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"Procédé et four électrique pour le traitement de masses fondues. Il
La présente invention concerne les fours électri- ques dans lesquels la matière à chauffer sert de résistance électrique et elle vise en particulier les fours de ce genre destinés au traitement de matières, telles que les sels mé- talliques, dont la capacité et la conductibilité calorifi- ques sont relativement faibles en comparaison de celles de métaux et de substances métalliques. On rencontre,, dans les appareils destinés à cet usage, une difficulté considérable à amener à l'état de fusion homogène ou à maintenir à la température uniforme désirée toute la quantité de matière contenue dans le four.
La chaleur se localise dans le voi- sinage immédiat des électrodes, de sorte que seule une pe-
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tite partie de la matière reçoit son action et que cette par- tie peut être chauffée trop fortement ce qui conduit à une vaporisation dans certains cas, ou bien ce chauffage local intense peut provoquer la destruction des électrodes du four.
Une solution possible de cette difficulté consiste à rédui- re les dimensions du four, ou bien à agrandir les électrodes et à leur donner une forme telle qu'elles produisent une ré- partition uniforme du courant dans toute la matière à trai- ter. Mais une semblable solution n'est pas pratique à cause de la perte relativement grande de chaleur du système par les électrodes et les parois du four. La consommation de courant cesse d'être économique.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil de nature telle que le danger d'é- chauffement excessif local soit évité et que malgré cela la masse entière de matière soit maintenue économiquement à la température convenable en tous ses points.
On a découvert que pour un certain rapport minimum entre le courant et la surface de contact des électrodes avec la matière, c'est-à- dire pour une certaine densité de courant minime à la surfa- ce de contact entre les électrodes et la matière fondue, il se produit, dans la masse.en fusion, des mouvements tels que toute la chaleur nécessaire peut être fournie sans échauffe- ment excessif local et que cette chaleur peut être distri- buée de manière qu'une température relativement uniforme, correspondant à la température désirée, soit maintenue dans toute la masse.
Tandis que la densité de courant ne doit pas descendre en-dessous d'une certaine valeur, dépendant de la nature de la matière, elle ne doit pas dépasser une certaine limite supérieure car autrement des effets dangereux et des- tructifs d'échauffement local peuvent être produits. Pour la @
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réalisaticn de la présente' invention,'la forme des électro- des a de l'importance ainsi gue la conservation d'un rap- port convenable entre le courant et la surface de contact des électrodes avec la matière fondue.
On a représenté schématiquement sur les dessins annexés deux types d'appareils convenant pour la réalisation de la présente invention. La fige, 1 est une vue en plan d'une de ces formes d'appareil, la fig. 2 est une coupe verticale par la ligne 2-2 de la fige 1, la fig. 3 est une coupe ver- ticale faite dans une seconde forme de four suivant la pré- sente invention et la fige 4 montre à plus grande échelle une électrode convenant pour ce four. La fige 5 est une vue en partie schématique et en partie en coupe d'un four industriel avec ses accessoires. La fig. 6 est une vue en plan du bassin du four selon la fig. 5.
En vue d'expliquer l'invention on a représenté à titre d'exemple sur les dessins un four particulièrement destiné à la production continue de carbonate de soude fon- du ou de mélanges de carbonate de soude fondu et d'hydro- xyde de sodium. A est le bassin du four qui peut être fait en plaques d'acier, isolées extérieurement. Un courant al- ternatif à 60 périodes alimente les électrodes B qui sont de polarité différente et de préférence faite en acier.
Elles sont conformées et disposées dans le four de telle façon que, dans le cas envisagé la chaleur désirée s'ob- tienne avec une densité de courant d'environ 14 à 15 ampères par centimètre carré à la surface de contact des électrodes avec la matière. La matière solide à traiter est introduite de façon constante en 0 et le produit fondu est évacué en quantités équivalentes par le déversoir D, (tige. 1 et 2), Les électrodes B sont de préférence de section circulaire
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et d'un diamètre diminuant graduellement vers l'extrémité libre ou inférieure, comme le montre la fige 4. Une élec- trode de cette forme présente une densité de courant sen- siblement uniforme sur toute sa surface de contact.
Le fonctionnement du four peut être amorcé par l'introduction, dans le four, d'une petite quantité de ma- tière à l'état fondu, ou bien cette petite quantité de matiè- re fondue nécessaire, pour fournir le conducteur nécessaire entre les électrodes peut être produite sur place. A cet effet on peut rapprocher les électrodes plus fortement et les mettre en contact avec une partie de la matière humectée d'un peu d'eau, ou bien on peut produire momentanément un arc entre les électrodes B. A mesure que la fusion progresse, on augmente graduellement la distance entre les électrodes jusqu'à, ce qu'on atteigne les conditions régulières normales de fonctionnement.
Le dessin n'indique aucun moyen parti- culier de rapprocher ou d'écarter les électrodes, mais on peut adopter à cet effet toute disposition appropriée; les électrodes peuvent par exemple être montées sur pivots de façon à tourner autour d'axes horizontaux parallèles ou bien elles peuvent être montées dans des supports glissant horizontalement pour se rapprocher ou s'écarter l'un de l'autre. Lorsqu'on emploie des électrodes de dimensions et de forme convenables.et lorsque les caractéristiques du cou- rant sont convenablement appropriées a. la nature de la ma- tière en traitement, la masse fondue est maintenue par l'ac- tion du courant, en circulation suffisamment active pour qu'une répartition convenable de la chaleur se fasse dans tout son ensemble.
Un grand bain peut ainsi être maintenu à l'état fondu et à une température uniforme sans aucun échauffement local excessif et sans aucun refroidissement local susceptible de permettre à certaines parties de la @
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matière de rester solides.
Le liquide'en circulation peut être employé comme source de chaleur par exemple pour la fusion de nouvelles quantités de matière solide et cette façon de procéder est employée de préférence pour la production de carbonate de soude fondu ou de mélanges de carbonate de soude et d'hydro- xyde de sodium, la matière solide étant introduite de façon plus ou moins continue par le couloir 0 dans une masse de matière fondue maintenue à l'état permanent de fusion et de circulation dans le four A.
La forme du bassin A n'a pas d'importance parti- culière et l'on peut lui donner toute forme appropriée,
Il va de soi, comme on l'a indiqué ci-dessus,que la densité minima de courant requise dépend de la fluidité, de la viscosité et d'autres caractéristiques de la matière fondue, et sera différente pour des matières différentes.
Si par exemple la substance en traitement est du carbona- te de sodium ou du carbonate de sodium contenant en mé- lange de l'hydroxyde de sodium dans une proportion allant jusqu'à 30 %, on obtient des résultats satisfaisants avec une densité de courant de 8 à. 16 ampères, et de préférence d'environ 14 à 15 ampères,par centimètre carré de surface de contact entre les électrodes et la matière fondue.
La présente invention fournit une façon de procé- der et des appareils très commodes et économiques,pour.main- tenir des masses relativements grandes de sels, ou de com- posés ayant comme ceux-ci une faible capacité et une faible . conductibilité calorifiques,à l'état fondu et à une tempé- rature uniforme dans toute la masse. De plus, suivant la présente invention, ces matières peuvent être fondues en grandes masses et d'une manière continue avec une consomma-
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tion comparativement petite de courant.
On a indiqué aux figs. 1 et 2 une barre d'écumage E placée à la surface de la matière fondue entre les électro- des et la sortie D. Cette barre, bien que ne constituant pas une partie essentielle de l'appareil, présente dans bien des cas une utilité considérable et empêche la'matière non fondue d'atteindre le.déversoir ou l'orifice de sortie D.
Lorsqu'on emploie du courant triphasé, la barre E peut former l'une des trois électrodes, les deux autres étant formées par les tiges B. Lorsque le produit fondu est re- tiré, il peut être coulé dans des moules ou bien utilisé d'autre manière. Dans certains cas, lorsqu'on désire obtenir un produit en paillettes, la matière ne sera pas évacuée par le déversoir D, mais peut être soulevée hors du bain au moyen d'un tambour rotatif comme celui indiqué en F à la fige 2, ce tambour plongeant dans le bain et cueillant continuellement une mince couche de matière fondue qui se solidifie à mesure qu'elle se meut vers la partie supérieu- re du tambour. Un moyen approprié quelconque tel qu'un ra- cloir ou un dispositif équivalent (voir G, fig. 5) peut être employé pour détacher de ce tambour la matière en pail- lettes.
On peut modifier considérablement l'appareil sans s'écarter de la nature de la présente invention. La fig. 3 montre par exemple un bassin A' en forme d'entonnoir, qui constitue l'une des électrodes du circuit B, B', l'autre électrode B plongeant au centre de la masse fondue, sensible- ment de la manière décrite et représentée sur les figures 1, 2 et 4.
Il est à remarquer que le contact entre les élec- trodes et le bain fondu ne se fait pas simplement suivant une
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surface limitée tout au b.out de l'électrode, mais que ce contact se fait sur toute la périphérie de la surface de l'électrode plongeant dans le liquide. Ceci présente une importance considérable pour éviter une densité de courant suffisamment forte pour provoquer des effets locaux nuisi- bles et destructeurs aussi bien sur les électrodes que sur la matière en traitement.
On a représenté sur les figs. 5 et 6 une disposi- tion d'électrodes un peu différente de celle des figs. 1 à 3. Sur les figs. 5 et 6, l'une des électrodes présente la forme d'un U dont la partie incurvée est plongée dans le bain de matière fondue, tandis que deux autres électrodes plongent dans le bain sous la forme de deux doigts séparés.
On a représenté également sur la. tige 5 un organe d'alimen- tation H pour amener la matière solide jusque dans le cou- loir C, un mécanisme I-J permettant de régler le degré d'im- mersion du tambour F, ainsi qu'un dispositif K-L-M pour enlever et recueillir la matière solidifiée en paillettes, raclée du tambour F.
Il est à remarquer que, bien qu'il faille dévelop- per une certaine quantité de chaleur pour entretenir non seulement la fusion des substances en traitement, mais aussi une répartition convenable de cette chaleur dans les diffé- rentes parties de la masse fondue, dont la capacité et une conductibilité calorifiques sont relativement faibles, cette répartition de chaleur s'obtient suivant l'invention, non par un agrandissement des électrodes, mais plutôt par une réduction de leurs dimensions. Il semble donc qu'on opère - ainsi dans le sens d'une plus grande concentration locale de la chaleur et en opposition avec le principe généralement admis de la meilleure répartition de la chaleur.
Mais il se fait que pour les matières envisagées, l'augmentation de
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la densité de courant provenant de la diminution des dimen-- siens des électrodes dôme lieu, dans la matière fondue, à un mouvement suffisant pour provoquer une répartition con- venable de la chaleur dans toute la masse fondue prise dans son ensemble, et que l'existence de ce mouvement distribu- teur de chaleur est suffisante pour contrebalancer la tempé- rature, excessive en apparence, aux électrodes.
En d'autres termes, lorsqu'on emploie de plus grandes électrodes, les différences entre la température près des électrodes et celle d'autres parties de la masse fondue sont moins grandes, mais elles sont permanentes et tendent même à augmenter, tandis que lorsqu'on emploie des électrodes plus petites, bien que la différence de température en certaines parties de la masse-puisse être plus grande qu'en cas d'emploi de grandes électrodes, le mouvement produit dans la masse fondue est suffisant pour amener toutes les parties de celle-ci à peu près à la même température, en empêchant ainsi constamment toute production de différences de tem- pérature persistantes en différents points de la masse con- sidérée dans son ensemble.
On peut appliquer l'invention à des matières de différentes natures en déterminant la quan- tité de chaleur nécessaire et en réduisant ensuite les di- mensions d'une ou de plusieurs des électrodes jusqu'à ce qu'il se produise'au sein de la masse fondue un mouvement de circulation suffisant pour répartir le chaleur de façon convenable. Comme le montre par exemple la troisième électro- de E des figs. 1 et 2 et l'électrode B' de la fig. 3, il n'est pas nécessaire, pour la réalisation de la présente invention, que la densité de courant soit ainsi modifiée à la surface de contact de chacune des électrodes.