FOUR DE FUSION A CHAUFFAGE ELECTRIQUE DESTINE A DES MATIERESMINERALES AGRESSIVES PRESENTANT UNE COURBE DE VISCOSITE A FORTE
La présente invention concerne un four de fusion
à chauffage électrique destiné en particulier à la fusion de matières minérales fortement agressives, présentant des courbes de viscosité à forte pente, constitué par une maçonnerie en matériaux réfractaires soutenue par une ossature et comportant des électrodes pour amener de l'énergie électrique au.
bain fondu- ainsi que des moyens pour déposer un mélange de matières sur le bain de fusion.
Depuis longtemps, des matières minérales et en particulier des verres subissent une fusion dans des bassins de fusion opérant sous un chauffage électrique intégral. Ces bassins de fusion qualifiés de bassins classiques présentent cependant l'inconvénient qu'ils ne permettent pas de traiter des bains fortements agressifs, par suite de leur construction et qu'en particulier il n'est pas possible de fondre des mélanges qui présentent un point de fusion relativement élevé et qui de plus se caractérisent par une conductivité relativement faible et par une courbe de viscosité à très forte pente.
On entend par courbe de viscosité à forte pente, le fait que des modifications de température réduites entraînent des modifications de viscosité importantes, c'est-à-dire que contrairement aux verres classiques, les valeurs de viscosité se modifient pour atteindre un état très fluide déjà sous l'influence d'accroissement de température très réduit. Un autre inconvénient des mélanges du type
mentionné consiste dans le fait qu'on ne peut pas avoir recours
à des techniques de fusion purement classiques c'est-à-dire
avec chauffage par brûleurs, du fait que les possibilités de rayonnement sont très faibles; ceci a pour conséquence que pour des épaisseurs de couches faibles inférieures à 10 cm, il se produit déjà une absorption prononcée du rayonnement et que les couches inférieures ne sont par conséquent pas suffisamment chauffées.
La présente invention vise par conséquent à fournir un bassin de fusion pour la fusion des mélanges précités difficilement..fusibles, et qui permet en particulier de réaliser la fusion d'un mélange de cendres volantes, de chaux et éventuellement de sable, qui subit ultérieurement un frittage.
Il convient qu'un four selon l'invention soit particulièrement bien adapté aux exigences qu'il lui sont imposées et qu'il soit possible, malgré l'agressivité du bain de fusion de réaliser une durée de vie suffisamment prolongée; malgré le
rapport viscosité-température défavorable, il doit être aussi possible de réaliser une profondeur de bain de fusion suffisante et un prélèvement régulier de la masse fondue. Des mélanges de la composition précitée tels que par exemple ceux qui selon le
brevet allemand 2 122 027 sont transformés ultérieurement en ciment après leur fusion, étaient considérés jusqu'à présent comme
non fusibles à l'échelle industrielle. Un but particulier que s'assigne l'invention est par conséquent de fournir un four de fusion qui rend économiquement possible la fusion à l'échelle industrielle, l'exploitation du four étant suffisamment sûre pour que du personnel non entraîné puisse l'utiliser dans les pays en voie de développement, malgré que la composition du mélange fondre puisse être différente de cas en cas.
Le but ainsi visé est résolu dans un four du type mentionné ci-dessus du fait que des électrodes présentant une longueur relativement importante pénètrent dans le bain de fusion et qu'au milieu du bassin de fusion, est disposée une sortie d'évacuation pourvue d'une ouverture centrale qui pénètre vers le haut dans le bain et dont le bord supérieur s'étend en-dessous de la surface du bain à proximité de celle-ci.
Avantageusement, le four présente en plan la.forme
d'un cercle ou d'un polygone régulier avec un grand nombre d'angles et, en vue de créer une zone périphérique plus froide de la charge du four afin de préserver le matériau de revêtement, la paroi
du four dans la zone du bain de fusion peut, de bas en haut, être inclinée vers l'extérieur et au-dessus du bain de fusion peut s'étendre ensuite verticalement.
Pour éviter une corrosion trop importante dans la zone de la sortie d'écoulement c'est-à-dire dans la zone où la matière fondue est prélevée, cette zone présente dans sa partie supérieure des canaux s'étendent vers le haut et inclinés de l'extérieur
vers l'intérieur, qui se terminent au-dessus sous la surface au bain de fusion, à proximité de celui-ci dans une ouverture centrale
de la sortie d'écoulement. Le montage et l'ouverture centrale s'étendent jusqu'à la hauteur d'une couverture tournante.
En dessous de l'ouverture d'écoulement, on peut disposer des brûleurs à gaz ou à huile, dont les gaz de combustion peuvent circuler vers le haut dans l'ouverture centrale. Selon une autre forme d'exécution, on peut disposer des éléments chauffants suspendus dans l'ouverture centrale.
Afin d'éviter des zones chaudes dans les zones périphériques, les électrodes sont avantageusement glissées dans
le fond du bassin et sont disposées en au moins deux anneaux concentriques par rapport à la sortie d'écoulement à distance importante de celle-ci et de la paroi extérieure.
Pour amener le mélange à fondre dans les zones comprises entre la paroi extérieure et la sortie d'écoulement,
le four est avantageusement recouvert par une couverture tournante, qui comporte des ouvertures et des moyens pour distribuer le
mélange à fondre sur le bain fondu selon les exigences. Cette :couverture tournante peut permettre facilement une réparation de la sortie d'évacuation sans devoir retirer-la couverture et comporter sous le recouvrement de la sortie d'évacuation une partie intermédiaire facile à retirer, sans contact avec les matières d'alimentation.
Le principe de cette couverture tournante est décrit
en détail dans la demande de brevet européen 78 200 395.8, au nom Sorg GmbH & Co. KG, et une description détaillée n'est par conséquent pas nécessaire.
L'invention sera décrite plus en détail à l'aide
d'un exemple d'exécution préféré de l'invention, en regard / des dessins annexés. Ceux-ci illustrent ce:aui précède et représentent:! Figure 1,.une vue schématique du four selon l'invention en coupe verticale; Figure 2, une coupe schématique dans le four de la figure,1 1 dans un plan horizontal et Figure 3, une coupe schématique pour représenter la conception de la sortie d'évacuation centrale du four.
Le bassin de fusion selon l'invention pour ce qui
concerne essentiellement les parties de paroi qui entrent en
contact avec le bain fondu ou le mélange ramolli, est constitué
en éléments de magnésite-chrome, dans le cas où l'on n'utilise pas
des éléments d'oxyde de chrome. Il est apparu que ces matériaux lorsqu'ils ne sont pas soumis à l'influence d'une température
trop élevée, c'est-à-dire à des températures qui ne sont pas
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suffisante pour réaliser une exploitation satiafaisante du four. Un élément essentiel est cependant dans ce cas que la distance des électrodes par rapport aux parois soit de toute manière suffisamment importante pour garantir qu'il se forme à la paroi un bain fondu froid ou un verre froid, et éventuellement même une phase cristallisée.
Dans le cadre de l'invention, le bain fondu peut être également qualifié de verre, du fait que le mélange fondu est constitué dans une grande proportion de verre.
Le processus de réalisation d'une zone froide aux parois et au-dessus du fond du four peut être entretenu du fait qu'à l'aide de la couverture tournante pour l'alimentation de la matière vitrifiable, la plus grande partie de la matière est amonée à la périphérie extérieure, de manière que lorsqu'il se
f produit un ramollissement dans la zone périphérique, le matériau
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zone soit à nouveau remplie par de la matière non fondue.
Par suite des courbes de viscosité à forte pente
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du bassin, une tour en élément d'oxyde de chrome, qui est constituée de blocs individuels et qui est ensuite alésée.
La tour ou sortie d'évacuation 6 présente à proximité du passage central 7 s'étendant verticalement, un certain nombre de canaux 8 s'étendant de manière inclinée de l'extérieur vers l'intérieur en montant et qui débouchent dans l'ouverture centrale.
De cette manière, on empêche qu'une matière éventuellement non fondue soit entraînée avec le bain fondu
hors de la couverture de mélangè à fondre. Il convient de noter cependant que selon l'invention, une certaine quantité'
de matière non fondue de l'ordre d'environ 5 % au maximum peut être prélevée en même temps que le bain fondu.
La construction du four de fusion selon l'invention . est classique, c'est-à-dire que la maçonnerie de la paroi du four et le fond du four sont maintenus par une ossature de soutien extérieure en poutrelles de fer ou d'acier convenables.
La maçonnerie est représentée par le repère 1 et l'ossature-par le repère 2. Dans le four se trouve la zone du bain fondu 3 sur lequel le mélange vitrifiable 4 est amené. Les électrodes 5 sont disposées en un ou plusieurs anneaux concentriques autour de la sortie d'écoulement 6;eLles passent dans le fond du four
et pénètrent sur une hauteur relativement importante dans le bain fondu, c'est-à-dire plus de la moitié de la hauteur de celui-ci. Du fait que pour les électrodes, la zone de densité d'énergie <EMI ID=4.1>
la paroi et la sortie d'écoulement, ce qui a pour résultat que la température de fusion nécessairement élevée n'est pas atteinte
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thermique suffisante.. Le mélange à fondre et le bain fondu constituent par conséquent une couche protectrice dont la
température va décroissante vers l'extérieur, de manière que la température des parois ne dépasse en aucun cas la valeur admissible.
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oxyde de chrome, et peut par conséquent subir une contrainte thermique plus élevée que les éléments en magnésite-chrome dont le fond et la paroi du four sont de préférence constitués..
Les électrodes 5 à utiliser présentent un diamètre relativement important de l'ordre de 60 à 80 mm et sont pourvues
d'un refroidissement interne, ce qui est connu en soi. Le montage
et la connexion des électrodes sont réalisés de manière que
des électrodes voisines sont montées en phases différentes, de
manière qu'un flux de' .courant.: principal s'effectue toujours
d'une électrode vers sa voisine. Par cette mesure, l'énergie est pratiquement toujours libérée en anneaux concentriques afin de
ne pas surcharger thermiquement le zone d'écoulement.
Pour réaliser une température de fusion suffisamment élevée du bain fondu, la surface libre totale du bain est recouverte d'une couche de mélange à fondre.. Afin d'empêcher que la proportion de matériau non fondu ne devienne trop importante lors
du prélèvement, le passage central présente les canaux inclinés précités 8, qui se terminent dans l'ouverture centrale .17, de manière qu'un débordement de matière ou la pénétration du mélange
à fondre par le dessus soit empêché de manière sûre.
Par les canaux inclinés, exclusivement du matériau fondu arrive depuis la zone de fusion dans la sortie d'écoulement 6
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bain fondu, . dans le four sans qu'un dispositif d'alimentation ou un indicateur de niveau de verre ne soit nécessaire.
Par le dispositif de débordement libre, il se produit uniquement un écoulement d'une quantité de matière fondue égal à celle qui est produite dans le four. La profondeur de bain dans le bassin
de fusion est pour ce faire suffisamment importante pour qu'au fond ainsi qu'aux parois soit réalisée une phase froide, éventuellement constituée de matériaux cristallisés pour obtenir une couche isolante.
En disposant les électrodes en deux anneaux, on peut influencer un écoulement centrifuge ou centripède; dans le cas
où les électrodes intérieures reçoivent une alimentation électrique supérieure, il se produit un écoulement important, de manière que du verre de surface soit repoussé du centre du bassin.
De cette manière, on peut dans une certaine mesure provoquer
un déplacement du mélange vitrifiable flottant, vers le centre
ou vers la périphérie.
De plus, de cette manière on peut obtenir que dans
les électrodes extérieures la température soit plus basse, ce qui
a pour conséquence que le matériau ne subit qu'un début de fusion à ces électrodes, tandis que l'anneau d'électrode intérieur provoque la fusion finale.
Afin de pouvoir régler la température nécessaire
dans le passage central 7 pour l'écoulement du mélange vitrifiable fondu, sans provoquer une surchauffe de la sortie
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gaz ou à huile 13, qui sont disposés latéralement par rappcrt au matériau qui s'écoule, dans une ouverture 12 dans le revêtement réfractaire. La sortie 6 est de plus pourvue de conduites 14
dans lesquelles circule un agent réfrigérant, afin de maintenir
la température dans la plage voulue. Sous une autre forme d'exécution
de la sortie, des éléments chauffants 17 sont suspendus par le haut
dans celle-ci.
Le four lui-même est fermé au-dessus par une
couverture tournante 16. Du fait que la partie d'évacuation se prolonge dans cette couverture, on peut après avoir abaissé le niveau
du bain fondu, procéder à une réparation ou une inspection de la sortie d'écoulement, sans aucune difficulté. Cette partie
est la partie qui subit la contrainte thermique la plus importante
et est par conséquent celle qui normalement doit subir les
réparations ou les remplacements les plus fréquents. La couverture rotative 16 comporte de plus, de manière en soi connue, ainsi
qu'il a été décrit en détail dans la demande de brevet européen
78 200 395.8 prémentionnée, des moyens pour amener la matière vitrifiable sur la surface du bain en des points souhaités et
en quantité voulue. Ces moyens sont constitués par des transporteurs d'alimentation intermédiaires et de silos de stockage, à partir desquels la matière à fondre est alimentée par des ouvertures prévues dans la couverture et protégée. La couverture tournante
subit un mouvement de rotation continu sur un axe vertical au-dessus
de la matière à fondre de manière que les ouvertures parcourent
des cercles concentriques par rapport à l'axe de rotation; par
un choix des rapports quantitatifs de matière à fondre dans
les différentes zones circulaires, on peut réaliser une distribution quantitative souhaitée sur la masse de matière à''.fondre qui recouvre le bain fondu. Les détails à cet effet sont expressément décrits dans la demande de brevet européen prémentionnée.
Le four selon l'invention offre pour la première fois la possibilité de provoquer la fusion de manière économique
de mélanges difficiles à fondre, qui présentent une agressivité importante et qui se caractérisent par des courbes de viscosité de forte pente. De cette manière, il devient possible de fournir du matériau de base pour une 'transformation ultérieure en ciment, au départ de cendres volatiles, de chaux et éventuellement de sable.
REVENDICATIONS
1.*Four de fusion à chauffage électrique destiné en particulier à la i'usion de matières minérales fortement agressives, présentant des courbes de viscosité à forte pente, constitué par
une maçonnerie en matériaux réfractaires soutenue par une ossature
et comportant des électrodes pour amener de l'énergie électrique
au bain fondu, ainsi que des moyens pour déposer un mélange de matières sur le bain de fusion, caractérisé en ce que des électrodes(5) présentant une longueur relativement importante pénètrent dans le bain de fusion (3) et qu'au milieu du bassin de fusion, est disposée
une sortie d'évacuation (6) pourvue d'une ouverture centrale (7)
qui pénètre vers le haut dans le bain (3) et dont le bord supérieur s'étend en-dessous de la surface du bain à proximité de celle-ci.