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La présente invention est relative à un procédé pour l'exploitation ' d'un four à cuve à axe vertical ou incliné destiné à la cuisson, à des températu- res pouvant dépasser 1450 , de corps céramiques pouvant être chargés par versage.
Dans un tel four, la chaleur nécessaire au réchauffage du produit à cuire jusqu'à la température de cuisson appropriée est communiquée à la charge du four par con- tact direct avec des gaz chauds.
La cuisson des corps céramiques dans les fours à cuve est en soi bien connue. Le réchauffage de la charge de la cuve à la température désirée s'y ef- fectue généralement de la manière suivante : on fait brûler un gaz avec de l'air et les gaz chauds sont envoyés dans la charge. La combustion du gaz avec l'air peut avoir lieu dans une chambre spéciale, de manière que seul du gaz de fumée chaud vienne en contact avec la charge.
On peut également diriger le mélange de gaz et d'air directement sur la charge, de sorte que la combustion s'effectue en partie dans les vides situés entre les corps céramiques, Les parties de la charge les plus éloignées des points d'introduction du mélange de gaz et d'air sont amenées par convection à une température élevée, la transmission de chaleur s'effectuant tant par les surfaces de contact des corps céramiques que par les gaz de fumée chauds.
Le procédé ci-dessus décrit de-chauffage d'un four à cuve n'est cepen- dant pas satisfaisant, notamment lorsqu'il s'agit d'obtenir de hautes températu-, res de cuisson, supérieures à 1700 et même 1800 . On constate notamment qu'il existe une différence considérable de température entre les parties de la charge; situées à proximité de l'arrivée des gaz de fumée chauds ou du mélange de gaz et d'air, et les parties qui en sont plus éloignées.
Si l'on veut. obtenir la tempé- rature minimum nécessaire à la cuisson dans les parties les plus reculées de la charge, on sera obligé d'accepter, dans les parties plus proches des brûleurs, des frittage prononcés et même des fusions, ce qui rend plus difficile la marche du four. Il;ne peut, en outre, être question d'une utilisation rationnelle de combustible¯, puisque les besoins en combustible se trouvent accrus par la produc- tion de températures inutilement trop élevées. 'Si, au contraire, on diminue le ' pouvoir chauffant du gaz de manière telle que l'on n'obtienne dans les zones de charge proches des brûleurs que des températures de pointe non dangereuses, les , corps situés'dans la partie centrale de la charge ne sont généralement pas cuits; de manière suffisante.
Dans ce cas également, la consommation de combustible n'est pas rationnelle.
Des recherches ont permis de découvrir qu'il était possible d'éviter ces-inconvénients en observant, pour la marche et la forme de construction d'un tour à ouve, certaines conditions dont l'ensemble constitue l'objet de la présen- te invention' Une de ces conditions concerne le mélange gaz combustible - air, utilisé pourflle chauffage de la charge du four à cuve.
On a remarqué, en effet,' que la condition primordiale pour obtenir une température aussi uniforme que pos- sible dans l'ensemble de la charge est de choisir une valeur.calorifique du mé- lange gaz et air qui soit telle que la température théorique de combustion du mé- lange, diminuée cependant de l'abaissement de température par pertes dues à la radiation et)par'l'accumulation de chaleur, ne soit que très légèrement supérieu- re, - et ce de préférence de 50 à 1000 seulement - à la température de combustion nécessaire au produit constituant la charge.
Cette condition ne vaut cependant, ' domme on a pu le constater ensuite, que lorsque l'on veille à ce que le dêvelop- pement calorifique résultant de la transformation exothermique dû gaz avec l'air comburant se produise dans la totalité de la charge du four et non pas hors de celle-ci ou seulement dans les parties extérieures voisines des brûleurs. Ceci n'est pratiquement possible que si l'on emploie le procédé de la combustion en surfacer que [l'on appelle également combustion sans flamme, à condition toutefois, contrairement à ce qui se passait jusqu'à présent dans les fours à cuve, que les ' parties de laµ charge situées loin des brûleurs reçoivent également de la chaleur venant d'une combustion en surface.
Il faut par conséquent veiller à ce que du gaz non brûle et la quantité d'air comburant correspondante puisse pénétrer jusque
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dans les parties centrales de la charge pour y donner de la chaleur à l'aide de la combustion-en surface. Cette condition se trouve remplie, comme l'expérience l'a démontre, lorsque l'on prévoit pour le diamètre intérieur du four, respecti- vement l'épaisseur de la charge en direction du mélange gaz et air arrivant, une dimension ne dépassant pas en principe 500 mm et en choisissant pour les corps céramiques à cuire une granulation comprise entre 5 et 50 mm. Il y a lieu de veiller en outre à employer pour la charge du four des corps céramiques dont la granulation se situe sensiblement entre ces deux limites.
Si l'on observe ces précautions, on obtient une répartition très uni- forme des températures à l'intérieur de la charge, surtout si on la compare aux résultats obtenus sous ce rapport avec les procédés employés jusqu'à présent dans les fours à cuve. Certes, on pourra observer, avec le procédé suivant l'inven- tion, une certaine perte.de température de l'extérieur vers l'intérieur de la charge, mais cette différence pourra être maintenue inférieure, à 50 et même, dans la plupart des cas, à 20 , en choisissant une dimension:de four apprppriée à la granulation du produit à traiter.
Un autre avantage surprenant du procédé prévu par l'invention réside dans le fait que la consommation spécifique de combustible, c'est-à-dire la quan- tité de chaleur consommée par kilo de produit à traiter est très inférieure, et ce notamment pour de hautes températures de cuisson, à celle consommée avec les procédés antérieurs, et qu'elle dépend dans une bien moindre mesure de la tempé- rature de cuisson devant être obtenue selon les produits. Ceci est dû au fait, comme l'expérience l'a démontré, que grâce à la bien plus rapide transmission de chaleur obtenue par la combustion de surface, de l'ordre de 100 %, on obtient un accroissement sensible du débit de chaque unité de four.
Les pertes par ra- diation, qui dépendent des dimensions d'un four donné, restent pratiquement con- stantes, malgré le plus grand débit obtenu, en utilisant le procédé suivant l'in- vention ; autrement dit, lesdites pertes se répartissent sur l'ensemble de la con- sommation de chaleur.
Le diamètre maximum à donner au four, respectivement l'épaisseur ré- duite prévue pour la charge, sont dûs au fait qu'avec des fours à cuve de plus grandes dimensions radiales, il n'est pratiquement plus possible d'obtenir à l'in- térieur de la charge des différences de températures ne dépassant pas 50 . Les dimensions devant être données à la cuve dans un cas déterminé seront en premier lieu fonction de la granulation du produit à traiter. On peut dire que plus un produit est grossier, plus'grand pourra être prévu le diamètre de la cuve, res- pectivement l'épaisseur de la charge, puisque, en raison des vides relativement grands existant entre les grains, la profondeur de pénétration de parties non en- core brûlées du mélange de gaz et d'air est relativement grande.
Si le produit à traiter est formé de grains de faibles dimensions, on devra réduire en consé- quence les dimensions du four à cuve, notamment son diamètre intérieur. Il est cependant important, dans tous les cas, de n'utiliser à la fois que des corps ayant sensiblement la même granulation, ou une granulation très rapprochée, car autrement la'circulation du gaz à travers les espaces vides, alors obstrués- par les petits grains, se trouverait plus ou moins rendue difficile.
La nature des grains eux-mêmes est sans importance. La forme idéale serait des boules, ou des cylindres dont la hauteur serait à peu près égale au diamètre. On peut toutefois utiliser des corps ayant une autre forme, par exem- ple des cylindres creux ou bien des fragments tels que ceux obtenus par mouture ou concassage de plus gros morceaux, à condition, naturellement, d'avoir ensuite procédé à un,tamisage afin de recueillir des morceaux de granulations voisines, lesdits morceaux ne devant pas présenter uniquement des surfaces planes.
La longueur du four à cuve, respectivement la durée du séjour de la charge dans la zone de cuisson, seront déterminées en premier lieu par la gros- seur des particules céramiques. Etant donné que la chaleur développée à la surfa- ce de chacune de ces particules demande un certain temps avant de pénétrer jus-
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qu'à son intérieur, la longueur du four et la durée du traitement seront fonction de la granulation.
La variation de la température de cuisson s'effectue, de la manière en soi connue, en faisant varier le pouvoir calorifique du mélange de gaz et d'air, soit en augmentant à l'excès la proportion'd'air (si on désire une atmos- phère oxydante), soit en augmentant la proportion de gaz (si on désire une at- -mosphère réductrice), ou bien encore en incorporant du gaz de fumée, du gaz de générateur, etc... ou en injectant de l'huile.
La configuration de la cuve dépend jusqu'à un certain point du rende- ment que l'on veut obtenir avec une unité déterminée. Dans des fours à rendement réduit ou moyen (jusqu'à environ 5 tonnes par jour), on prévoira une cuve cylin- drique normale, dans laquelle viendront déboucher de préférence tangentiellement un ou plusieurs brûleurs, à travers lesquels le mélange de gaz et d'air sera in- troduit dans la charge. Les ouvertures d'échappement des gaz de combustion peu- vent être, en ce cas, également prévues dans les parois de la cuve.
Il est éga- lement possible, cependant, de prévoir un échappement des gaz de combustion à travers la charge elle-même, laquelle est déversée par le haut, de manière à pou- voir utiliser la chaleur résiduelle pour la cuisson préliminaire, respectivement le séchage des corps fraîchement introduits.
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Dans des unités de fours à plus grand débit, on a intérêt dans cer- tains cas à donner au remplissage une forme annulaire, autrement dit à prévoir, dans l'axe de la cuve, un tuyau de plus ou moins grand diamètre, à travers le- quel les gaz chauds de combustion pourront s'échapper. L'épaisseur de la charge de la cuve sera alors représentée par la largeur de l'anneau formé entre le tuyau d'échappement intérieur et les parois de la cuve.
@ On peut, enfin, utiliser également des fours à. section transversale horizontale rectangulaire, notamment lorsqu'il s'agit de fours à très hauts dé- bits. En ce cas, les brûleurs sont avantageusement disposés dans une des parois longitudinales et les carneaux d'échappement des gaz de fumée dans la paroi longi- tudinale opposée.
Divers modes de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention sont illustrés à titre d'exemples sur le dessin annexé, dans lequel : @ La Fig. 1 est une vue ep coupe longitudinale suivant I-I de la fig. 2. d'un four à cuve à section transversale cylindrique, La Fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant II-II de la fig. 1;
La Fig. 3 est une vue en coupe transversale horizontale d'un four à cuve dont la charge est disposée annulairement.
La Fig. 4 est une vue représentant un four à cuve à section transver-' sale rectangulaire .
/Le four à cuve représenté à la Fig. 1 comprend une enceinte en maçon- nerie 10,entourant une cuve cylindrique 11. Le diamètre intérieur de la cuve est prévu généralement de largeur uniforme sur toute la longueur du four. Il est ce- pendant possible, notamment lorsqu'il s'agit de traiter des corps céramiques présentant de mauvaises propriétés de glissement, de donner au four un diamètre légèrement plus grand à sa partie inférieure. Au voisinage d'une zone 12 de com- bustion proprement dite, la maçonnerie réfractaire est prévue d'une épaisseur très supérieure à celle des autres parties du four, de manière à constituer un isolement plus efficace des hautes températures qui s'y développent.
Le diamètre intérieur de la cuve est déterminé suivant la granulation du produit à traiter et ne dépasse pas, même pour les granulations relativement volumineuses, la di- mension d'environ 500 mm. A l'intérieur de la zone de combustion sont disposées des tuyères 13, à travers lesquelles le mélange de gaz et d'air est envoyé dans la charge. Les tuyères sont construites de manière telle que la réaction entre le gaz et l'air de combustion n'ait lieu lorsque le mélange de gaz et d'air ar-
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rive en contact avec la charge de la cuve. En donnant aux tuyères une forme ap- propriée et en réglant la vitesse de circulation du mélange, on arrive facile- ment à ce résultat.
Les brûleurs débouchent, de préférence tangentiellement dans le four, de sorte que les parties extérieures de la charge, qui effectuent la plus grande dérivation de chaleur, reçoivent le plus de chaleur. Il s'ensuit que la température est maintenue uniforme dans l'ensemble de la charge. Des fen- tes 14, pratiquées dans les tuyères disposées dans la paroi intérieure du four, devront être prévues telles que la charge ne puisse s'introduire en glissant ou en roulant dans les tuyères. L'air de combustion est par exemple d'abord amené par une conduite',15 dans un serpentin 15a disposé dans la partie inférieure du four de manière telle qu'il puisse récupérer de la chaleur des corps céramiques cuits. Le gaz de combustion est amené dans les tuyères par une conduite 16.
Les produits de la combustion s'échappent par des canaux 17 à section étroite et sont évacués par des canaux collecteurs 18. Sur la longueur du four à cuve sont répartis plusieurs trous d'observation 19, à travers lesquels peut être éventuellement enfoncé un ringard au cas où il se produirait, pour une rai- son ou une autre, une agglomération de la charge.
Dans la forme d'exécution du four représentée à la fig. 3, laquelle est notamment envisagée pour des unités de fours à haut rendement, la construction se différencie notamment du type de four représenté à la fig. 2 en ce sens que les produits chauds de la combustion ne sont pas évacués à travers des canaux pra- tiqués dans l'enceinte en maçonnerie du four, mais à travers un tuyau spécial d'échappement 20 disposé dans l'axe du four. Ce tuyau d'échappement comporte une série d'ouvertures de passage 21 réparties sur toute la longueur de la chambre de combustion.
Dans les fours à cuve de la forme d'exécution suivant la fig. 3, le diamètre du tuyau central d'échappement 20 et le diamiètre intérieur de l'en- ceinte de maçonnerie 10 sont prévus tels que l'épaisseur du lit de corps cérami- ques, notamment lorsqu'on a à traiter un matériau à grains grossiers-9 ne soit pas supérieure à environ 500 mm. Pour obtenir une meilleure distribution du mé- lange combustible de gaz et d'air, le nombre des tuyères 13 est porté par exemple à quatre. Dans ce cas également, une disposition tangentielle des tuyères 13 est avantageuse, quoique, si le nombre des'.tuyères est plus grand, on puisse pré- voir une disposition radiale.
Dans la forme d'exécution du four à cuve représentée à la fig. 4, la section transversale circulaire a été abandonnée pour une section angulaire, plus particulièrement rectangulaire. Par suite de la limitation à environ 500 mm de la largeur intérieure maximum, cette:forme rectangulaire prend une importance particulière s'il s'agit de fours à haut, voire à très haut rendement. Dans ce cas, le rapport entre le volume du four etla surface de radiation devient d'au- tant plus avantageux, comparativement à un four à section circulaire prévu pour un rendement égal, que ses côtés longs sont prévus plus grands, tandis que ses côtés étroit' demeurent inchangés.
Dans une cuve rectangulaire 2( débouchent, à nouveau, des tuyères 13, qui peuvent avoir également la forme de fentes ou pré- senter d'autres sections transversales d'entrée. L'unique condition, indispen- sable pour la construction de ces tuyères, réside dans le fait que l'allumage du mélange de gaz et d'air ne doit s'effectuer qu'au moment de son contact avec la charge. Les:gaz de combustion sont évacués, par l'intermédiaire d'une série de fentes d'échappement 26, par un carneau 27 de gaz de fumée.
Bien que, dans les formes d'exécution représentées aux figs 1 et 3, la section des fours ait été prévue circulaire, il est possible de réaliser l'in- vention sans'être pour autant, tenu à observer cette forme de section. La sec- tion peut être prévue quadrangulaire, ou même de la forme d'un polygone, mais de préférence d'un polygone régulier.
Lalimentation des fours en corps céramiques s'effectue en continu à l'aide d'une'installation appropriée d'amenée. De même, la vidange de la charge s'effectue en continu, par le bas, de la manière en soi connue.
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,Dans tous les cas, il est possible de prélever une partie des gaz de fumée évacués directement de la zone de combustion et de leur faire traverser, en une circulation ascendante, les matériaux fraîchement,amenés, de manière à leur faire subir un pré-chauffage, un pré-séchage, voire une cuisson préliminai- re.
L'invention est applicable à toutes les matières céramiques qui peu- vent être, de la manière décrite, concassées et amenées aux formes de grains men- tionnées.
EXEMPLE :
Un mélange d'argile est pétri avec de l'eau pour former une masse plastique, laquelle est formée, à la boudineuse, pour donner des boudins de 25 mm, de diamètre, que l'on découpe ensuite en tronçons, lesquels sont finalement roulés en forme de billes. Ces billes sont séchées, puis cuites dans un four à cuve suivant les figs 1 et 2. Le diamètre intérieur du four est d'environ 230 mm et la hauteur de la zone de cuisson proprement dite d'environ 750 mm. On atteint une température de cuisson de 1780 C et l'on peut constater qu'il ne se produit, à l'intérieur de la section transversale de la zone de cuisson, aucune différence de température supérieure à 25 .
Après que la charge introduite en premier dans le four atteint ladite'température de cuisson, on procède au soutirage, par le bas, de la charge cuite, que l'on remplace par une quantité correspondante versée par le haut du four. L'admission de gaz et d'air peut être aisément réglée de manière telle que la température de cuisson de 1780 reste inchangée, malgré le déplacement du produit cuit. Au total, en 24 heures, 3.200 kilogs de billes peu- vent être cuits. La consommation de gaz atteint environ 240 m3 de gaz de ville par tonne d'argile calcinée. Ceci correspond à une consommation thermique d'en- viron 1000 calories par kilo de produit calciné, bien que l'on doive noter que cette consommation thermique s'applique à une température de cuisson de 1780 .
Cette consommation doit être qualifiée d'extrêmement avantageuse. On sait en ef- fet que, dans les fours à cuve de type courant et pour des températures de cuis- son d'environ 1400 au maximum, on constate déjà une consommation de chaleur de 600 à 900 calories par kilo de produit calciné.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour l'exploitation d'un four à cuve à axe vertical ou incliné destiné à la cuisson, à des températures pouvant dépasser 1450 , de corps céramiques pouvant être chargés par versage, par réchauffage direct du produit traité à l'aide de gaz chauds, caractérisé par le fait que le mélange de gaz com- bustible et d'air employé pour la chauffe de la charge du four à cuve est choisi d'un pouvoir calorifique tel que la température théorique de combustion du mélan- ge, diminuée, de l'abaissement de'température par pertes dues à la radiation et par l'accumulation de chaleur, ne soit que légèrement supérieure de préférence de 50 à 1000!seulement,
à la température de combustion nécessitée par le produit céramique constituant la charge et que pratiquement la totalité de la chaleur né- cessaire à l'opération de cuisson soit produite par une nombustion en surface, s'étendant jusqu'au centre de la charge et se répartissant de manière uniforme à travers la section transversale, du mélange gaz de combustion et air (combustion sans flamme), le diamètre intérieur du four à cuve et l'épaisseur de la charge en direction du mélange de gaz et d'air entrant, n'étant pas, par ailleurs supé- rieurs à environ 500 mm, tandis que les corps céramiques à cuire doivent être d'une granulation comprise entre 5 et 50 mm, les corps céramiques d'une même charge devant, en outre, présenter une granulation sensiblement uniforme.