Four électrique. L'invention se rapporte à un four élec trique dans lequel on traite des matières so lides en présence d'un gaz à l'effet d'obtenir une réaction chimique. Quoique l'invention puisse être appliquée au traitement de bien des substances, elle est spécialement utilisée, mais non pas limitée, à la production de nitrure d'aluminium qui exige une haute température pont- que la réaction chimique puisse avoir lieu.
Le dessin ci-joint montre, à titre d'exem ple, un four électrique construit selon la pré sente invention.
Fig. 1 en est une section verticale, et fig. 2 en est une section horizontale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
Ledit four comprend un bâti avec une chambre de chauffe 10, octogonale (voir la coupe en fig. 2.) Il n'est pas absolument in dispensable cependant de donner cette forme à la section de la chambre de chauffe. Cette dernière est revêtue de blocs de charbon 11 entourés de briques conductrices 12 de com position spéciale.
A l'extérieur de celles-ci sont disposées des briques réfractaires, qui entourent également la partie supérieure et la partie inférieure de la chambre de chauffe: A l'extérieur de ces briques réfractaires, se trouve une couche de revêtement et autour de celle-ci une enveloppe métallique 17 qui recouvre aussi le sommet et le fond du four. Des piliers isolants 15, supportent le tout.
Deux conduits divergents 19 et 20 dé bouchent au haut de la chambre de chauffe. Ils alimentent celle-ci en matière à traiter, qui est sous forme de briquettes .composées d'alumine et de charbon en particules menues maintenues par un liant. Chacun des conduits 19 et 20 possède un embranchement 21 avec soupape.
Une électrode de graphite 23 traverse la chambre 10 en son milieu et dans le sens de sa hauteur. Elle est connectée à un col lier 24 auquel un conducteur électrique 25 est relié. L'électrode opposée comprend un anneau d'encerclement 26 en graphite situé près du milieu du four. Un revêtement de charbon s'étend en dessus et en dessous de cet anneau. Il est composé de couches super posées de blocs de charbon 11, serrés cri- ser-hle de m iüèi e à assurer un contact élec trique parfait.
L'anneau 26 est relié au cir cuit électrique précité au moyen de deux conducteurs de graphite coaxiaux 27 et 28 maintenus en contact électrique parfait avec l'anneau 26 et munis chacun, à l'extérieur du four, d'un collier 29, refroidi par de l'air provenant d'une tuyère 30 et connecté au câble électrique 31.
l'endroit oii les électrodes 27 et 28 passent au travers de l'enveloppe métallique extérieure et autour du collier 24, l'étanchéité est obtenue au moyen d'un joint 32 en ci ment d'amiante. Le refroidissement du four est assuré par un serpentin 33 noyé dans la partie supérieure de la masse des briques ré fractaires.
Dans sa partie inférieure, le four possède une paire de conduits tubulaires 3.1 et 35 communiquant avec l'intérieur du four par son ouverture inférieure, au travers de la quelle de l'azote chimiquement pur ou conte nant seulement un petit pourcentage d'oxyde de carbone est introduit sous pression dans le four.
Pendant son traitement, la matière pre mière est pratiquement continuellement ame née par les deus branches 19 et 20, et le produit est continuellement évacué depuis le bas du four: ces deux opérations se font sans permettre un échappement du gaz.
Lors de la mise cri train de l'appareil, la matière première., froide, ne permettra pas le passage d'un courant électrique d'intensité appréciable entre l'électrode centrale et l'élec trode annulaire. En d'autres termes, le cou rant ne prendra pas naissance, le circuit ne se formera pas. On amorcera alors le four au moyen de graphite.
Le courant, pendant la descente constante graduelle des briques, en passant d'une élec trode à l'autre au travers de la matière les séparant, chauffe cette matière en raison de la résistance qu'elle offre au passage du cou rant. Ce chaulage cependant est limité à la région des électrodes à cause de la plus grande résistance du charbon et de la résis- tanct_ plus grande des briquettes relativement froides entrant dans l'appareil. Le courant électrique ne passera pas non plus de haut en bas quoiqu'une partie du charbon de re vêtement et de la matière solide traitée soient au-dessous de l'anneau de contact.
Ceci est empêché par ce que la colonne de gaz relativement froid montant tient la tem pérature de la matière traitée -suffisamment basse, c'est-à-dire augmente la résistance de la matière suffisamment pour empêcher le courant de passer.
La matière première passant de haut en bas dans le four et le trajet du gaz étant de sens contraire, celui-ci se distribue de lui- même uniformément entre les briquettes chauf fées dans le plan des électrodes, permettant ainsi une réaction chimique complète.
La masse de matière froide descendante et la masse de gaz froid montante tendent toutes deux à confiner la zone chaude dans le plan des électrodes. L'électrode intérieure étant entièrement entourée de matière pre mière, celle-ci empêche un court-circuit. Le courant passera forcément en la chauffant pratiquement uniformément.
Du fait qu'un arc électrique n'est pas employé, il n'y a pas de combustion des électrodes, et du moment que le gaz employé n'a pas de pouvoir oxydant, il n'y a pas de détérioration chimique des électrodes. De plus, un faible excès de charbon est utilisé dans la matière première, ceci comme mesure de sûreté contre les effets chimiques indésirables sur le charbon du revêtement.
Electric oven. The invention relates to an electric furnace in which solid materials are treated in the presence of a gas in order to obtain a chemical reaction. While the invention can be applied to the treatment of many substances, it is especially used, but not limited to, the production of aluminum nitride which requires a high temperature for the chemical reaction to take place.
The accompanying drawing shows, by way of example, an electric oven constructed according to the present invention.
Fig. 1 is a vertical section thereof, and FIG. 2 is a horizontal section along the line 2-2 of FIG. 1.
Said oven comprises a frame with a heating chamber 10, octagonal (see the section in Fig. 2.) It is not absolutely essential, however, to give this shape to the section of the heating chamber. The latter is coated with carbon blocks 11 surrounded by conductive bricks 12 of special position.
On the outside of these are arranged refractory bricks, which also surround the upper part and the lower part of the heating chamber: On the outside of these refractory bricks, there is a coating layer and around it. ci a metal casing 17 which also covers the top and the bottom of the oven. Insulating pillars 15 support the whole.
Two divergent ducts 19 and 20 are blocked at the top of the heating chamber. They feed it with the material to be treated, which is in the form of briquettes composed of alumina and charcoal in small particles held by a binder. Each of the conduits 19 and 20 has a branch 21 with a valve.
A graphite electrode 23 passes through the chamber 10 in its middle and in the direction of its height. It is connected to a tie neck 24 to which an electrical conductor 25 is connected. The opposing electrode includes a graphite encircling ring 26 located near the middle of the furnace. A coating of charcoal extends above and below this ring. It is composed of superposed layers of carbon blocks 11, tightly squeezed to ensure perfect electrical contact.
The ring 26 is connected to the aforementioned electrical circuit by means of two coaxial graphite conductors 27 and 28 maintained in perfect electrical contact with the ring 26 and each provided, outside the oven, with a collar 29, cooled. by air coming from a nozzle 30 and connected to the electric cable 31.
the place where the electrodes 27 and 28 pass through the outer metal casing and around the collar 24, the seal is obtained by means of a gasket 32 made of asbestos cement. The cooling of the furnace is provided by a coil 33 embedded in the upper part of the mass of refractory bricks.
In its lower part, the furnace has a pair of tubular conduits 3.1 and 35 communicating with the interior of the furnace via its lower opening, through which nitrogen is chemically pure or containing only a small percentage of nitrogen oxide. carbon is introduced under pressure into the furnace.
During its treatment, the raw material is practically continuously born by the two branches 19 and 20, and the product is continuously evacuated from the bottom of the furnace: these two operations are carried out without allowing the gas to escape.
When starting up the apparatus, the raw material, cold, will not allow the passage of an electric current of appreciable intensity between the central electrode and the annular electrode. In other words, the current will not start, the circuit will not form. The furnace will then be primed by means of graphite.
The current, during the constant gradual descent of the bricks, passing from one electrode to another through the material separating them, heats this material by virtue of the resistance it offers to the passage of the current. This liming, however, is limited to the region of the electrodes because of the greater resistance of the carbon and the greater resistance of the relatively cold briquettes entering the apparatus. Electric current will also not pass up and down even though some of the coating carbon and processed solid are below the contact ring.
This is prevented by the rising column of relatively cold gas keeping the temperature of the material being treated low enough, i.e. increasing the resistance of the material sufficiently to prevent current from passing.
As the raw material passes from top to bottom in the furnace and the gas path is in the opposite direction, the gas distributes itself uniformly between the heated briquettes in the plane of the electrodes, thus allowing a complete chemical reaction.
The descending cold mass of matter and the rising cold gas mass both tend to confine the hot zone in the plane of the electrodes. Since the inner electrode is completely surrounded by raw material, this prevents a short circuit. The current will necessarily pass by heating it almost uniformly.
Since an electric arc is not used, there is no combustion of the electrodes, and as long as the gas used has no oxidizing power, there is no chemical deterioration of the electrodes. . In addition, a small excess of carbon is used in the raw material as a safety measure against unwanted chemical effects on the coating carbon.