Procédé et appareil de chauffage par combinaison de flammes de combustion et d'arcs électriques. L'invention concerne un procédé de chauf fage par combinaison de flammes de com bustion et d'arcs électriques, pour des buts de tout genre, thermiques, thermochimiques et électrochimiques, et un appareil pour l'exécu tion de ce procédé.
Suivant ce dernier; l'arc est dirigé par soufflage de gaz dans et le long du jet de la flamme de combustion, le corps d'où jaillit l'arc étant distinct de celui dont sort le com bustible projeté, et la vitesse de soufflage étant telle que l'arc ne peut pas revenir sur lui-même et atteindre le corps d'où le com bustible est projeté.
L'invention permet l'emploi de flammes de combustion relativement volumineuses avec une proportion d'énergie électrique relativement faible. Les flammes de combustion peuvent être réductrices, neutres ou oxydantes et le courant <I>peut</I> être continu ou alternatif, mais possé dera avantageusement un voltage relative ment élevé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, différentes formes d'exécution de l'appareil pour la mise en ceuvre de ce pro cédé.
Fig. 1 est une coupe axiale longitudinale d'une tuyère avec électrode intérieure; Fig. 2 est une coupe transversale suivant 2-2, fig. 1; Fig. 3 représente une façon préférée d'a mener de l'eau à la tuyère ou à toute autre partie de l'appareil qu'on désire refroidir â l'aide d'eau, et de l'en évacuer<B>;</B> Fig. 4 est un plan d'un appareil à trois tuyères munies d'électrodes et utilisant du courant triphasé ;
Fig. h est un plan d'un appareil à deux tuyères avec électrodes convenablement dis posées pour fonctionner à l'aide de courants électriques de genre différents et montre les connexions des tuyères- électrodes et d'une pièce que les flammes du combustible et de l'arc viennent heurter;
Fig. 6, 7 et 8 montrent l'application de l'invention à un four de fusion, la fig. 6 étant une vue en élévation avec coupe,axiale, ver ticale, partielle, la fig. 7 une coupe verticale suivant. 7-7 (fis. 5), et la fi-. 8 tint. coupe horizontale suivant la ligne brisée 8--8 (fis. 7).
Dans ces figures, Il désigne les tuyères par lesquelles une substance combustible et Lit) gaz propre à entretenir la combustion sont projetés ensemble pour former des jets ale. flamme (le combustion 12.
Chaque .tuyère, dans ces exemples, est cri métal et. est munie de parois doubles formant mie chambre fer- inée 13 dans laquelle peut circuler de l'eau réfrigérante.
Le combustible et l'air pourraient être conduits séparément à l'extrémité de sortie de la tuyère pour y être<B>mélangés,</B> irais une disposition plus simple et obtenue en les introduisant ensemble à l'extrémité arrière de la cavité 14 de la tuyère. Une tubulure d'admission 14@ ayant la forme d'un Y coopère avec la cavité 1.1 pour former-un chalumeau qui reçoit le combustible par un tuyau<B>15</B> muni
d' titi robinet 16, ces pièces étant .-parées de l'admission du chalumeau par un isolateur électrique creux 17. Le tuyau 15 est alimenté par truc conduite 18 (voir fis. 6) qui petit être le collecteur à pres- s;
ion usuel lorsqu'on fait usage d'un combus tible liquide ou gazeux. Dans le cas d'un combustible pulvérulent, il conviendrait due la conduite 18 soit munie de moyens, tels qu'une vis rotative,
pour faciliter l'introduc- tion dit combustible dans le conduit d'admis- sion 14z. L'air ou autre gaz oxydant est con duit titi chalumeau par nu tuyau 19, un ro binet 20 et un isolateur électrique 21.,
la source étant constituée par une conduite sous pression 22?. Une borne électrique 23 et un fil conducteur .'34 relient la tuyère à une soui1ce (le force électroniotriee appropriée.
Dans la cavité 14 de chaque tuyère 11 est disposée une électrode ?5 qui petit être une barr#,_masçive ou crayon de charbon ou de graphite,
uni tube métallique garni itité- rieurenient <B>de</B> matière carbonifère ou un tulle métallique refroidi par du fluide et ayant une p < titite dé jaillissement d'arc remplaçable. En munissant d'extrémités filetées 26 les crayons ou les tubes garnis, ou petit assujettir de nouveaux tronçons de barre,
ete. aux extré inités externes (les électrodes, les fractions de barre ete. restante, étant, potassées ver. l'a vant et complètement consumées. Pour as.u- rt#r tut boit contact électrique entre l'électrode et la tuyère, ainsi dite pour empêcher uni mouvement inopportun de l'électrode,
la tuyère est munie d'un tube<B>27</B> de dimensions pro pres à lui permettre de s'adapter assez exac tement à l'électrode, de sorte que celle-ci puisse y coulisser à frottement doux lorsque l'appareil est employé dans un four travail lant sou. turc, pression plus élevée que la pression atmosphérique :
hexti-étnité externe dit tube 27 est munie d'un prcsse-étotipe 2#_% Le tube 27 est prolongé air delà de la tuyère Il par une partie réfractaire 29 qui protège l'élec trode d'une, oxydation excessive par la flamme 12.
Pour délivrer de l'eau de refroidissenicnt à la tuyère 11, il est prc- -,-U -des moyens grâce auxquels (le l'eau est conduite à la fois à la tuyère et < t l'écart de la tuyère sous forme de courants discontinus disposés (le telle soi-te qu'il n'existe pas de connexion
électrique entre le dispositif d'alimentation d'eau et la tuyère cl'tine part et entre la tuyère et le dtispo.itif d'évacuation (l'eau d'autre part.
Si 1'01i se réfi-i-e it la fis. 3, et <B>t</B> -tui, îe, <B>à</B> la fig. ', on voit qu'un .-si, en parit. <B>1 1</B> tuyau d'alimentation d'eau 31 partant d'air) collecteur d'alimentation d'eau 30 se termine par une tuyère 33 capable de diviser l'eau délivrée sous forme d'un jet 34 composé de petites gouttes.
rit robinet 3.''J ext intercalé sur le tuyau 31 et employé pour régler la quantité d'eau délivrée sous forme d'un jet. L'eau délivrée tombe clans un entonnoir 35 et est conduite 't la tuyère 11 par un tuyau 36.
L'eau usagée quittant la tuyère II est délivrée cl une fz,eûat similaire au (üslio#itif (l'évacuation par un tuyau 37, une tuyère 3-#, tir) jet 39, un entonnoir 40, un tuyau 41 et titi collecteur d'évacuation 42.
Dans la construction- de four représentée, chacune de=s tuyères est isolée électriquement de la, construction et supportée par ut) isola- teur 43 cri matière tliermiquement réfractaire qui petit être construit directement dans la maçonnerie du foin-. La paroi de la cavité des isolateurs est cannelée,
c'est-à-dire pré- çente (les cannelures 44 et des nervures 44#I altërnantes, ces dernières portant contre les tuN-@res électrodes et les supportant ferme- rlrent. Les isolateurs s'étendent à l'intérieur du four jusqu'aux extrémités des tuyères pour protéger celles-ci contre le surchauffage sus ceptible de résulter du rayonnement de l'in térieur du four, et ce prolongement assure aussi un isolement électrique supérieur en as surant une surface d'isolement électrique plus étendue.
Les extrémités externes de l'ensemble des tuyères et des électrodes sont enveloppées par une boîte à vent 45 qui revoit par un tuyau 45\1 de l'air dérivé d'une source conve nable constituée par- exemple par un ventila teur centrifuge ou par un compresseur rota tif. L'air sortant de la boîte à vent 45 passe au four par les cannelures 44 et constitue l'air secondaire assurant la combustion com plète du combustible projeté par la tuyère avec l'air primaire et la combustion de gaz non oxydés engendrés à l'intérieur du four. Cet air secondaire refroidit les tuyères, et la boîte à vent 45 protège les opérateurs contre le danger pouvant résulter du contact des pièces parcourues par le courant, étant donné qu'elle enveloppe ces pièces.
Un regard con venable 46 est prévu, de préférence, dans le couvercle pivotant 47 de la boîte. La porte 47 actionne préférablement un contact 48 rrionté en circuit avec un relais sur l'inter rupteur principal, les circuits de puissance et de relais étant disposés de telle sorte que les pièces électriques situées à l'intérieur de la boîte à vent ne sont parcourues par du cou rant que lorsque le circuit du relais est formé. Lorsqu'on ouvre la porte 47, le circuit du relais s'ouvre au contact 48 et l'interrupteur s'ouvre automatiquement. Si cet interrupteur se fermait par inadvertance il ne resterait pas fermé.
Les fils électriques isolés pénè trent dans la boîte 45 par un conduit métal lique 48n et, dans un but de sécurité pour l'opérateur et pour l'appareil, il convient que la boîte à vent 45, le conduit 45#I et le con duit 48#I soient mis à la terre. La cavité de la tuyère 11 est contractée à son extrémité. interne pour constituer un rétrécissement 49; ce rétrécissement est utile pour l'emploi de combustible liquide; il n'est pas nécessaire lorsqu'on fait usage de com bustible gazeux ou pulvérulent.
Le rétrécis sement 49 est formé en montant une douille 50 sur le tube coulissant 27 à la jonction de ce tube avec le prolongement réfractaire 29, laquelle douille peut constituer l'accouplement entre le tube coulissant et le prolongement. La douille 50 est centrée dans la tuyère 11 par des nervures étroites et peu saillantes 51. Le liquide combustible, par exemple de l'huile, pénètre dans le raccord en Y 14-1 par un tuyau 15, se mélange avec l'air primaire dans son passage _à l'intérieur de la cavité 14 de la tuyère, est pulvérisé ou finement divisé par cet air, et pénètre dans la flamme de combustion à sa sortie du rétrécissement 49.
Les fig. 6, 7 et 8 montrent un four -qui comprend une cheminée ou cuve 52 et un foyer 53 et qui est un des divers types aux quels l'invention peut être appliquée. La ma tière à traiter 54 descend à l'intérieur de la cuve dans laquelle elle est soumise à un chauffage préalable et à un commencement de fusion, la fusion se terminant dans le foyer ou creuset 53 où s'effectuent les transforma tions physiques et chimiques finales. Ce foyer est muni d'un trou de coulée 55 et d'un re gard 56.
Si l'on prévoit un espace suffisant pour la combustion du combustible, les di mensions permettent la projection d'arcs re lativement longs 57 et l'emploi des voltages usuels des réseaux de distribution de courant électrique. Dans la pratique, on a obtenu de bons résultats avec des forces électromotrices variant de 600 à 6000 volts tant en courant alternatif qu'en courant continu.
Comme le montrent les fig. 4 et 6, il n''est pas nécessaire que les arcs électriques at teignent la matière traitée dans le four; ils peuvent se joindre mutuellement et jouer dans l'espace situé au-dessus du bain. Avec un courant alternatif triphasé, on emploie avan tageusement un ensemble de trois tuyères à électrodes, chaque phase du circuit d'alimen- tation étant reliée à une tuyère individuelle.
Quoique une connexion au neutre ne soit pas requise, le bain peut être connecté de la ma- nière usuelle au neutre si l'on dispose d'uni neutre. On peut aussi employer une combi naison de deux tuyères avec électrodes et l'on a représenté sur la fig. b diverses dispo sitions pour alimenter les électrodes par du courant à une ou plusieurs phases.
L'arc peut être formé dans l'espace ou venir heurter un obstacle par sa fourche, lequel obstacle, constitué par exemple par la matière à traiter, petit être relié au neutre d'un circuit de cou rant continu ou alternatif à trois fils.
Pour mettre l'appareil en marche, les pointes d'électrodes sont disposées à une >>orme distance -tu ciel, des extrémités des tuyères, et le combustible et l'air sont admis < c l'intérieur des tuyères, la flamme de com- hti,;tion étant allumée par tous moyens con venables et les robinets d'alimentation étant réglés de façon à fournir un courant de flamme assez raide brûlant autour et a u delà des pointes d'électrode.
Lorsqu'on ferme l'in terrupteur principal, les arcs électriques jail lissent de l'extrémité de chaque électrode < L l'intérieur et le long des flammes de combus- tion respectives jusqu'à ce qu'ils se rencon- trent ou viennent heurter une surface com- illtnïe. La vitesse à laquelle le mélange de combustible est projeté doit être telle que les arcs ne puissent revenir sur eux-mêmes le long des flammes et atteindre des pièces per manentes de
l'installation. On obtient des ré sultats satisfaisants à l'aide d'arcs quel que soit le genre de flamme de combustion, que cette flamme soit réductrice, neutre ou oxY- dante ;
mais, dans le cas d'une flamme oxy dante, des électrodes à tubes métalliques gar nis de matière carbonifère sont supérieures aux crayons ordinaires en charbon ou en graphite parce qu'elles résistent mieux à l'oxydation. A mesure que les électrodes s'usent, on règle le courant en faisant avan cer les crayons manuellement ou a l'aide d'un dispositif électromagnétique convenable.
II est usuellement préférable de fournir la majeure partie de l'énergie par du coinbus- tible et de n'employer que la petite, fraction d'énergie électrique qui est nécessaire pour assurer l'augmentation désirée de la tempé rature combinée par la température:
excessi- vernent élevée de l'arc. L'invention permet l'application de tout rapport desiré entre l*é- nergie électrique et 1-énei,gie dérivée du Com- bustible avec un fonctionnement parfaitement stable.
Avec des fours contenant des charges relativement élevés et telles qu'une accumu lation considérable de chaleur intense est pra ticable, on peut ne faire usage du courant électrique due d'une façon intermittente pen dant les périodes du jour on ce courant peut être acheté à bon compte. Cependant, ce courant peut être employé efficacement en maintenait une tenupcrature et une capacité de production moyennes élevées par des ap ports intermittents (le quantités de chaleur intenses.
Le procédé petit être mis en pratique avec les brûleurs à combustible gazeux, li quide ou pulvérulent communément employés sous les chaudières à Vapeur, ce qui donne des tenipérattires plus élevées et particulière ment un fonctionnement plus stable lorsqu'il est fait usage de combustible de qualité in férieure.
Dans cette application et dans d5au- tres applications de l'invention, il n'est pas nécessaire que les électrodes traversent les tuyères. Elles peuvent passer obliquement à. l'intérieur de la flamme de combustion, un peu au delà de l'entréniité de la tuyère.
Avec une seule tuyère à combustible et par con séquent avec une flamme unique, deux élec trodes sont employées dans la flamme, Finie d'elles étant située plus près de la tuyère que l'autre.
Des substances destinées à. être soumises à la chaleur intense résultant des aies et des flammes peuvent être introduites par les tuyères à l'état gazeux, liquide ou granulaire ou être incorporées aux électrodes. Lorsqu'il est fait usage de courant continu à haute ten sion, on petit tirer parti d'effets électrolyti- qties dans les arcs. L'introduction dans la flamme des vapeurs de certaines substances augmente la conductibilité électrique et amé- liore l'action de formation d'arc stable des flammes.
Des substances granulaires conte nant de l'humidité ou des gaz à l'état ins table se rompent et se divisent à tir) degré de finesse beaucoup plus grand lorsqu'elles sont introduites dans les flammes. Par exemple, oit obtient de la chaux vive à l'état de poudre fine en faisant passer de la pierre à chaux granulaire à travers la tuyère et dans la flainine de combustion.
Il est évident que les phases du procédé ainsi que les dispositions de l'appareil peu vent être modifiées saris s'écarter de l'esprit de l'invention.
Les tuyères peuvent être formées d'une matière réfractaire autre que le métal, et le refroidissement de la tuyère n'est générale ment pas nécessaire lorsqu'il est fait usage d'un combustible liquide. Les blocs de sup port 43 peuvent être en métal, un isolement convenable étant prévu lorsque les blocs et les tuyères sont les uns et les autres métalliques. Un bloc unique peut être prévu avec une série de canaux pour recevoir plusieurs tuyères et constituer avec elles un ensemble unique.
Un contact particulièrement intime entre les flammes de combustion et les électrodes petit être obtenir en substituant à titi crayon unique un faisceau de petits crayons; les gaz de la flamme de combustion étant projetés en partie à travers les interstices compris entre les crayons et en partie à travers l'espace compris entre le faisceau et la cavité interne de la tuyère. Si oit le désire, une ou plusieurs des tuyères à électrodes d'un ensemble peu vent être supportées de façon pivotante pour faire varier l'angle de convergence entre les électrodes. Ces modifications et beaucoup d'au tres rentrent dans le cadre et la portée de l'invention.
Method and apparatus for heating by a combination of combustion flames and electric arcs. The invention relates to a method of heating by combination of combustion flames and electric arcs, for all kinds of purposes, thermal, thermochemical and electrochemical, and to an apparatus for carrying out this method.
Following the latter; the arc is directed by blowing gas into and along the jet of the combustion flame, the body from which the arc emerges being distinct from that from which the projected fuel exits, and the blowing speed being such that l The arc cannot come back on itself and reach the body from which the fuel is thrown.
The invention allows the use of relatively large combustion flames with a relatively low proportion of electrical energy. Combustion flames can be reducing, neutral or oxidizing and the current <I> can </I> be direct or alternating, but will advantageously have a relatively high voltage.
The appended drawing represents, by way of example, various embodiments of the apparatus for the implementation of this process.
Fig. 1 is a longitudinal axial section of a nozzle with an internal electrode; Fig. 2 is a cross section along 2-2, FIG. 1; Fig. 3 shows a preferred way of bringing water to the nozzle or to any other part of the apparatus which it is desired to cool with water, and of discharging it. <B>; </ B> Fig. 4 is a plan of an apparatus with three nozzles fitted with electrodes and using three-phase current;
Fig. h is a plan of a two-nozzle apparatus with electrodes suitably arranged to operate with the aid of electric currents of different kinds and shows the connections of the nozzle-electrodes and of a room that flames the fuel and the arc strike;
Fig. 6, 7 and 8 show the application of the invention to a melting furnace, FIG. 6 being an elevational view in section, axial, vertical, partial, FIG. 7 a following vertical section. 7-7 (fis. 5), and the fi-. 8 held. horizontal cut along the broken line 8--8 (fis. 7).
In these figures, it designates the nozzles by which a combustible substance and Lit) gas suitable for sustaining combustion are projected together to form ale jets. flame (combustion 12.
Each .tube, in these examples, is metal cry and. is provided with double walls forming a closed chamber 13 in which cooling water can circulate.
The fuel and air could be led separately to the outlet end of the nozzle to be <B> mixed there, </B> would have a simpler arrangement and obtained by introducing them together at the rear end of the cavity 14 of the nozzle. An intake pipe 14 @ having the shape of a Y cooperates with the cavity 1.1 to form a torch which receives the fuel via a pipe <B> 15 </B> provided with
d 'titi tap 16, these parts being.-adorned with the inlet of the torch by a hollow electrical insulator 17. The pipe 15 is fed by pipe trick 18 (see fis. 6) which may be the pressure manifold;
common ion when a liquid or gaseous fuel is used. In the case of a pulverulent fuel, the pipe 18 should be provided with means, such as a rotating screw,
to facilitate the introduction of said fuel into the intake duct 14z. The air or other oxidizing gas is con ducted titi torch by a pipe 19, a valve 20 and an electrical insulator 21.,
the source being constituted by a pressure pipe 22 ?. An electrical terminal 23 and a lead wire .'34 connect the nozzle to a soui1ce (the appropriate electronic force.
In the cavity 14 of each nozzle 11 is disposed an electrode 5 which may be a bar, masçive or coal or graphite pencil,
A metallic tube lined with carboniferous material or metallic mesh, cooled by fluid and having a replaceable arc-bursting particle. By providing threaded ends 26 of the rods or the lined tubes, or small securing new bar sections,
summer. at the external ends (the electrodes, the remaining bar fractions, being, potash towards the front and completely consumed. For as.u- rt # r tut drink electrical contact between the electrode and the nozzle, thus said to prevent untimely movement of the electrode,
the nozzle is provided with a tube <B> 27 </B> of suitable dimensions to enable it to adapt fairly exactly to the electrode, so that the latter can slide there with gentle friction when the the apparatus is used in a working oven. Turkish, pressure higher than atmospheric pressure:
external hexti-etnity said tube 27 is provided with a prcsse-etotipe 2 # _% The tube 27 is extended to the air beyond the nozzle II by a refractory part 29 which protects the electrode from excessive oxidation by the flame 12.
In order to deliver cooling water to the nozzle 11, there are means by which (the water is conducted both to the nozzle and <t away from the nozzle as discontinuous currents arranged (such that there is no connection
between the water supply device and the end nozzle and between the nozzle and the discharge device (water on the other hand.
If 1'01i refers to the fis. 3, and <B> t </B> -tui, îe, <B> to </B> in fig. ', we see that a.-if, parit. <B> 1 1 </B> water supply pipe 31 from air) water supply manifold 30 ends with a nozzle 33 capable of dividing the water delivered in the form of a jet 34 composed of small drops.
rit tap 3. '' J ext interposed on pipe 31 and used to regulate the quantity of water delivered in the form of a jet. The delivered water falls through a funnel 35 and is led to the nozzle 11 through a pipe 36.
The waste water leaving the nozzle II is delivered by a fz, eûat similar to the (üslio # itif (the evacuation by a pipe 37, a nozzle 3- #, shot) jet 39, a funnel 40, a pipe 41 and titi exhaust manifold 42.
In the furnace construction shown, each of the nozzles is electrically isolated from the construction and supported by an insulator 43 which is a thermally refractory material which can be constructed directly into the masonry of the hay. The wall of the insulator cavity is grooved,
that is to say present (the grooves 44 and ribs 44 # I altering, the latter bearing against the electrode tubes and supporting them close. The insulators extend inside the furnace to the ends of the nozzles to protect them against overheating likely to result from radiation from the interior of the furnace, and this extension also provides greater electrical insulation by providing a larger electrical insulation surface.
The outer ends of all the nozzles and the electrodes are enveloped by a wind box 45 which receives air through a pipe 45 \ 1 from a suitable source constituted for example by a centrifugal fan or by a rotary compressor. The air leaving the air box 45 passes to the furnace through the grooves 44 and constitutes the secondary air ensuring the complete combustion of the fuel projected by the nozzle with the primary air and the combustion of non-oxidized gases generated by the nozzle. inside the oven. This secondary air cools the nozzles, and the wind box 45 protects the operators against the danger that may result from the contact of the parts traversed by the current, given that it envelops these parts.
A suitable sight glass 46 is preferably provided in the pivoting cover 47 of the box. The door 47 preferably actuates a contact 48 connected in circuit with a relay on the main switch, the power and relay circuits being arranged so that the electrical parts located inside the wind box are not traversed. current only when the relay circuit is formed. When door 47 is opened, the relay circuit opens at contact 48 and the switch opens automatically. If this switch inadvertently closed it would not stay closed.
The insulated electric wires enter the box 45 through a 48n metal conduit and, for the safety of the operator and the device, the windbox 45, the conduit 45 # I and the con duit 48 # I are earthed. The cavity of the nozzle 11 is contracted at its end. internal to constitute a narrowing 49; this narrowing is useful for the use of liquid fuel; it is not necessary when gaseous or powdered fuel is used.
The constriction 49 is formed by mounting a sleeve 50 on the sliding tube 27 at the junction of this tube with the refractory extension 29, which sleeve may constitute the coupling between the sliding tube and the extension. The sleeve 50 is centered in the nozzle 11 by narrow ribs and little protruding 51. The combustible liquid, for example oil, enters the Y connector 14-1 through a pipe 15, mixes with the primary air in its passage inside the cavity 14 of the nozzle, is atomized or finely divided by this air, and enters the combustion flame as it exits the constriction 49.
Figs. 6, 7 and 8 show an oven which comprises a chimney or tank 52 and a hearth 53 and which is one of the various types to which the invention can be applied. The material to be treated 54 descends inside the tank in which it is subjected to a preliminary heating and to a beginning of melting, the melting ending in the hearth or crucible 53 where the physical and chemical transformations take place. finals. This fireplace is provided with a tap hole 55 and a guard 56.
If sufficient space is provided for the combustion of the fuel, the dimensions allow the projection of relatively long arcs 57 and the use of the usual voltages of electric current distribution networks. In practice, good results have been obtained with electromotive forces varying from 600 to 6000 volts both in alternating current and in direct current.
As shown in Figs. 4 and 6, it is not necessary that the electric arcs reach the material treated in the furnace; they can join each other and play in the space above the bath. With three-phase alternating current, a set of three electrode nozzles is advantageously employed, each phase of the supply circuit being connected to an individual nozzle.
Although a neutral connection is not required, the bath can be connected in the usual way to neutral if a neutral connection is available. It is also possible to use a combination of two nozzles with electrodes and it is shown in FIG. b various arrangements for supplying the electrodes with current in one or more phases.
The arc can be formed in space or come up against an obstacle by its fork, which obstacle, constituted for example by the material to be treated, can be connected to the neutral of a three-wire direct or alternating current circuit.
To start the apparatus, the electrode tips are placed at a >> elm distance from the ends of the nozzles, and fuel and air are admitted inside the nozzles, the flame of the nozzle. the com- hti,; tion being ignited by any suitable means and the supply valves being adjusted to provide a fairly stiff flame current burning around and beyond the electrode tips.
When the main switch is closed, the electric arcs jail smooth from the end of each electrode <L inside and along the respective combustion flames until they meet or come. strike a contiguous surface. The speed at which the fuel mixture is projected must be such that the arcs cannot return on themselves along the flames and reach permanent parts of the fire.
installation. Satisfactory results are obtained with the aid of arcs whatever the type of combustion flame, whether this flame is reducing, neutral or oxidizing;
but, in the case of an oxidizing flame, electrodes with metallic tubes lined with carboniferous material are superior to ordinary charcoal or graphite pencils because they are more resistant to oxidation. As the electrodes wear out, the current is adjusted by advancing the rods manually or with a suitable electromagnetic device.
It is usually preferable to supply the major part of the energy by fuel and to use only the small fraction of electrical energy which is necessary to ensure the desired increase in temperature combined with the temperature:
excessively high arc. The invention allows the application of any desired ratio between electrical energy and 1-energy derived from the Fuel with perfectly stable operation.
With furnaces containing relatively high loads and such that a considerable accumulation of intense heat is practicable, one cannot make use of the electric current due intermittently during the periods of the day when this current can be purchased at. good account. However, this current can be used effectively by maintaining a high average tenupcrature and production capacity by intermittent input (the intense heat amounts.
The process can be practiced with the gaseous, liquid or powdery fuel burners commonly employed under steam boilers, which gives higher tenipers and especially more stable operation when using quality fuel. lower.
In this application and in other applications of the invention, it is not necessary for the electrodes to pass through the nozzles. They can pass obliquely to. the interior of the combustion flame, a little beyond the gap of the nozzle.
With a single fuel nozzle and therefore with a single flame, two electrodes are employed in the flame, no more of them being located closer to the nozzle than the other.
Substances intended for. being subjected to the intense heat resulting from the airs and flames can be introduced by the tuyeres in the gaseous, liquid or granular state or be incorporated into the electrodes. When high voltage direct current is used, advantage can be taken of electrolytic effects in the arcs. The introduction into the flame of the vapors of certain substances increases the electrical conductivity and improves the stable arcing action of the flames.
Granular substances containing moisture or gases in an unstable state rupture and divide with a much greater degree of fineness when introduced into the flames. For example, oit obtains quicklime as a fine powder by passing granular limestone through the nozzle and into the combustion flainin.
It is obvious that the phases of the process as well as the arrangements of the apparatus can be modified without departing from the spirit of the invention.
The nozzles can be formed from a refractory material other than metal, and cooling of the nozzle is generally not necessary when liquid fuel is used. The support blocks 43 may be of metal, with suitable insulation being provided when the blocks and nozzles are both metallic. A single block can be provided with a series of channels to receive several nozzles and constitute with them a single assembly.
A particularly intimate contact between the combustion flames and the small electrodes can be obtained by substituting for a single pencil a bundle of small pencils; the gases of the combustion flame being projected partly through the interstices included between the rods and partly through the space between the bundle and the internal cavity of the nozzle. If desired, one or more of the electrode nozzles in an assembly can be pivotally supported to vary the angle of convergence between the electrodes. These modifications and many others are within the scope and scope of the invention.