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" Procédé de réduction par chargement hétérogène des manières premières en zones verticales alternées et supers- tructure de four permettant d'utiliser séparément on ensemble les avantages de ce procédé ".
On connaît un procédé de réduction avec chargement hétérogène des matières premières en couches horizontales altère nativement constituées de matières à réduire seules et de matières à réduire avec matières réductrices. Ce procédé a pour effet simple l'épanouissement latéral-continu du courant amené par l'électrode, mais ne permet pas de stabiliser la conductibilité moyenne de la masse en traitement à cause des
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coupures périodiques par les couches non conductrices de ma- tières à réduire seules.
On connaît également un procédé de réduction avec chargement individuel des matières premières en tranches ver- ticales alternativement constituées de matières à réduire seu- les et de matières réductrices également seules. Ce second procédé apour effet double l'épanouissement latéral-discontinu du courant amené par l'électrode et la stabilisation de la conductibilité moyenne de la masse en traitement, mais ne per- met pas d'assurer une réduction satisfaisante, parce que les tranches à réduire éohappent partiellement à l'action des tran- ohes réductrices par fusion prématurée au contact de pied avec le bain ,en formation.
Le premier de ces procédés convient aux fours à ré- glage de puissance par va-et-vient de l'électrode mais se révè- le insuffisant avec les fours à réglage de puissance par va- riation de tension, à cause du nombre considérable de coupures par jour infligées aux organes contacteurs des appareils de réglage:
Le second de ces procédés qui est malaisément appli câble au-x fours à réglage de puissance par va-et-vient verti- cal de l'électrode, convient aux fours à réglage par la ten- sion parce qu'il limite à quelques dizaines aes coupures par jour des organes contacteurs des appareils de réglage, mais il se révèle insuffisant dans tous les cas qui nécessitent une réduction pratiquement complète.
Le nouveau procédé de réduction, à épanouisse- ment latéral de courant, objet de la présente invention, con- vient à tous les fours, qu'ils soient à réglage par l'électrode ou à réglage par la tension, ainsi qu'à toutes les réductions, qu'elles soient partielles ou complètes :
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parce qu'il épanouit le courant plus efficacement que le premier et moins brutalement que le second; les avan- tages respectivement consécutifs étant une moindre perte de matières premières et une tenue meilleure du garnissage réfractaire ; , parce qu'il stabilise la conductibilité moyenne de la masse en traitement plus efficacement que le prémier et de façon plus homogène que le second; les avantages respective- ment consécutifs étant une fixité meilleure de la puissance et un moindre rayonnement de surface ;
parce qu'il évite les fusions prématurées de ma- tières à réduire, encore sensibles avec le premier, l'avanta- ge consécutif étant une régularité meilleure de la production.
Ce nouveau -procédé de réduction, à épanouissement latéral du courant, consiste en un chargement hétérogène des matières premières par zones verticales régulièrement alter- nées, caractérisé en ce que la moitié de ces zones épanouis- sent le courant jusqu'au garnissage de la cuve parce que constituées exclusivement d'un mélange conducteur de matières à réduire et de matières réductrices; l'autre moitié laissant le courant dans le voisinage de l'électrode parce que compQr- tant, en outre du mélange conducteur, des chargements complé- mentaires de matières à'réduire en forme de lentilles réguliè- rement espacées sur la hauteur de la masse en traitement.
Pour réaliser un tel chargement, il suffit, le volume du mélange conducteur étant établi dans le voisinage inférieur de 2 fois 1/2 celui des matières complémentaires et les points respectifs de ohute dans la cuve étant régulière- ment alternés autour de l'électrode, de provoquer d'abord la chute de deux volumes 1/2 de mélange conducteur, ensuite celle de I volume de matières à réduire complémentaires et ainsi le suite à la demande du four. Ce décllage de chutes peut Être
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obtenu à la main de manière déjà suffisante, mais demande pour une forme parfaite, un assujettissement électromécanique ap- proprié et 2 à 2, des organes respectifs de chargement.
L'invention pourra de toute façon être bien com- prise à l'aide de la description complémentaire qui suit et du dessin schématique ci-annexé, lesquels description et dessin sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
Fig. 1 est un schéma développé de la zone annu- laire, comprise entre l'électrode et les becs de ohargement, montrant comment se présentent respectivement les différents canes d'éboulis consécutifs à ce mode de chargement.
Figs. 2 et 3 sont deux vues respectivement en coupe élévation suivant 2-2 de la figure 3 et en demi-coupe en plan suivant 3- 3 de la fige 2 d'un four chargé selon ce pro- cédé de réduction à épanouissement latéral du courant.
Fig. 4 est une coupe brisée suivant 4-4 de la figu- re 2 montrant le trajet des matières premières.
Fig.5 5 et 6 sont respectivement à plus grande échelle, des coupes verticales et en plan du joint latéral étan- che entre plaques voisines d'adduction de courant à l'électrode,.
Suivant le procédé, objet de la présente invention; on voit, sur la figure I, que sur la sole I, les cônes de mé- lange conducteur 2 jetés par les beos 3 desservis par les vis 4 s'empllent sans interposition isolante en se rejoignant par leur base et que, dans les creux successifs ainsi obtenus, les cônes 5 de matières à réduire complémentaires, jetées par les becs! desservis par les vis 7, trouvent place, sans dé- border les sommets de cône de voisin, grâce à leur moindre importanoe volumétrique. Ceci a pour effet d'établir alterna- tivement des zones 8 ayant bonne conductibilité sur toute leur hauteur, parce que sans coupure isolante et des zones
9 de conductibilité réduite, parce que régulièrement coupées
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de chargements non conducteurs en forme de lentilles.
Les zones conductrices verticales ain si établies tiennent le milieu entre la masse en traitement du charge- ment hétérogène en couches horizontales et les tranches de coke du chargement individuel en tranches verticales, ce qui leur permet d'épanouir le courant plus loin et plus réguliè-. rement que ladite masse tout en évitant l'épanouissement trop brutal et trop de surface desdites tranches de coke.
Quant aux zones à lentilles, les interpositions de mélange conducteur, plus riche en coke que celui du char- gement hétérogène en couches horizontales, les mettent en me- sure d'éviter, aussi complètement que nécessaire, les fusions prématurées constatées surtout avec les tranches de matières à réduire seules, à leur contact de pied avec le bain en for- mation.
Si ce procédé de réduction à épanouissement laté- ral du courant qui vient d'être décrit convient à tous les cas de réduction et de réglage de puissance; ses avantages demandent toutefois, pour être acquis au complet, une superstructure de four appropriée (celle par exemple faisant l'objet des figures II, III, IV, V et VI) qui permet instantanément et à volonté, soit de récupérer les gaz et vapeurs éventuels de la réduction, soit de brûler ces gaz et vapeurs éventuels avec la quantité d'air juste nécessaire, soit de refroidir les pro- duits de la combustion avec un excès d'air, soit,enfin,de faire intervenir la vapeur d'eau ou tout autre réactif.
Les figures II, III, et IV montrent que les ma- tières premières, mélange conducteur 10 et matières a réduire complémentaires II, contenues dans des trémies doubles,, annu- laires et jointives, sont prises par des vis doseuses géminées et à hélices multiples 12 ( 3 hélices généralement ) qui les '
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poussent à la demande de réducteurs de vitesse commandés à la main ou par moteur, dans les becs de chute 13. cloi- sonnés dans leur milieu, pour établir dans la cuve de four la masse en traitement.
Dans cette masse,les matières à réduire complémentaires II ne se présentent pas en cônes à peu près réguliers, comme dans la figure schématique I, mais en cônes à base élliptique ou lentilles ovoïdes, réguliè- rement disséminés dans le mélange conducteur 10.
La multiplicité des hélices des vis doseuses ainsi utilisées est une nouveauté ayant piur avantage une multiplicité pareille des chutes de matières par tours de vis ; ce.qui permet de fractionner le nombre de tours sans inconvénient pour le rapport volumétrique entre matières premières.
Pour plus de régularité dans la répartition des lentilles, il convient de commander les réducteurs de vitesse, des vis doseuses géminées, par des moteurs électro- mécaniquement et respectivement assujettis de telle manière queß par exemple, à 2 tours 1/2 de vis du mélange réducteur doive obligatoirement succéder I tour de vis pour les lentilles et ' réciproquement. L'ensemble de ces assujettissements de vis doseuses géminées peut être mis en parallèle, à volonté, pour une alimentation d'ensemble après chaque piquage général de la masse en traitement.
L'assujettissement électromécanique ainsi défini est une nouveauté ayant pour avantage de régulariser le rapport volumétrique entre matières premières ainsi que la distribution de lentilles complémentaires; son mode de réali- sation pouvant varier à volonté.
Les figures II et III montrent également que la cheminée annulaire 14 munie de plaques refroidissantes à circulation d'eau 15. supportée extérieurement par le chapeau de four conducteur et intérieurement par le carter de connexion
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d'électrode également conducteur, permet aux gaz et vapeurs
16. issus de la zone de piquage ; soit d'être récupérés sans autre par las tubes habituels d'évacuation; soit d'être brûlés de justesse par l'air
17 provenant du joint 18 entre cercle d'appui de connexion d'électrode et sommet de chapeau de four, ouvert à volonté par simple déplacement vertical de l'électrode ; soit, enfin, d'être refroidis après combustion, par l'air supplémentaire 19 accédant à l'intérieur du four par enlèvement des tampons-regards.20;
ces tampons-regards permettent aussi d'introduire de la vapeur d'eau ou tout autre réactif approprié.
La cheminée annulaire, ainsi représentée, est une nouveautéayant pour avantages multiples : de supprimer toutes constructions latérales - aux fours parce que sa fixation rigide sur la base même du chapeau de cuve lui permet de supporter la totalité des orga- nes supérieurs tels que : trémies d'alimentation et leurs mécanismes, tubes d'évacuation des gaz, vapeurs, fumées et poussières, électrode et sa supension etc... de fermer efficacement les fours parce que ses liaisons au chapeau de cuve et aux becs de trémies ne comportent que dès brides libres de tous organes et entièrement accessibles :
de servir à la combustion des gaz et vapeurs, ou aux réactions complémentaires avec ces gaz et vapeurs, parce que ces deux doublages refroidis par circulation d'eau inter- disent tout échauffement nuisible de ses deux viroles ; de se prêter à toutes les injections d'eau
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pulvérisée, de vapeur d'eau ou réactifs appropriés parce qu'elle est libre de tous organes, à part les becs de trémies, sur les 3/4 inférieure de sa hauteur.
Le joint entre le cercle d'appui de connexion d'électrodes et le sommet du chapeau de four, ainsi ménagé, est une nouveauté ayant pour avantage double; de permettre le dosage ou la suppression de l'air de combustion ; de permettre toute manoeuvre éventuelle d'éleo- trode.
Les figures V et VI montrent enfin que l'étanchéi- té entre les plaques de contaot voisines est assurée par injec- tion ou "técalémitage" de pâte au sucre dans les tubes 21 loè gés dans le cercle d'appui de connexion d'électrodes et débou- chant dans les vides entre plaques par des trous 22 dépouillés vers l'extérieur.
Le joint de pâte au sucre entre les plaques voi- sines, ainsi figuré, est une nouveauté ayant pour avantage de permettre la fragmentation de l'anneau étanohe d'adduction de courant à l'électrode qui est habituellement d'une seule pièce; une seule pièce ne permettrait pas les électrodes de grand diamètre.
De l'ensemble des organes ou dispositifs nouveaux qui viennent d'être décrits, il résulte d'ailleurs une autre nouveauté de très grande importance : celle de pouvoir, instan- tanément, passer de la marche en fermé à la marche en ouvert et réciproquement, c'est-à-dire de pouvoir, instantanément, soit récupérer ou traiter chimiquement les gaz et vapeurs issus de la réduction, soit brûler ces gaz et vapeurs pour les rejeter dans l'atmosphère après refroidissement et dépoussiérage.
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Ces organes sont d'ailleurs moins nombreux et moins complexes que ceux similaires employés dans les deux premiers procédés de réduction avec épanouissement latéral du oourant cités dans le préambule de cette description* C'est ainsi, par exemple, que pour un four de 15.000 KW les compartiments de trémies sont au nombre de 36 avec le premier procédé, de 48 avec le second et seulement de 24 avec le procédé de la présente invention.
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"Method of reduction by heterogeneous loading of the raw ways in alternating vertical zones and furnace superstructure allowing the advantages of this method to be used separately or together".
There is known a reduction process with heterogeneous loading of raw materials in altered horizontal layers natively consisting of materials to be reduced alone and of materials to be reduced with reducing materials. This process has the simple effect of lateral-continuous spreading of the current supplied by the electrode, but does not make it possible to stabilize the average conductivity of the mass under treatment because of the
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periodic cuts by the non-conductive layers of materials to be reduced alone.
A reduction process is also known with individual loading of the raw materials in vertical slices alternately made up of materials to be reduced alone and of reducing materials also alone. This second process for effect doubles the lateral-discontinuous expansion of the current supplied by the electrode and the stabilization of the average conductivity of the mass under treatment, but does not make it possible to ensure a satisfactory reduction, because the wafers at reduce partially escape the action of the reducing slices by premature fusion on foot contact with the bath being formed.
The first of these methods is suitable for furnaces with reciprocating power regulation of the electrode, but is insufficient with furnaces with variable voltage power regulation, because of the considerable number of outages per day imposed on the contactors of the control devices:
The second of these methods, which is difficult to apply to furnaces with power regulation by reciprocating the electrode vertically, is suitable for furnaces with voltage regulation because it limits to a few tens. aes cuts per day of the contactors of the regulating devices, but it proves insufficient in all the cases which require a practically complete reduction.
The new method of reduction, with lateral flow of current, object of the present invention, is suitable for all furnaces, whether they are electrode-regulated or voltage-regulated, as well as all furnaces. reductions, whether partial or complete:
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because it spreads the current more efficiently than the first and less brutally than the second; the respectively consecutive advantages being less loss of raw materials and better resistance of the refractory lining; , because it stabilizes the average conductivity of the mass under treatment more effectively than the first and more evenly than the second; the respective consecutive advantages being better fixity of the power and less surface radiation;
because it avoids premature mergers of materials to be reduced, still noticeable with the first, the consequent advantage being a better regularity of production.
This new reduction -process, with lateral expansion of the current, consists of a heterogeneous loading of the raw materials by regularly alternating vertical zones, characterized in that half of these zones spread the current up to the lining of the tank. because they consist exclusively of a conductive mixture of materials to be reduced and reducing materials; the other half leaving the current in the vicinity of the electrode because it includes, in addition to the conductive mixture, additional loads of material to be reduced in the form of lenses regularly spaced over the height of the mass Processing.
To carry out such a loading, it suffices, the volume of the conductive mixture being established in the lower neighborhood of 2 times 1/2 that of the complementary materials and the respective points of ohute in the tank being regularly alternated around the electrode, to first cause the fall of two 1/2 volumes of conductive mixture, then that of I volume of additional materials to be reduced and so on at the request of the furnace. This fall can be
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obtained by hand in an already sufficient manner, but requires, for a perfect shape, an appropriate electromechanical subjection and 2 to 2, the respective loading members.
The invention can in any case be well understood with the aid of the additional description which follows and the appended schematic drawing, which description and drawing are, of course, given above all by way of indication.
Fig. 1 is a developed diagram of the annular zone, between the electrode and the loading spouts, showing how the various scree canes appear respectively following this loading method.
Figs. 2 and 3 are two views respectively in sectional elevation along 2-2 of FIG. 3 and in half-section in plan along 3- 3 of fig 2 of a furnace loaded according to this method of reduction with lateral expansion of the current .
Fig. 4 is a broken section taken on 4-4 of FIG. 2 showing the path of the raw materials.
Figs. 5, 5 and 6 are respectively on a larger scale, vertical and plan views of the watertight lateral seal between neighboring plates for supplying current to the electrode.
According to the method, object of the present invention; we see, in figure I, that on the sole I, the cones of conductive mixture 2 thrown by the beos 3 served by the screws 4 are filled without insulating interposition by joining at their base and that, in the hollows successive thus obtained, the cones 5 of complementary materials to be reduced, thrown by the nozzles! served by screws 7, find room without going beyond the neighboring cone tops, thanks to their lower volumetric importanoe. This has the effect of alternately establishing zones 8 having good conductivity over their entire height, because without an insulating cut-off and zones
9 of reduced conductivity, because they are regularly cut
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of non-conductive lens-shaped loads.
The so established vertical conductive zones hold the midpoint between the processing mass of the heterogeneous horizontal layered charge and the coke slices of the individual vertical sliced charge, allowing them to flow the current further and more evenly. . rement that said mass while avoiding too sudden expansion and too much surface of said slices of coke.
As for the lens zones, the interpositions of conductive mixture, richer in coke than that of the heterogeneous load in horizontal layers, enable them to avoid, as completely as necessary, the premature fusions observed especially with the slices. of materials to be reduced on their own, in their foot contact with the forming bath.
While this method of side-unfolding current reduction which has just been described is suitable for all cases of power reduction and adjustment; However, its advantages require, to be fully acquired, an appropriate furnace superstructure (that for example the subject of Figures II, III, IV, V and VI) which allows instantaneously and at will, either to recover the gases and vapors possible reduction, either to burn these possible gases and vapors with the quantity of air just necessary, or to cool the combustion products with an excess of air, or, finally, to bring in the vapor of water or any other reagent.
Figures II, III, and IV show that the raw materials, conductive mixture 10 and complementary reducing materials II, contained in double, annular and contiguous hoppers, are taken up by twin and multi-helix metering screws. 12 (usually 3 propellers) which '
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at the request of speed reducers controlled by hand or by motor, in the drop nozzles 13. partitioned in their middle, to establish in the furnace tank the mass under treatment.
In this mass, the complementary materials II to be reduced do not appear in more or less regular cones, as in schematic figure I, but in cones with an elliptical base or ovoid lenses, regularly disseminated in the conductive mixture 10.
The multiplicity of the propellers of the metering screws thus used is a novelty which has the advantage of a similar multiplicity of material falls by turns of the screw; ce.qui allows to split the number of turns without inconvenience for the volumetric ratio between raw materials.
For more regularity in the distribution of the lenses, it is advisable to order the speed reducers, twin metering screws, by electro-mechanically motors and respectively secured in such a way thatß for example, to 2 1/2 turns of the mixture screw reducer must necessarily follow one turn of the screw for the lenses and vice versa. All of these twin metering screw attachments can be placed in parallel, at will, for an overall supply after each general stitching of the mass being treated.
The electromechanical subjugation thus defined is a novelty having the advantage of regularizing the volumetric ratio between raw materials as well as the distribution of complementary lenses; its mode of realization can vary at will.
Figures II and III also show that the annular chimney 14 provided with cooling plates with water circulation 15. supported externally by the conductive furnace cap and internally by the connection housing
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electrode also conductive, allows gases and vapors
16. from the stitching area; either to be recovered without further by the usual tubes of evacuation; either to be barely burned by the air
17 coming from the seal 18 between the electrode connection bearing circle and the top of the furnace cap, opened at will by simple vertical displacement of the electrode; or, finally, to be cooled after combustion, by the additional air 19 accessing the interior of the furnace by removing the manhole covers.20;
these inspection buffers also make it possible to introduce water vapor or any other suitable reagent.
The annular chimney, thus represented, is a novelty having for multiple advantages: to eliminate all side constructions - to the ovens because its rigid fixing on the base of the tank cap allows it to support all the upper organs such as: hoppers supply and their mechanisms, evacuation tubes for gases, vapors, fumes and dust, electrode and its suspension etc ... to effectively close the furnaces because its connections to the tank cap and to the hopper spouts only include flanges free of all components and fully accessible:
to be used for the combustion of gases and vapors, or for complementary reactions with these gases and vapors, because these two linings cooled by circulating water prohibit any harmful heating of its two shells; to take all water injections
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spray, water vapor or appropriate reagents because it is free of all parts, except the hopper spouts, on the lower 3/4 of its height.
The seal between the electrode connection bearing circle and the top of the furnace cap, thus provided, is a novelty having the double advantage; to allow metering or elimination of combustion air; to allow any possible maneuver of the electrode.
Figures V and VI finally show that the seal between the neighboring contact plates is ensured by injection or "técalémitage" of sugar paste into the tubes 21 located in the support ring for the connection of electrodes. and opening into the voids between the plates through holes 22 stripped outwards.
The joint of sugar paste between the neighboring plates, thus shown, is a novelty having the advantage of allowing the fragmentation of the ethanol ring of current adduction to the electrode which is usually in one piece; one piece would not allow large diameter electrodes.
From all the new organs or devices which have just been described, there results, moreover, another novelty of very great importance: that of being able, instantaneously, to switch from running in closed to running in open and vice versa. , that is to say to be able, instantaneously, either to recover or chemically treat the gases and vapors resulting from the reduction, or to burn these gases and vapors to release them into the atmosphere after cooling and dedusting.
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These components are moreover less numerous and less complex than those similar used in the first two reduction processes with lateral expansion of the current mentioned in the preamble of this description * This is the case, for example, for a 15,000 KW furnace. the hopper compartments are 36 with the first method, 48 with the second and only 24 with the method of the present invention.
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