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La présente invention concerne des fours à récupération pour le chauffage d'une charge avec ou sans combustion de celle-ci, en atmosphère oxydante, neutre ou réductrice, et comprenant une chambre de réception de la charge ou chambre de travail, une paire de régénérateurs, une admission d'air ou autre gaz avec ou sans moyens de pompage, suivant les nécessi- tés, une conduite d'échappement, une ou plusieurs chambres de combustion ou autres moyens de chauffage et des vannes de renversement du courant ga- zeux, tous ces organes étant interconnectés de manière que l'air ou le gaz puisse s'écouler depuis la source, successivement à travers -.
l'un des régénérateurs, les moyens de chauffage, la chambre de travail et l'autre régénérateur, vers la conduite d'échappement, avec renversement du courant gazeux à certains intervalles de temps.
L'invention s'applique aux fours à récupération qui utilisent des récupérateurs ayant des matrices ou des remplissages en matière réfrac- taire, telle que briques réfractaires, mais s'applique plus particulière- ment aux fours dont les régénérateurs ont des matrices métalliques, qui à cause de leur poids spécifique plus grand, et malgré une chaleur spécifi- que plus basse, offrent l'avantage d'un volume beaucoup plus réduit pour une capacité thermique donnée, que celle des matrices réfractaires, mais sont soumises à des limitations de température.
La température maximum de travail des éléments d'une matrice mé- tallique à laquelle on peut travailler en toute sécurité, est d'environ 11000C et pour la majorité des applications envisagées ici, une tempéra- ture de préchauffage de l'air ou gaz alimenté à la chambre de travail de 1000 C au maximum est suffisante, de sorte que les régénérateurs à matri- ce métallique seront satisfaisants aussi longtemps que la température maxi- mum des gaz qui pénètrent dans le régénérateur qui reçoit la chaleur ne dépasse pas 1100 C, et de préférence sera moindreo
Suivant la présente invention, un four à récupération du genre défini en premier lieu,
est caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour prélever une partie des gaz d'échappement de la conduite d'échappe- ment et les faire re-cirouler dans un régénérateur qui reçoit de la cha- leur de manière à diluer, et à réduire ainsi la température des gaz qui quittent la chambre de travail avant qu'ils n'atteignent le régénérateur qui reçoit de la chaleur et augmenter la masse totale de gaz qui s'écoule à travers ce dernier, les dits moyens comprenant un souffleur ou pompe pour compenser la chute de pression dans le régénérateur qui reçoit la chaleur.
Dans un four à récupération dans lequel la quantité de chaleur qui est admise est obtenue en brûlant un combustible approprié dans l'air préchauffé par le régénérateur qui se refroidit, il pourrait être néces- saire, dans certains buts, plus spécialement pour le ré-chauffage de métaux sous forme de billettes, lingots ou analogues sans formation d'incrusta- tions et autres produits d'oxydation, de maintenir une atmosphère réduc- trice dans la chambre de travail. Pour réaliser cela, le combustible doit être 'brûlé avec une alimentation déficiente en air, de telle sorte que de l'oxygène libre n'atteigne -pas la chambre de travail et que les gaz évacués de la chambre de travail soient riches en CO et H2 et renferment peu ou pas de CO et H 0, qui aux hautes températures tend à oxyder les métaux ferreux.
Une telle combustion partielle peut produire la haute températu- re requise dans la chambre de travail si la température de préchauffage de l'air de combustion est assez élevée, mais les gaz évacués de la cham- bre de travail ont une valeur calorifique résiduaire à cause de leur te- neur en CO et H2.
Afin d'achever la combustion de ces constituants non-brûlés ou
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incomplètement brûlés des gaz évacués de la chambre de travail et la conservation dans le système de leur valeur calorifique résiduaire, l'invention comprend, comme trait caractéristique optionnel, la prévision d'éléments contrôlables pour l'introduction dans les gaz évacués de la chambre de travail d'une quantité réglée d'air supplémentaire, qui peut provenir soit de l'atmosphère, et dans ce cas l'air supplémentaire peut être introduit dans les gaz évacués du récupérateur qui reçoit la chaleur avant d'atteindre les organes qui servent à prélever une partie de ces gaz pour les faire re-oirculer à travers le régénérateur, ou de l'air préchauffé évacué de celui des régénérateurs qui est en refroidissement,
et dans ce cas une telle portion de l'air préchauffé est envoyée en dérivation par rapport à la chambre de travail pour se mélanger avec les gaz prélevés de la conduite d'échappement et être re-circulés dans le régénérateur qui se réchauffe, ou bien l'air supplémentaire pourra être prélevé de ces deux sources.
Lorsque l'air pré-chauffé est ainsi envoyé en dérivation dans l'évacuation de la chambre de travail, la proportion d'air de dérivation alimentée aux brûleurs peut être réglée par une soupape placée dans la conduite de by-pass en combinaison avec une restriction fixe ou clapet réglable disposé dans la conduite d'alimentation du brûleur.
Puisque l'effet de chauffage de cette combustion postérieure des gaz incomplètement brûlés évacués de la chambre de travail, auront tendance dans tous les cas à contrecarrer-1 effet de refroidissement des gaz d'échappement qui sont re-circulés, et l'emploi dans ce but d'air pré-chauffé aggravera cet effet de chauffage, il sera rarement possible d'employer l'air préchauffé comme seule source d'air supplémentaire pour cette combustion ultérieure, de sorte qu'en général il sera nécessaire de compléter l'air pré-chauffé (si cet air est réellement utilisé dans ce but) par de l'air froid atomsphérique.
Lorsque l'air atmosphérique est introduit dans le gaz d'échappement dans le but décrit ci-dessus, il doit être introduit (à moins qu'il ne soit introduit sous tirage forcé) en un point où la pression du gaz d'échappement s'échapperait plutôt que d'avoir des rentrées d'air), par exemple du côté de l'aspiration du souffleur d'échappement ou pompe qui compense la chute de pression sur le récupérateur qui reçoit de la chaleur.
Sauf dans le cas où l'air pré-chauffé est dérivé dans les gaz d'échappement re-circulés qui pénètrent dans le régénérateur qui reçoit de la chaleur, un système de vanne de renversement est prévu pour diriger les gaz prélevés de la conduite d'échappement alternativement à celui des régénérateurs qui reçoit la chaleur, ce système de vanne de renversement étant de préférence accouplé à la vanne de renversement mentionnée dans le premier alinéa de la présente spécification.
Suivant un mode de réalisation préféré d'un four selon la présente invention et incorporant un brûleur ou une série de brûleurs associés avec de l'air préchauffé et alimenté par de l'air pré-ohauffé par chaque régénérateur, des vannes de renversement pour alimenter le combustible alternativement au brûleur ou aux brûleurs qui reçoit ou reçoivent une alimentation d'air pré-chauffé, sont accouplés aux vannes de renversement mentionnées dans le premier alinéa de la présente spécification.
La vanne de répartition qui règle le prélèvement de la conduite d'échappement en vue de la re-circulation à travers le régénérateur qui reçoit la chaleur, et (si présentes) les vannes qui règlent la quantité d'air pré-chauffé dérivée du régénérateur à refroidissement pour aller directement dans le système de re-circulation du régénérateur qui reçoit la
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chaleur ou/et la quantité d'air froid supplémentaire introduite dans le système de ré-circulation peut être actionnée à la main et les vannes de renversement peuvent être contrôlées par rapport au temps, par exemple par un mécanisme d'horlogerie.
En réglant ces vannes ainsi que le cycle de renversement à des valeurs prédéterminées appropriées, les températures à l'entrée du régénérateur d'admission de chaleur et d'évacuation du ré- générateur d'évacuation de chaleur peuvent être maintenues entre les li- mites désirées, sans autre réglage des vannes et du cycle de renversement, aussi longtemps que la chaleur reçue et la charge du four, par exemple la capacité de chaleur de la charge, restent pratiquement constanteso
Le cycle de renversement peut cependant être contrôlé automati- quement par des dispositifs thermostatiques qui répondent aux températu- res des extrémités chaudes des régénérateurs de manière à provoquer un ren- versement de courant lorsque ces températures dépassent une certaine li- mite supérieure ou bien descendent en-dessous d'une certaine limite infé- rieure.
Lorsqu'on emploie des régénérateurs à matrice métallique, les diverses vannes et le cycle de renversement devraient de préférence être réglés et/ou contrôlés de telle manière que la température des gaz à l'en- trée du régénérateur qui reçoit la chaleur ne dépasse pas 1000 C et ne dépasse en aucun cas 1100 C.
Les dessins ci-joints montrent à titre d'exemple seulement, un mode de réalisation spécifique de l'invention, comprenant une modification du système de contrôle.
Dans les dessins,
Figure 1 est une vue frontale en perspective un peu schématique, et en partie en coupe, d'un four à récupérationo
Figure 2 est une vue arrière fragmentaire similaire.
Figure 3 est un schéma illustrant le système de contrôle du four selon les figures 1 et 2, et
Figure 4 est un schéma illustrant une modification du système de contrôle de la figure 30
En se reportant aux figures 1 et 2, le four proprement dit est une structure rectangulaire 10 construite en briques réfractaires sur un châssis en acier ou autre métal approprié. Ce four présente une chambre de travail 11 avec toit en arc rétréci s'étendant depuis une ouverture 12 à l'avant jusqu'à, l'arrière du four, l'ouverture 12 étant fermée lorsque le four est actionné par une porte, non montrée.
A la partie supérieure du four se trouvent deux régénérateurs 13, 14 s'étendant de l'avant à l'ar- rière, l'un de chaque côté. chaque régénérateur comprend une enveloppe horizontale cylindrique métallique 15 recouverte d'un calorifuge approprié, quoique ce calorifuge ait été omis du dessin pour plus de clarté de celui-ci ; et l'intérieur de chaque enveloppe 15 est rempli d'une matrice métallique constituée de tubes métalliques, une de ces matrices étant montrée en 16.
L'extrémité antérieure de chaque régénérateur communique au moyen d'une courte conduite verticale 17 avec une conduite horizontale 18 formée dans la maçonnerie du fouro La conduite 18 communique au moyen de conduites verticales et horizontales 19 également formées dans la maçonnerie du four avec des évidements horizontaux transversaux 20 s'étendant dans la paroi du four depuis la chambre de travail. Des évidements 20 constituent des chambres de combustion et renferment des brûleurs 21 à l'huile ou au combustible gazeux venant d'une canalisation principale externe 22 par des embranchements 22a, 22b (voir figure 2) qui alimentent respective-
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ment les brûleurs sur les côtés opposés du four.
Venant des extrémités arrière des régénérateurs, s'étendent des conduites horizontales transversales 23, 24 communiquant avec une chambre commune de vanne 25, de la partie supérieure de laquelle s'étend une conduite verticale 26 et du fond de laquelle s'étend une conduite horizontale en boucle 27. La chambre 25 loge également une vanne papillon de renversement 28 qui peut tourner de 90 dans chaque sens grâce à un levier 29 et un cric pneumatique 30 à double effet.
Dans la position extrême de la vanne 28 montrée dans la figure, la conduite 23 communique avec la conduite 26, et la conduite 24 communique avec la conduite 260 la conduite 26 communique avec une conduite horizontale 31 qui s'étend depuis une ouverture 32 vers l'atmosphère jusqu'à l'ouverture d'admission d'un souffleur centrifuge d'épuisement 33, qui renvoie dans une autre conduite horizontale 34 qui se termine par un prolongement 35 pour la connexion à une cheminée d'évacuation, non montrée. La conduite 27 reçoit l'évacuation d'un souffleur centrifuge d'admission 36 dont l'ouverture d'admission 37 s'ouvre à l'atmosphère.
En plus, les extrémités antérieures des régénérateurs sont connectées entre elles par une conduite horizontale transversale 38, qui est connectée au bras horizontal d'une conduite 39 en L, dont le bras vertical est connecté à la conduite 34.
En plus de la vanne de renversement 28 et des vannes de renversement de l'alimentation de combustible décrites ci-après, le système comprend d'autres vannes comme suit : une vanne de distribution 40 dans le prolongement 35 de la conduite 34 ; une vanne de réglage 41 dans l'ouverture atmosphérique 32 de la conduite 31 ; une vanne combinée 42 pour le réglage de l'alimentation d'air et de combustible, et des vannes 43, 44 dans la conduite 38 à ses jonctions, ou près de ses jonctions avec les régénérateurs 13, 14.
Les vannes 40 et 41 sont du type à papillon et sont prévues avec des moyens servant à les régler manuellement indiqués sous la forme de leviers 40a, 41a réglables contre des cadrans fixes 40b, 41b.
De plus, les conduites verticales 19 possèdent des clapets 45 réglables de l'extérieur du four à la main au moyen de cric à vis et de volants 460
La vanne combinée 42 (Figure 2) pour le réglage de l'alimentation d'air primaire vers les régénérateurs par la conduite 27 et l'alimentation de combustible vers les brûleurs par la conduite principale 22 est du type à tambour, les tambours (non montrés) qui règlent respectivement les alimentations d'air et de combustible étant coaxiaux et reliés entre eux pour le fonctionnement par un seul levier externe 42a. Des moyens (non montrés) peuvent être prévus pour le réglage des positions relatives des tambours, afin de faire varier le rapport air/combustible. Les détails de la vanne 42 ne sont pas illustrés car il s'agit d'une vanne de type usuel.
Les vannes 43, 44 comprennent des papillons 43a, 44a actionnés par des leviers 43b, 44b. Les leviers 43b, 44b et 29 sont reliés entre eux par un système de bielles comprenant des bielles 52, leviers 53 et un arbre basculant 54, de sorte que les leviers 43b et 44b sont basculés de 900
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en même temps que se produit le 'basculement du levier 29. Les papillons
28, 43a, 44a, sont réglés par rapport à leurs leviers d'actionnement de telle manière que lorsque les conduites 26 et 28 sont en communication, l'une avec l'autre, la vanne 43 est ouverte et la vanne 44 est fermée, et vice-versa.
Le renversement alternatif de l'alimentation de combustible aux brûleurs sur les côtés opposés du four, en même temps que l'alterna- tion de l'alimentation d'air primaire aux régénérateurs, se fait par les vannes 47, 48 dans les embranchements principaux à combustible 22a, 22b (Figure 2) qui sont actionnés par les électro-aimants 62, 63. La vanne de renversement 28 est actionnée d'une manière analogue par l'intermédiaire du relais pneumatique constitué par le cric 30, au moyen d'un électro-ai- mant 57 (voir figure 3) qui actionne une vanne pneumatique de renversement
58 pour connecter sélectivement une conduite pneumatique d'alimentation
59 à chaque côté du cric 30 par les connexions pneumatiques 60, 61.
Les aimants 57, 62, 63 sont contrôlés par un relais électro-magnétique 56 par un mécanisme 55.de mesure de la durée, de type connu, par exemple un mé- canisme d'horlogerie (les détails ne sont pas illustrés), de manière à ren- verser le courant dans les régénérateurs et dans la chambre de travail et pour alimenter le combustible alternativement aux brûleurs associés au régénérateur qui se refroidit, par exemple ceux situés du côté de la cham- bre de travail sur lequel l'air préchauffé pénètre.
Le four tel qu'illustré dans les figures 1 à 3 fonctionne comme suit
De l'air primaire aspiré par le souffleur 36 est alimenté par les vannes 42 et 28 à l'un des régénérateurs, par exemple 13, qui se refroidit et pré-chauffe l'air primaire. A ce moment, la vanne 43 est fermée et l'air primaire pénètre par conséquent dans les chambres de combustion 20 à gauche du four (comme montré dans la figure 1) par les conduites 17, 18, 19.
Dans les chambres de combustion il rencontre le combustible alimenté aux brûleurs 21 de ce côté-là du four pour une conduite de dérivation à combustible 22a, la vanne 47 étant alors ouverte et la vanne 48 étant fermée.
Les produits chauds de la combustion pénètrent dans la chambre de travail 11 et après l'avoir traversée, ils sont évacués par des évidements 20 et conduites 17, 18, 19 à gauche du four (voir figure 1) dans le régénérateur 14. Celui-ci reçoit la chaleur de ces gaz chauds, qui se refroidissent et sont aspirés hors du régénérateur par les conduites 24 et 26 par le souffleur d'épuisement 33, qui aspirera également de l'air atmosphérique supplémentaire de l'ouverture 32 par la vanne 41 si celle-ci n'est pas fermée.
Une partie de ces gaz passe à la sortie 35 de la cheminée par la vanne de répartition 40, laquelle, cependant, par l'étranglement de la sortie, envoie une partie des gaz d'échappement froids dans la conduite 39, d'où elle passe par la conduite 38 et vanne 44, laquelle à ce moment est ouverte, dans l'extrémité chaude du régénérateur 14 où elle se mélange avec les gaz chauds évacués de la chambre de travail en les diluant, en abaissant ainsi leur température, et est re-circulée dans le régénérateur 14.
Après un laps de temps déterminé, le dispositif 55 produit le renversement des vannes 28, 43,44,47.,48,de sorte que la circulation dans la chambre de travail, les conduites 17-19, les régénérateurs 13, 14 et conduites 23, 24 et 38 est renversée, l'alimentation en combustible étant dirigée de l'embranchement 22a vers l'embranchement 22b.
Après un laps de temps égal, un nouveau renversement se produit, et ainsi de suiteo La quantité de gaz d'échappement qui re-circule, et qui détermine la chute de température entre la chambre de travail et l'extrémité chaude du régénérateur qui reçoit de la chaleur, est réglée en réglant la vanne de répartition 40' et ce réglage, une fois fait correctement, ne doit pas être modifié aussi longtemps que l'admission de chaleur et charge sur le four, par exemple la capacité
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thermique de la charge, restent substantiellement constantes.
La nature de l'atmosphère dans la chambre de travail (réductrice ou oxydante) est déterminée par le réglage relatif des tambours de la vanne combinée 42 d'air et de combustible, et le réglage de la vanne 41 est déterminé en premier lieu par la considération qu'on doit admettre suffisamment d'air supplémentaire dans le système d'écbappement pour assurer une combustion complète des constituants du combustible des gaz évacués de la chambre de tra- vailo L'air en excès peut être admis par la vanne 41, si on rencontre des difficultés pour maintenir les températures des extrémités chaudes des régénérateurs endéans de la limite supérieure prescrite.
Une fois le réglage fait convenablement pour les conditions opératoires, un nouveau réglage de la vanne 41 ne sera pas normalement requis aussi longtemps que ces conditions restent substantiellement inchangées. Des registres 45 servent en premier lieu pour équilibrer les alimentations d'air aux brûleurs de manière à obtenir un chauffage uniforme de la chambre de travail.
Le laps de temps entre les renversements successifs du courant est déterminé par le réglage du dispositif horaire 55. Ce laps de temps est choisi de telle manière que les fluctuations de la température des extrémités chaudes des régénérateurs soient maintenues endéans les limites supérieure et inférieure prescrites. La valeur moyenne de la température de ces extrémités chaudes dépend, pour une série donnée de conditions opératoires, en premier lieu du réglage de la vanne de répartition 40, et en second lieu du réglage de la vanne 41 d'air supplémentaire, tandis que l'amplitude des fluctuations de cette température dépend du laps de temps qui s'écoule entre les renversements de courant.
Si l'on désire utiliser l'air préchauffé pour la combustion ultérieure des résidus combustibles dans les gaz évacués de la chambre de travail, le système de bielles 52-54 doit être déconnecté et les vannes 43, 44 réglées à la main, en conjonction avec le réglage à la main des registres 45, de telle sorte qu'une proportion requise d'air préchauffé du régénérateur qui se refroidit pénètre dans la conduite 38 et y est mélangé avec les gaz d'échappement évacués de la conduite 39.
Figure 4 montre un système de contrôle automatique alternatif pour le four. Dans cet arrangement les vannes de renversement 28, 4344, 47 et 48 sont contrôlées thermostatiquemento Dans l'extrémité "chaude" de chaque régénérateur se trouve un thermocouple 50 ou 51 (montré également dans la figure 1 en traits interrompus), le rendement de chacun étant alimenté à un dispositif de contrôle thermostatique 64, qui contrôle l'excitation des électro-aimants 57, 62, 63 par le relais 56 auquel le dispositif 64 est connecté directement, le dispositif horaire 55 étant supprimé.
Cet arrangement fonctionne comme suit
Quand la température de l'extrémité chaude de chaque régénérateur (quand il reçoit de la chaleur) dépasse une limite supérieure déterminée, 10000C par exemple, ou quand la température de l'extrémité chaude chaque régénérateur (quand il rejette de la chaleur) descend en-dessous d'une limite inférieure déterminée, le signal reçu du thermocouple associé 50 ou 51 par le dispositif thermostatique 55 fait que ce dernier, agissant par l'intermédiaire du relais 56, excite ou isole, suivant le cas, les électroaimants 57, 62, 63,
de sorte que la vanne de renversement pneumatique 58 et les vannes 47 de renversement de l'alimentation de combustible 48 sont basculées pour renverser le courant d'air et de gaz dans le système et faire passer l'alimentation de combustible des brûleurs du four d'un côté à ceux du côté opposé, de sorte que le combustible n'est envoyé qu'aux brûleurs qui sont alimentés avec de l'air préchauffé. Les rendements des deux thermocouples, agissent en sens opposés sur le dispositif thermosta-
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tique 55, de sorte que.si par exemple le signal reçu du thermocouple 50 quand sa température descend en-dessous de la limite inférieure produit l'excitation des aimants 57, 62, 63 par le dispositif 64 agissant par le relai 56, un signal correspondant reçu du thermocouple 51 amènera l'iso- lement de ces trois aimants.
Le contrôle thermostatique illustré dans la figure 4 peut,cepen- dant, être installé en plus du dispositif de contrôle horaire 55, comme contrôle déterminant pour être sûr que le renversement de courant se pro- duit avant que toute surchauffe ne puisse se produire dans le cas d'une panne ou d'un défaut du dispositif horaire.
Le mode de réalisation de l'invention illustré ici et décrit plus particulièrement, est destiné au traitement "statique" de charges indivi- duelles, qui sont introduites dans la chambre de travail par la porte du four et sont enlevées,après le traitement, de la même manière.
L'invention s'applique également aux fours continus dans lesquels la charge, ou.une succession de charges est/sont déplacées de manière con- tinue pendant le traitement thermique d'une extrémité du four à l'autre, dont les deux extrémités présentent des ouvertures, l'une pour recevoir les charges, et l'autre pour les évacuer après le traitement, ces ouver- tures étant continuellement ouvertes ou bien elles sont ouvertes de ma- nière intermittente et ies dispositifs usuels de type connu sont prévus suivant les nécessités pour réduire les pertes de chaleur au minimum et la contamination de l'atmosphère du four par les deux extrémités ouvertes.