oxyde de zinc, vapeurs ,mélangées de CO et de petites quantités de CO2, est un des problèmes délicats de la métallurgie du zinc par voie ignée. De nombreux chercheurs se sont efforcés de mettre au point des appareils permettant d'obtenir ce résultat avec une production aussi minime que possible d'oxydes et de poussières de zinc soli- 'des. De nombreux' dispositifs ont été imaginés et réalisés en matériaux réfractaires, en carborandum etc...
Jusqu'à présent, il a toujours été admis qu'au contact de surfaces de refroidissement métalliques, rayonnant à l'air libre et, à fortiori, 'de surfaces métalliques refroidies par circulation d'eau ou d'un fluide réfrigérant quelconque, ne peuvent se former pratiquement que de la poussière de'zinc solide et des oxydes.
Dans les fours à zinc à creusets multiples, la condensation des vapeurs de zinc se fait jusqu'à présent dans des tubes renflés en terre réfractaire, ouverts aux deux bouts et disposés dans le prolongement'immédiat de chaque creuset, à l'extérieur du la bora-
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toire du four, à raison de un-,par creuset. Le zinc liquide condensé se dépose dans la poche formée par le renflement.
Le CO entraînant encore avec lui certaines quantités de vapeur ou gouttelettes de zinc s'échappe par l'extrémité avant, appelée nez, et traverse -ensuite un tube en tôle habituellement chicané, l'allonge ou étouffoir, chaussé sur le nez du condenseur.
La majeure partie du zinc restant s'y dépose sous forme de poussières. Le CO s'échappe par un petit orifice et est brûle à l'air libre afin d'éviter tcut danger d'intoxication.
La récupération et ubilisation du gaz CO à ¯ 3000 calories le m3 produit au four à zinc à creusets multiples a rarement été tentée par suite des grosses difficultés qu'elle présente et n'a jamais abouti à une réalisation industrielle.
Voici ces difficultés : - Un four zinc comporte de 150 à 450 creusets munis chacun de leur condenseur; la captation doit se faire en 150 à 450 peints de sortie des condenseurs individuels et tenir compte des obstruc- tions inévitables par dépôt de poussière de zinc.
- pendant la période de distillation, le condenseur a tendance à s'encrasser et doit pouvoir être débouché par ringardage aussi souvert que nécessaire.
- la capacité en zinc du condenseur est inférieure au débit du creuset ponçant une période de distillation complète : il faut pouvoir tirer le zinc du condenseur 2 à @ fois par période de distillation.
- le condenseur doit s'enlever pour dé.crasser et recharger le creuset.
Il résulte de ces sujétions que l'appareil de captation doit avoir 150 à 450 prises de gaz amovibles et permettre le ringardage à travers les condenseurs tout en restant étanche. Le problème ainsi posé ne comporte pas de, saluti.cn industriellement rentable.
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La présente invention consiste en un condenseur commun pour la condensation sous forme liquide des vapeurs de zinc provenant d'une pluralité de creusets, caractérisé par le fait qu'on produit une différence brusque de température entre certaines zones de la surface interne de la chambre de condensation commune et d'autres zones de cette même chambre.
Le condenseur est de préférence constitué par une chambre dans la paroi de laquelle sont directement lutées les gueules des creusets.
Le condenseur est de préférence constitué,de parois métal- liques refroidies par rayonnement ou par circulation d'un fluide approprié et de parois en matériaux réfractaires, l'ensemble com- portant au moins une paroi chauffée par apport extérieur de chaleur.
L'effet réfrigérant des parties métalliques est rendu réglable ainsi qu'il sera expliqué ci-après.
Les surfaces antérieures du condenseur commun sont de préfé- rence constituées par des panneaux mobiles dont le déplacement permet le libre accès aux creusets pour le travail.
Pour l'application aux fours à zinc à creusets multiples du type courant, tel que le type dit rhénan, le condenseur sera de préférence réalisé sous la forme d'une chambre de faible largeur, et de longueur égale à la partie de four dont il doit condenser les vapeurs de zinc. En hauteur, il déborde vers le haut la rangée supérieure'et vers le bas la rangée inférieure de creusets.
La face verticale arrière du condenseur est constituée par la paroi même de lutage des creusets dans la devanture du four.
Cela signifie donc qu'un grand nombre de creusets sont lutés une fois pour toutes dans un condenseur unique, tandis que dans les dispositions connues jusqu'à présent, un condenseur individuel .devait être luté dans chaque creuset, enlevé et replacé au moins une foispar jour.
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Les parois verticales latérales du condenseur consistent en caissons métalliques, par exemple en tôle de fer, parcourus par un fluide qui soutire de la chaleur au condenseur. De plus, le condenseur est muni de parois intermédiaires refroidissantes, constituées également de 'caissons métalliques à circulation placés en face de ciiaque montant du four. Ces parois intermédiaires ne s'étendent toutefois pas sur toute la hauteur du condenseur. La quantité de chaleur soutirée est réglée par la température et le débit du fluide. Ce fluide sera généralement de l'eau avec production de vapeur utilisable pour divers usages.
Si l'action réfrigérante était trop énergique pour la quantité de vapeur de zinc à condenser par unité de temps, on peut, localement, garnir la tôle de fer d'un mince revêtement en un matériau moins conducteur que le fer tel que le carborandum, par exemple.
La paroi avant du condenseur est constituée d'une série de portes métalliques, de préférence en tôle d'acier, de dimensions convenables et prenant appui sur les caissons métallioues intermédiaires prévus en face de chaque montant ainsi que sur les deux caissons d'extrémité.
La partie inférieure du condenseur est formée d'une longue auge, fixe par rapport au four et garnie en matériaux réfractaires appropriés, dans laquelle se rassemble en un seul bain le métal liquide provenant des différents creusets débouchant dans le con- denseur. On l'en soutire à volonté en une ou plusieurs fois par un trou de coulée ou tout outre arrangement approprié.
La paroi supérieure horizontale du condenseur peut être réalisée suivant le cas, en matériaux réfractaires ou métalliques.
Il est commode de monter les portes métalliques sur charnières fixées sur la face avant des caissons; on les ouvre pour permettre les différentes phases du travail au four : décrassage, remplacement et chargement des creusets. Toutes ces opérations s'effectuent donc à travers le condenseur dont les autres parois
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sont fixes.
Le chargement terminé, les portes sont refermées et lutées à l'argile. Le rayonnement des portes métalliques constituant la face avant du condenseur peut être réglé dans de larges limites par tout moyen connu et notamment en approchant ou écartant des écrans water-jackets plats suspendus devant ces portes. Ces mêmes écrans, qui peuvent pivoter autour de leur suspension, protègent efficacement les ouvriers travaillant au four contre la chaleur rayonnée par ce dernier.
La face arrière du condenseur, constituée par la devanture du four dans laquelle sont lutées les gueules des creusets doit être bien étanche aux vapeurs et gaz et aussi lisse que possible.
Pour obtenir ce résultat, il s'est montré préférable de remplacer la terre réfractaire servant à garnir l'intervalle entre creusets par des briques de forme à dimensions exactes. De plus., on'applique sur cette face un enduit réfractaire au feu du' type étanche.
La capacité constituée par le condenseur unique comme décrit ci-avant est connectée avec le'dispositif de lavage'et d'utilisation du CO par une ou plusieurs ouvertures à large section excluant tout danger de bouchage. Les conduites d'évacuation sont fixes et ne gênent en rien les diverses phases du travail au four. On peut, par exemple, prévoir une sort'ie de CO à chaque extrémité de l'auge collectrice du zinc condensé, un peu au-dessus du niveau du bain métallique. cet arrangement présente l'avantage de tenir le zinc bien chaud.
Le CO ainsi évacué, qui entraine avec lui une certaine quantité de poussière de zinc,' est soumis à un traitement connu quelconque pour en retirer cette poussière de zinc.': lavage,. filtration à travers.sacs, filtration électrique, etc...; puis est dirigé vers des appareils d'utilisation ou vers le laboratoire même du four pour y être brûlé'. Le circuit d'utilisation est conditionné de telle sorte qu'il maintienne dans le condenseur une
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très légère surpression, de l'ordre de 1 à 2 mm d'eau, pour exclure toute possibilité (le rentrée d'air.
Enfin, lors du décrassage des creusets le matin, on alimente plus abondamment en eau les caissons du condenseur, ce qui permet de récupérer scus forme de vapeur d'eau ou sous forme d'eau chaude, une partie conséquente de la chaleur sensible des résidus retirés des creusets et du rayonnement de la devanture du four.
Les avantages principaux de ce dispositif sont : récupération de la totalité du CO dégage par la réduction de Ici charge des creusets et la distillation des matières volatiles du réductif.
- récupération d'une partie importante de la chaleur de condensa- tion des vapeurs de zinc et du rayonnement de la devanture du four, sous forme d'air chaud ou d'eau chaude ou, de préférence, sous forme de vapeur d'eau.
- suppression de toutes les pertes de zinc à l'atmosphère durant la distillation et le tirage du zinc : la totalité du CO étant captée et filtrée, tout le zinc est récupéré soit sous forme de zinc métal, soit scus forme de poussière.
- suppression des condenseurs individuels amovibles, construits en réfractaires, et des allonges métalliques, dispositifs très dispendieux en main d'oeuvre et frais de remplacement. Travail du four plus rapide et plus facile. Suppression des bouchages de condenseurs et d'allonges et de la main d'oeuvre de surveil- lance qu'ils exigent durant toute la distillation.
- capacité de condensation et souplesse de condensation ainsi que temps de séjour de gaz dans le condenseur grandement accrus.
- possibilité de régler aisément la température du condenseur pendant la marche du four, ce qui était pratiquement irréalisable avec la multitude de petits condenseurs individuels en réfractaire
Il en résulte la possibilité de distiller sans perte à
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l'atmosphère des quantités beaucoup plus importantes de zinc par unité de temps, ce qui augmente la capacité du four et abaisse le prix dé revient.
- récupération sous forme d'eau chaude ou de vapeur d'une partie conséquente de la chaleur qui se perd au décrassage des creusets.
Dans les dessins ci-joints, les figures I, II et III montrent à titre purement exemplatif l'application de la présente invention à un four à zinc du type rhénan à trois rangées de 24 creusets chacune sur chaque face, soit donc 144 creusets pour l'entièreté du four.
La figure I montre en élévation verticale un peu plus de la moitié d'une face du four. Dans l'application décrite, il y a un condenseur pour chaque demi-face du four soit donc 4 condenseurs pour l'ensemble 'du four; la suppression de la partie inférieure de la paroi centrale donnerait un seul condenseur par-face du four soit donc deux condenseurs pour l'ensemble du four. Le choix entre l'une ou l'autre solution dépend uniquement des circonstances locales.
La figure II est une coupe verticale par un plan perpendiculaire à la devanture du four et passant par les axes de trois creusets superposés.
La figure III est une coupe horizontale partielle passant par l'axe des creusets d'une rangée horizontale quelconque du four.
Les creusets A reposent à l'avant sur les dalles réfractaires Bielles-mêmes supportées par les montants réfractaires C.
L'intervalle laissé entre les gueules de creusets d'une part et les dalles et montants réfractaires d'autre part, est occupé par des briques réfractaires de forme appropriée D. L'ensemble est disposé de telle sorte que les faces verticales extérieures des creusets A, des dallas B et des briques D soient dans un même plan.
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Le bac à zinc 71 formant la partie inférieure du condenseur V s'étend sur toute la longueur du four ainsi que le condenseur V lui-même. A partir du milieu du bac, le fond est en pente légère et continue vers deux points bas situés aux deux extrémités. En ces points sont ménagés des trous de coulée F.
Les gaz non condensables s'échappent du condenseur par ICI conduite G vers l'installation de lavage et d'utilisation. Un pyrometre H mesure la température des gaz à la sortie.
Chaque montant réfractaire C., tant intermédiaire que d'extrémité, est prolongé vers l'extérieur du four par un caisson métallique I. (Voir fig. I, II et III). Ces caissons, de forme trapézoïdale, ont la grande base à la partie inférieure, qui forme pont par dessus le bac à zinc. Chaque caisson peut recevoir par sa partie inférieure, l'eau d'une conduite commune K par l'intermédiaire d'un raccord individuel L.
De même chaque caisson envoie la vapeur d'eau qu'il produit dans un corps de chaudière unique M, par l'intermédiaire d'un raccord individuel M.
La conduite à eau K est alimentée par le corps de chaudière M par l'intermédiaire de la tuyauterie 0 et de la vanne ± qui permet de régler le débit d'eau distribuée aux caissons et par suite le niveau l'eau dans les dits caissons et leur pouvoir de refroidissement.
Une face du four comporte pour toute sa longueur deux condenseurs indépendants. Leur séparation est formée par le caisson métallique du milieu et par un barrage en réfractaire Q, maçonné dans le bac au droit de ce caisson et jusqu'; son contact. Il va de soi que la simple suppression de ce barrage réaliserait un seul condenseur par face de four.
Le condenseur est fermée à sa partie supérieure par des dalles réfractaires R couvrant. chacune l'intervalle entre deux caissons métalliques consécutifs.
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Les portes en tôle S forment enfin la paroi avant du condenseur. Partageant en trois parties égales la hauteur du condenseur, elles sont fixées aux caissons métalliques par des charnières T à axe légèrement incliné sur la verticale de façon à rendre stable la position fermée. Dans leur position fermée, ces portes sont lutées sur les montants et entre elles de façon à réaliser l'étanchétié.
La figure II indique en traits mixtes les portes dans la position ouverte, c'est à dire dans le plan des montants.
L'installation ci-dessus s'est trouvée convenir à des conditions locales ; elle n'est décrite qu'à titre d'exemple.
Il est bien certain que sans sortir du cadre de l'invention,, on pourrait modifier fortement quantité de dispositions,notamment: ! le nombre de rangées de creusets; le nombre de condenseurs indépendants par face du four; le nombre et le principe des dispositifs .de coulée du zinc ; le nombre de portes par montant; le mode de fixation et le mouvement des portes; leur surface de rayonnement et le rnglage de ce rayonnement; le nombre et l'emplacement des départs de gaz vers l'installation d'épuration et d'utilisation; le mode d'alimentation et de réglage du refroidissement des caissons métalliques; la forme et le nombre des caissons métalliques; 'le nombre de pièces constituant le bac à zinc s'étendant sur la longueur du four ;
matière constitutive et la forme, de la paroi supérieure ou couverture du condenseur, moyens techniques assu- rant une différence importante de température entre les zônes chauffées et les zônes refroidies de la surface interne de la chambre de condensation, etc.