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.