Mémoire descriptif déposé à l'appui de la demande de brevet pour :
FOUR DE FUSION A CHAUFFAGE ELECTRIQUE DESTINE A DES MATIERES MINERALESAGRESSIVES PRESENTANT UNE COURBE DE VISCOSITE A FORTE PENTE.
La présente invention concerne un four de fusion à chauffage électrique destiné en particulier à la fusion de ma-
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de viscosité à forte pente, constitué par une maçonnerie en matériaux réfractaires soutenue par une charpente et comportant des électrodes pour amener de l'énergie électrique au bain fondu ainsi que des moyens pour déposer une composition fusible
sur le bain de fusion.
Depuis longtemps, des matières minérales et en particulier des verres subissent une fusion dans des cuves de fusion opérant sous un chauffage électrique intégral. Ces cuves de fusion qualifiées de caves classiques présentent cependant l'inconvénientqu'elles ne permettent pas de traiter des bains fortement 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 pas par conséquent suffisamment chauffées.
La présente invention vise par conséquent à fournir une cuve 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 qui 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 considérées 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 à 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, qu'au milieu de la cuve de fusion, est disposée une sortie d'écoulement pourvue d'une gorge 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 et que la charpente montée sur des rouleaux peut, ensemble avec la maçonnerie du four, tourner autour d'un axe vertical, tandis que la voûte du four est fixe et comporte des moyens disposés radialement pour 1\introduction de la composition fusible.
Avantageusement, le four présente en plan la forme
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tés, 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
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térieur vers l'intérieur, qui se terminent au-dessus sous la sur-
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traie s'étendent jusqu'à la hauteur de la voQte.En dessous de
la sortie d'écoulement, on peut disposer des brûleurs à gaz ou
à huile , dont les gaz de combustion peuvent circuler vers le haut dans la gorge centrale. Selon une autre forme d'exécution, on peut disposer des éléments chauffants suspendus dans la gorge centrale.
Afin d'éviter des zones chaudes dans les zones périphériques, les électrodes sont avantageusement glissées dans le fond de la cuve 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.
Lorsque la voûte est fixe, elle peut avantageusement comporter des ouvertures et des moyens de chargement disposés radialement . Les électrodes peuvent alors aussi être placées dans la voûte.
Le principe de cette voûte tournante est décrit en détail dans la demande de brevet européen 78 200 395.8, au nom
de 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 qui 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 dans un plan horizontal et
- Figure 3, une coupe schématique semblable à celle de la figure 1, mais avec des électrodes placées dans la voûte.
La cuve de fusion selon l'invention pour ce qui concerne essentiellement les parties de paroi qui entrent en contact avec le bain de fusion ou le mélange ramolli, est constitué en blocs de chrome - magnésie, dans le cas où l'on n'utilise pas des blocs d'oxyde de chrome. Il est apparu que ces matériaux lorsqu'ils ne sont pas soumis à l'influence d'une température
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sante pour réaliser une exploitation satisfaisante du four.
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des électrodes par rapport aux parois soit de toute manière suffisamment importante pour garantir qu'il se forme à la paroi
un produit fondu figé ou un verre figé et éventuellement même
une phase cristallisée.
Dans le cadre de l'invention, le produit 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 du mouvement de rotation relatif de la voûte et du four, la plus grande partie de la matière est introduite à la périphérie extérieure, de manière que lorsqu'un ramollissement
se produit dans la zone périphérique, la matière qui se trouve au-dessus exerce une poussée et cette zone est à nouveau remplie par de la matière non fondue.
Par suite des courbes de viscosité à forte pente du bain fondu, on a prévu en vue d'évacuer le verre, au milieu de
la cuve, une tour en blocs d'oxyde de chrome, qui est constituée de blocs individuels et qui est ensuite alésée. La tour ou
sortie d'écoulement 6 présente à proximité de la gorge centrale
7 s'étendant verticalement, un certain nombre de canaux 8 inclinés de l'extérieur vers l'intérieur en montant et débouchant dans la gorge centrale.
De cette manière, on empêche qu'une matière éventuellement non fondue soit entraînée avec le bain fondu hors de la couverture formée par la composition fusible. 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; lorsque les canaux s'étendent à l'horizontale, on peut aussi prélever de la matière non fondue.
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 charpente extérieure <EMI ID=9.1>
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charpente par le repère 2. Dans le four se trouve la zone du bain de fusion 3 sur lequel la composition 4 est enfournée. 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 ou dans la voûte 16 et pénètrent sur une hauteur relativement importante dans le bain de fusion.
Du fait que pour les électrodes, la zone de densité d'énergie la plus importante se trouve à leur pointe, on garantit de cette manière que la plus grande partie de l'énergie est libérée dans des zones éloignées du fond du four et des matériaux constituant la paroi et la sortie d'écoulement, ce qui a pour résultat que la température de fusion nécessairement élevée est atteinte dans ces zones et que le matériau des parois subit une protection thermique suffisante. La composition et le bain de fusion 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.
La sortie d'écoulement elle-même est constituée de blocs en oxyde de chrome, et peut par conséquent subir une contrainte thermique plus élevée que les blocs en chrome-magnésie 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'un électrode vers sa voisine. Par cette mesure, l'énergie est pratiquement toujours libérée en anneaux concentriques afin de ne pas surcharger thermiquement la zone d'écoulement.
Pour réaliser une température de fusion suffisamment élevée du bain de fusion, la surface libre totale du bain est recouverte d'une couche de la matière 4 fondre. Afin d'emoëcher que la proportion de matière non fondue ne devienne trop importante lors du prélèvement, la gorge centrale présente les canaux inclinés précités 8, qui débouchent dans la gorge centrale 7, de manière qu'un débordement de matière ou la pénétration de la <EMI ID=11.1>
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obtient une régulation automatique de la hauteur de verre ou du bain de fusion, dans le four sans qu'un distributeur et un indicateur de hauteur de verre ne soit nécessaire.
Par le dispositif de débordement libre, il se produit uniquement un écoulement d'une quantité de matière fondue égale à la quantité de composition enfournée. La profondeur
de bain dans la cuve de fusion est pour ce faire suffisamment importante pour qu'au fond ainsi qu'aux parois soit réalisée
une phase froide, éventuellement constituée de matière cristallisée pour obtenir une couche isolante.
En disposait les électrodes en deux anneaux, on peut influencer un écoulement centrifuge ou centripète; 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 de la cuve. De cette manière, on peut dans une certaine mesure provoquer un déplacement de la composition flottante, 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 la matière 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 la gorge centrale 7 pour l'écoulement de la composition fondue, sans provoquer une surchauffe de la sortie d'écoulement 6, on a disposé au bas de la sortie 6 des brûleurs à gaz ou à huile qui sont disposés latéralement par rapport à la matière 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 clage 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 voûte 16. Du fait que la partie d'écoulement se prolonge dans la voûte, on peut après avoir abaissé le niveau du bain fondu, procéder à une réparation ou une inspection de la sortie d'écoulement 6, 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 voûte 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 enfourner la composition fusible 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 à stockage, à partir desquels la composition est enfournée par des ouvertures protégées prévues dans la voûte. Le four subit un mouvement de rotation continu sur un axe vertical de manière que les ouvertures parcourent des cercles concentriques par rapport à l'axe de rotation; par un choix des rapports quantitatifs de composition dans les différentes zones circulaires, on peut réaliser une distribution quantitative souhaitée sur la masse de composition fusible qui recouvre le bain fondu. Les détails à cet effet sont expressément décrits dans la demande de brevet européen prémentionnée.
Selon l'exemple d'exécution représenté à la figure
3, les électrodes 5 sont placées dans la voûte, pénètrent du haut dans le bain de fusion et amènent de manière connue l'énergie nécessaire au bain de fusion . Les électrodes pénètrent dans le bain de fusion sur une hauteur relativement importante, mais
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du fond du four afin de ne pas faire subir à celui-ci des contraintes thermiques trop élevées . De par cette disposition, les électrodes produisent un certain effet d'agitation, ce qui favorise la fusion de la composition.
La solution représentée à la figure 1, consiste à faire tourner tout le four, la voûte 16 étant fixe. Dans ce cas, les électrodes peuvent également être placées dans la voûte 16, mais elles peuvent aussi être disposées dans le bas du four. Suivant le mode de transmission de l'énergie électrique aux électrodes, la rotation pourra être continue ou, comme déjà décrit ci-avant, le mouvement est limité à un certain angle, par exemple 180'ou 360[deg.]. Lorsque la rotation du four est alternée, on peut à nouveau utiliser des câbles flexibles, tandis que dans le cas d'une rotation continue, la transmission de courant s'effectue par des contacts à glissement sur des rails conducteurs.
La forme d'exécution la plus simple du four rotatif conforme à l'invention consiste cependant à placer les électrodes dans
la voûte fixe équipée de moyens de chargement disposés radialement. Dans ce cas, l'élément chauffant suspendu 17 est également fixe, tandis que la sortie d'écoulement 6 tourne avec le four. Cette forme de réalisation offre l'avantage que toutes les transmissions de courant et les moyens de chargement sont fixes, tandis que
le four peut tourner sans interruption. Dans ce cas, la charpente est montée sur des rouleaux ou des galets qui se déplacent sur
un rail circulaire. Le mouvement de rotation du four est provo-
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ments moteurs non représentés.
Le four selon l'invention offre pour la première fois la possiblité 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 à forte pente. De cette manière, il devient possible de fournir une matière première nouvant être utilisée dans la fabrication de ciment, au départ de cendres volantes, de chaux et éventuel,lement de sable, ou de fondre les cendres volantes pour obtenir une matière pouvant être déversée dans les terrains de décharge, sans risque pour les eaux souterraines.
Le four conforme à l'invention convient également pour l'élimination de cendres volantes,particulièrement de celles qui constituent un danger pour les eaux souterraines, en transformant par fusion les cendres volantes en une matière pouvant être déversée dans les terrains de décharge.
A cet effet, les canaux 8 ne sont pas inclinés, mais s'étendent à l'horizontale ou sont surbaissés et la composition est introduite dans la zone périphérique de la voûte, de telle aorte qu'une certaine quantité de matière non fondue est également prélevée. Cette composition ne doit pas être complètement fondue, permettant ainsi une économie d'énergie, car la matière non fondue est englobée dans celle qui est fondue.
Dans le cas d'une disposition surbaissée ou à l'horizontale des canaux comme prémentionné, les constituants difficiles à fondre ne fondent pas; par contre la composition n'est pas introduite aux alentours de la sortie d'écoulement à des distances variables, de sorte que le temps de séjour est suffisant pour ne fondre que les constituants facilement fusibles. Le temps de séjour est réglable en fonction de la distance du point d'introduction de la composition, le¯ constituants difficiles à fondre flottant sur la fonte et étant aspirés avec celle-ci dans la sortie d'écoulement.
Le four conforme à la présente invention peut donc être exploité à double fin.
REVENDICATIONS
1. Four de fusion à chauffage électrique destiné en particulier à la fusion de matinée minérales fortement agressives, présentant des courbes de viscosité à forte pente, constitué par une maçonnerie en matériaux réfractaires soutenue par une charpente et comportant des électrodes pour amener de l'énergie électrique au bain fondu ainsi que des moyens pour disposer une composition fusible sur le bain de fusion, caractérisé en ce que des électrodes (5) présentant une longueur relativement importante pénètrent dans le bain de fusion (3), qu'au milieu de la cuve de fusion, est disposée, une sortie d'écoulement (6) pourvue d'une gorge centrale (7) qui pénètre vers le haut dans le bain (3) et dont le bord supérieur de coulée s'étend en dessous de la surface du bain à proximité de celle-ci et que la charpente (2) montée sur des rouleaux peut,
ensemble avec la maçonnerie du four, tourner autour d'un axe vertical, tandis que la voQte du four est fixe et comporte des moyens disposés radialement pour l'introduction de la composition fusible.