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Nouveau procédé et appareils pour la fabrication de la cyanamide de calcium.
Dans la fabrication de la cyanamide par le procédé actuel au four discontinu, dit four à marmite, l'azote arrive dans le fond du four et se répartit uniformément dans tout l'espace libre.
L'amorçage de la réaction, qui est exothermique, se produit suivant l'axe de la charge de carbure, sur la paroi de la chambre tubulaire qui y est aménagée pour re- cevoir la résistance de chauffage servant à cet amorçage.
La réaction se propage ensuite graduellement jusqu'à l'extérieur.
Le rendement en fixation d'azote obtenu par ce procédé est toujours resté très inférieur au rendement théorique pour les raisons principales suivantes:
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1 ) L'azote étant simplement amené dans le fond du four n'y circule pas méthodiquement.
2 ) L'azote ne pénètre que lentement et insufiisam- ment dans l'intérieur de la masse du carbure et ceci dautant plus que l'on s'éloigne du centre, ce qui augmente la durée de l'azotation de la masse totale du carbure et favorise la formation de réactions secondaires qui sont nuisibles.
3 ) L'azote atteint insuffisament les régions où, la température es t suffisahte pour la réaction et sufii- sante aussi pour ramollir la cyanamide en formation. Il en résulte que des noyaux de carbura restent intacts ou peu attaquée par suite d'un enrobement par cette oyanamide.
4 ) Du fait ci-dessus, il est presque impossible d'utiliser du carbure à trop haute teneur; au-dessus de 80 % la réaction étant plus vive et par suite la tempéra- ture plus élevée, l'enrobement du oarbure est facilité et la teneur en carbure restant dans la cyanamide produite, augmente considérablement. On a toujours constaté, partis oulièrement dans ce dernier cas, que la teneur en azote de la cyanamide produite allait en diminuant du centre à la périphérie, tandis qu'inversement celle du carbure res- tant dans cette même oyanamide allait en augmentant.
Le fait de ménager dans la masse du oarbure des cheminées devant permettre une action plus homogène et plus rapide de l'azote , ne peut donner qu'un faible résul- tat. La propagation de la réaction, par ces cheminées, sera toujours très réduite par défaut de circulation du gaz et par suite de la stabilité du centre de réaction qui reste toujours dans le centre de la masse.
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5 ) La quantité d'azote envoyée dans le four est indépendante de celle qui y est fixée, et n'est subordonnée qu'à la production d'azote que l'on peut considérer comme constante et au nombre de foura en service qui peut être variable. Il se produit donc fréquemment un excès ou un manque de gaz, ce qui est également nuisible à la réaction.
Si le carbure traité est à faible teneur, l'excès de gaz peut être tel que la réaction n'étant plus suffisam- ment exothermique, sa propagation ne se fait que très dif- ficilement et peut même s'arrêter. S'il est au contraire à haute teneur, il peut se produire au moment où la grosse masse de carbure entre en réaction, un manque de gaz, d'où un arrêt dans sa pénétration et une réaction retardée avec tous les inconvénients qui en résultent: réactions secon- daires nuisibles, dissociations, enrobement du carbure,etc...
Enfin, dans tous lea cas, la fixation d'azote qui est d'abord nulle, augmente progressivement pour passer par un maximum, diminuer progressivement et redevenir ensuite nulle. Même en supposant que cela ne nuise pas à la réaction, il y a donc au début ou à la fin de la réaction un excès d'azote qui constitue une dépense inutile de gaz.
Larésente invention a pour objet un nouveau pro- cédé de fabrication qui supprime les inconvénients ci- dessus. et par suite permet d'augmenter la vitesse de réac- tion et le rendement en fixation d'azote, en utilisant le même matériel légèrement modifié.
Suivant la caractéristique principale de l'inven- tion, l'azotation totale de la masse se fait en deux ou un plus grand nombre de périodes, chaque période ayant sa circulation d'azote indépendante de celles des autres.
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Dans la première,, période, la réaction est d'abord amorcée, comme pour le procédé ordinaire, dans le centre de la charge de carbure avec la même résistance de chauf- fage en carbone, mais l'azote arrive uniquement par le bas du tube central d'amorçage et doit passer par ce tube.
L'excès de gaz se répartit ensuite dans le four ou s'échap- pe par l'orifioe prévu à cet effet sur le couvercle.
Lorsque la propagation de la réaction centrale est suffisante pour que la température d'amorçage règne à une certaine distance du centre, on orée à cette distance et tout autour de ce premier centra, d'autres centres de réaction où l'on envoie l'azote. La propagation de la réaction par le premier centre, qui a servi d'amorçage, eat alors entièrement arrêtée en y supprimant totalement l'ar- rivée de l'azote.
Pendant cette deuxième période, la réaction se propage donc uniquement par les nouveaux centres périphé- riques et cela d'autant plus rapidement que ces centres sont plus nombreux et que la durée de pénétration de l'azo- te est plus réduite. Cette pénétration et la réaction qui s'ensuit, a lieu en même temps que la propagation de la chaleur au lieu d'être en retard sur .cette dernière; ce retard est d'autant plus accentué que la teneur du carbure est plus élevée.
Il en résulte d'une part que la vitesse de réaction est plus grande et que les réactions secondaires et même que les dissociations pouvant nuire à l'azotation sont éli- minées, d'autre part, que l'enrobement du carbure par la cyanamide en fusion ne peut se produire, ce qui permet d'obtenir une homogénéité plus grande et une fixation
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d'azote plus élevée.
Il est évident que pour des grosses masses de carbure on peut prévoir une troisième période en créant, d'après le même principe, une deuxième zone de centres de réaction, de façon à réduire convenablement les longueurs de pénétration de l'azote.
Une autre caractéristique de l'invention est des- tinée à permettre l'admission à tout instant dans le four d'une quantité d'azote égale à la quantité théorique, plus l'excès nécessaire suivant la teneur du carbure traité, à la meilleure marche de la réaction et constant pendant toute la durée de l'opération aux variations dues à la température près*
Le procédé consiste à maintenir dans le four, une pression constante au moyen d'un dispositif augmentant ou in- terrompant automatiquement l'admission de gazlorsquela pression diminue ou augmente.
Le dessin annexé montre schématiquement et à titre d'exemples des fours pour la réalisation du procédé ci-dessus.
Les fig.l à 3 illustrent plus spécialement l'azotation en deux ou un plus grand nombre de périodes d'après les principes ci-dessus, la fig.l étant une coupe verticale, la fig.2 une coupe par II-II de la fig.l et la fig.3 une vue de détails.
Les fig. 4 et 5 sont des vues analogues aux fig.l et 2 montrant le contrôle automatique des gaz.
Le four à cyanamide représenté fig.l comporte à la manière connue la cuve 1 avec revêtement en réfractaire.- le couvercle 2 dont les bords plongent dans la cuvette 3 , remplie de sable, afin d'assurer son étanchéité, la résis- tance de chauffage en carbone 4 ainsi que ses dispositifs
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supérieur et inférieur de branchements 5 et 6 , le panier en tôle perforée 7 contenant la charge de carbure en poudre.
Suivant l'invention le revêtement du fond du four comporte un canal circulaire 8, le diamètre du trou central 9 est réduit, le tube usuel 10 d'amenée @ d'azote est supprimé de même qeu bien entendu la communication entre le trou central et ce tube.
Le oreuset repose sur le fond du four avec inter- position d'une couche de sable fin, la partie supérieure du canal circulaire est ainsi fermée par le fond du creuset et son étanchéité est assurée par la couche de sable.
Le fond du panier porte des trous 11 débouchant dans le canal circulaire, en nombre égal à celui des centres extérieurs de réaction que l'on veut créer, six dans lcas du dessin. Pendant le remplissage du panier, des mandrins, comme celui utilisé pour le trou central, mais qui peuvent être d'un diamètre plus faible, sont disposés dans ces trous de façon à ménager les cheminées 12 lorsque ces mandrins seront retirés, en même temps que le mandrin central,dès que le panier aura été mis en place dans le fous .
Par le seul aménagement de ces cheminées, tel qu'il vient d'être indiqué et sans autre modification au four, à la seul,condition qu'un léger espace entre le fond du four et le fond du panier permette au gaz d'y ar- river et de monter dan ces cheminées,on obtient déjà une légère amélioration de l'azotation.
La nouvelle tuyauterie d'amenée d'azote 13 porte une vanne 14 qui permet d'en règler le débit. Le gaz passe à ensuite par le robinet/trois voies 15 qui, dans la position indiquée par le dessin, l'envoie à la partie inférieure du
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trou central existant dans le revêtement du fond de la cuve. la Avant de mettre le courant sur/résistance de chauffage, on aura, en tournant convenablement lé robinet trois voies , envoyé simultanément l'azote, pendant quelques instants, dans le trot central et les cheminées, de façon à en chasser l'air.
La réaction, une fois amorcée, se propagera d'autann mieux que tout l'azote passe par son o entre,
Le chauffage sera arrêté avant que cette propaga- tion atteigne les cheminées 12, sa durée maximum étant in- férieure au temps nécessaire à cette dernière.
Lorsque cette propagation sera suffisante et que la température d'amorçage y existera, on créera dans les cheminées 12, de nouveaux centres de réaction et l'on arrè- tera le premier, Pour cela, le robinet trois voies 15 sera manoeuvré pour arrête l'azote sur le tube central et l'envoyer dans le canal circulaire 8 qui, servait de collecteur, alimentera les cheminées 12. A ce moment, la connexion su- périeure de la résistance sera enlevée comme habituellement et l'on fermera non seulement son orifice de passage dans le couvercle, mais l'on bouchera également à'orifice supé- rieur du tube central .
A cet effet, dans le centre du tampon de fermeture de l'orifice du couvercle glissera une tige
16 portant à son extrémité, avec articulation, un deuxième tampon tr@nconique en fonte 17 qui sera appliqué sur l'orifioe du tube central dans la position indiquée par le pointillé . Dans ces conditions, la réaction ne peut plus se propager par ce tube par manque total d'azote,
Cette réaction se propagera alors par chacun des nouveaux centres 12a jusqu'à la périphérie de la masse de
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carbure. A partir da moment où ces nouveaux centres entre- ront en réaction, l'azotation de la masse restante de oarbure sera d'autant plus rapide que ces centres seront plus nombreux et la longueur de pénétration moins grande. La durée de l'azotation totale sera donc réduite.
Il est évident, mais cela avec un rendement moindre, que l'on pourrait pour- suivre l'azotation en envoyant simultanémént le ga@ dans le. tube central et les cheminées, done sans arrèter le premier centre de réaction.
Pour faciliter le nettoyage du canal circulaire avant chaque enfournement, il est prévu dans le revêtement et la tôle de fond du four, un orifice 18 fermé par une plaque avec joint d'amiante serré par une vis 19 contée sur l'étriers
Par suite de la facilité de pénétration de l'azote, le pourtour en tôle perforée du panier, peut être remplacé par une tôle pleine, ce qui supprime l'emploi d'une chemi- née en papier ppur maintenir le carbure en poudre.
Par la forme même du revêtement du fond de la cuve, le fond des paniers ne se déformera pas. En modifiant convenablement la surface de ce revêtement il sera possible d'employer les paniers déja utilisés pour le procédé actuel et dont le fond , comme cela se produit , a été déformée avec
Enfin/l'emploi da carbure nitruré, le pro cédé est d'autant plus avantageux qu'à l'augmentation de rendement due à ce carbure, s'ajoutent encore celles prove- nant de l'application du procédé qui a encore, dans ce cas, l'avantage de rendre plus intense l'action catalytique du nitrure de calcium et d'assurer la transformation complète de ce dernier en cyanamide,
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Les figures 4 et 5 montrent un des moyens utilisa- bles pour assurer automatiquement une pression constante dans le four.
Une tubulure 20, partant de la partie supérieure de la cuve du four, aboutit au bas d'un réservoir fermé 21 au fond duquel les poussières pouvant être entrainées se déposent et d'où elles peuvent s'évacuer en enlevant le bouchon vissé et étanche 22. Une deuxième tubulure 23 partant du dessus de ce réservoir, aboutit dans la chambre manométrique 24, dont le fond mobile est constitué par un disque métallique 25 et une membrane 26 dont le bord inté- rieur est serré sur le disque par une couronne métallique et le bord extérieur serré dans le fond de la chambra 24 par la partie supérieure d'une boîte non étanche faisant corps avec cette chambre. Ce disque porte en son centre une tige 27; guidée à son passage dans le fond de la botte et dans le bas de l'étrier en fer plat 28 fixé sur ce fond.
Cet étrier sert également d'appui un ressort antagoniste 29 dont la tension peut être réglée par l'écrou molette 30 La longueur de la tige 27 est réglable par l'écrou à pas contraires 31. Par un petit galet roulant dans une glissière cette tige commande le levier 32, calé sur l'axe du papillon
33 réglant le débit du gaz . Le manomètre à eau 34 donne la pression intérieure du four et la vanne 35 sur l'arrivée du gaz est ouverte en grand pour la mise en marche
Lorsque la pression dans le four sera nulle, la tension du ressort devra toujours être suffisante pour que le disque 25 vienne occuper sa position limite supérieure, à laquelle correspond la position horizontale du papillon 33, c'est à dire la plus grande ouverture de passage du
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gaz.
A la posit ion limite inférieure du disque correspond au contraire la fermeture totale du passage du gaz. On peut remplacer le ressort 29 par un contrepoids 36 mobile sur le prolongement du levier 32.
Dès que la vanne 25 sera ouverte et que la pres- sion intérieure du four s'établira, le disque 25 s'abais- sera, le papillon 33 fermera le passage du gaz jusqu'à ce que la pression qui assure l'écoulement du gaz par l'orifice du couvercle et s'exerce sur le disque 23, soit équilibrée par la tension du ressort ou la position du contrepoids sur le fléau. A ce moment, il est évident que la quantité d'azote qui s'échappe par le couvercle représente, aux variations dues à la température près, l'excès constant de gaz pendant toute l'opération.
Par la tension du ressort ou la position du contrepoids, on pourra faire varier la pression d'évacua- tion de 1.azote entre quelques millimètres et plusieurs centimètres d'eau, et le débit correspondant qui s'échappera c'est-à-dire l'excès de gaz variera par suite dans les mêmes proportions,
Dès que la réaction sera amorcée et que la fixation d'azote commencera, la pression intérieure du four diminuant, la vanne 35 s'ouvrira progressivement pour maintenir cette pression constante L'inverse se produira lorsque la fixation de l'azote ira en diminuant.
REVENDICATIONS.
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