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"Cokéfaction autogène des agglomérés de matières zincifères et carbonées.
La présente invention concerne la cokéfaction des agglomérés de matières zincifères et carbonées et, plus par- ticulièrement, la cokéfaction autogène de ces agglomérés permettant de préparer les produits qui conviennent particu- lièrement bien au chargement des cornues verticales de fusion des minerais de zinc et analogues.
La fusion des matières zincifères dans les cornues verticales s'effectue en introduisant dans la cornue la charge à fondre de la matière zincifre et de la matière carbonée sous forme d'agglomérés cokéfiés. L'état physique de ces agglomérés doit satisfaire à diverses conditions. Par exemple la résistance de ces agglomérés sous forme de briquettes doit être suffisante après réduction de la matière zincifère
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qu'ils contiennent pour empêcher les briquettes de s'écraser dans la portion inférieure de la charge sous le poids de cette charge en donnant lieu à la formation de fines. Lee bri- quettes doivent aussi être caractérisées par une structure cellulaire, dans laquelle les particules de matière zincifère sont en majeure partie enfermées dans la matière carbonée cokéfiée.
La surface des briquettes cuites doit être aussi lisse que possible et les particules de matière zincifère de la surface doivent être convenablement liées à la briquette par la structure du coke. La rugosité de la surface des bri- quettes et en particulier celle qui résulte de la disparition sélective de la structure du coke au voisinage de la surface des briquettes donne lima à la formation de "sable" par le frottement des surfaces rugueuses contiguës des briquettes et le déplacement des particules de matière zincifère insuffi- samment liées à la surface. Les fines formées par écrasement ou "sablage" des briquettes ont tendance à se déposer dans la cornue plus rapidement que les briquettes et provoquent le collage de la charge de briquettes dans la cornue.
De plus, une surface "sableuse" ou "cendreuse" des briquettes a pour effet d'augmenter la corrosion des parois de la cornue. En conséquence, la structure des briquettes au point de vue de la résistance et de l'état de la surface doit être de nature à réduire au minimum la formation des fines qui empêchent le ' bon fonctionnement des cornues verticales pendant des périodes de durée prolongée.
Les briquettes cokéfiées de matières zincifères et carbonées possédant une structure convenant au chargement des cornues verticales de fusion du zinc ont été préparées jusqu'à présent dans des fours à coke chauffés par la com- bustion d'un combustible étranger. Il a été reconnu depuis plusieurs années qu'il serait extrêmement avantageux de réa-
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liser la cokéfaction autogène de ces briquettes, étant donné que la chaleur de cokéfaction serait fournie par la combus- tion des matières volatiles mises en liberté par la houille des briquettes au cours de l'opération de cokéfaction.
Mais autant qu'on puisse le savoir, la cokéfaction autogène des briquettes de matières zincifères et carbonées n'a pas été réalisée à cause des conditions qu'elles doivent remplir pour servir au chargement des cornues verticales.
La cokéfaction autogène des briquettes de houille est décrite dans les brevets des Etats-Unis Nos 2.209.255 du 23 juillet 1940 et 2.380.90 du 7 août 1946. Suivant ces bre- vets on maintient une charge en vrac de houille à coke dans un four sous forme de couche en mouvement qui passe lentement dans le four. En faisant passer de l'air de bas en haut à tra- vers la couche de houille dans le four chaud, on fait brûler les matières volatiles mises en liberté par la houille, de façon à dégager la totalité de la quantité de chaleur néces- saire à la cokéfaction de la couche de houille.
En réglant avec soin la quantité d'air admise dans les diverses portions de la couche de houille en mouvement, on peut réaliser une cokéfaction uniforme de la houille uniquement par la chaleur de la combustion des matières volatiles mises en liberté par la houille sans combustion fâcheuse du carbone solide contenu dans la houille.
La Demanderesse s'est efforcée d'appliquer ce procédé de cokéfaction autogène décrit dans les brevets des Etats-Unis précités à la cokéfaction des agglomérés de minerai et de houil le destinés au chargement des cornues verticales de fusion, mais elle n'a pas réussi à réaliser les réglages nécessaires de l'opération de cokéfaction par ce procédé. Lorsqu'on chauffe les agglomérés de minerai et de houille à une tempéra- ture supérieure à 900 C, la houille réduit le minerai et met en liberté la vapeur de zinc. Cette vapeur de zinc mise en
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liberté s'oxyde en présence de l'air dans le procédé décrit ci-dessus de cokéfaction autogène, en formant un nuage d'oxyde de zinc.
On a constaté que si on fait passer de l'air à tra- vers une couche chauffée d'agglomérés de minerai et de houille dans le but d'obtenir une cokéfaction autogène des agglomérés, il est virtuellement impossible de maintenir constante la température des briquettes à une valeur voisine de 900 C. mais ne la dépassant pas, sans qui il se produise des élévations brusques de température localisées ou généralisées, qui donnent lieu à des pertes considérables de zinc sous forme d'oxyde de zinc et à la combustion d'une notable quantité de carbone se détachant des particules de minerai à la surface des agglo- mérés.
Il en résulte que la surface des agglomérés cokéfiés est de nature sableuse eu cendreuse ou à la fois sableuse et cendreuse et que les briquettes ne conviennent pas au charge- ment des cornues verticales de fusion du zinc.
Or, la Demanderesse a découvert qu'il est possible de réaliser la cokéfaction autogène des agglomérés de matières zincifères et carbonées à condition d'introduire l'air ser- vant à entretenir la combustion des matières volatiles mises en liberté par la matière carbonée, qui se compose au moins en partie de matières carbonées pouvant être cokéfiées par quantités dosées et en plusieurs fois.
En effet, on a décou- vert que si on ne fait passer qu'une portion de l'air combu- rant a travers la couche chauffée d'agglomérés en quantité juste suffisante pour former une flamme modérée et protectrice autour des agglomérés, on peut obtenir le complément de cha- leur qui est nécessaire pour faire prendre aux agglomérés la température de cokéfaction appropriée ne dépassant pas 9000 CI, par rayonnement d'une zone de chauffage dans laquelle les matières volatiles non consumées continuent à brûler sensible- ment hors de contact avec la couche d'agglomérés.
En consé- quence, le procédé de préparation d'agglomérés cokéfiés
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de matières zincifères et carbonées suivant l'invention con- siste à faire passer une couche d'agglomérés pouvant être cokéfiés de matières zincifères et carbonées dans un four dans lequel sont établies des conditions de cokéfaction, à faire passer à travers cette couche d'agglomérés une quantité d'air suffisante pour n'entretenir dans la couche la combustion que d'une portion des matières volatiles mises en liberté par la cokéfaction de la matière carbonée et former autour de ces agglomérés une flamme modérée, protectrice, analogue à celle d'une bougie, ne provenant que de la combustion des matières volatiles, et à faire arriver sur les matières volatiles non consumées hors de contact avec la couche, mais en relation de transmission de chaleur,
une quantité d'air dosée suffi- sante pour dégager par la combustion d'une portion au moins de ces matières volatiles antérieurement non consumées une quantité de chaleur de nature à établir ces conditions de coké- faction et à faire prendre aux agglomérés une température de cokéfaction ne dépassant pas 900 C. En chargeant les briquet- tes carbonisées ainsi obtenues dans une cornue verticale, l'opération de fusion du zinc est rend plue facile, du fait que les briquettes passent doucement dans la cornue pendant que la matière zincifère se réduit et qu'une certaine quantité de la matière carbonée se consume au cours de cette réduction.
Ces caractéristiques nouvelles de l'invention ainsi que d'autres sont faciles à comprendre d'après la description détaillée qui en est donnée ci-après avec les dessins ci-joints à l'appui,- sur lesquels :
La figure 1 est une élévation latérale avec coupe partielle d'une installation convenant à Inapplication du procédé suivant l'invention,
La figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne -2 de la figure 1.
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La figure 3 est une coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
L'installation convenant à l'application du procédé suivant l'invention de cokéfaction autogène comporte un four 10 avec grille mobile appropriée 11 dans sa portion inférieure.
La portion supérieure du four au-dessus de la grille comporte une cloison 12 qui la partage en deux zones de combustion sen- siblement indépendantes, mais communiquant entre elles. La zone de combustion située entre la grille 11 et la cloison 12 est dite zone de combustion "primaire" et celle qui se trouve au-dessus de la cloison est dite zone de combustion "secon- daire". Des arrivées d'air séparées servent à introduire 1air au-dessous de la grille, dans la zone de combustion primaire et un supplément d'air dans la zone de combustion secondaire.
Les zones de combustion séparées avec trois arrivées d'air indépendantes permettent de réaliser la cokéfaction autogène des agglomérés de matières zincifères et carbonées et de consumer complètement la totalité des matières volatiles mise en liberté par elles, de sorte qu'aucune fumée ni vapeur ne s'échappe de l'installation.
Le dispositif transporteur des agglomérés ou bri- quettes de l'installation consiste dans une trémie de charge- ment 13 située en dehors du four avec grille inclinée vers le bas 14. Cette grille inclinée fait arriver les briquettes sur un couloir 16 de marne inclinaison qui fait passer la charge de briquettes par l'ouverture 16 du four et sur l'ex- trémité de chargement de la grille 11. Une barre de réglage du niveau 17 est disposée dans le four et au-dessus de lextré- mité de chargement de la grille 11 et lorsqu'on fait varier sa position dans le plan vertical, règle l'épaisseur de la couche de briquettes réparties sur l'extrémité de chargement
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de la grille en mouvement.
La grille en mouvement 11 peut être de préférence une grille à gradins, telle qu'elle est décrite dans le brevet des Etats-Unis No 2.229.447 du 21 janvier 1941. Cette grille à gradins forme un trajet incliné de haut en bas pour les agglomérés entre l'extrémité de char- gement et l'extrémité de déchargement de la grille. On a cons- taté que la grille à gradins de ce type est particulièrement apte à faire avancer une couche d'agglomérés d'un mouvement uniforme dans le four de cokéfaction en lui imprimant une agi- tation suffisante pour provoquer une cokéfaction uniforme dans toute 1 épaisseur de la couche. D'autre part, on peut employer une grille mécanique à charbon ordinaire lorsque d'après la nature des briquettes il est avantageux que leur mouvement soit continu, mais que la couche ne subisse pas d'agitation.
La grille 11 se décharge dans une trémie 18 fai- sant partie de la construction du four. Les briquettes coke- fiées qui slaccumulent dans la trémie peuvent en être déchar- gées d'une manière intermittente ou continue par une porte de déchargement 20 sur une courroie transporteuse 21 ou diapo- sitif analogue. Les briquettes cokéfiées quittant la courroie transporteuse peuvent être introduites directement dans l'ex- trémité de chargement d'une cornue verticale d'un type courant.
Les fines sont éliminées de la charge de briquettes pendant toute la durée de son parcours. En effet, les fines se séparent par la grille 14 dans la trémie de chargement et se rassemblent dans la portion inférieure de cette trémie.
Les fines ainsi éliminées ne sont pas carbonisées et contien- nent encore le liant de briquettage en quantité suffisante pour qu'on puisse les faire revenir dans la machine à briquet- ter. Les fines se séparent aussi des briquettes pendant que la charge avance dans le four sur la grille en mouvement il*
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Ces dernières fines se rassemblent dans des trémies 22 dis- posées immédiatement au-dessous de la grille. Les fines sé- parées de la charge dans le four sont cokéfiées au moins en partie et leur liant en a été chassé. En conséquence, on les fait revenir dans le mélangeur qui sert à préparer la compo- sition des briquettes.
Les zones de combustion séparées dans le four sont formées, ainsi qu'il a été dit, par la cloison 12. Celle-ci comporte de préférence plusieurs ouvertures 23 avec tiroirs coulissants 24 qui permettent de fermer les ouvertures en partie ou en totalité, de façon à régler la température des gaz de la combustion dans les diverses portions de la zone de combustion primaire. Les ouvertures 23 permettent aussi aux matières volatiles non consumées de passer de la zone de combustion primaire dans la zone de combustion secondaire, dans laquelle elles se consument complètement.
Les produits de la combustion sortent de la zone de combustion secondaire par une cheminée 25 qui fonctionne à tirage normal, mais qui peut être réglée par un registre approprié 26. l'air qui passe de bas en haut à travers la couche en mouvement d'aggloméré arrive de préférence sous pression par un tuyau d'alimentation approprié 27 comportant des tuyaux ramifiés avec soupape aboutissant à chacune des tré- mies 22 disposées au-dessous de la grille en mouvement 11.
Cette arrivée d'air qui sera appelée ci-après arrivée d'air "primaire" doit être réglée avec soin suivant l'invention de façon à maintenir une flamme modérée protectrice, analogue à celle d'une bougie, autour des briquettes de la couche en mouvement. Chacun des tuyaux de dérivation 28 d'alimentation d'air comporte une soupape séparée qui permet de régler la quantité d'air arrivant dans chaque trémie et de donner ainsi à la flamme les caractéristiques voulues. En réglant d'une
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manière appropriée l'arrivée d'air dans chacune des zones de la couche en mouvement correspondant à la surface des trémies qui se trouvent au-dessous d'elles, on peut établir des conditions de cokéfaction uniformes dans chaque zone de la couche.
Dans tous les cas, on règle suivant l'invention la quantité d'air admise à travers la grille dans les zones de cokefaction séparées de la couche en mouvement, de façon que la chaleur de la combustion des matières volatiles consu- mées dans la couche en mouvement ne soit pas suffisante à elle seule pour élever la température des briquettes à la valeur de cokéfaction voulue. On évite ainsi toute éventualité de surchauffe locale des briquettes de la couche en mouvement à une température supérieure à 900 C à laquelle laitière zincifère se réduit et le liant carboné maintenant les par- ticules de matière zincifère en place se détériore.
L'air arrivant dans la zone de combustion primaire au-dessus de la couche en mouvement de briquettes est intro- duit par des orifices 30 des parois latérales du four. L'air peut être aspiré par ces orifices par le tirage naturel exis- tant dans le four et, dans ce cas, les orifices 30 comportent des dispositifs de fermeture réglables appropriés servant à régler le volume d'air admis ou l'air peut être amené sous pression aux orifices par des tuyaux d'alimentation comportant chacun une soupape.
La quantité d'air ainsi introduit dans la zone de combustion primaire doit être réglée de façon à ne provoquer la combustion que de la quantité de matière volatile non consumée mise en liberté par la couche en mouvement et qui est nécessaire pour faire prendre à la cou- che une température de cokéfaction moyenne voisine de 800 C, la température des briquettes les plus chaudes ne dépassant pas 900 C. Il résulte de la combustion incomplète des matières volatiles dans la zone de combustion primaire qu'on obtient une flamme brillante particulièrement apte à céder de la cha-
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leur par rayonnement à la couche de briquettes.
Cette chaleur rayonnée a pour effet de chauffer uniformément la couche en mouvement et n'a pas tendance à y faire apparaître des régions ou zones de peu d'étendue de surchauffe locale. La quantité d'air primaire introduite au-dessous de la grille étant réglée de façon à entretenir une flamme modérée protec- trice, analogue à celle d'une bougie, autour des briquettes, la quantité d'air secondaire admis par les orifices dans la zone de combustion primaire doit être maintenue à une valeur juste inférieure à celle qui établirait dans la couche, par un chauffage excessif, les conditions de réduction du minerai qui sont indiquées par la présence de nuages de couleur blan- che d'oxyde de zinc dans les gaz sortant par la cheminée.
L'air tertiaire de la zone de combustion secondaire située au-dessus de la cloison 12 arrive par des orifices 31 percés dans les parois latérales du four adjacentes à cette zone. L'air peut être aspiré par ces orifices par le tirage normal qui existe dans le four ou y être refoulé sous pres- sion par un tuyau d'arrivée dlair. La quantité d'air tertiaire ainsi introduit par les orifices 31 n a pas besoin d'être réglée avec soin, au point de vue du succès de l'opération de cokéfaction.
Cette zone de combustion secondaire est séparée de la zone de combustion primaire par la cloison 12 et sa température n'a que peu d'influence sur la température de cokéfaction prise par la couche de briquettes en mouvement sur la grille 11. mais pour réduire au minimum la quantité de produits sortant de la cheminée 2b sous forme de fumée, du fait de la présence dans ces produits de matières volatiles non consumées dans 1* opération de cokéfaction, la quantité d'air tertiaire admis dans la zone de combustion secondaire doit être suffisante pour provoquer la combustion sensible- ment complète des matières volatiles non consumées antérieu- rement dans la couche en mouvement ou dans la zone de combus- tion primaire.
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On a constatequ'il est avantageux de faire partir un tuyau dérivé 32 de la cheminée 25 par lequel on peut refou- ler au moyen d'un ventilateur actionné par un moteur 33 et d'un tuyau d'air auxiliaire 34 un mélange de gaz chaude de la cheminée avec une quantité dosée d'air froid arrivant par le tuyau auxiliaire 34, par un tuyau dérivé 36 dans la trémie de chargement 13 au-dessous de la grille 14. Ces gaz chauds servent à sécher les briquettes qui se trouvent encore dans la trémie, en leur pernettant d'atteinure rapidement la tempé- rature de cokéfaction lorsqu'elles tombent par le couloir 15 dans le four.
Ces gaz de séchage avec les gaz du four qui peuvent éventuellement s'échapper par l'orifice 16 du four, peuvent sortir par une hotte d'aspiration 36 disposée immé- diatement au-dessus de la trémie de chargement.
On voit donc que le four de cokéfaction qui sert à Inapplication dans la pratique du procédé suivant l'invention permet de régler avec soin la quantité d'air arrivant dans les zones séparées du four (la couche en mouvement et la zone de combustion primaire) de façon à régler la température de cokéfaction et les conditions existant dans la couche des briquettes qui contiennent les matières zincifères et carbo- nées. Ce réglage de l'arrivée d'air permet de cokéfier les briquettes sans réduire la matière zincifère et sans détériorer le liant carboné à la surface des briquettes.
La faible quan- tité d'air non dosable introduite par la porte de déchargement 20 au moment où les briquettes cokéfiées sortent de la trémie, peut être éliminée de cette trémie sans accéder à l'intérieur du four, au moyen d'un tuyau d'aspiration raccordé à la trémie 18.
Le fonctionnement de l'installation de cokéfaction représentée permettant de réaliser la cokéfaction autogène des agglomérés de matières zincifères et carbonées suivant
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l'invention est le suivant : On prépare de préférence les briquettes de la manière décrite dans les brevets des Etate- Unis Nos 1.810.070 du 16 juin 1931 et 1.83&.460 du 8 décembre 1931. La matière zincifère servant à préparer ces briquettes peut consister par exemple en minerai de zinc tel que la willemite, des mattes de zinc (minerai de sulfure de zinc grillé) ou leur mélanges, avec ou sans autre;addition d'enri- chissement d'oxyde de zinc de rebut tel que l'oxyde de Waelz, etc.
Les briquettes doivent contenir de 18 à 30 % en poids de houille bitumineuse du type se gonflant librement, et se cokéfiant facilement, cette proportion ne dépassant pas de préférence 27 %. Si la proportion de la houille bitumineuse est inférieure à 18 %, on n'obtient pas une quantité de matière volatile suffisante pour fournir la quantité de chaleur nécessaire à la cokéfaction autogène et on obtient des bri- quettes de résistance insuffisante. Si la proportion de cette houille bitumineuse dépasse 30 % ou mieux 27 %. elle a ten- dance à provoquer un gonflement excessif. La proportion de houille bitumineuse adoptée généralement varie avec la gros- seur des particules de houille ; les particules sont fines, plus la quantité de houille nécessaire est faible.
Par exemple, on obtient d'aussi bons résultats avec 20 % de houille à coke bitumineuse à l'état de divison extrêmement fine qu'avec 25 % de la même houille en grains plus gros. Le complément de la matière carbonée des briquettes consiste généralement en houille ne se cokéfiant pas, telle que l'an- thracite.
On introduit les briquettes dans la trémie de char- gement 13 et elles en sortent par la grille 14 et le couloir 15 pour arriver sur la grille en mouvement 11. On choisit la position de la barre de réglage du niveau 17, de façon à former sur la grille une couche de briquettes d'épaisses?
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suffisante pour réaliser une cokéfaction uniforme. De préfé- rence, on règle l'épais saur de la couche par rapport à la surface de grille et à la vitesse de la couche de façon à obtenir de 4,3 à 12,9 tonnes de briquettes cokéfiées à la sortie par jour et par mètre carré de surface de grille.
Quoiqu'en opérant dans ces conditions on obtienne des briquet- tes donnant satisfaction au point de vue de l'uniformité de la cokéfaction autogène, on a constaté qu'il vaut mieux régler la production de briquettes cokéfiées, à 6,4-7,5 tonnes par jour et par mètre carré de surface de grille. fendant la marche normale, la combustion réglée des matières volatiles dans le four y établit les conditions de cokéfaction voulues. Mais pour mettre le four en marche, on peut y établir ces conditions en brûlant un combustible quel- conque approprié introduit dans la zone de combustion pri- maire.
Les briquettes qui arrivent à l'extrémité de char- gement du four sur le couloir 15 subissent l'action de la chaleur rayonnée de la zone de combustion primaire et attei- gnent ainsi presque la température de cokéfaction avant d'ar- river sur la grille 11. On règle la quantité d'air primaire arrivant sous pression par les tuyaux d'admission à soupape 28, de façon à maintenir une flamme modérée protectrice, ana- logue à celle d'une bougie, autour des briquettes et entre ces limites on règle la quantité d'air refoulé dans les diverses zones de la couche correspondant aux trémies 22, de façon à maintenir uniformes les conditions de cokéfaction dans la totalité de la couche en mouvement.
Ayant ainsi réglé la quantité d'air primaire, on règle la quantité d'air secondaire arrivant par les orifices 30 dans la zone de com- bustion primaire, de façon à dégager par la combustion par- tielle des matières volatiles dans cette zone une quantité de chaleur juste inférieure à celle qui établirait des con- ditions réductrices dans la couche d'agglomérés. Au point
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de vue pratique de la marche du four, on peut déterminer cette quantité d'air secondaire en observant, par un regard 38, à l'extrémité de la trémie de déchargement, la couleur de la cou- che inférieure des briquettes sortant par l'extrémité de déchargement de la grille. On augmente la quantité d'air secondaire pour faire prendre à ces briquettes la température la plus élevée, sans réduction du minerai de zinc.
Le point où cette réduction du minerai commence est facile à observer par la présence d'un nuage d'oxyde de zinc de couleur blanche dans les gaz de la cheminée. Cette réduction du minerai se produit lorsque la température d'une briquette dépasse 9000C.
C'est pourquoi la température des briquettes les plus chaudes doit être limitée à 900 C. la température moyenne de la couche étant voisine de 800 C. On règle la quantité d'air tertiaire arrivant par les orifices 31 dans la zone de combustion secon- daire de façon à admettre une quantité d'air suffisante pour brûler complètement les matières volatiles non consumées sor- tant de la zone de combustion primaire par les ouvertures 23 de la cloison. La quantité d'air tertiaire nécessaire à cet effet est facile à déterminer en augmentant cette quantité jusqu'à ce que la fumée ait à peu près complètement disparu dans la cheminée principale.
Les briquettes cokéfiées sortant du four de cokéfac- tion fonctionnant suivant l'invention peuvent être introduites directement dans 1extrémité de chargement d'une cornue verticale. Ces agglomérés cokéfiés sont caractérisés, non seulement par leur résistance physique qui leur permet de résister à 1écrasement dans la portion inférieure de la cornue verticale, mais encore par leurs caractéristiques superficielles exceptionnellement satisfaisantes qui réduisent au minimum le "sablage". Les briquettes préparées par le procédé de cokéfaction suivant l'invention permettent d'amé- liorer le fonctionnement des cornues de fusion verticales.
La
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résistance des briquettes et leurs excellentes caractéristiques superficielles réduisent au minimum la formation des fines et assurent une circulation sans à coup et ininterrompue des braguettes de haut en bas des cornues au fur et à mesure de la consommation des matières zincifères et carbonées. Du fait de la surface non sableuse et non cendreuse de ces briquettes, la corrosion des parois des cornues verticales est également réduite au minimum. On voit donc qu'on a ainsi amélioré le fonctionnement de l'opération de fusion dans les cornues ver- ticales, en constituant la charge par des agglomérés de matiè- res zincifères et carbonées ayant subi une cokéfaction auto- gène par le procédé suivant l'invention.