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PERFECTIONNEMENTS AUX' FOURS A SOUFFLERIE.
L'invention est relative à la fusion de minerais devine dans un four à soufflerie, c'est-à-dire un four dans lequel la charge est introduite au sommet, et les résidus solides-sont déchargés au bas du four sous forme d'un laitier liquide, de manière-que le four puisse fonctionner d'une façon continue; et concerne en particulier le type de four à soufflerie qui est hermétiquement fermé au sommet, de l'air étant introduit tant au sommet que dans le bas du four, avec une sortie pour les gaz du four aménagée à un ni- veau intermédiaire.
Conformément à des propositions antérieures, l'air introduit vers le sommet du four, était amené par des tuyères soufflant dans le côté du four, en-dessous du niveau du sommet ce la charge.
On a constaté qu'un tel mode de procéder conduit à une scorifi- cation de la charge dans la partie supérieure du four avec une extraction inefficace conséquente du zinc.
Si la scorification se produit dans la zone des températures élevées, près du sommet du four, cette scorie se fige à nouveau lorsqu'el- le descend dans la zone plus froide située immédiatement en-dessous. Cette scorie figée tend à former une concrétion qui part du côté du four et fina- lement le ferme presque complètement de sorte que la charge ' ne peut plus descendre librement. Ce phénomène est le plus indésirable résultat de la scorification dans la partie supérieure du four. Une faible fusion nais- sante de certains des composants de la charge n'aurait vraisemblablement pas cet effet indésirable.
Un objet de l'invention est d'empêcher toute scorification nota- ble de la charge dans la partie supérieure du four.
Conformément à l'invention, de l'air est introduit dans l'espa- ce du four qui est situé au-dessus du sommet de la charge. Par ce moyen, un courant d'air est refoulé à travers la partie supérieure de la'charge, de son sommet vers le bas, et lorsqu'il rencontre la charge, l'air sous
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pression au lieu d'être concentré à la sortie d'une tuyère est uniformément distribué sur la surface supérieure de la charge.
On a constaté de plus que 'même avec une introduction d'air par dessus le sommet de la charge, il existe avec un certain type de charge uti- lisé en'pratique, une limite dans la proportion d'air qui peut ainsi être in- troduit si aucune scorification ne doit s'effectuer au sommet du four.
En outre, conformément à l'invention, la proportion de l'air in- troduit au-dessus de la charge, ne doit pas dépasser 60%.
On a constaté encore que la température maximum au sommet du four peut être réduite davantage encore en provoquant l'accomplissement de réac- tions endothermiques dans la zône la plus chaude. De telles réactions sont la réaction de l'oxyde de zinc et du carbone pour donner au zinc gazeux et de l'oxyde de carbone, la décomposition de carbonate de calcium pour donner de l'oxyde de calcium et de l'anhydride carbonique, et la réduction de l'an- -hydride carbonique par le carbone pour donner de l'oxyde de carbone.
En pratique la première de ces réactions est réalisée en ajou- tant de la matière zincifère oxydée, briquettée avec de la matière carbonée, et la troisième en choisissant convenablement la forme de coke utilisé pour obtenir la réactivité voulue. Le degré d'accomplissement de la seconde réac- tion est naturellement contrôlé par la quantité de carbonate de calcium qui est ajouté à la charge.
Une réalisation de l'invention est représentée dans les dessins annexés :
Fig. 1 - est une coupe verticale selon la ligne 1-1 de la fig.2; et,
Fig. 2 - est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
Dans la réalisation, la charge est constituée par du minerai de zinc oxydé (préparé en grillant de la.blende de zinc dé manière à permettre le contrôle de la dimension des grains, c'est-à-dire de façon à donner un produit fritté qui peut être réduit en morceaux avec une structure poreuse à la manière d'un nid .d'abeilles) et du coke, comme composants principaux.
A ceci on ajoute des quantités telles que nécessaires d'autres substances pour fondre la gangue du minerai et la cendre du coke à l'effet de former u- ne scorie ou laitier convenablement fluide. Généralement on ajoute de la chaux et de la silice comme fondants, et une charge type est constituée de :
EMI2.1
<tb> minerai <SEP> de <SEP> zinc <SEP> oxydé <SEP> 100 <SEP> parties
<tb> coke <SEP> 80 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> pierre <SEP> à <SEP> chaux <SEP> 8 <SEP> "
<tb>
<tb> sable <SEP> ou <SEP> quartzite <SEP> 9 <SEP> "
<tb>
les parties étant indiquées en poids.
On peut également charger de la matière zincifère oxydée briquet- tée avec de la matière carbonée.
La charge est préchauffée, de préférence jusque entre 800-900 C., et est introduite à l'aide d'un dispositif de chargement comprenant une tré- mie 10 pourvue d'une cloche 11, monté au sommet d'un four à soufflerie ver- tical de section horizontale rectangulaire.
, Le dispositif de chargement lorsqu'il est fermé, procure une fermeture hermétique au sommet du four, et la vitesse d'introduction de la charge est contrôlée de manière à laisser subsister un espace appréciable au-dessus du niveau du sommet de-la charge. Cet espace est alimenté en air, de préférence à l'aide d'air préchauffé, soufflé par des conduits 13 et 14, de manière que cet air pénètre dans la charge sur toute l'étendue de sa sur- face libre 24.
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De l'air soufflé, de préférence préchauffé, est également intro- duit par des tuyères 15, 16, 17, 18, 19 et 20 au bas du four, et la partie inférieure du four est enfermée dans une chemise d'eau 27 pour contrôler la température engendrée en cet endroit par l'air soufflé, et par suite la température et la fluidité de la scorie ou laitier qui doit être évacué au bas du four par le trou de coulée 12.
A une hauteur intermédiaire dans le four sont prévues des sorties de gaz 22 et 23, les gaz étant conduits à la ou aux sorties par une auge ren- versée, disposée horizontalement, 21, s'étendant en travers du four.
Considérant maintenant les réactions s'effectuant dans le four lorsque de l'air est introduit dans un mélange chaud de coke et de matière zincifère oxydée, la première réaction qui se produit est l'oxydation de carbone en anhydride carbonique par la réaction :
C + 02 = CO2 (1)
Pourvu que la charge soit préchauffée à une température supérieu- re à 800 C., la réaction ci-dessus est intrinsèquement rapide et la vitesse à laquelle elle s'effectue n'est limitée que par la vitesse à laquelle l'o- xygène peut avoir accès à la surface du coke. Par conséquent cette réaction s'est poursuivie jusqu'à ce que très peu d'oxygène libre subsiste dans les gaz à une petite distance, de l'ordre de 30 cm., du sommet de la charge. La réaction (1) est fortement exothermique,.et la chaleur libérée tend à éle- ver considérablement la température.
Une seconde réaction, entre le carbone et l'anhydride carbonique, commence alors à s'effectuer :
C + CO2= 2CO. (2)
La vitesse à laquelle cette réaction s'effectue est moindre que pour la réaction (1); sa vitesse intrinsèque augmente avec la température.
Par conséquent lorsque de l'anhydride.carbonique est formé, et que la tempé- rature croit, alors que la réaction (1) s'effectue, la réaction endothermi- que (2) commence, tendant ainsi à réduire la température.
L'oxyde de carbone engendré par la réaction (2) réagit alors avec l'oxyde de zinc pour produire de la vapeur de zinc
CO + ZnO = Zn (gaz) + CO2 (3)
La réaction (3) est endothermique,mais à la différence de la réac- tion (2), elle est intrinsèquement rapide, sa vitesse n'étant limitée que par celle à laquelle de l'oxyde de carbone atteint l'oxyde de zinc, et par l'équi- libre ; plus la température est élevée et plus elle peut se poursuivre, comma indiqué, de gauche à droite. En conséquence, dès que de l'oxyde de carbone est engendré par la réaction (2), il commence à réduire de l'oxyde de zinc suivant la réaction (3).
Par suite, partant du sommet du four où l'air pénètre, on ren- contre une élévation rapide de température, et la teneur en anhydride carbo- nique croit jusqu'au point où tout l'oxygène a été consommé ; point peut être situé approximativement à 30 cm. environ en-dessous-du sommet de la charge. Il y a alors une chute brusque de température dans une zône où les deux réactions (2) et (3) s'effectuent rapidement ; cette zône peut être si- tuée entre 30 et 60 cm. environ en-dessous du sommet de la charge. Ces deux réactions endothermiques s'effectuent partiellement aux dépends de la chute concomittante de la teneur en chaleur sensible des gaz, et partiellement grâce à la chaleur reçue directement par radiation et conduction de la zône chaude voisine où se poursuit la réaction (1).
Lorsque la température tombe, la réaction (2) devient plus lente tandis que la réaction (3) continue de s'accomplir rapidement. Par conséquent on atteint en très peu de temps une condition pour laquelle la réaction (3) s'est poursuivie jusqu'à l'équili- bre à la température qui prévaut en cet endroit.
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Pour ce qui est de la question de l'introduction de tout l'air au sommet, on a constaté expérimentalement qu'il n'est pas indiqué d'utiliser, au maximum, plus de 60% de l'air total au sommet. Si 80% de l'air sont in- troduits au sommet et 20% en bas, on atteint des températures supérieures à 1200 C. au sommet et une scorification s'y produit. La raison peut en être aisément comprise : Le rapport du carbone à l'oxyde de zinc doit être tel que tout le zinc puisse être réduit et vaporisé, et qu'un gaz ne contenant pas plus de 8% d'anhydride carbonique, et de préférence moins, soit finale- ment extrait du four.
Si tout l'air est introduit au sommet la manière dont les réactions s'y exécutent signifie qu'à un stade donhé tout le zinc sera vaporisé et tout l'oxygène consommé en un point où la teneur en anhydride carbonique du gaz est élevée, et qu'une nouvelle réduction de cet anhydride carbonique par la réaction (2), avec une chute résultante de la température, se produira avant que les gaz ne quittent le four. Si le bilan thermique d'ensemble pour le four est satisfait, ceci signifie que le bilan thermique dans la zône du sommet ne peut être satisfait que si la température y est très élevée.
Il est évident que plus la réaction (2) est rapide, et moins sera intense la zône de température élevée au voisinage du sommet.
L'utilisation d'un coke ou autre combustible carboné plus réac- tif que de coutume peut permettre l'emploi d'une proportion d'air plus élevée au sommet sans provoquer de températures excessives, en aidant la réaction (2), mais avec les types commerciaux de coke, de gaz et métallurgique, une limite supérieure de 60% d'air au sommet est nécessaire.
Egalement, toutes briquettes contenant du carbone et de la ma- tière zincifère oxydée, lorsqu'lles sont chauffées au-dessus d'une certaine température, engendreront de la vapeur de zinc et de l'oxyde de carbone sui- vant la réaction :
ZnO + C = Zn (gaz) + CO (4)
Le mécanisme détaillé de cette réaction est conforme aux réac- tions (2) et (3), mais avec les deux réactifs en contact intime, la réac- tion d'ensemble devient effectivement celle de l'équation (4). Cette réac- tion fortement endothermique contribue à empêcher la température de s'élever inutilement. Une des raisons d'ajouter de la matière zincifère dans une for- me briquettée, est de faciliter le traitement des dépôts et crasses qui par eux-mêmes ne se trouvent pas en condition physique convenable pour le charge- ment dans le four.
Cet emploi de briquettes emporte avec lui-l'avantage- de provoquer l'accomplissement d'une réaction fortement endothermique dans une région où les réactions.exothermiques prédominent.
Les dépôts et les crasses peuvent être des sous-produits d'un processus de fusion de zinc au four à soufflerie. Les gaz du four sont con- duits à un condenseur où une quantité aussi élevée que possible de vapeur de zinc est condensée en métal liquide. Une certaine oxydation du zinc se produit et donne naissance à des crasses. Tout zinc qui s'échappe du con- denseur peut être recueilli sous forme de poudre. Il est avantageux de briquet- ter toutes ceµ matières en incorporant du carbone tel que du grésillon de co- ke dans les briquettes pour le chargement dans le four. Des sous-produits provenant d'autres sources pourraient naturellement être traités d'une maniè- re analogue.
Egalement, la pierre à chaux ou autre forme de carbonate de calcium dans la charge se décompose dès que la température s'élève suffisam- ment :
CaCO3 = CaO + C02 (5)
Cette réaction endothermique contribue à extraire de la chaleur dans la zône la plus chaude.
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Finalement de la chaleur est conduite et rayonnée'à partir de la zône la plus chaude vers la zône plus froide où s'effectuent les réactions (2) et (3). Dans les dessins, le niveau 25 peut être considéré comme montrant l'endroit où la température la plus élevée est atteinte, tandis qu'entre les niveaux 25'et 26 se trouve la région où se produit une chute brusque de tem- pérature en raison des réactions endothermiques (2) et (3). L'espace entre les niveaux 25 et 26 peut être considéré comme représentant le volume néces- saire pour donner à la réaction (2) le temps de se produire.
La zône chaude 25 est séparée sur un front étendu, et d'une dis- tance relativement réduite, de la zône plus froide 26, et par conséquent un transfert considérable de chaleur- se produit, de sorte qu'il y a une réduc- tion considérable de la température qui autrement serait atteinte au niveau 25. D'autre part, si de l'air est introduit par des tuyères en-dessous du sommet de la charge, la zône la plus chaude est atteinte sur un front étroit autour de chaque tuyère et de la chaleur ne peut être transférée d'une façon aussi effective à la zône plus froide où la réaction (2) s'est produite. Par conséquent avec des tuyères, les zones chaudes localisées atteignent une tem- pérature plus élevée que lorsque l'air est introduit sur toute la surface du sommet de la charge.
REVENDICATIONS. l.- Dans le fonctionnement d'un four à zinc à soufflerie du genre de ceux hermétiquement fermés au sommet, de l'air étant introduit au sommet et au bas du four, avec une sortie pour les gaz du four aménagée à un niveau intermédiaire, la méthode consistant à amener l'air qui doit être introduit au sommet du four, dans un espace du four situé au-dessus du sommet de la charge, la proportion d'air introduite au sommet du four étant aménagée pour être insuffisante à produire une scorification notable de la charge dans la partie supérieure du four.