CA1228704A

CA1228704A - Four moufle pour traitements thermiques en continu, par defilement

Info

Publication number: CA1228704A
Application number: CA000476404A
Authority: CA
Inventors: Michel Logue; Maurice Sadzot
Original assignee: Societe des Electrodes et Refractaires Savoie SA
Current assignee: Societe des Electrodes et Refractaires Savoie SA
Priority date: 1984-03-14
Filing date: 1985-03-13
Publication date: 1987-11-03
Also published as: KR920001359B1; US4568279A; FR2561365A1; FR2561365B1; ES541214A0; KR850007877A; BR8501121A; EP0156745B1; EP0156745A1; ES8606621A1; ZA851883B; IN164159B; JPS628712B2; DE3560094D1; ATE26014T1; JPS60213787A

Abstract

Un four moufle, pour traitements thermiques, en continu, par défilement, de produits dont le cycle de fabrication comporte un passage, d'une durée déterminée, à une température pouvant atteindre 1100.degree. à 1150.degree. C environ, chauffé par un brûleur à flamme sans contact direct entre les gaz de combustion et les produits à traiter. Ce four comporte: une zone d'entrée munie d'un moyen de préchauffage par circulation, dans une double enveloppe disposée autour du moufle, de gaz de combustion recyclés, une zone de chauffage, disposée à l'intérieur d'une enceinte calorifugée, munie d'au moins un moyen de mise en circulation des gaz de combustion, autour de la zone de chauffage du moufle et une zone de sortie munie d'au moins un moyen de contrôle de la vitesse de refroidissement des produits traités. Pour le traitement thermique de produits réfractaires ou carbonés imprégnés d'une substance carbonée, telle que le brai, dont la pyrolyse donne des vapeurs combustibles, la zone de chauffe est divisée, au moyen d'une cloison supplémentaire, en trois parties: une zone d'exsudation et de sortie des matières volatiles du brai, une zone de pyrolyse et de cokéfaction du brai, une zone de cuisson finale.

Description

12~ 70~

La présenté invention concerne un four moufle pour traitements thermiques, en continu, par dé.filement, de produits dont le cycle de fabrication comporte un pas-sage d'une durée déterminée à température élevée. C'est le cas de certains réfractaires, de produits carbones, par exemple d'electrodes imprégnées, après une première cuisson, avec une substance carbone pyrol~sable et cokéfiable, et aussi de métaux en vue de leur transformation, et d'alliages métalliques, par exemple en vue de l'homogeneisation et de la mise en solution solide des éléments d'alliage.
Dans tout ce qui suit, nous désignerons par traitement thermique toute opération dans laquelle un des produits définis ci-dessus est porte à température élevée en vue de lui conférer des propriétés particulières.
Ces traitements thermiques sont souvent effectues dans des fours statiques, soit a chauffage électrique, soit a chauffage par flamme. C'est le cas, par exemple, des fours de rechauffage de fillettes métalliques (aciers ou alliages d'aluminium entre autres) a contact direct avec les gaz de combustion ou des fours a chambre pour la cuisson des elec-troues de carbone, a des températures de l'ordre de 800 a QUE.
Il s'agit la, dépression discontinues avec tous les inconvénients inhérents à ces procèdes : difficulté de contrôler la température, ce qui conduit à des produits souvent hétérogènes, immobilisation prolongée des fours, due a la lenteur des opérations d'enfournement et de Vefour-nomment, encombrement important des installations. En outre, dans certains cas, le contact direct des produits a traiter avec les gaz de combustion présenté des inconvénients.
La présenté invention permet de surmonter ces inconvénients.
Selon la présenté invention il est prévu un four moufle, pour traitements thermiques en continu, par défilé-menthe produits réfractaires ou carbones, lmprégnes d'une Jo . .

- 2 -substance carbone telle que le brai dont la pyrolyse donne des vapeurs combustibles, le cycle de fabrication de ces produits comportant un passage d'une durée prédéterminée une température pouvant atteindre 1100 a QUE environ, ce four étant chauffé par un brûleur à flamme sans contact direct entre les gaz de combustion et les produits à traiter, et comportant:
- une zone d'entree munie d'un moyen de chauffage par circulation, dans une double enveloppe disposée autour du moufle, de gaz de combustion recyclés;
- une zone de chauffage, disposée à l'interieur d'une enceinte calorifugée, munie d'au moins un moyen de mise en circulation des gaz de combustion, autour de la zone de chauffe du moufle;
- une zone de sortie munie d'au moins un moyen de contrôlé de la vitesse de refroidissement des produits traités, caractérisé en ce que la zone de chauffe est divisée, au : moyen d'une cloison en trois parties:
a) une zone d'exsudation et de sortie des matières volatiles et de la substance carbone d'impregnation dans laquelle le moufle comporte une ouverture debouchant-sur un couloir délimité par la cloison et la paroi externe, et dont la sortie est située a proximité de la flamme du brûleur;
b) une zone de pyrol~se et de cokefac~ion de la substance carbone d'imprégnation;
c) une zone de cuisson finale dans laquelle est atteinte la température maximale nécessitée par le traite-ment thermique, qui peut atteindre 1100 à QUE.
Un mode de réalisation préférentiel va maintenant être décrit à titre d'e~emple non limitatif, en se référant au dessin, dans lequel:
la figure unique 1 représente une réalisation d'un four moufle selon l'invention pour la cuisson de pro-durits carbones imprégnés de brai, comportant un dispositif YL'~ZB~7 y - fa -de récupération des vapeurs de brai dont la combustion permet d'économiser jusqu'a 90 % du combustible fourni au brûleur.
Le four comporte une zone d'entree, constituée par un tunnel (1) muni d'un capot amovible (2) dans lequel le produit à traiter thermique ment (3) est introduit par des moyens de manutention habituels non représentés, par exemple, par une table à rouleaux. Le four proprement dit est constitue par une enceinte réfractaire isolante (4) sensiblement , /

_ 3 _ parallélépipédique qui forme la chambre de combustion (5).
L'entrée du fox comporte une section de préchauE-fige (6) constituée par une double enveloppe (7) dans laquelle circulent des gaz chauds récupérés dans la zone de combustion, et mis en circulation par le ventilateur de recyclage (8).
Dans -tout ce qui suit, nous désignerons par le pression " gaz de combustion" aussi bien les gaz de combes-lion en provenance directe du brûleur, que les gaz fis en circulation dans les différents circuits du four, que ces gaz soient purs ou dilués par de l'air extérieur pour en abaisser la température.
Le moufle proprement dit est un tube cylindrique (10) disposé horizontalement dans la partie supérieure du four. Il est en acier réfractaire, de préférence à haute teneur en nickel, de lagon à supporter des températures de service pou-vent atteindre 1100 à QUE environ, sans que cette valeur constitue une limitation de l'invention.
La section intérieure du four est légèrement sué-fleure (de 5 à 20% par exemple) au diamètre extérieur maximal des produits à traiter ou, le cas échéant, du con teneur rempli de produits à traiter. A l'intérieur du moufle (10), deux rails longitudinaux assurent le guidage des produits pendant le défile ment, qui se fait de droite à gauche dans le cas représenté.
Le défilemen-t des produits à traiter est générale-ment assuré par poussage, le mouvement d'avance pouvant être continu ou pas à pas selon les exigences du traitement effectué.
Le chauffage du four est assuré par un brûleur (11) à combustible gazeux, liquide ou solide pulvérisé, muni d'une arrivée d'air réglable avec un large excès éventuel, pour une raison qui sera précisée plus loin, et que l'on peut égal liment alimenter en air réchauffé par un échangeur disposé
dans le circuit des gaz de combustion ou de refroidissement de la zone de sortie.

ré r ,. . .

La mise en circulation des gaz de combustion est assurée par le ventila-leur (12) et la cloison (13). Les flèches indiquent, de façon approxima-tire, le trajet des gaz de combustion.

5 La cloison (13) déterminé, avec la paroi externe (14~, un couloir (15) gui débouché sur le moufle, dans la zone de transît-on entre la zone de chaux-le (16) ce la zone de sortie. Les gaz te co~bustiod circulent, autour du moufle, selon UT trajet approximativement schematlsé par les flèches, ce qui assure une émanâtes de eemperature remarquable dans foute cette 10 partie du moufle.

Dans le circuit d'évacuation des fumées par la cheminée (17), on prévoit, selon les procédés habituels, un ou plusieurs dispositifs de recyclage des gaz de combustion, et d'introductlon éventuelle d'air extérieur, grâce aux 15 volets (18), (19), (29), en vue d'alime~ter la double enveloppe (7) de la zone de prechauffe (6) en gaz chaud, et, le cas échéant, le brûleur (11) en air prechauffe. La structure du circuit de recyclage est donnée a titre in-dicatif, et ne constitue pas une caractéristique limitative de l'invention.

20 Le four, objet de l'invention, est particulièrement adapté vu cas particulierou les produits à traiter thermique ment sut des produits réfractaires car-boxes imprègnes d'uns substance carbone, telle que le brai, dont la pro-lys donne des vapeurs combustibles. On sait, en effet, que certains pro-durits destines à opérer dans des conditions mécaniques sévères doivent su-25 bit une phase d'impregnation par exemple avec du brai qui leur confère après cuisson, une plus grande résistance mécanique, une meilleure clan-cheite, et, dans le cas des produits carbones, une conductivite électrique plus fonce. Cet le cas notamment des électrodes de carbone ou de graphite destinées à l'electrometallurgie : après une première cuisson, les produits 30 sont refroidis, imprègnes de brai sous pression et à une température d'en vison 200 C, puis soumis à une recuisons pour cokéfier le brai retenu lors de l'impregnation. C'est également le cas de certaines brigues de ~agnesie que l'on i~pregne au brai puis que l'on soumet a une nouvelle cuisson.

35 Selon l'in~n~ion, la zone de chauffe est divisée, au moyen d'une cloison supplémentaire (21) en trois parties :
- une zone d'exsudation et de sortie des matières volatiles de la sués-70~

tance carbone d'imprégna-tion (du brai) dans laquelle le mou-fie comporte une ouverture ~22) débouchant sur un couloir (23) délimité par la cloison (21) et la paroi externe y et dont la sortie est située à proximité de la flamme du brûleur (11), - une zone (25) de pyrolyse et de cokéfaction de la substance carbone d'imprégnation - une zone de cuisson finale (26? dans laquelle est atteinte la température maximale nécessitée par le traitement thermique, qui peu-t atteindre 1100 à QUE.
La possibilité de contrôler la température dans la zone de pyrolyse est une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention. On sait, en effet, que, pour obtenir le rendement maximal de cokéfaction du produit daim-prégnation, on doit déterminer avec précision la vitesse de montée en température du produit imprégné et la durée de main-tien à une température prédéterminée, ce qui est aisément réalisable dans le four à moufle, objet de l'invention.
Les matières volatiles qui se dégagent lors du début de pyrolyse de la substance carbone d'imprégnation ainsi que le brai qui exsude des électrodes (3), s'échappent par l'ouverture (22) et le couloir (23) et atteignent la flamme du brûleur (11) où ils sont brûlés grâce à l'apport d'un excès d'air (réchauffé ou non) dans le brûleur. Comme on le verra dans l'exemple de mise en oeuvre, ont peut ainsi économiser jusqu'à 90~ du combustible fourni au brûleur lorsque le four est en régime thermique. Le recyclage des gaz de combustion et la récupération des calories qu'ils contiennent sont assurés.
La zone de pré chauffage (7) est alimentée par les gaz de combustion, éventuellement dilués avec de l'air enté-rieur. La zone (25) de pyrolyse et de cokéfaction comporte une double enveloppe (27) dans laquelle circulent les gaz de combustion provenant de la zone de cuisson finale, éventuel-liment dilués par de l'air extérieur itou des gaz de combes-~L%2B~7o~L

lion provenant de la zone de préchauEEage.
L'évacuation des gaz de combustion s'e:eEectue par la cheminée (17). Les volets tels que (18) (19) permettent les réglages de débit nécessaires.

,, 6 ~.,2~8~0~

La zone de sortie comporte des moyens de refroidissement contrôlé, soit ralenti soit accéléré, selon les exigences du produit traité et du cycle de traitement thermique mis en oeuvre.

La partie du moufle (30) émergeant dans la zone de sortie peut être soit calorifugée, soit exposée à l'air libre sur tout ou partie de sa longueur, ou soumise à un refroidissement par ventilation forcée - et récupération éventuelle de l'air chaud pour alimenter le brûleur - ou par aspiration ou pulvérisation d'un fluide tel que l'eau.
Au-delà, et jusqu'à la sortie du moufle, on peut prévoir différentes dispositions de contrôle du refroidissement, telle qu'une double envi-loupe ~31) avec une circulation d'un fluide liquide ou gazeux, ou, au contraire, un calorifugeage statique, par exemple si l'on traite une Villette de métal destinée à alimenter une presse à filer à chaud ou encore une combinaison d'un calorifugeage à la sortie de la zone chaude, suivi d'une zone de refroidissement accéléré.

La sortie peut également comporter, symétriquement avec l'entrée, un tunnel de sortie (32) avec un capot amovible [33) pour extraire le produit traité.

Il est possible de créer, dans le moufle, une atmosphère contrôlée, par circulation d'un gaz inerte, tel qu'argon ou azote, en prévoyant, le cas échéant, des moyens d'étanchéité, même sommaires, à l'entrée et la sortie.

EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE DE L' INVENTION

On a construit un four, conforme au dessin de la figure 1, destiné à la recuisons d'électrodes, de barres à nippées et de tubes pour l'industrie chimique, imprégnés au brai, ayant toutes 300 mm de diamètre externe. Le moufle a un diamètre interne de 350mm. La vitesse de défile ment des pro-durits est réglable entre 0,2 et 2 mètres par heure. Elle est ajustée en fonction de la température des différentes zones de façon à obtenir une température à coeur du produit à traiter comprise entre :
200 et 300 C à la sortie de la zone de pré chauffage 350 et 450 C à la sortie de la zone de pyrolyse 800 et 950 C à la sortie de la zone de cuisson finale 7 ~'~ 2~3t7 Lorsque le four est en ré Fe, il fonctionne avec un apport de combustible extérieur correspondant environ à 200 hurles (836 Je par Yonne de pro-dut à cuire, alors que, dans les fours statiques actuels, cette consomma-lion est de l'ordre te 1800 thermles/tonne environ (7524 M ), - qui ne descend pas à moins de 600 ~hermies/tonne dans le ailliez cas, pour d'au-ires types de fours statiques -, soit une économie de combus~lble proche te 90 Z. En outre, la vitesse de honteux en temporaire, pour des électrodes de 300 mû de diamètre, peut atteindre 150 C par heure, alors qu'on ce dé-passe guère 12 à heur dans les fours s~2tlques, et 40 50 C au plus dans des fours où les produit sont au contact direct de la flamme.

Le vile se prolonge à l'extérieur de l'encelnte (4) du four sur quelques autre. Dans une première zone, le moufle se refroidit spontanément à l'air ambiant. Hans la deuxième zone, le moufle est refroidi par une circulation 15 d'eau fronde dans la double enveloppe (31). En sortie, les produits son à
une tem~erature inférieure à 400 C.

Les produits obtenus dans ce procede,après graphieation dan les Conti lions habituelles, ont des caractéristiques tout à fait comparables et me-me un peu supérieures 3 celles obtenues dans les fours à chambres classé-que, du type "Riedhammer" par exemple ainsi que le montrent les tableaux.
suivants :
_ _ Cuisson statique I Selon Four à chambres 1 linYent ion _ . _ Barres à nippées Densité apparente 1,79 1,78 Charge de rupture 7,25 Mua 8,06 Mua .
: 30 Tubes pour l'industrie chimique Perméabilité 602 c 3 -1 543 3 -1 Dilatation transversale, a 4,82.10 6 4,74.10 Flexion longitudinale 22,3 Mua 26,9 Mua L

En conclusion, invention s'applique au traitement de certains produits refra~taires, spéciaux tels que des briques ou pièces de forme en magnésie Y

imprégnées au brai, des produits carbones crus, et de différents types de produits carbones cylindriques, tels qu'électrodes, barres à nippées, pro-durits tubulaires pour l'industrie chimique et aussi à des produits de plus petites dimensions, tels que les charbons pour piles électriques, que l'on introduit à l'état cru, brut de filage, en paquets dans des con teneurs ouverts en acier réfractaire, ce qui permet d'opérer dans le même moufle cylindrique ; on peut aussi, à l'évidence, adapter la forme et les dimen-skions du moufle à celles des produits à traiter.

De même, le four permet la cuisson de tout produit, carbone ou réfractaire, imprégné par une substance pyrolysable fournissant, comme les brais, des vapeurs combustibles : c'est le cas notamment des résines à base de polo-mères organiques tels que les phénol-formol et les polymétracrylates pour ne citer gué les plus connus Dans ces divers cas, il permet de régler très précisément la pyrolyse et la cokéfaction du produit d'imprégnation, d'obtenir des produits ré frac-laines parfaitement homogènes, et d'économiser jusqu'à 90 % de l'énergie qui serait nécessaire dans la plupart des fours statiques de mêmes pers formances.

Mais il est également possible d'utiliser ce four pour le traitement de produits autres que des produits imprégnés de brai, tels que des barres et fillettes en métaux et alliages (à base d'aluminium, de cuivre, ou de fer pour ne citer que les plus courants).

Pour le traitement thermique des fillettes ou plaques métalliques, la zone de chauffage assure sur toute la longueur de chaque Villette, une tempe-rature de traitement constante et homogène, qui permet d'effectuer dans des conditions idéales, des traitements d'homogénéisation ou de mise en solution solide ou de revenu ou de chauffage avant filage, ou forgeage, ou matriçage, ou même laminage, avec une précision de température de l'ordre du degré.

Bien entendu, dans ce cas, on ne bénéficie pas de l'apport énergétique dû à la combustion des produits volatiles émis par les produits carbones imprégnés de substances pyrolysahles, mais l'homogénéité de température et son contrôle rigoureux, et l'absence de contact entre les produits 370~

à cuire et des gaz de combustion sont Des caractéristiques très attrac-tires. A titre d'exemple, dans un four conforme au dessin de la figure 1, on a traité des fillettes de 300 mm de diamètre, en alliage à base dal minium, du type 7075, ayant la composition suivante :
zinc.................... 5,6 %
magnésium............... 2,5 %
cuivre.................. 1,6 chrome.................. 0,30 %
aluminium............... solde Les fillettes brutes de coulée continue, ont été homogénéisées par chaux-fige à QUE, puis, en sortie du four, dont la zone de sortie était calot refuge directement introduites dans le con teneur d'une presse à filer ;
la température de la Villette, dans le con teneur, était de QUE.
De la même façon on a pu réchauffer, à QUE, des fillettes de cuivre, avec circulation d'azote, en vue d'alimenter un laminoir-perceul destiné
à la production d'ébauches pour la fabrication, par laminage et étirage ultérieurs, de Luxes de cuivre.
Enfin, bien que le four ait été décrit dans le cas particulier où le moufle est cylindrique, il est évident que sa section peut être carrée ou rectangulaire si l'on prévoit de traiter exclusivement des profilés de section autre que circulaire.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Four moufle, pour traitements thermiques en continu, par défilement, de produits réfractaires ou car-bonés, imprégnés d'une substance carbonée telle que le brai dont la pyrolyse donne des vapeurs combustibles, le cycle de fabrication de ces produits comportant un passage d'une durée prédéterminée à une température pouvant atteindre 1100 à 1150°C environ, ce four étant chauffé par un brûleur à flamme sans contact direct entre les gaz de combustion et les produits à traiter, et comportant:
- une zone d'entrée munie d'un moyen de chauffage par circulation, dans une double enveloppe disposée autour du moufle, de gaz de combustion recyclés;
- une zone de chauffage, disposée à l'intérieur d'une enceinte calorifugée, munie d'au moins un moyen de mise en circulation des gaz de combustion, autour de la zone de chauffe du moufle;
- une zone de sortie munie d'au moins un moyen de contrôle de la vitesse de refroidissement des produits traités, caractérisé en ce que la zone de chauffe est divisée, au moyen d'une cloison en trois parties:
a) une zone d'exsudation et de sortie des matières volatiles et de la substance carbonée d'imprégnation dans laquelle le moufle comporte une ouverture débouchant sur un couloir délimité par la cloison et la paroi externe, et dont la sortie est située à proximité de la flamme du brûleur;
b) une zone de pyrolyse et de cokéfaction de la substance carbonée d'imprégnation;
c) une zone de cuisson finale dans laquelle est atteinte la température maximale nécessitée par le traite-ment thermique, qui peut atteindre 1100 à 1150°C.

2. Four moufle, selon la revendication 1, carac-térisé en ce que le moyen de mise en circulation des gaz de combustion recyclés est constitué par un ventilateur et une cloison de séparation qui détermine, avec la paroi du four, un couloir qui débouche sur le moufle dans une zone de tran-sition entre la zone de chauffe et la zone de sortie.

3. Four, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la zone de pyrolyse et de cokéfaction comporte une double enveloppe dans laquelle circulent les gaz de combus-tion provenant de la zone de cuisson finale, éventuellement dilués par de l'air extérieur et/ou des gaz de combustion provenant de la zone de préchauffage.

4. Four, selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il comporte un circuit de préchauffage de l'air de combustion apporté au brûleur.

5. Four, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le brûleur est muni d'un moyen d'alimentation d'air additionnel - préchauffé ou non - pour assurer la combustion des vapeurs et de la substance carbonée d'impré-gnation.

6. Four, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le moyen de contrôle de la vitesse de refroidisse-ment des produits est constitué par un calorifugeage disposé
autour d'au moins une partie de la longueur de la zone de sortie.

7. Four, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le moyen de contrôle de la vitesse de refroidisse-ment est une double enveloppe disposée autour d'au moins une partie de la longueur de la zone de sortie, et dans laquelle circule un fluide liquide, gazeux ou vaporisé.

8. Four, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le moyen de contrôle de la vitesse de refroidisse-ment est constitué par un dispositif d'aspersion ou de pulvérisation d'un fluide.

9. Four, selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il comporte des moyens de poussage assurant l'avance des produits à traiter dans le moufle.

10. Four, selon la revendication 9, caractérisé
en ce que les moyens de poussage agissent de façon continue sur les produits à traiter.

11. Four, selon la revendication 9, caractérisé
en ce que les moyens de poussage agissent pas à pas sur les produits à traiter.

12. Four, selon la revendication 1, 10 ou 11, caractérisé en ce que les produits à traiter sont disposés dans des conteneurs ouverts.