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"Perfedctionnemtns apportée aux fours industriels ou autres et aux procédés pour loti étalir"
L'invention a pour objet des perfectionnements apportés aux fours industriels en général, tels par exemple que les four@ métallurgiques (tour. Martin, hauts- fourneaux, oubilote, fours de traitement., tours pour la fusion du verre, eto.), et aux procédée pour les établir.
Bile a pour but, surtout, de rendre télé, ce@ tours, que leur revêtement résiste mieux aux températures élevées, qu'ils soient mieux protégés oontre les actions corrosives, et que leur rendement thermique soit accru.
Bile consiste - selon une première disposition relative, d'une façon générale, aux tour. comprenant un réfractaire poreux à travers lequel on peut insuffler un gaz oomburant ou carburant, ou un mélange combustible ou encore de l'air ou un gaz neutre --, au lieu, comme
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jusqu'à présent propos', de recourir à des blocs réfrao- taires poreux entourée d'un blindage métallique, à agencer ces blocs de façon telle qu'au moins celles de leur@ faces destinées à venir en regard lors de la juxtaposition soient recuvertes d'un enduit d'étachelté, par exemple d'un émail ou d'une engobe céramiques
On prévoit donc, selon l'invention, pour réaliser des fours de grande surfaoe,
de recourir à des éléments indépendante ayant leurs tacon intérieures et extérieures perméables et lea quatre autres faces Imperméabilisée@ ou également cinq faces imperméabilisées, la face exté rieure étant percée pour laisser passer un tuyau d'arrivée de gaz alimentant une chambre ou des conduits intérieure, la face chaude étant perméable.
Selon une autre disposition de l'invention - relative d'une façon générale aux parois réfractaires poreuses traversées par un gaz ou un mélange - on assure la circulation dudit gaz ou mélange, nous une pression d'amont convenable, dans des conditions telles que la surface chaude ou en contact avec l'atmosphère du four soit refroidie à une température de quelques centaine@ de degrés par rapport à celle de ladite atmosphère, cette disposition s'appliquant notamment au cas où un mélange combustible (air + combustible) est amené à traverser lesdites parois, agencées par exemple par juxtaposition de blocs comme susvisé.
L'invention consiste, mise à part ce@ disposi tions principales, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après
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ET elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexée, lesquels complément et dessina sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig 1, de ces dessins, montre en coupe trans- versale, une portion de paroi de tour établie conformément à l'invention.
La fig. 2 montre séparément en perspective l'un des blocs utilisés pour la confection de ladite paroi.
La fig. 3 montre, en coupe transversale analogue à celle de la fig. 1, un bloc établi suivant une variante.
Les fig. 4 à 6 illustrent, respectivement en deux coupes orthogonales et en plan, un ensemble de quatre blocs, établi selon une autre variante.
La fig 7 enfin, illustre en coupe un bloo établi encore selon une autre variante...
Selon l'invention, et plus spécialement celon ceur ded ses modes d'application, ainsi que ceux cdes modes de réalisation, de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant par exemple d'établir, pour dos tours industriels, des parois poreuses destinées à être tra- versées par un gaz (gaz neutre, air), ou un mélange ga sux, notamment un mélange combustible, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On rappellera tout d'abord que, jusqu'ici, on s'est appliqué, dans de tels fours, à choisir des revê tements réfrautaire résistant autant qu'il est possible aux températures élevées et aux actions oorrosives, ces revêtements étant constituée généralement par des maté- riaux compacte convenablement étudiés. Il convient
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d'ajouter que l'on prévoit souvent, en outre, un oalori- fugeage extérieur, pour réduire les déperditions de calories, en utilisant, à cet effet, des matériaux poreux (la porosité n'intervenant dans oe cas que pour les qualités d'isolation thermique).
Enfin, pour ce qui est de la récupération des calories perdues dans les gaz de combustion, lorsque cette récupération est possible, elle a lieu par des récupérateurs extérieurs au tour, assez encombrants et d'une durée limitée (par suite des corrosions qu'ils subissent), que l'on utilise pour le réchauffage de l'air comburant primaire ou secondaire.
L'invention vise des revêtements constitués, au moins dans les portions se trouvant au-dessus du bain, mais éventuellement aussi dans celles en contact avec le bain, par des matériaux poreux à cellules ouvertes, donc perméables et susceptibles d'être traversés par un gaz, cette perméabilité étant utilisée pour injecter vers l'in- térieur du four un ou plusieurs gaz- appropriés, voire un mélange de gaz carburant et comburant.
Cette injection gazeuse permet d'améliorer la tenue du revêtement, en particulier en oe qui concerne sa résistance aux températures élevées, cela puisque ladite injection assure un refroidissement et permet d'atteindre des températures supérieures au point de ramollissement des produits réfractaires employés. Elle concourt, en outre, à former le long des parois, à l'intérieur du four, un film protecteur gazeux qui, s'interposant entre les parois et les flammes de gaz agressifs, ou le bain, forme une barrière oontre la corrosion et évite les échauffements locaux.
Ce procédé
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est donc intéressant pour tous les emplois industriels ou la température est limitée par la tenue du réfrac taire
Le fait du refroidissement continu du bloo ' poreux permet l'insertion, dans ce bloo, d'armatures métalliques de forme appropriée favorisant la cchésion globale du bloc à froid et à chaud.
Il convient de noter que l'utilisation de parois poreuses, dans les buts susindiquée, a déjà été proposée, main on prévoyait toujours des blindages , métallique@ extérieurs, ce qui, notamment pour des tour@ de grandes surfaces, donne lieu à des complica tions sérieuses.
On a recoure, selon 1'invention pour constituer ces fours, à des blocs de matière poreuse que l'on juxtapose pour former 1esdites parois,, et on fait en aorte, pour éviter les fuites de gaz par les joints, que les faces desdits blocs destinées à se présenter selon le édita jointe (ou au moins ces faces), soient revêtues d'un enduit d'étanchéité susceptible de résister aux températures entrant en jeu.' C'est ainsi, par exemple, que l'on pourra utiliaer, à cet effet, un émail ou une engobe céramique étanche et, en particulier,
un mélange approprié de silicate de soude, d'alsinée de ohamotte ou do silimantite impalpable.
En procédant de cette manière, on oblige les gaz à déboucher par la face intérieure dans le four, malgré les déformations, fissurée ou jointe provoquée dans la maçonnerie par les dilatations.
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Pour mettre en courre l'invention, on établira donc des blocs 1 de forme par exemple parallélipipédique (ou toute autre forme en fonction des paroia à réaliser) en une matière poreuse convenable, en ayant soin de choisir une granulométrie convenant au but cherché, avec un coefficient de perméabilité de l'ordre, notamment/ de 1,5 2, 3 ou 4 ce dernier chiffre 4 correspond à 200 fois la perméabilité d'un réfractaire courant.
On peut utiliser,par exemple, les matériaux oonnue sur le marché, à condition qu'ils présentent dea qualités de résistance suffisante, par exemple de la silice poreuse, du corindon poreux ou de la vermiculite On peut également faire usage de matériaux préparés en fonction du but recherché, avec une perméabilité déterminée, ceci en appliquant les techniques connues dans ce domaine.
De tels matériaux peuvent être obtenus en partant de aube- tances réfractaires telles que la silice, les matériaux siliceux, sillco-alujmijneux à base d'argile, alumineux, super- alumineux, basiques et notamment la oyanite, la sillimanite, la mulllte synthétique, le corindon, la bauxite, la gibbstie les diaspores, la magnésie, la magnésie-chrome, le chrome- magnésie, la forstérite, la dolomie, le ziroon, la zircone, le graphite, le carbure de silicium, les spinelles et en général toutes les matières réfractaires.
Dans ces maté- riaux de base, on incorpore des substances combustibles telles que sciure de bois, liège, grains, grinons d'olives, etc... propres, lors de la cuisson du matériau, à brûler en donnant lieu à des pores à cellules ouvertes.
Ces produits poreux à perméabilité contrôlée peuvent être fabriqués par tout autre procédé, soit par
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une granulométrie appropriée et contrôlée, soit par tout autre moyen, émulsion ou dégagement gazeux, par mettant d'obtenir une perméabilité élevée et constante.
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Aux blocs 1 susvisés, établie à l'aide de matériaux poreux, on adjoindra des moyens pour permettre de les monter dans l'ensemble du four, en particulier à l'intérieur de son chemisage métallique, s'il en comporte, ainsi que des moyens pour permettre de les alimenter en gaz ou mélange gaze=, et cela de façon telle que ce dernier traverse lesdits blocs vers l'intérieur du four, selon des fileta de préférence
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parallèle s, '' f' ' ," ##*"' y.
C'est ainsi que l'on pourra enrober les blocs,. seulement du coté de l'extérieur, dans une sorte d'em base creuse 2, par exemple métallique, en laissant subsis ter, entre le fond 3 de chaque bloc et le fond de 1'em base un espace libre 4 qui servi= de chambre d'allujen
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talion (fig. 1 .
Le gaz ou mélange gazeux peut arriver, par exemple, - soit fig. 1, par dos trous 5 des embases 2, dans le cas ou la paroi formée par de la juxtaposition des blocs est montée a l'intérieur d'un chemisage extérieur 6, avec un intervalle libre 7 dans lequel Got distribué le gaz arrivant en 8,
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- soit par des conduite 9 arrivant reepootivemat : aux susdits troue et éléments à partir d'un collecteur d'alimentation 10, solution représentée en pointillé sur la fig 1.
- soit de toute autre manière.
Lee blocn ainsi préparée sont donc complétée,
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conformément à l'invention, par un enduit 11 répandu au moins sur les quatre faces latérales destinées a venir devant les joints, après quoi on réalise l'assemblage, en .. fixant entre eux les blocs par des joins 12 en ciment réfractaire ou autre couramment utilisé dans les fours, .
Une variante est représentée sur la fige 3, va- ' : riante selon laquelle, au lieu de recourir à une embase 2 pour constituer la chambre d'alimentation 4, on établit une telle chambre près du fond du bloc en 13, de pré- férence dans toute la largeur de celui-ci, le gaz pénétrant par un trou 5. Dans ce cas, il convient de rendre étanohe également la face extérieure 14 du bloc, par exemple par une plaque métallique ou, mieux, simple- ment par un enduit en émail ou autre matière d'étachéité
Une autre variante consiste à alimenter CI.1' un trou central un dispositif comprenant des canaux en étoile parallèles à la face froide imperméabilisée, canaux résultant de cylindres en cire perdue judicieusement disposés.
Les gaz sont ainsi répartis sur toute la surface comme par la chambre 13 de la fig.3, mais ce dispositif à l'avantage de ne pas affaiblir la solidité du bloc.
Selon encore une autre variante, une plaque im- perméable des dimensions de la surface extérieure du bloc poreux est creusée pour réaliser une chambre de distribution et est percée d'un trou alimentant en gaz par un tube ladite chambre. Cette plaque est collée contre la face extérieure de la pièce poreuse qui est alimentée en gaz par la chambre creusée désignée ci- dessus.
Une autre variante -- applicable à toute paroi
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poreuse à utiliser dans les buts suaindiqués # consis- terait à faire comporter à la matière réfractaire poreuse plusieurs zones juxtaposées de perméabilités différentes.
C'est anisi que la partie se présentant du côté de 1'ex térieur, o'est-à-dire du côté de l'introduction du gaz ou mélarge gazeux, pourrait comporter des pore@ d'un diamètre plus grand et, au contraire, la partie oe présentant du côté du four, des pores de diamètre plus ' petit, ce qui tend à augmenter la vitesse de sortie dos gaz et a donner une meilleure efficacité pour refroidir le réfractaire, en augmentant la surface de contact.,
Dans une autre variante, au lieu de juxtaposer les blocs les une contre les autres, on pourrait interposer entre eux des blocs réfractaires non poreux.
Une autre variante est encore représentée sur les tige 4 à 6, selon laquelle on groupe plusieurs blocs
1 autour d'une plaque distributrice centrale 20, munie de l'orifice d'arrivée 5 débouchant dans la chambre 13 cette plaque étant établieenmatériau, par exemple réfractaire,, non poreux. Des dispositifs d'emboîtage 21 sont prévus pour accroître l'adhérence entre les quatre blocs et la plaque distributrice.
Comme ci-dessus toutes les surfaces extérieures sont revêtues d'émail en 11 et 111
Des ensembles de ce genre auront par exemple des dimensions extérieures de 400 x 200 x 200 mm
Selon encore une autre disposition, on prévoit entre les bloos (fig.4), les joints 12 en coulis réfrac taire ou autre, mais oe coulis est localisé à la partie proche du four, tandis que sont prévue?, du c8té de 1'or térieur du tour, des garnitures agencées de manière à s'é
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cruor facilement pour encaisser les dilatations, C'est ainsi qu'on aura recours à des bandes d'amiante souple
22.
Enfin, il y aura intérêt à prévoir encore, à pro- ximité de la surface extérieure, des tresses graphitées 23 nageant dans une graisse graphitée, ce qui permet à tout moment, si une fuite apparaît, de la colmater aisément de l'extérieur du four.
Le coulis susvisé 12 sera choisi en outre assez - friable pour permettre les dilatations sans résister outre mesure à la matière assez fragile constituant les blocs poreux 1.
De toute façon, on a la possibilité de réaliser des parois qui offrent toute sécurité du point de vue de l'étanchéité. Si en effet les joints 12 sont imparfaits, il n'en résulte aucun inconvénient, puisque les faces en regard des joints sont étanches et que le gaz ne peut donc pas s'échapper.
Bien que les parois établies do la manière susvisée puissent à volonté être utilisées pour l'in- troduction de gaz neutre, ou pour l'introduction d'air (pour le refroidissement ou pour servir d'air secondaire) ou pour introduire un mélange combustible, c'est-à-dire comburant et carburant, cette dernière application est particulièrement intéressante, la face interne 15 des blocs -- ou, d'une façon générale, du revêtement poreux agissant alors à la manière d'un brûleur.
Cette application est représentée sur la fil. 1, où l'on voit en 16 une souroe de gaz combustible, en 17 un compresseur à air, en 18 un mélangeur et en 19 un conduit propre à conduire le mélange en 8 ou en 10.
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Il convient, dans cette dernière application pour laquelle des parois réfractaires poreuses jouent le rôle supplément-tire de brûleurs, de faire en sorte que d'une part, les gaz soient insufflés à une pression convenable, par exemple de l'ordre de 140 à 500 gr par cm2, voir de 1 kg ou plus, et, d'autre part, leur contact soit assuré sur une assez grande surface, ce qui amène à choisir pour l'épaisseur d des blocs ou du revêtement une valeur assez élevée, par exemple comprise entre 150 mm et 300 mm ou davantage.
La première condition permet d'obtenir, à la sortie du revêtement 15, une bonne combustion, sans risque de retours de flamme. En effet, grâce à la pression, les gaz sont véhiculés à une vitesse convenable à l'intérieur de la matière poreuse, vitesse qui est encore accélérée à la sortie en raison de l'augmentation de volume due à l'accroissement de température. Il s'ensuit que l'on obtient, dans ces conditions, une sorte de "front de flammes" à quelques millimètres ou centimètres de la surface 15, ce qui est favorable, car ce front de flammes protège la surface réfractaire contre les courants de gaz corrosifs.
La deuxième condition assure un refroidissement convenable du revêtement poreux, de sorte que, grâce à l'importance de la surface de contact entre gaz et réfrac- taire, la surface chaude 15, du côté de la sortie, soit refroidie à une température inférieure de quelques centaines de degrés & celle de l'atmosphère du four avec laquelle ladite surface 15 est en contact. Si, par exemple,
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la température à l'intérieur du four est de 1500 . celle de la surface 15 peut n'être que de 900 , c'est-à-dire bien inférieure à la température de ramollissement de la matière réfractaire poreuse utilisée. Dans le cas, par exemple, où la matière utilisée est de la vermioulite, le point de fusion de celle-ci est de l'ordre de 1100 .
Des fours à parois établioo en cette matière peuvent dono supporter, pour l'atmosphère du four ou pour la matière en fusion de celui-ci, des températures de 1500 ou môme supérieures, et cela sans dangor.
Ce qui précède demeure valable lorsque le revêtement poreux, traversé par les gaz tels que susvisés, est en contact avec une matière en fusion, l'abaissement de température réalisé on 15 étant également favorable à une bonne tenue de la paroi.
La deuxième condition, savoir celle relative à l'épaisseur de la matière réfractaire. intervient également pour assurer le refroidissement de la paroi, celle-ci agissant d'ailleurs comme récupérateur secondaire.
Les gaz, à la traversée de la matière réfraotaire, entraî- nent les calories vers l'intérieur du four, de sorte que, si les conditions de pression, de perméabilité et de surface d'échange sont bien calculées, la température de la paroi extérieure en 3 peut être voisine do celle de l'air ambiant. Il en résulte donc, pour le four, une parfaite isolation et une amélioration du rendomont ther- mique.
En effet, les gaz carburants et comburants en refroidissant le réfractaire s'échauffent peu à peu, augmentent de volume donc de pression. Cet échauffement
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des gas favorise la combustion et permet d'obtenir des températures plus élevées, l'isolation et le préchauffage contribuant à améliorer le bilan thermique.
Enfin, tout ce qui vient d'aire dit, relative- ment à la récupération des calories, s'applique bien entendu au cas où l'on fait traverser les parois pouruses réfractaires susvisées par de Il'air ou un gas neutro, le bilan thermique étant toujours amélioré de oo fait.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réali- sation adopte, on peut établir des tours dont le fonc- tionnement ressort suffisamment de oe qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à son sujet et qui précen tent, par rapport aux fours du genre en question déjà existante, de nombreux avantagea, notamment :
- celui de permettre d'obtenir, à l'intérieur du four, des températures plus élevées, et cela sans qu'on ait à craindre un ramollissement du revêtement, grâce au fait que les blocs et procédée, conformes à l'invention, permettent d'assurer une grande différence entre la tem- pérature du four et celle de la paroi réfractaire en contact aveo l'atmosphère dudit four ou le bain de fusion, - celui de permettre une amélioration du bilan thermique, le bloc poreux faisant isolation et récupération, - et celui de permettre la réalisation des paroio poreuses à l'aide de bloos faciles à établir et peu coûteux.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'applications, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diverses
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parties ;ayant été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au oontrairo, toutes les variantes.
En particulier, l'invention n'est nullement limitée à l'insufflation de gaz comburants etcarburants et il doit être entendu qu'elle vise, d'une façon générale, l'injec- tion de tous gaz actifs ou neutres. C'est ainsi que, tout au moins dans certaine cas et en particulier lorsqu'il s'agira d'insuffler un gaz dans les piédroits du four ou dans les parois en contact avec le bain liquide, il pourra être avantageux d'injecter un gaz neutre (par exemple de l'azote) qui, sans risquer d'engendrer dos réactions, assurera la formation, oontre les parois on matériaux poreux, d'un film protecteur, tout en réduisant les portes par rayonnement calorifique vers l'extérieur et en refroidissant lesdites parois.
Mais il est envisagé également d'utiliser comme film protecteur, les gaz de combustion eux-mêmes injectés à travers la paroi poreuse.
Bien entendu, la pression et le débit du ou des gaz seront calculée et réglés par tous moyens appropriée, en combinaison avec tous moyens de soufflage (ventilateurs, compresseurs, etc.).
On aura de toute façon la possibilité de créer de nouveaux fours (par exemple pour la verrerie) à sole et parois latérales en matériaux réfractaires poreux, fours dans lesquels on pourra ssurer au moins partiellement leur chauffage par insufflation de gaz combustibles par dessous et sur les côtés, au lieu de chauffer uniquement par réver- bération.
La fig. 7 illustre encore un autre mode de r6ali- sation de l'invention selon lequel, au lieu de faire
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passer un mélange air-gaz à travers le réfractaire poreux, comme supposé fig. 1, on fait passer le carburant par un brûleur central 24 alimenté en 15, en air de pulvé- risation ainsi qu'en air secondaire. Seul l'air tertiaire arrivant en 5, passerait à travers le réfractaire poreux, Dans ce cas, il convient évidemment de diminuer l'air se- condaire lorsque l'on alimente en air tertiaire, de façon à avoir un mélange convenable.
Le réfractaire serait ainsi refroidi efficacement, permettant encore d'augmenter la température du four, Les calories seraient toutes entraînées vers le four, pro- duisant la morne efficacité d'isolation. L'air en refroi- dissant le réfractaire poreux se réchaufferait, produisant une autorécupératio L'air chaud débouchant du réfrac- taire produirait ici encore un film proteoteur. Les fuites dues aux difficultés d'étanchéité auraient moins d'impor- tance, ne s'agissant plus d'un mélange air-gaz.
La même disposition s'appliquerait au cas où le brûleur central 24 serait alimenté en fuel-oil. Dan oe cas, le foyer serait allumé au mélange air-gaz. Une fois le foyer chaud, on allumerait le fuol-oil et on arrêterait le gaz, l'air tertiaire continuant à alimanter le four, tout en refroidissant le réfraotaire et en fer- mant film protecteur.
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"Perfedctionnemtns brought to industrial or other furnaces and to the processes for parceling out"
The invention relates to improvements made to industrial furnaces in general, such as for example metallurgical furnaces (tower. Martin, blast furnaces, oubilote, treatment furnaces., Towers for melting glass, eto.), and the procedures to establish them.
The purpose of Bile is, above all, to make their coating more resistant to high temperatures, to be better protected against corrosive actions, and to increase their thermal efficiency.
Bile consists - according to a first provision relating, in a general way, to turns. comprising a porous refractory through which can be blown an oombinant gas or fuel, or a combustible mixture or air or a neutral gas -, instead, as
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Until now, to resort to porous refractory blocks surrounded by a metal shielding, to arrange these blocks so that at least those of their faces intended to come opposite during the juxtaposition are covered. a sealant coating, for example an enamel or a ceramic slip
It is therefore provided, according to the invention, to achieve large area ovens,
to use independent elements having their inner and outer parts permeable and the other four faces Waterproofed @ or also five waterproofed faces, the exterior face being pierced to allow a gas inlet pipe to feed an interior chamber or ducts, the hot side being permeable.
According to another arrangement of the invention - relating in general to the porous refractory walls crossed by a gas or a mixture - the circulation of said gas or mixture is ensured, we provide a suitable upstream pressure, under conditions such as hot surface or in contact with the atmosphere of the furnace is cooled to a temperature of a few hundred degrees compared to that of the said atmosphere, this arrangement applying in particular to the case where a combustible mixture (air + fuel) is brought to pass through said walls, arranged for example by juxtaposition of blocks as mentioned above.
The invention consists, apart from these main arrangements, of certain other arrangements which are preferably used at the same time and which will be discussed more explicitly below.
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AND it can, in any case, be well understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawings, which supplement and drawing are, of course, given mainly by way of indication.
Fig. 1 of these drawings shows in cross section a portion of the tower wall constructed in accordance with the invention.
Fig. 2 shows separately in perspective one of the blocks used for making said wall.
Fig. 3 shows, in cross section similar to that of FIG. 1, a block established according to a variant.
Figs. 4 to 6 illustrate, respectively in two orthogonal sections and in plan, a set of four blocks, established according to another variant.
Finally, FIG. 7 illustrates in section a bloo established according to another variant ...
According to the invention, and more especially that of its modes of application, as well as those of the embodiments, of its various parts, to which it appears that preference should be given, proposing for example to Establishing, for industrial towers, porous walls intended to be traversed by a gas (neutral gas, air), or a gas mixture, in particular a combustible mixture, is done as follows or in a similar manner.
It will be recalled first of all that, until now, efforts have been made, in such ovens, to choose refractory coatings resistant as much as possible to high temperatures and to oorrosive actions, these coatings generally being constituted by suitably designed compact materials. It suits
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to add that one often provides, moreover, an external oalorifuge, to reduce the losses of calories, by using, for this purpose, porous materials (porosity intervening in this case only for the qualities of 'thermal insulation).
Finally, as regards the recovery of the calories lost in the combustion gases, when this recovery is possible, it takes place by recuperators outside the lathe, quite bulky and of limited duration (due to the corrosions they undergo), which is used for heating the primary or secondary combustion air.
The invention relates to coatings consisting, at least in the portions located above the bath, but possibly also in those in contact with the bath, by porous materials with open cells, therefore permeable and capable of being crossed by a gas, this permeability being used to inject into the interior of the furnace one or more suitable gases, or even a mixture of fuel and oxidant gas.
This gas injection makes it possible to improve the resistance of the coating, in particular with regard to its resistance to high temperatures, this since said injection ensures cooling and makes it possible to reach temperatures above the softening point of the refractory products used. It also contributes to forming along the walls, inside the furnace, a protective gaseous film which, interposing between the walls and the flames of aggressive gases, or the bath, forms a barrier against corrosion and avoids local heating.
This process
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is therefore interesting for all industrial uses where the temperature is limited by the resistance of the refractory
The fact of the continuous cooling of the porous bloo 'allows the insertion, in this bloo, of metal reinforcements of appropriate shape favoring the overall cchéion of the cold and hot block.
It should be noted that the use of porous walls, for the above-mentioned purposes, has already been proposed, but there was always provision for shielding, metallic @ exterior, which, in particular for towers @ large surfaces, gives rise to complications. serious concerns.
According to the invention to form these ovens, recourse has been had to blocks of porous material which are juxtaposed to form said walls, and in order to prevent gas leaks from the joints, the faces of said walls are made in aorta. blocks intended to be presented according to the attached edition (or at least these faces), are coated with a sealant capable of withstanding the temperatures involved. ' It is thus, for example, that one can use, for this purpose, an enamel or a waterproof ceramic slip and, in particular,
a suitable mixture of soda silicate, hamot alsine or impalpable silimantite.
By proceeding in this way, the gases are forced to open through the interior face into the furnace, despite the deformations, cracks or joints caused in the masonry by the expansions.
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To implement the invention, we will therefore establish blocks 1, for example parallelepipedal shape (or any other shape depending on the walls to be produced) in a suitable porous material, taking care to choose a particle size suitable for the intended purpose, with a coefficient of permeability of the order, in particular / of 1.5 2, 3 or 4, the latter figure 4 corresponds to 200 times the permeability of a current refractory.
Materials known on the market can be used, for example, provided they have sufficient strength qualities, for example porous silica, porous corundum or vermiculite. Materials prepared according to of the desired goal, with a determined permeability, this by applying the techniques known in this field.
Such materials can be obtained by starting from refractory blades such as silica, siliceous, sillco-alujmijnous clay-based, aluminous, super-aluminous, basic materials and in particular oyanite, sillimanite, synthetic mulllte, corundum, bauxite, gibbstia, diaspores, magnesia, magnesia-chrome, chromium-magnesia, forsterite, dolomite, ziroon, zirconia, graphite, silicon carbide, spinels and in general all refractory materials.
In these basic materials, combustible substances such as sawdust, cork, grains, olive grinons, etc. are incorporated which are clean, during the firing of the material, to burn giving rise to pores to open cells.
These porous products with controlled permeability can be manufactured by any other process, either by
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an appropriate and controlled particle size, either by any other means, emulsion or gas release, by making it possible to obtain a high and constant permeability.
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To the aforementioned blocks 1, established using porous materials, means will be added to enable them to be mounted throughout the furnace, in particular inside its metal lining, if there is any, as well as means to allow them to be supplied with gas or gauze mixture =, and this in such a way that the latter passes through said blocks towards the interior of the oven, preferably according to fileta
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parallel s, '' f '', "## *" 'y.
This is how the blocks can be coated. only on the outside side, in a kind of hollow base 2, for example metal, leaving between the bottom 3 of each block and the bottom of the base a free space 4 which served as a allujen room
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talion (fig. 1.
The gas or gaseous mixture can arrive, for example, - either fig. 1, by back holes 5 of the bases 2, in the case where the wall formed by the juxtaposition of the blocks is mounted inside an outer sleeve 6, with a free gap 7 in which Got distributed the gas arriving at 8 ,
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- or by pipes 9 arriving reepootivemat: to the aforesaid hole and elements from a supply manifold 10, solution shown in dotted lines in fig 1.
- or in any other way.
Lee blocn thus prepared are therefore completed,
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according to the invention, by a coating 11 spread at least on the four lateral faces intended to come in front of the joints, after which the assembly is carried out, by fixing the blocks together by joints 12 made of refractory cement or other commonly used in ovens,.
A variant is shown in fig 3, variant according to which, instead of resorting to a base 2 to constitute the supply chamber 4, such a chamber is established near the bottom of the block at 13, preferably across the entire width of the latter, the gas entering through a hole 5. In this case, the outer face 14 of the block should also be sealed, for example by a metal plate or, better, simply by a coating of enamel or other sealing material
Another variant consists in feeding CI.1 ′ a central hole a device comprising star-shaped channels parallel to the waterproofed cold face, channels resulting from judiciously placed lost wax cylinders.
The gases are thus distributed over the entire surface as by the chamber 13 of FIG. 3, but this device has the advantage of not weakening the solidity of the block.
According to yet another variant, an impermeable plate of the dimensions of the exterior surface of the porous block is hollowed out to produce a distribution chamber and is pierced with a hole supplying said chamber with gas through a tube. This plate is glued against the outer face of the porous part which is supplied with gas by the hollow chamber designated above.
Another variant - applicable to any wall
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porous to be used for suaindicated purposes # would consist in making the porous refractory material comprise several juxtaposed zones of different permeabilities.
It is therefore that the part on the outside side, that is to say on the side where the gas or gas mixture is introduced, could have pores of a larger diameter and, at the same time. On the contrary, the oe part having on the side of the furnace, pores of smaller diameter, which tends to increase the gas outlet speed and to give better efficiency in cooling the refractory, by increasing the contact surface.
In another variant, instead of juxtaposing the blocks against each other, it would be possible to interpose non-porous refractory blocks between them.
Another variant is also shown on rods 4 to 6, according to which several blocks are grouped
1 around a central distributor plate 20, provided with the inlet orifice 5 opening into the chamber 13, this plate being established in a material, for example refractory, non-porous. Nesting devices 21 are provided to increase the adhesion between the four blocks and the distributor plate.
As above all exterior surfaces are coated with enamel in 11 and 111
Sets of this kind will, for example, have external dimensions of 400 x 200 x 200 mm
According to yet another arrangement, there is provided between the bloos (fig.4), the joints 12 in refractory grout or other, but oe grout is located in the part close to the oven, while are provided ?, of the side of 1 ' or the lathe, fittings arranged so as to be
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cruor easily to collect the dilations, This is how we will use flexible asbestos strips
22.
Finally, it will be advantageous to also provide, near the outer surface, graphite braids 23 swimming in graphite grease, which makes it possible at any time, if a leak appears, to plug it easily from the outside of the oven.
The aforementioned grout 12 will also be chosen sufficiently friable to allow expansion without unduly resisting the rather fragile material constituting the porous blocks 1.
In any case, we have the possibility of producing walls which offer complete security from the point of view of waterproofing. If indeed the seals 12 are imperfect, this does not result in any drawback, since the opposite faces of the seals are sealed and the gas cannot therefore escape.
Although the walls established in the aforementioned manner may at will be used for the introduction of neutral gas, or for the introduction of air (for cooling or to serve as secondary air) or for introducing a combustible mixture , that is to say oxidizer and fuel, this last application is particularly interesting, the internal face 15 of the blocks - or, in general, of the porous coating then acting in the manner of a burner.
This application is shown on the wire. 1, where we see at 16 a source of fuel gas, at 17 an air compressor, at 18 a mixer and at 19 a duct suitable for conducting the mixture at 8 or 10.
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It is appropriate, in this latter application for which porous refractory walls play the additional role of burners, to ensure that on the one hand, the gases are blown at a suitable pressure, for example of the order of 140 to 500 gr per cm2, or even 1 kg or more, and, on the other hand, their contact is ensured over a fairly large area, which leads to choosing a fairly high value for the thickness d of the blocks or of the coating, for example example between 150 mm and 300 mm or more.
The first condition makes it possible to obtain, on leaving the coating 15, good combustion without risk of flashbacks. In fact, thanks to the pressure, the gases are conveyed at a suitable speed inside the porous material, a speed which is further accelerated at the outlet due to the increase in volume due to the increase in temperature. It follows that one obtains, under these conditions, a kind of "flame front" a few millimeters or centimeters from the surface 15, which is favorable, because this flame front protects the refractory surface against the currents of. corrosive gases.
The second condition ensures adequate cooling of the porous coating, so that, due to the large area of contact between gas and refractory, the hot surface 15, on the outlet side, is cooled to a temperature below a few hundred degrees & that of the atmosphere of the furnace with which said surface 15 is in contact. If, for example,
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the temperature inside the oven is 1500. that of the surface 15 may be only 900, that is to say much lower than the softening temperature of the porous refractory material used. In the case, for example, where the material used is vermioulite, the melting point thereof is of the order of 1100.
Furnaces with established walls in this material can withstand, for the atmosphere of the furnace or for the molten material of the latter, temperatures of 1500 or even higher, and that without danger.
The foregoing remains valid when the porous coating, through which the gases as mentioned above pass, is in contact with a molten material, the lowering of the temperature achieved also being favorable to good resistance of the wall.
The second condition, namely that relating to the thickness of the refractory material. also intervenes to ensure the cooling of the wall, the latter also acting as a secondary recuperator.
The gases, passing through the refraotary material, entrain the calories towards the interior of the furnace, so that, if the conditions of pressure, permeability and heat exchange surface are correctly calculated, the temperature of the wall outside in 3 can be close to that of the ambient air. This therefore results, for the furnace, in perfect insulation and an improvement in the thermal output.
Indeed, the fuel and oxidizing gases by cooling the refractory gradually heat up, increase in volume and therefore pressure. This warm-up
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of gas promotes combustion and allows higher temperatures to be obtained, insulation and preheating helping to improve the thermal balance.
Finally, all that has just been said, relating to the recovery of calories, applies of course to the case where the walls are passed through the above-mentioned refractory pipes by air or a neutral gas. thermal being always improved from oo done.
As a result, whatever the embodiment adopted, it is possible to establish turns whose operation emerges sufficiently from the preceding oe so that it is useless to dwell on it and which precen tent, for example. compared to the ovens of the type in question already existing, many advantages, in particular:
- That of making it possible to obtain, inside the oven, higher temperatures, and that without having to fear a softening of the coating, thanks to the fact that the blocks and process, in accordance with the invention, allow ensure a large difference between the temperature of the furnace and that of the refractory wall in contact with the atmosphere of said furnace or the molten bath, - that of allowing an improvement in the heat balance, the porous block providing insulation and recovery , - and that of allowing the realization of porous walls using bloos easy to establish and inexpensive.
As goes without saying and as it follows moreover already from the foregoing, the invention is in no way limited to those of its modes of application, nor to those of the embodiments, of its various
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parts; having been more especially considered, it embraces, in the oontrairo, all the variants.
In particular, the invention is in no way limited to the blowing of oxidizing and fuel gases and it should be understood that it is generally aimed at the injection of all active or neutral gases. Thus, at least in certain cases and in particular when it comes to blowing a gas into the sides of the oven or into the walls in contact with the liquid bath, it may be advantageous to inject a neutral gas (for example nitrogen) which, without risking generating reactions, will ensure the formation, against the walls of porous materials, of a protective film, while reducing the doors by heat radiation to the outside and by cooling said walls.
However, it is also envisaged to use, as a protective film, the combustion gases themselves injected through the porous wall.
Of course, the pressure and the flow rate of the gas (s) will be calculated and adjusted by any appropriate means, in combination with any blowing means (fans, compressors, etc.).
In any case, we will have the possibility of creating new furnaces (for example for glassware) with hearth and side walls made of porous refractory materials, furnaces in which we can at least partially ensure their heating by blowing combustible gases from below and on the sides, instead of heating only by reverberation.
Fig. 7 illustrates yet another embodiment of the invention according to which, instead of
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pass an air-gas mixture through the porous refractory, as assumed in fig. 1, the fuel is passed through a central burner 24 supplied with 15, pulverization air as well as secondary air. Only the tertiary air arriving at 5 would pass through the porous refractory. In this case, it is obviously appropriate to reduce the secondary air when supplying tertiary air, so as to have a suitable mixture.
The refractory would thus be cooled efficiently, making it possible to further increase the temperature of the furnace. The calories would all be entrained towards the furnace, producing the dismal efficiency of insulation. The air on cooling the porous refractory would heat up, producing self-recovery. The hot air emerging from the refractory would again produce a proteotor film. Leaks due to sealing difficulties would be less important, no longer in the case of an air-gas mixture.
The same provision would apply in the event that the central burner 24 is supplied with fuel oil. In this case, the fireplace would be lit with an air-gas mixture. Once the hearth is hot, we would light the fuol-oil and stop the gas, the tertiary air continuing to feed the furnace, while cooling the refraotaire and closing the protective film.