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L'invention due à Messieurs Stephen Esslemont Woods, et Leslie Jack Derham, est relative au transfert de vapeur de zinc d' un four à un condenseur, plus spécialement lorsque les gaz quittent le four contiennent du bioxyde de carbone..
Elle est en particulier applicable dans les fours souffles à zinc, dans lesquels la teneur en bioxyde de carbone est généra--. lement située dans la région de5 -12% avec 5 - 7% de zinc. Elle est également utile dans des fours électrothermiques, où la teneur en bioxyde de carbone est plus basse mais la -teneur en zinc est plus élevée..
De la vapeur de zinc et du bioxyde de carbone ne peuvent co- exister en équilibre stable qu'en présence d'oxyde de carbone,et au dessus d'une certaine température critique qui dépend de la com- position des gaz suivant la constante d'équilibre de la réaction :
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ZnO (solide) + 00 (gaz) = Zn (gaz) + CO2(gaz). (1) Cette constante d équilibre peut 'être représentée par :
K= (Zn0) $(CO2) dans laquelle (Zn) , (CO2) et (CO) représentent,chaque,la pres- sion partielle en atmosphères du gaz.
K varie avec la tem- pérature, comme suit :
EMI2.1
<tb> k <SEP> Températures <SEP> en <SEP> C
<tb>
<tb> 0,007 <SEP> 902
<tb>
<tb> 0,008 <SEP> 912
<tb>
<tb> 0,009 <SEP> 920
<tb>
<tb> 0,010 <SEP> 927
<tb>
<tb> 0,012 <SEP> 939
<tb>
<tb> 0,014 <SEP> 949
<tb>
<tb> 0,016 <SEP> 959
<tb>
<tb> 0,018 <SEP> 967
<tb>
<tb> 0,020 <SEP> 974
<tb>
<tb> 0,022 <SEP> 981
<tb>
<tb> 0,024 <SEP> 987
<tb>
<tb> 0,026 <SEP> 993
<tb>
<tb> 0,028 <SEP> , <SEP> 998
<tb>
<tb> 0,030 <SEP> 1004
<tb>
Avec un gaz contenant 5,3% Zn, 10% CO2 et 20% CO, k, = 053X 0,10/0,20 = 0,0265, de sorte que la température d'équilibre est
995 C.
Un tel gaz pourrait être produit dans un four souffler
Dans un four électrothermique, un gaz contenant 40% Zn, 2% CO2 et 50%CO, donne K = 0,4 x 0,02/0,5 = 0,016, de sorte que la tem- pérature d'équilibre est 959 0..
La température d'équilibre en dessous de laquelle de la vapeur de zinc peut etre oxydée par du bioxyde de carbone est d'ordinaire comprise entre 900 C et 1000 C ,variant avec la com- position des gaz.
La haut e température régnant au sommet d'une charge de four, qui est requise en vertu de la considération ci-dessus est un inconvénient dans un processus de four soufflé si l'on cherche à obtenir du plomb métal en plus du zinc, car il se pro-
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duit une volatilisation inutile de sulfure de plomb. Il a été constaté que la. réactiom:
EMI3.1
Zn + C02 = Zn0 + CO (2) c'est-à-dire la réaction inverse de la. réaction (1) ne se pro- duit que près des parois des carneau:;: de sortie.
La- présente intention consiste en un agencement de car- neau pour transférer de la vapeur de zinc d'un four à un conden- seur dans lequel les parois du carneau sont propres à être chauf- fées de façon à être maintenues à une température située au dessus de la température d'équilibre à laquelle de la. vapeur de zinc et du bioxyde de carbone gazeux,que l'on fait passer dans le carneau, peuvent rester en équilibre stable en présence d'oxyde de carbone.
Lorsque le carneau chauffé est utilisé par exemple sur un four soufflé, la température au sommet de la charge du four peut devoir être réduite à une valeur beaucoup plus basse que ce qui a été utilisé, pour éviter la re-oxydation de la vapeur de zinc dans le cas d'un four employé pour fondre du zinc seulement, c'est-à- dire pas pour du plomb..
Comme il est explique dans le brevet belge 531.514 des demanderesses, une basse tempéra-bure au sommet de la charge du four permet de réduire la volatilisation du sulfure de plomb. La. volatilisation du sulfure de plomb tout en réduisant la quantité de plomb qui peut être extrait de la base du four, agit également pour souiller le condenseur ,nécessitant son arrêt pour des opérations denettoyage.
On a fait en outre une autre constatation encore, savoir qu'en utilisant le carneau avec ses parois chauffées jusqu'au des- sus de la température d'équilibre, le four peut être conduit de manière que les gaz quittent la charge à une température bien en des- sous de la température d'équilibre ( à 800 C - 85C C).
L'invention consiste de plus, par conséquent ,en une méthode de transfert de vapeur de zinc d'un four à un condenseur, dans laque lle la surface de la charge dans le four est maintenue
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à une températùre telle que les gaz quittent la charge à ou en des. sous de la température d'équilibre à laquelle la vapeur de zinc et le bioxyde de carbone gazeux peuvent rester en équilibre stable, et sont transférés au condenseur par un carreau dont les parois sont chauffées à une température au dessus de la dite température d'équilible.
A l'effet d'assurer que les gaz quittent le four à la tem- pérature désirée (généralement 800 0 - 85000), les gaz sont extraits du niveau supérieur de la charge, et la partie métalli- fère de la charge n'est pas préchauffée trop haut; elle peut être introduite froide ou bien elle peut être préchauffée à une température ne dépassant pas 60000. Le coke de la charge est de préférence fortement préchauffé, à 800 C.- 1000 0..
Un avantage qu'il y a à réduire la température à laquelle les gaz quittent la charge à une valeur bien en dessous de la tempé- rature d'équilibre,est que la volatilisation du sulfure de plomb est réduite plus avant. D'autre avantages sont que la quan- tité de plomb métallique volatilisé est réduite, comme l'est éga- lement la quantité d'arsenic volatilisé..
Les parois du carneau de départ peuvent être chauffés,di- sons à 1000 C, ou au dessus.
L'invention consiste en outre en un agencement de fusion de zinc comprenant un four pour produire de la vapeur de zinc , un condenseur pour condenser la vapeur de zinc, un carneau pour transférer la vapeur de zinc du four au condenseur ,et des moyens pour chauffer le carneau à une température au dessus de celle des gaz qui le traversent. De préférence , le car- neau est établi en métal résistant à la chaleur et à la corro- sion.
L'invention est ci-aprèsdécrite en référence au dessin annexé, sur lequel :
Fig.1 est une coupe voiticalc par la ligne centrale ou 'axiale d'un four, carneau et condenseur con fourmes à l'inven-
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tion ; Fig.2 est une coupe suivant la ligne A-A de la fig.1
Le four 1 est relié au condenseur 2 à l'aide d'un. carneau 3, qui est fait d'un acier allié à 18,2% de chrome ,38,18 de niekel, 2,48 % de silicium , 1,02 % de manganèse, 0,03 % de cobalt et 0,08% decarbone.
Des gaz chauds produits par les brûleurs 4 sont passés autour du caineau 3 dans la chambre de combustion 5 pour le chauffer , et s'échappent par une cheminée d'évacuation de gaz penlus 6, sôus le contrôled'un regist re 7 .
:Le carneau même peut être libéré des bouchages ou obstructions s'il venait à s'en produire, par enlèvement dela plaque d'accès 8.
Le carneau 3 est de forme en T avec une section généralement horizontale et menant à une section généralement verticale , et il est établi en tube de section droite circulaire.. A son extrx- mité d'entrée ,le tube du cerneau est soudé à une partie à embouchure évasée ou en cloche 3a formée d'un alliage analogue , qui sépare la chambre 5 du four 1.
A l'extrémité supérieure de la barre en ? inclinée, le tube du carneau est soûle à une plaque de support 3b, qui repose sur la maçonnerie, tandis qu'à son extrémité inférieure le tube est soudéà une plaque à rebord 3c, , d ont le rebord plonge dansune ri- gole circulaire 9 pour former une fermeture entre la chambre 5 et le condenseur 2 ,et tolérer les dilatations.
Les gaz du four sont encore bien en dessous de leur tempéra- ture de re-oxydation lorsqu'ils ont traversé le carneau chauffé.
Ainsi, dans une expérience, les gaz n' ont été échauffée que de 10-15 C pendant leur passage h travers le carneau.
Il doit Être entendu que d'autres moyens de chauffage du carneau peuvent être utilisés. Ainsi, il peut être chauffé par chauffage par résistance électrique ou par chauffage par électro- induction.
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The invention due to Messrs Stephen Esslemont Woods, and Leslie Jack Derham, relates to the transfer of zinc vapor from a furnace to a condenser, more especially when the gases leaving the furnace contain carbon dioxide.
It is particularly applicable in zinc blast furnaces, in which the carbon dioxide content is general. lely located in the region of 5 -12% with 5 - 7% zinc. It is also useful in electrothermal furnaces, where the carbon dioxide content is lower but the zinc content is higher.
Zinc vapor and carbon dioxide can only coexist in stable equilibrium in the presence of carbon monoxide, and above a certain critical temperature which depends on the composition of the gases according to the constant d 'reaction equilibrium:
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ZnO (solid) + 00 (gas) = Zn (gas) + CO2 (gas). (1) This equilibrium constant can be represented by:
K = (Zn0) $ (CO2) in which (Zn), (CO2) and (CO) each represent the partial pressure in atmospheres of the gas.
K varies with temperature, as follows:
EMI2.1
<tb> k <SEP> Temperatures <SEP> in <SEP> C
<tb>
<tb> 0.007 <SEP> 902
<tb>
<tb> 0.008 <SEP> 912
<tb>
<tb> 0.009 <SEP> 920
<tb>
<tb> 0.010 <SEP> 927
<tb>
<tb> 0.012 <SEP> 939
<tb>
<tb> 0.014 <SEP> 949
<tb>
<tb> 0.016 <SEP> 959
<tb>
<tb> 0.018 <SEP> 967
<tb>
<tb> 0.020 <SEP> 974
<tb>
<tb> 0.022 <SEP> 981
<tb>
<tb> 0.024 <SEP> 987
<tb>
<tb> 0.026 <SEP> 993
<tb>
<tb> 0.028 <SEP>, <SEP> 998
<tb>
<tb> 0.030 <SEP> 1004
<tb>
With a gas containing 5.3% Zn, 10% CO2 and 20% CO, k, = 053X 0.10 / 0.20 = 0.0265, so that the equilibrium temperature is
995 C.
Such a gas could be produced in a blast furnace
In an electrothermal furnace, a gas containing 40% Zn, 2% CO2 and 50% CO, gives K = 0.4 x 0.02 / 0.5 = 0.016, so that the equilibrium temperature is 959 0 ..
The equilibrium temperature below which zinc vapor can be oxidized by carbon dioxide is usually between 900 C and 1000 C, varying with the composition of the gases.
The high temperature at the top of a furnace charge, which is required by virtue of the above consideration, is a disadvantage in a blown furnace process if one seeks to obtain lead metal in addition to zinc, since he is pro-
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leads to unnecessary volatilization of lead sulfide. It was found that the. reactiom:
EMI3.1
Zn + C02 = Zn0 + CO (2) that is to say the reverse reaction of. reaction (1) only occurs near the walls of the:;: outlet flues.
The present intention is a flue arrangement for transferring zinc vapor from a furnace to a condenser in which the walls of the flue are suitable for being heated so as to be maintained at a temperature in the range of. above the equilibrium temperature at which the. zinc vapor and carbon dioxide gas, which are passed through the flue, can remain in stable equilibrium in the presence of carbon monoxide.
When the heated flue is used on, for example, a blown oven, the temperature at the top of the oven load may need to be reduced to a much lower value than what was used, to avoid re-oxidation of the zinc vapor. in the case of a furnace used for melting zinc only, that is to say not for lead.
As explained in the Belgian patent 531,514 of the applicants, a low temperature at the top of the furnace charge makes it possible to reduce the volatilization of the lead sulphide. The volatilization of the lead sulfide while reducing the amount of lead that can be extracted from the base of the furnace also acts to contaminate the condenser, necessitating its shutdown for cleaning operations.
Yet another finding was made, namely that by using the flue with its walls heated to above the equilibrium temperature, the furnace can be operated so that the gases leave the charge at a temperature. well below the equilibrium temperature (at 800 C - 85C C).
The invention further consists, therefore, of a method of transferring zinc vapor from a furnace to a condenser, in which the surface of the charge in the furnace is maintained.
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at a temperature such that the gases leave the charge at or at. below the equilibrium temperature at which the zinc vapor and the gaseous carbon dioxide can remain in stable equilibrium, and are transferred to the condenser by a tile whose walls are heated to a temperature above the said equilibrium temperature .
In order to ensure that the gases leave the furnace at the desired temperature (generally 800 0 - 85000), the gases are extracted from the upper level of the charge, and the metal part of the charge is removed. not preheated too high; it can be introduced cold or it can be preheated to a temperature not exceeding 60,000. The coke of the charge is preferably strongly preheated, to 800 C.- 1000 0 ..
An advantage of reducing the temperature at which the gases leave the feed to a value well below the equilibrium temperature is that the volatilization of the lead sulfide is further reduced. Further advantages are that the amount of volatilized metallic lead is reduced, as is also the amount of volatilized arsenic.
The walls of the outlet flue can be heated, say to 1000 C, or above.
The invention further comprises a zinc smelting arrangement comprising a furnace for producing zinc vapor, a condenser for condensing zinc vapor, a flue for transferring zinc vapor from the furnace to the condenser, and means for heat the flue to a temperature above that of the gases passing through it. Preferably, the torch is made of heat and corrosion resistant metal.
The invention is described below with reference to the accompanying drawing, in which:
Fig. 1 is a cross-section through the central or axial line of a furnace, flue and condenser con fourmes in the invention
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tion; Fig.2 is a section taken along line A-A of Fig.1
Oven 1 is connected to condenser 2 using a. flue 3, which is made of an alloy steel of 18.2% chromium, 38.18 niekel, 2.48% silicon, 1.02% manganese, 0.03% cobalt and 0.08% of carbon.
Hot gases produced by the burners 4 are passed around the caineau 3 in the combustion chamber 5 to heat it, and escape through a penlus gas discharge chimney 6, under the control of a register 7.
: The flue itself can be freed from blockages or obstructions if they should occur, by removing the access plate 8.
The flue 3 is T-shaped with a generally horizontal section and leading to a generally vertical section, and it is established as a tube of circular cross section. At its inlet end, the tube of the kernel is welded to a flared or bell mouth part 3a formed of a similar alloy, which separates the chamber 5 from the furnace 1.
At the top end of the bar in? tilted, the flue tube is welded to a support plate 3b, which rests on the masonry, while at its lower end the tube is welded to a flanged plate 3c,, d have the rim immersed in a circular ridge 9 to form a closure between chamber 5 and condenser 2, and to tolerate expansions.
The furnace gases are still well below their re-oxidation temperature when they have passed through the heated flue.
Thus, in one experiment the gases were only heated to 10-15 ° C as they passed through the flue.
It should be understood that other means of heating the flue may be used. Thus, it can be heated by electric resistance heating or by electro-induction heating.