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: npROCEDE ET APPAREIL POUR LA REDUCTION . OU FUSIPN HE MATIERHrS ZINCIEERBS" t:.."
La présente invention concerne la réduction, ou fusion, de matières zincifères et elle a pour objet un pro- cédé et un appareil permettant d'effectuer cette opération dans de meilleures conditions que jusqu'à présente
Le zinc lorsqu'on le produit par la réduction à hautes températures de minerais de zinc oxydés , est
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presque universellemeïit fait , à l'heure actuelle dans des fours à distiller le zinc ayant un certain nombre de cornues , relativement'petites ,
aux bouts externes desquel- les des petits condenseurs sont attachés* Les cornues sont habituellement montées sous une légère inclinaison en étant
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usuellement inclinées de haut en bas de leur gros bout, ou extrémité close , vers le bout ouvert ou externe. Les cor- nues sont faites en matière réfractaire. cotise, la terre ré- fractaire, le carbure de silicium , etc., et sont chauffées extérieurement par des gaz de foyer à une température avoi- sinant 1400 à 15000 Ce* Dans le fonctionnement de ces fours, on charge les cornues (habituellement une fois par 24 heures) de minerai de zinc et de houille.
La partie de la charge à travailler la première est la couronne de charge immédiate- ment adjacente à. la paroi interne , chaude ,de la cornue.
Pendant le travail de cette couronne ,sa température ne s'élève pas beaucoup au-dessus de la température à laquelle la charge particulière à laquelle on a affaire se réduit activement. car l'énergie thermique est consommée pour produire la réduction Bais, lorsque la couronne de charge est en grande partie, travaillée, la température de la charge travaillée s'élève parce qu'il ne se produit que peu, sinon pas, dautre absorption de chaleur.
A mesure que la température de cette couronne augmente, de la chaleur commende à passer plus rapidement dans la couronne de char- ge immédiatement suivante vers l'intérieur, où elle est à son tour obsorbée à la température active du niveau de ré-é action* En travaillant ainsi progressivement les couronnes concentriques internes de charge et en continuant à chauffer les couronnes externes de charge épuisée ou résidu, en en élevant davantage la température, le travail de la charge progresse finalement Jusqu'au centre ou coeur de la cornue6
Les couronnes de charge travaillées progressive- ment consistent' pour la majeure partie, en cendre de houille épuisée et en minerai de zinc épuisé.
La cendre de houille épuisée, qui est très lâche.et cellulaire comme conséquence du fait que le carbone en a été brûlé, et le
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minerai de zinc épuisé qui est également très lâche et cellulaire comme conséquence de ce que le zinc en a été volatisé, constituent un calorifuge, des plus efficaces et la température de la paroi de la. cornue doit par conséquent être élevée très haut afin de chasser à travers ce résidu calorifuge et dans le coeur de la cornue , dans un temps donné, la chaleur nécessaire pour réduire le minerai qui se trouve dans ce coeurs Dans le cas de la cornue à zinc ordi- naire (de 15 à 23 centimètres de diamètre) fonctionnant avec une charge lâche, ou non agglomérée, c'est une opération d'unejournée (approximativement 24 heures).
Mais, même avec cette longueur de temps allouée pour la pénétration de la chaleur, la. température de la paroi de la cornue nécessaire pour chasser ou faire passer la chaleur dans le coeur de la charge est si élevée que le minerai et la cendre de houille épuisés qui se trouvent dans la couronne externe, voisine de la paroi de la cornue, fondent et se scorifient en collant à cette paroi, ce qui retient ainsi la charge, abaisse la conductibilité, pour la chaleur,
de la paroi de la cornue et-rend difficile l'enlèvement de la charge épuisée*
On éprouve une difficulté considérable à enlever des cornues les résidus épuisés'que l'on doit tirer ou ra- cler de la cornue avec-un outil spécialement construit à cet effets Ces résidus épuisés sont fréquemment scorifiés et forment des adhérences très indésirables aux parois des cornues. En plus de la difficulté du chargement et du déchar- gement des cornues et de la longue période de temps = 24 heures pour le travail complet d'une charge de cornue = que nécessite l'opération d.e réduction, cette façon de faire ha- bituelle antérieure est loin d'éliminer complètement le zinc
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disponible de la matière zincifère de la charge.
Une quanti- té relativement grande de ce zinc non éliminé reste avec les résidus épuisés et est perdue.
A la connaissance des auteurs de la présente in- vention; les chambres réductrices dans les fours à distil- ler le zinc habituellement employés jusqu'ici dans l'indus- trie, ont été universellement construites en matière réfrac- taire, ou garnies de matière réfractaire comme la terre ré- fractaire, le carbure de silicium, etc.* La fabrication des cornues à. zinc usuelles exige de la part du céramiste la plus grande habileté et la fabrication, la préparation sub- séquente et la cuisson de ces cornues prennent des périodes de temps relativement longues*
Les progrès réalisés dans ces dernières années dans la fusion industrielle de minerais de zinc, pour pro- duire du zinc,
l'ont été en grande partie à deux points de vue, à savoir : 1*usage, dans la construction du four, de matériaux réfractaires plus résistants aux hautes tempéra* tures et le travail de charges moins aisément fusibles* Le développement de l'industrie dans ces deux directions a été motivé par l'appréciation générale du fait que plus le ni- veau de température auquel de la chaleur peut être chassée dans rne charge est élevé, plus on peut mettre de charge dans une cornue de dimension donnée et plus complètes sont la réduction et la volatilisation de la teneur en zinc du minerais
Afin dutiliser de la chaleur à des niveaux de température plus élevés, il était d'abord nécessaire de construire les chambres de chauffage, ou laboratoires,
dans lesquelles les cornues sont placées et dans lesquelles la chaleur est engendrée, en matériaux plus résistants aux tem- pératures élevées. En conséquence, on fit usage de meilleures
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terres réfractaires pour les supports des cornues et les voûtes des chambres, puis on substitua aux terres réfrac- taires 'des matériaux réfractaires entièrement différents à savoir : la silice et le carbure de silicium. Aujourd'hui la meilleure pratique consiste à faire usage de voûtes en silice dans le cas où la maçonnerie est refroidie sur l'un des cotés et de parois centrales en carbure de silicium dans le cas où toute la maçonnerie se trouve dans la zone chaude.
En même temps que la chambre de. chauffage était rendue plus résistante aux hautes températures, on perfec tionnait également les cornues. L'usage de meilleures terres ou argiles et, plus particulièrement, le plus usage de car- bure de silicium ont eu pour résultat la production de cornues qui supportent des températures beaucoup plus éle- vées qu'auparavant sans courbure, ou fléchissement, ni scorification. la seconde chose faite pour permettre de faire usage de températures plus élevées dans la fusion du zinc a été d'améliorer le minerai et le combustible réducteur carbonacé existant dans la charge mélangée, en vue de ren- dre la charge moins fusible.
En ce qui concerne le minerai, cela fut accompli par un meilleur broyage dans lequel une plus grande partie des constituants facilement fusibles et stériles sont séparés des minéraux de zinc. Un meilleur mé- lange de différents minerais a également amené une tendance moindre, de la part de la charge mélangée, à se fondre aux températures de fusion régnantes,, On a amélioré le combus- tible réducteur carbonacé en choisissant des matières à te- neur en cendres relativement faible aussi bien qu'en sépa- rant ou écartant des matières carbonioées à teneur en cen- dres relativement élevée.
Conséquemment, les auteurs de l'invention trou- vent que. les niveaux de températures des opérations de fu-
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sion de zinc ont beaucoup augmenté dans ces dix dernières années, en particulier dans les fours de fusion plus pro- gressifso En contraste avec cette pleine appréciation des avantages d'opérations à plus'hautes températures et avee la réalisation industrielle de ces avantages, la fusion du zinc à des températures plus basses, et particulièrement à des températures inférieures à 1200 C., n'a été que peu, sinon pas du tout, prise en sérieuse considération indus- trielle ni dans la pratique ni dans la littérature* Cela est indubitablement dû au fait qu'on n'a pas, jusqu'à pré- sent, jugé possible de travailler une grosseur économique de charge pour la.
production de zinc, même en un cycle de
24 heures, avec de la chaleur fournie à des niveaux de température inférieurs à 1250 à 1400 C.. En fait, ces températures élevées sont réellement nécessaires si l'on doit chasser de la chaleur à travers une charge et un ré- sidu lâches et fortement isolants tels que ceux qu'on ren- contre dans la pratique habituelle des cornues à zinc*
Les recherches et expériences des auteurs de l'invention ont montré qu avec des agents réducteurs et ca- pables d'activer le charbon, convenables, et dans les con- ditions voulues de finesse' de matières zincifère et car- bonacée et des conditions de mélange convenables, des quantités appréciables de zinc sont récites de ses com- posés à des températures inférieuresà 950 C.
et que le taux de dégagement de zinc devient important à environ 950 C. et peut être amené à un point tel qu'on peut fai- re une élimination de 90 pour cent, ou plus, en moins de 24 heures à des températures avoisinant 1050 C.. La ré- duction ou fusion à ces températures relativement basses est rendue entièrement industrielle en fournissant de la
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chaleur, à ce niveau de température, à une quantité suf- fisamment grande de charge sensiblement en même temps.
Cela est possible en agglomérant la charge de matières zincifère et carbonacée mélangées et en utilisant au maximum les trois façons d'assurer un transfert de cha- leur (à savoir : transfert rapide de chaleur par des gaz porte-chaleur passant avec une vitesse considérable à tra- vers les vides de la charge agglomérée ,rayonnement rapide de chaleur en travers-dès vides entre les agglomérés et bonne conduction de chaleur à travers des agglomérés indi- viduels rendus compacts) #
La présente invention implique en conséquence une réduction ou fusion d'une charge agglomérée de matière zincifère et de matière réductrice carbonacée, mélangées, en fournissant la chaleur nécessaire pour la réduction à un niveau ou potentiel de température n'excédant pas 1150 C.
Avec ces températures relativement basses, les auteurs de l'invention pnt, de plus, découvert que l'on peut conduire la réduction dans des chambres réductrices dans lesquelles celle ou celles de leurs parois qui sont exposées à la char- ge chaude et aux produits gazeux chauds s'en dégageant sont construites en métal et plus particulièrement en fer forgé ainsi qu'en alliages nickel-chrome, nickel-fer,' chrome-fer et nickel-fer-chrome. En conséquence, l'invention comprend en outre la réduction ou fusion d'une charge agglomérée de matières zincifère et réductrice carbonacée, mélangées, dans une chambre réductrice métallique dans laquelle la chaleur nécessaire pour la réduction est fournie à un niveau ou potentiel de température n'excédant pas 1150 C..
L'in- vention vise également un appareil perfectionné, pour fon- dre une charge agglomérée de matières zincifère et réductri- ce carbonacée, caractérisé par le fait que la ou les parois de la chambre réductrice qui sont expesées à la charge
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chaude et au:: produits gazeux chauds s'en dégageant, ou la ou les parois qui fournissent de la chaleur à la charge agglomérée, sont construites, pour la majeure partie, en métal..
Deux conditions ont une signification particuliè- re en rendant industriellement possible la réduction de matière zincifère aux-températures relativement basses qu'en- visage l'invention. La première de ces conditions implique qu'on fournisse la chaleur, à la température relativement basse de réduction, à une quantité relativement grande de charge en même temps;.
Dans la pratique, cela peut être ef- fectué en agglomérant la charge de matières zincifère et carbonacée et en conduisant l'opération de réduction dans une chambre de dimensions et de configuration telles que cela permette d'obtenir lavantage le plus complet possi- ble du transfert rapide de chaleur dans toute la charge par des courants de gaz chauds* La seconde condition impli- que qu'on.rende la charge mélangée de matières zincifère et carbonacée aussi aisément réductible que possible, en a- baissant par cela même la température à laquelle du zinc se dégage à un taux donné.
Cela peut se faire de diverses façons, par exemple en activant 1$agent réducteur carbona- cé, par exemple en carbonisant des matières carbonacées grasses ou bitumeuses, ou par 3'addition d'agents capables d'activer le charbon, comme la vapeur d'eau, l'hydrogène, les alcalis, le sel, l'oxyde de fer, etc., ou en ajoutait de l'hydrogène, de la vapeur d'eau, du chlorure d'ammonium, du chlorure de zinc, et.c, aux gaz passant à travers la charge, ou par un-broyage plus complet des matières zinci- fère et carbonacée, ou par un mélange plus intime de ces matières*
Bien que les avantages d'une fusion ou réduction à hautes températures soient importants et aient permis de
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réaliser des économies considérables dans la pratique,
une considération des économies possibles que l'on peut obtenir par une réduction à basse température rend cette dernière façon de procéder Nettement attrayante pour bien des rai sons. En premier lieu, une réduction à basse température, lorsqu'on considère les efforts mécaniques et thermiques, rend possible l'usage des parois métalliques pour la chambre réductrice, avec tous les avantages que présente le métal en raison de la facilité avec laquelle on peut l'usiner, le boulonner, le souder ou l'ajuster autrement en ensembles de dimensions considérables.
Le second avantage important d'une réduction à basse température, avantage qui a peut être même une impor- tance plus grande que le premier, c'est qu'elle rend pos- sible le travail, pour l'extraction du zinc de minerais )son marché, de mauvaise qualité, qui ont été considérés jus- qu'à présent comme inutilisables dans ce but en raison de leur tendance à entrer en fusion, à se scorifier, à se frayer un chemin à travers la cornue ou à couler réellement comme de 1 eau de l'avant des cornues lorsqu'on les fond aux niveaux de température relativement élevés qui ont prévalu jusqu'ici Dans la pratique de l'invention, il est possible, aux niveaux de température relativement basse qu'on y utilise d'éliminer 90 %, ou plus,
du zinc pré- sent dans les produits zincifères les plus réfractaires et,de la plus mauvaise qualité que les auteurs de l'in- vention aient rencons , et on obtient ce résultat en a- menant la charge agglomérée progressivement à travers la chambre réductrice sans aucune fusion ou scorification, quelle qu'elle soit, et en déchargeant les résidus encore agglomérés dans ce que le métallurgiste en zinc appelle- rait un état sec.
Un facteur important étroitement lié au second avantage de la réduction à basse température
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est le fait que des alcalis et autres matières, qui ont tendance à abaisser la température de fusion ou de sco- rification de la charge, ont également' un effet avantageux marqué sur le taux auquel le zinc est réduit aux basses températures* En travaillant à de basses températures, on peut réaliser le bon effet des additions d'alcali, et additions similaires, sans les effets ultérieurs préjudi- ciables de scarifier le résidu épuisé.
Un autre avantage important d'une réduction à basse température est qu'aux températures plus basses, il y a considérablement moins de volatilisation de matières qui gênent la condensation subséquente de vapeurs de zinc et diminuent la pureté du zinc receuilli. Ainsi, des subs- tances volatiles telles que les composés oxygénés du soufre le silicium et les sulfure de zinc, de plomb et de fer ont tendance à revêtir ou à modifier nuisiblement la surface des gouttelettes de zinc condensées dans le condenseur et à contrarier par cela même sérieusement la coalescence de ces gouttelettesa
Un autre avantage important d'une réduction à basse température est le fait que plus la température des chambres de chauffage et de réduction est basse, plus l'utilisation de la chaleur de la source, quelle qu'elle soit, qui peut la leur fournir est économique* De plus,
ces températures relativement basses permettent l'usage, pour la construction des fours, de matériaux moins réfrac- taires, et par conséquent moins couteux, et dans bien des cas meilleurs calorifuges*
Sur les dessins ci-joints on a représenté deux types différents de fours propres à la mise en prati que de l'invention. Nais il va sans dire que ce ne sont là
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que des exemples et que l'invention peut être mise en pra- tique dans d'autres types de four.
Sur ces dessins t
Figé 1 est une élévation de face en coupe et
Fig. 2, une élévation latérale en coupe d'un four à cornue verticale;
Fig. 3 est une élévation en coupe, à grande échel- le, de la partie supérieure du four de fig. 1 et 2 et du condenseur y associé;
Fig. 4 est une élévation en coupe longitudinale et
Fig. 5 une élévation en coupe transversale sui- vant 5-5 , Fig. 4 ,d'un four à sole horizontale mobileà
Le four représenté aux figs. 1, S et 3 comprend une cornue cylindrique verticale, suspendue, 10 en métal tel que le fer forgé* Cette cornue est entourée, sur la majeure partie de sa hauteur, par une chambre de chauffage, ou laboratoire, 11 qui est établie à l'intérieur d'une structure de four comprenant une chemise externe en acier 12,une couche de poudre de sil-o-cel 13, un garnissage intermédiaire 14, en briques de sil-o-cel ou leur équiva- lent, et un garnissage interne 15 d'une ou plusieurs cou- ches de briques d'"Insulfrax" ou leur équivalent.
Des ou- vertures appropriées sont prévues à travers la paroi de la structure de four pour permettre l'introduction de py- romètres 16 à l'intérieur de la chambre de chauffage 11 afin de déterminer et de contrôler d'une façon appropriée la température dans toute la longueur, ou hauteur, de cette chambre
Le four est monté sur une fondation appropriée 17.Un prolongement cylindrique 18 est boulonné, ou assujet- ti autrement d'une façon convenable, sur le dessous de la plaque refond en acier, du four et sert de guide pour un pro-
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longement de la- cornue 10 au-dessous du fond du four. Un transporteur à plateaux 19 est monté directement sous le prolongement 18 pour retirer du bas de la cornue 10 la charge travaillée, ou résidu épuisé, et la transporter de sous le four à des moyens de décharge appropriés.
On peut employer un moyen quelconque pour chauffer extérieurement la cornue métallique 10, en tenant dûment compte du métal particulier dont cette cornue est faite. Ainsi, par exemple, les produits de combustion obtenus en brûlant un combustible tel que houille, pétrole ou gaz, peuvent être conduits à travers la chambre de chauffage 11 autour de la cornue métallique 10 et à une cheminée appropriée On peut engendrer de la cha- leur dans la cornue métallique elle-même, comme dans un four électrique à induction, la cornue en métal agissant pour absorber et convertir en chaleur l'énergie électroms gnétique rayonnée d'un circuit électrique primaire l'entou- rapt Dans l'appareil représenté sur les dessins, ayant une cornue en fer forgé,
le chauffage de la cornue est de pré- férence effectué par des résistances en graphiter Les uni- tés de chauffage électrique comprennent trois paires de ré- sistances en graphite, 20 ,placées âmes niveaux différents dans la chambre de chauffage 11. Les résistances 20 sont creuses sur une partie appropriée de leur longueur et pré- sentent une rainure en hélice de façon à offrir un chemin de résistance hélicoïdal pour le passage du courant élec- trique. Les résistances 20 de chaque paire sont connectées ensemble sur l'un des cotés du four et, sur le côté opposé de celui-ci, les deux résistances sont connectées respecti- vement à des bornes opposées de la source d*énergie électri- que* .
Les résistances 20 sont supportées dans des tu- bes de carbofrax 21 dont les extrémités reposent dans les
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parois opposées de la structure de four et dont les milieux sont supportés sur des consoles 22. Les tubes 21 présentent, sur le dessus, des ouvertures 23.
Cette disposition des ré- sistances à l'intérieur des tubes en carbofrax produit un chauffage contrôle et uniforme dans toute la hauteur de la cornue 10. la partie supérieure de la cornue métallique 10 se prolonge à quelque, distance au-dessus de la partie su- périeure du- four Il est important que ce prolongement de la cornue 10 soit soigneusement isolé pour empêcher un rayon- nement excessif de chaleur et, plus particulièrement dans le cas d'une cornue en fer forgé, protéger la cornue contre des influences oxydantes* La partie supérieure prolongée de la cornue 10 présente un tuyau de sortie latéral 10', également en métal et de préférence soudé à la cornue, dans lequel s'adapte comme il faut un manchon cylindrique en graphite, 24,
qui sert à conduire à un condenseur multitubulaire les produits gazeux engendrés dans la cornue 10.
La*'cornue métallique 10 est suspendue, d'une fa- çon appropriée ..quelconque, à des poutrelles à double-té 25 de la carcasse du four. Une série d'équerres métalliques 26 sont boulonnées, ou assujettiesautrement d'une façon appro- priée, au sommet de la cornue, avec interposition entre elles et cette dernière de feutre d'amiante ou autre matière calo- rifuge appropriée 27, et à ces équerres est assujettie une couronne 28 qui repose sur les poutrelles 25et dont l'ouver- ture centrale est d'un diamètre un peu plus grand que celui de la cornue 10¯ Du feutre d'amiante, ou autre matière calori- fuge appropriée, 29 est de préférence disposé entre les sur- faces adjacentes des équerres 26 et de la couronne 28.
Une couronne métallique 30 est boulonnée à la cor- nue 10; à l'intérieur de celle-ci et au-dessus du tuyau de sortie 10'. De la matière calorifuge 31, comme l'amiante, est interposée entre la couronne 30 et la cornue. Un entonnoir
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renversé, en tôle, 32 repose sur la couronne 30 et l'espace entre la cornue et.cet entonnoir, au-dessus de la couronne
31,est rempli de pâte de charbon durcie 33.
Un obturateur ou cloche tronconique 34 est sus- pendu, de façon à pouvoir se mouvoir, à l'intérieur de la partie inférieure évasée de 1* entonnoir renversé 32. L'ob- turateur 34 est de préférence fait en graphite et sa surface inférieure est évidée et remplie de matière calorifuge 356
Une tige de commande 36 est assujettie, par son extrémité inférieure, à l'obturateur 34 et peut être soulevée et abais- sée pour charger la cornue* comme ce sera plus complètement expliqué ci-après.
La partie supérieure, prolongée de la cornue 10 et son tuyau de sortie latéral 10'sont entourés par de la pâte de charbon durcie 38. Un couvercle 37 en tôle, par exemple, est prévu pour le sommet de l'entonnoir 32 et le bord inférieur de ce couvercle se loge dans du poussier de houille 39 se trouvant à la partie supérieure de la pâte en charbon durcie 33. Un dispositif sensible µ. la pression 40 , passe à travers le couvercle 37 dans l'extrémité supé- rieure de l'entonnoir 32 et est relié à un manomètre 41 et à un instrument enregistreur de pression 42.
Cette partie pro- longée de la cornue 10, avec la couche de pâte de charbon 38 la renfermant, est entourée par du poussier de houille 43 convenablement retenu par une chemise en tôle 44,Une couche de poussier de houille 45 est également placée sur le dessus du couvercle 37.
Le condenseur multicellulaire représenté sur les dessins ci joints comprend une chambre distributrice de gaz et collectrice de métal fondue-¯469 ayant une entrée de gaz en communication avec la sortie de gaz 24 de la cornue 10.
Une tour ou colonne-, de condensation multitubulaire 47 est montée sur le dessus de la chambre 46, avec sa multiplicité
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de tubes ou canaux en communication avec la chambres La chambre 46 et la tour 47 sont construites en graphite et sont entourées par une couche de pâte de charbon durcie 48 qui, à son tour, est entourée par une masse de poussier de houille 49 convenablement retenue par une chemise en métal
50. Une hotte en tôle 51 couvre les orifices supérieurs, ou de sortie de gaz, de tous les canaux qui se trouvent dans la tour 47.
Le bord inférieur de la hotte 51 est enfoui au degré voulu dans le poussier de houille 49 l'entourant* La hotte présente, à sa partie supérieure, une ouverture dans laquelle on peut introduire des bouchons 52 ayant des orifi- ces centraux de grandeurs (graduées) différentes* Un disposi- tif sensible à la pression, 53 ,est introduit dans la hotte 51 et est relié à un manomètre 54 et à un instrument enregis- treur de pression 55.
La chambre 46 est pourvue, près de sa 'partie inférieure. d'un trou de coulée 56 à travers lequel du métal fondu peut être retiré du condenseur de temps à autres Le trou de coulée 56 'est normalement fermé par un bouchon in- terne, en graphites assujetti à une tige de manoeuvre 58 et un bouchon externe 59, en terre réfractaire ou son équiva lents La chambre 46 est également pourvue d'une ouverture de nettoyage, 60, normalement fermée par un bouchon interne en graphite, 61. et un bouchon externe, 62. Les bouts externes du trou de coulée 56 et de l'ouverture de nettoyage 60 sont de préférence recouverts de chapeaux 63 en matière colorifuge.
L'extrémité inférieure de la cornue métallique 10 descend à travers le garnissage du fond de la chambre de chauffage 11 et n*est pas supportée par ce garnissage, ou n'y est pas liée autrement, mais est. au contraire, libre de se mouvoir s'il le faut par rapport au garnissage* Cette extré- mité inférieure de la cornue est fermée, autour de sa circon- férence et en un endroit adjacent au garnissage du fond, par une couronne de briques ou maçonnerie de carbofrax, de pâte de charbon durcies de graphite, etc , 15' qui n'adhère pas sur la
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cornue.
On voit quainsi. la cornue-est supportée entièrement par son extrémité supérieure$'.et nest nulle peut ailleurs as- sujettie ni liée à la structure du four* la cornue est par conséquent libre de s'allonger, de se dilater ou de se con- tracter quand il le fauta
La partie supérieure de la Cornue métalliqueest soigneusement isolée pour empêcher les pertes de chaleur et est, de plus, soigneusement protégée contre des influences oxydantes et contre Inaction nuisible du zinc métallique con- denses Ainsi, bien que la cornue en métal soit chauffée au. rouge dans toute cette partie de sa hauteur* qui est exposée à la source de chaleur, et aux produits gazeux chauds de la ré- duction, sa partie supérieure est relativement froide et noi- re.
Le prolongement supérieur de la cornue est soigneusement isolé par du feutre d'amiante, ou son équivalent, de tous les milieux conducteurs de chaleur adjacents, ce qui réduit par cela même au minimum la perte de chaleur par conduction à tra- vers cette partie de la cornue* La pâtede charbon durcie 38 et 33 entourant les surfaces externe et interne de la partie supérieure de la cornue agit tant comme calorifuge (par rap- port au métal) que pour maintenir des conditions réductrices autour de la partie supérieure de la cornues Le dispositif de chargement, au haut de la cornue,, protège cette partie relati- vement froide de la cornue contre les influences du zinc con- densé.
La cornue métallique 10 peut être faite en fer for- gé, en acier, en alliage d'acier, etc.* Elle peut être faite de plusieurs éléments soudés ou assujettis ensemble d'une au- tre façon appropriée* On a obtenu des résultats très satisfai- sants avec une cornue en fer forgé à laquelle la chaleur, pour la réduction de la charge agglomérée, était fournie à une tem- pérature d'environ 1050 à 1100 C.. Divers alliages nickel-.- chrome-fer sont utilisables pour la fabrication de la cornue
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métallique 10.
C'est ainsi qu'on a trouvé que le "Hybnickel" convenait particulièrement bien pour la cornue métallique aussi bien. que le "Nichrome" et le "Duralloy" Les composi... tions approximatives de ces alliages sont les suivantes
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<tb> Hybnickel <SEP> Nichrome <SEP> Duralloy
<tb>
<tb> Nickel..... <SEP> 38 <SEP> % <SEP> 65 <SEP> 10
<tb>
<tb> Chrome.... <SEP> 17 <SEP> 13 <SEP> 25
<tb>
<tb> Fer........ <SEP> 55 <SEP> 22 <SEP> 61
<tb>
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/en Y,û Pour mettre I'invention/pratique dans le four re- Ir présenté aux figsô le 2 et 3, on agglomère la charge mélan- gée de matières zincifère et carbonacée et on la fait passer progressivement à travers la cornue métallique, ou chambre réductrice, 10.
L'agglomération de la charge mélangée, com- prenant la grosseur, la forme, la résistance et la manière de faire les agglomérés, aussi bien que la progression des agglomérés à travers la cornue sont eent conduites en vue d'assurer les conditions optima pour le rapide transfert de chaleur, par des courantes de gaz chauds, à travers la char- ge agglomérées, Ainsi, la charge agglomérée passe à travers la cornue sans brisement notable des agglomérés et les rési- dus travaillés sont déchargés du bas de la cornue selon que cela est nécessaire pour permettre de charger dans celle-ci des agglomérés frais, les résidus déchargés étant dans un état sec et pour la majeure partie sous la forme d'agglomé- rés.
Suivant la caractéristique de l'invention, la chambre de chauffage, ou laboratoire, 11 du four est mainte- nue à une température n'escédant pas environ 1150 C.. On y arrive en surveillant attentivement les températures régnant dans toute la chambre de chauffage, telles qu'elles sont in- diquées par lespyromètres, 16 et en réglant et contrôlant soigneusement les moyens: de chauffage pour maintenir ces températures dans des limites prédéterminées ne dépassant pas une température maximum d'environ 1150 C..
De cette ma
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nière, de la chaleur est fournie à la charge agglomérée à des niveaux, ou potentiels, de température non supérieurs à
1150 C. et en raison des conditions favorables existant dans la charge avançant progressivement pour le transfert de cha- leur dans toute cette charge par des courants de gaz chauds, la chaleur fournie à ce niveau de température relativement bas est rapidement amenée à toutes les parties de la chargea
La réduction, ou travail, de la charge agglomérée dans la cornue 10 est une opération sensiblement continue.
De temps à autre, suivant les besoins, on charge des agglo- mérés frais dans la partie supérieure de la cornue après a- voir déchargé du bas de celle-ci une quantité* appropriée de résidus épuisés* Pour charger des agglomérés frais, on sou- lève le couvercle 37 et 1*on remplit d'agglomérés le col de l'entonnoir de chargement 32.
On abaisse ensuite le couver... cle pour fermer le haut de l'entonnoir 32 et on abaisse l'ob- turateur 34 pour permettre aux agglomérés de tomber dans la cornue* On relève ensuite l'obturateur 34 et l'on répète cette suite d'opérations jusqu'à. ce que la quantité désirée .
de charge ait été introduite dans la cornue,,
Les opérations de chargement sont ainsi conduites avec le minimum de déperdition de gaz portant du zinc*
La fermeture initiale de l'extrémité de chargement de la cornue est effectuée par l'obturateur 34, s'appliquant dans la partie évasée de l'entonnoir 32, et la fermeture fi- nale est effectuée par le couvercle 37, avec son bord enfoui dans le poussier de houille 39 et sa couche supérieure de poussier de houille 45.
Les gaz chargés de métal sortant de la cornue 10 passent dans le condenseur multitubulaire où l'on maintient des conditions'appropriées de température et de pression pour une bonne condensation du méta?
L'exemple spécifique suivant illustrera plus complè- tement les principes de 1* invention mise en pratique dans un
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appareil de la disposition représentée aux figs. 1, 2 et 3; mais il va, sans 'dire que cet exemple n'est nullement limi- tatif.
La cornue 10 était un tube de fer forgé de 8 mè- tres 85 centimètres de long et 50 centimètres de diamètre intérieur, avec une épaisseur de paroi de 9 millimètres et demi* Le tuyau de sortie 10'avait 30 centimètres de diamè tre et était à environ 90 centimètres du haut de la cornue.
Le manchon en graphite. 24, avait 20 centimètres de diamètre.
La température dans la chambre de chauffage ou laboratoire
11 était approximativement de 1075 C..
La charge était constituée par approximativement
60 parties, en poids, de minerai de silicate de zinc fine- ment divisé(contenant de 45 à 50 % de zinc) et 40 parties en poids d'une houille grasse bitumeuse (contenant environ 18 % de matière volatile avec 3 % de liqueur résiduelle de la fabrication du papier par le procédé au bisulfite (50 % de solides). A peu près 80 % du mimerai de zinc passait à travers un crible de 8 mailles au centimètre linéaire. La houille grasse était pulvérisée de façon qu'approximative- ment 80 % passait à travers un crible ou tamis de 8 mailles au centimètre linéaire* Le minerai de zinc et la houille étaient placés dans un malaxeur tournant du genre de ceux employés pour le mélange de béton, et intimement mélangés.
Du malaxeur tournant, on déchargeait la matière directe- ment dans un moulin cMlien à sec et on la soumettait à l'action de malaxage et de broyage du moulin pendant quel- ques minutes. Du moulin chilien, la matière était amenée à une presse à briquettes et formée en briquettes par une for- ce de compression d'environ 140 kilos par centimètre carrés Les briquettes étaient à près sphériques et avaient environ 70 millimètres de diamètre*
On chargeait les briquettes, sans séchage, dans une cornue de carbonisation verticale, chauffée extérieure-
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ment, où on les soumettait à une température de carbonisa- tion d'environ 700 C..
Dans l'opération de carbonisation il est désirable de laisser dans le produit carbonisé ou transformé en coke, un pourcentage aussi élevé que possible des substances volatiles non condensables et, en même temps d'éliminer aussi complètement que possible les goudrons(,
Il résulte de Inaction de carbonisation que les particules intimement mélangées de minerai et de houille sont fermement tenues ensemble par l'action liante du coke formé dans l'o- pération de carbonisation*
Les agglomérés carbonisés étaient transférés, sans perte notable de chaleur,
de la cornue de carbonisa- tion à la cornue de fusion verticale et introduits dans celle-ci à l'allure d'environ 135 kilos à intervalles d'une heure et demies Le chauffage de la cornue était contrôlé de manière à maintenir sur l'extérieur de celle-ci une tempé- rature d'environ 1075 G. ; il ne se formait pas de scorie et il ne se produisait pas de fusion des agglomérés
Les. produits gazeux de la réaction, pour la ma- jeure partie des vapeurs de zinc et de 1*oxyde de carbone avec 0,2 à 0,8 % d'anhydride carbonique, passaient à travers le condenseur où les vapeurs de zinc étaient condensées, receuillies et périodiquement enlevées à l'état de zinc métallique.
Malgré que le chargement du four était inter- mittent (toutes les heures et demie) sa marche, dans l'en- semble, était continue, la cornue métallique 10 étant tou- jours remplie d'une charge agglomérée en cours de réductions
On retirait du bes de la cornue, avant chaque opération de chargement, la quantité de résidus épuisés nécessaire pour permettre le chargement subséquent d'envi- ron 135 kilos dagglomérés frais* Pour la plus grande partie
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les agglomérés, à mesure qu'on les déchargeait, conservaient leur forme briquetée originelle et étaient libres et non adhérents (ce que les. métallurgistes en zinc appelleraient un résida sec) (;
La quantité d'e zinc contenu dans ces rési- dus se montait en moyenne à environ 4 %, représentant ainsi une élimination ou extraction de plus de 90 % du zinc total contenu dans le minerai originel. 96 % du zinc éliminé ou extrait du minerai était condensé et receuilli sous la for- me de zinc métallique en plaques, les 4% restants étant pour la majeure partie récupérables sous forme d'oxyde de zinc et de poudre bleue&
L'appareil représenté aux figs.
4 et 5 comprend une sole mabile 64, du type des transporteurs à plateaux, constituant le fond d'une chambre réductrice relativement longue 65, de section rectangulaire, incorporée dans une structure de four appropriée, 66, ayant un carneau de chauf- fage 67 s'étendant par dessus la paroi supérieure, ou ciel, 68 de la chambre réductrice.
Conformément à l'invention, la paroi 68 est cons- truite en métal et faite de plusieurs sections ou éléments, avec joints hermétiques. Les bords adjacents des sections ou éléments métalliques se recouvrent de préférence et, si c'est nécessaire, -les joints entre les sections peuvent être remplis de mastic afin de rendre la paroi 68, dans son ensemble, sensiblement étanche aux gaz* On peut faire usage, pour la construction de la paroi ou ciel 68, de l'un quel- conque des métaux et alliages dont il a été fait mention ci-dessus comme convenant pour la paroi métallique de la' chambre réductrice* Puisque cette paroi métallique forme pont entre des supports, il est préférable de la faire en métal fondu, et, afin d'en empêcher l'affaisemsnt aux tem- pératures réductrices,
il est préférable de prévoir des ner- vures de renforcement transversales 68' à de fréquents in- tervalles, tous les 30 centimètres par exemple, sur toute
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la longueur de la paroi 68.
Des 'brûleurs 69 si étendent à travers la paroi (ou les parois) latérale du four dans le carneau 67 et les produits de combustion chauds venant de ces brûleurs passent à travers le carne&u à un conduit d'échappement 70 communiquant avec une cheminée 71.
Des pyromètres 72 sont
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/appropriés introduits en des pointdans le oarneau 67 pour détermi- ÙC( ner et contrôler la température des gaz de chauffage pas- sant .dans celui-ci*
Les plateaux du transporteur, à mesure qu'ils pénétrent dans la chambre réductrice en se déplaçant dans la direction indiquée par les flèches, sont recouverts d'u- ne couche appropriée de matière fine qui leur est livrée par une trémie 73, à 1* extrémité de chargement du four*
Des agglomérés travaillés ou épuisés sont livrés sur le lit de fines par une trémie 74 adjacente à la trémie 73.
Les agglomérés épuisés s'incrustent partiellement dans les fines et empêchent, dans la mesure où ils le font, l'en- fouissement dans ces fines d'agglomérés subissant la réduc- tion& La charge agglomérée de matières zincifère et réduc- trice carbonacée, mélangées, est livrée par une trémie 75, adjacente à la trémie 74, sur la couche (à peu près de l'é- paisseur d'un aggloméré) d'agglomérés épuisés.
La couche d'agglomérés épuisés interposée entre le lit de fines et la couche d'agglomérés, subissant la réduction, qui la recou vre assure la porosité voulue de tout le lit de ces derniers agglomérés et, psr conséquente le transfert efficace de chaleur par des courants de gaz chauds dans tout le lit de ces agglomérés* A l'extrémité de décharge du four, une nou..
velle quantité de matière fine est chargée par une trémie 76 sur les résidus épuisés à mesure qu'ils émergent de la chambre réductrice* ¯ Un tuyau de sortie de gaz 77 communique avec le haut de la chambre réductrice 65. près de l'extrémité de chargement, et s'élève à travers le carneau 67 et la ou les
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couches 78 de matière réfractaire d'étendant par dessus celui-ci.
L'extrémité supérieure de la sortie de gaz 77 communique par un passage horizontal avec le condenseur pour les vapeurs métalliques, Celles des portions de la sortie de gaz 77 qui s'étendent au-delà de l'influence pro- tectrice, pour la chaleur, de la structure du four sont re couvertes d'une masse appropriée, 79 de matière calorifuge telle que le poussier de houille, poussière de coke, etc.*
Le condenseur est du type à tour en charbon à canaux multiples tel que celuidécrit à propos des figso 1, 2 et 3,
et les éléments semblables y sont désignés par les mêmes chiffres de références
Les résidus épuisés et les fines sont déchargés du transporteur à plateaux sur un crible 80 à travers le- quel les fines passent tandis que les agglomérés glissent le long du crible et sont emmenés d'une façon appropriée. La matière fine passant à travers le crible est ramenée aux trémies à fines 73 et 76 en'les quantités relatives qui peuvent être nécessaire, Une quantitéppropriée des agglomé- rés épuisés ou travaillés est ramenée à la trémie 74.L'ex- trémité de décharge du four est renfermée par une chemise en métal 81 et toute poussière résultant de 1*opération de déchargement est amenée de la chemise 81 à la cheminée 71 ou à tout autre système collecteur de poussière convenable.
Dans la pratique de l'invention, l'appareil de figs. 4 et 5 fonctionne de la façon suivante : On contrôle et on règle soigneusement la température dans le carneau 67 de façon que de la chaleur soit fournie à la charge agglo- mérée qui se trouve dans la chambre réductrice 4 travers la paroi ou ciel métallique 689 à un niveau de température ne dépassant pas 1150 C..
Le transporteur à plateaux 64 se meut à une vitesse relativement lente dans la direction des flèches et à l'extrémité de chargement du four , il reçoit une couche de matière fine et une couche d'agglomérés
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épuisés sur laquelle est superposée la charge agglomérée à travailler* La charge agglomérée remplit sensiblement la chambre réductrice 65, au-dessus de la couche d'agglomérés épuisés, et est progressivement avancée à travers la cham- bre par le mouvement du transporteur à plateaux* De la cha- leur est transférée et conduite du ciel, ou paroi métalli- que supérieure, chauffé 68 à la charge agglomérée par des courants de gaz chauds* Le mélange de vapeurs de zinc métal- lique et d'oxyde de carbone (résultant de la réduction de la matière zincifère dans la charge agglomérée)
passe de la chambre réductrice, par la sortie de gaz 77, dans le con- denseur multitubulaire, ou à canaux multiples, en charbon où sensiblement toutes les vapeurs de zinc métallique se condensent en zinc fondu que l'on retire de temps à autre du condenseur par le trou de coulée 56.
Lorsque la ou les parois métalliques de la cham- bre réductrice sont faites en métal laminé ou travaillé, elles sont de préférence suspendues par en haut* Le métal laminé ou travaillé présente, à haute température, une cer- taine in suffisance relative de raideur en comparaison avec du métal fondu à haute température ;mais, lorsqu'il est suspendu, le métal laminé ou travaillé peut, aux hautes tem- pératures, se dilater ou s'allonger, d'une façon ininterrom- pue, vers le bas* De cette manière, on évite un affaissement, gondolement ou autre malformation de la paroi de la chambre et on peut utiliser pour celle-ci des parois plus minces.
Lorsque la chambre est faite de métal fondu, il est généralement préférable, en raison du poids du métal fon- du' et de sa rigidité aux hautes températures, de la supporter par en bas ou par son extrémité inférieure, en laissant l'ex- trémité supérieure libre denses mouvements pour une dilata- tion et une contraction. En faisant usage de métal fondu, on peut utiliser une paroi de chambre plus épaisse et cette paroi
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épaisse, combinée avec la rigidité plus grande du métal ion- du sous compression, permet de faire usage de températures plus ,élevées que cela n'est possible lorsque le métal est soua tension Lorsque la paroi métallique de la chambre forme pont entre des supports, le métal fondu est préférable.
La paroi métallique de la chambre peut être d'une seule pièce ou peut être faite de plusieurs éléments ou sec- tions convenablement réunis ou joints. -Avec des chambres ré- ductrices de dimension considérable, il est préférable de faire usage de plusieurs éléments ou sections pour établir la paroi métallique* Avec du métal laminé ou travaillé, ces éléments sont de préférence soudés ensemble tandis qu'avec du métal fondu, les unités sont simplement assemblées, à joints à recouvrement si on le désire et avec un mastic ap- proprié dans les joints si c'est nécessaire.
La chambre réductrice à parois métalliques, outre son prix de revient moindre et la facilité avec laquelle on peut construire de grands ensembles avec conduits de sortie de gaz latéraux, etc* offre cet autre avantage important sur les chambres construites en matériaux réfractaires que l'on peut procéder commodément à des renouvellements de la paroi métallique sans grande perte de.temps et, souvent, sans refroidir le four* Par exemple, une grande cornue ver- ticale non métallique installée dans sa chambre de chauffage prend des jours pour se refroidir suffisamment pour que des hommes puissent y entrer, la démolir et en construire une
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/d'outrés autre et il faut encore/de plus pour chauffer avec soin de jours 6 / manière à ne pas faire fendre, ou fêler, la structure avant rre5 qu'elle soit arrivée à la température de travail.
D'un autre coté, une cornue métallique usée peut être facilement tirée hors de la partie supérieure du four et remplacée par une cor-
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nue métallique neuve sans faire refroidir le four et avec, seulement, une courte interruption dans le fonctionnement de celui-ci: Une cornue métallique qui se' trouve mise hors de service en raison d'une mauvaise section de métal, d'un point chaud local, d'un coup de feu du à de l'air, ou pour toute autre cause, peut être retirée de la chambre de chauf fage et on peut souder une pièce ou une nouvelle section sur la cornue métallique et remettre en place dans la chambre de chauffage la cornue ainsi réparée, avec une interruption minimum.
Le métal possède cet autre avantage d'être capa- ble de supporter des chocs ou à-coups thermiques beaucoup mieux que les matières réfractaires. Ceci est particulière- ment important dans le cas où l'on pratique le chargement et le déchargement intermittents et où les agglomérés nouvelle- ment chargés sont relativement froids* Le métal à une autre avantage encore, par lequel il contraste avec les matières réfractaires, et qui est qu'il ne montre que peu de tendance à coller à des résidus adhérents et, par suite, offre le mi- nimumde, résistance à la progression de la charge agglomérée à travers la chambre réductrice
La façon de chauffer la chambre réductrice déter- mine dans une certaine mesure la nature du métal à utiliser pour la construction de la paroi de la chambre.
La plus grande latitude dans le choix de métaux est permise lorsque le laboratoire ou chambre de chauffage pour la chambre réduc- trice est rempli de gaz fortement réducteurs, comme c'est le cas par exemple lorsque le laboratoire est chauffé par des résistances en graphite, comme cela est représenté aux figs* 1, 2* et 3. Dans ces conditions fortement réductrices, le fer forgé se comporte d'une façon très satisfaisante.
Toute- fois, lorsque de la chaleur est fournie à la chambre réduc- trice par des gaz de foyer (tels que gaz de gazogène ou de haut-fourneau, ou gaz produits par la combustion de pétrole
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ou de houille, etc*,) il est préférable de construire la ou les parois métalliques de la chambre réductrice en alliages nickel-chrome-fer, ou leur équivalent, à cause de leur ré- sistance, à haute température, à des influences oxydantes.
Par "fournir de la chaleur à la charge à un ni- veau de température n'excédant pas 1150 C.", il faut enten- dre que c'est la température maximum de la chaleur imprimée à la charge à une phase.quelconque de son travail et en com- prenant, bien entendu, les résidus travaillés auxquels de la
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'r; . .. chaleur peut, ou doit, être fournie au cours de l'opération de réduction. Cela ne signifie pas nécessairement que la tem- pérature dans la chambre de chauffage entourant la chambre réductrice ne peut pas être supérieure à 1150 C., puisqu'il peut être avantageux, ou même nécessaire, que la température de la chambre de chauffage soit supérieure à 1150 C., afin de chasser la chaleur dans la charge au niveau de température de fonctionnement désiré, ne dépassant pas 1150 C..
Par exemple, il est possible, et avantageux dans le fonctionne- ment d'une cornue métallique verticale, que la chambre de chauffage soit à une, température un peu supérieure à 1150 C., en particulier dans cette partie où la charge qui se trouve dans la cornue contient un pourcentage relativement élevé de zinc et-où. la vitesse de gaz passant dans les vides de la charge est relativement grande, ce qui fait que le transfert de chaleur de la paroi de la cornue au centre ou coeur de la charge est très rapide Dans ces conditions, la paroi métal- lique de la cornue, étant donné le rapide enlèvement de chaleur de sa surface intérieure, ne peut même pas atteindre des températures de 1150 C. puisque l'absorption de chaleur par la charge qui se trouve dans la cornue au niveau de tem- pérature inférieur à 1150 C.
se fait aussi rapidement que de la chaleur peut être convoyée à l'extérieur de la paroi de la cornue8, Plus une charge passe vite à travers une cornue de
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