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" PROCEDE ET DISPOSITIF DE REGLAGE AUTOMATIQUE; OU SEMI-AUTO-
MATIQUE DE LA CONDUITE DES FOURS ET APPAREILS ANALOGUES "
La présente invention a.pour objet prinoipal un procédé de réglage automatique ou semi-automatique pour la @ conduite des fours et foyers de toute nature, alimentés en combustibles solides, liquides ou gazeux.
Le prooédé selon l'invention a pour objet d'assurer en permanence l'admission au four, foyer ou autre, de la quantité d'air convenable pour l'obtention de la plus haute température possible.
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En effet, pour l'obtention d'une haute température, il est nécessaire de produire un grand dégagement de calories dans le minimum de temps. Pour obtenir ce dégagement maximum de calories, il est évidement nécessaire, en vue d'obtenir un bon rendement, d'assurer une combustion complète. Il faut donc, de toute évidenoe, amener au foyer au moins la quantité d'air qui correspond à cette combustion complète. Mais, d'un autre oôté, il est nécessaire de ne pas admettre trop d'air au foyer parce qu'une partie seulement de cet air servirait à provoquer la combustion, l'autre partie ne jouant aucun rôle cet égard et absorbant, par son passage en pure perte dans le foyer, une partie de calories produites.
En conséquence, pour la conduite d'un foyer dans lequel on désire obtenir une haute température, il est néoessai- re de prêter constamment la plus grande attention à l'introduction de l'air dans le foyer. La quantité d'air introduit doit rester comprise., entre deux limites très proohes, car si l'on s'écarte de ces limites, soit par excès, soit par défaut, la température du foyer baisse.
D'ailleurs, dans le cas de foyers utilisés pour le traitement des métaux, tels que les fours d'affinage ou de fusion, ou encore les cubilots ou hauts-fourneaux, l'admission d'un excès dtair présente encore d'autres inconvénients du fait que cet excès d'air oxyde les métaux traités.
Le procédé selon l'invention assure une auto-régulation , soit totale, soit partielle, de la quantité d'air injeoté dans le foyer. Selon l'invention, on obtient cette régulation en amenant l'air au foyer par un dispositif analogue à un injecteur (o'est-à-dire par une buse pénétrant dans un tuyau, ouvert de même axe), cet injecteur étant disposé dans une enoein- te reliée, d'une part, à la partie supérieure du foyer et, d'autre part, à la cheminée, de telle façon que les gaz provenant du fdyer passent (en totalité ou en partie) par cette enoeinte.
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La caractéristique fonctionnelle de cette disposi- tion, consiste en ce qu'une partie seulement de l'air amené par l'injeoteur pénètre dans le foyer, l'autre partie s'échap- pant par l'arrivée annulaire, ménagée entre la buse et le tuyau qui l'entoure, directement dans la canalisation d'évaouation de gaz. Mais le rapport entre ces deux quantités d'air (celle qui rentre dans le foyer et celle qui s'échappe directement) n'est pas constant. Lorsque la combustion tend à se ralentir, la quantité dtair admis au foyer augmente et lorsqu'au oontraire la oombustion a atteint son maximum d'efficacité, la quantité d'air introduit au foyer diminue.
Il se produit donc une véri- table auto-régulation dont le mécanisme peut être expliqué com- me suit :
Lorsque la oombustion diminue d'intensité, la quan- tité de gaz produits diminue également également. En conséquence, la pression statique à l'intérieur du foyer diminue aussi. De pénètre oe fait, l'air injecté/plus facilement dans le foyer et la frac- tion de la quantité totale d'air qui rentre dans le foyer aug- mente. Au contraire, lorsque la oombustion s'accélère la quan- tité de gaz dégagés est plus grande, la pression dans le foyer augmente et, en conséquence, l'injection d'air dans le dit foyer se fait plus difficilement et diminue, la fraction de l'ait qui s'échappe par la cheminée augmentant 0.lors.
On voit ainsi que le système a pour effet de régler m'admission d'air au foyer par des moyens très simples, en fonc- tion de la pression régnant dans le dit foyer. L'expérience a formellement démontré que le résultat indiqué précédemment était bien obtenu. Cette expérience a été conduite sur un cubilot (dit four de seconde fusion), dans lequel on a obtenu, sans pré- cautions spéciales, une marche dans les meilleures conditions de rendement et la température la plus élevée possible.
Le procédé peut être complété par une auto-régula- tion de la quantité d'air amené à l'injecteur. En effet, on remarquera qu'une partie de l'air introduit par la buse fait retour à la cheminée par l'espace annulaire ménagé entre la buse
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et le tuyau. Cet air(passe en plus ou moins grande quantité, comme expliqué, et par conséquent, à plus ou moins grande vitesse . On peut utiliser ces variations de Vitesse pour commander automatiquement des variations de pression de l'air injecté, par exemple par action sur un rhéostat oontrplant la vitesse du ventilateur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple seulement, une forme d'exécution de l'invention.
La figure 1 est une élévation.
Lacfigure 2 est une vue en plan et coupe selon la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une vue analogue à plus grande échelle.
Cet exemple est relatif à un oubilot dit four de seconde fusion.
Le oubilot est représenté en 1; ce oubilot oompor- tec à la partie supérieure un dispositif de fermeture da type quelconque 2 qui permet, en marche normale, d'obturer oomplètement le gueulard du oubilot ou de l'obturer partiellement et qui permet aussi l'enfournement des oharges à la manière habituelle.
En cours de fonctionnement, le gaz, produit par les réaotions qui ont lieu dans le haut-fourneau, s'évaoue par une canalisation 3 qui aboutit au dispositif représenté en 4 et qui constitue la partie importante de l'invention par son applioation nouvelle aux appareils du genre indiqué.
Ce dispositif 4 est constitué par un injecteur formé d'un oonvergent 5 qui débouohe dans un ajutage 6, de forme convenable, relié à la chambre à vent 7 du cubilot. L'in- jecteur 5 et l'ajutage 6 sont entourés par l'enceinte 4 où aboutit le tuyau 3. Cette enoeinte 4 est, en outre, reliée par un autre tuyau 8 à la cheminée 9.
L'air.soufflé par un ventilateur ou tout autre appareil, arrive par le conduit 10 relié au convergent 5.
La quantité d'air admise dans la ohambre à vent 7
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est variable. En effet, l'air injecté par le convergent 5 peut passer par deux chemins différents; l'un vers la chambre 7, suivant la flèche 11 et l'autre vers l'enceinte 4 selon la flèche 12 (figure 3).
Le rapport entre la quantité d'air qui prend le . chemin 11 et oelle qui prend le chemin 12 dépend de la pression statique qui règne à l'intérieur du foyer. Si cette pression est faible, l'air passe presque totalement ou totalement par le chemin 11 du fait de son énergie cinétique. Si, au contraire, la pression dans le oubilot est plus forte, une partie de plus en plus Importante de l'air passera par le chemin 12.
Or, la pression dans le cubilot augmente d'autant plus que la oombustion est plus aotive. Par conséquents 4 une oombustion très active correspond une diminution de la quantité d'air injecté, alors qu'à une diminution d'activité de la combustion correspond une augmentation de la quantité d'air injeoté.
En conséquence, on voit qu'il se produit une autorégulation qui peut être partielle ou totale, puisque lorsque la combustion tend à diminuer d'activité, la/! quantité d'air injecté augmente, ce qui a pour effet d'activer à nouveau la oombustion alors que pour une combustion atteignant le maximum d'activité, la quantité d'air injeoté diminue de façon à ne pas créer d'excès d'air.
Il y a donc toujours équilibre et auto-régulation.
La circulation de l'air dans les couches de métaux étant sup- primée, il n'y a plus d'abaissement de température; il y a une plus grande régularité de marche; il ne peut y avoir oxydation du métal et les réfractaires ne sont plus.soumis à l'action de l'air froid. On peut alors aisément envisager des applications nombreuses et importantes de ce procédé.
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Par exemple, il est très facile en chargeant dans un appareil 100% de riblons d'acier auxquels naturellement, an préalable, on aura ajouté silicium et manganèse, d'obtenir un produit final qui n'est autre qu'une fonte synthétique, possédant des caractéristiques mécaniques très élevées; en remplaçant le ooke par du bois on obtient encore un produit beauooup plus intéressant dans lequel on trouve à peine trace de soufre.
Ce procédé peut s'appliquer à tous les appareils de fusion, d'affinage ou autres, dans lesquels on est dans l'o- blgation de mélanger à un carburant quelconque un comburant en excès et où ce dernier pourrait causer des parturbations par suite de l'excès envoyé dans les appareils.
Au lieu de faire arriver seulement de l'air par l'injecteur 10, on pourrait faire arriver un mélange d'air et de gaz pris dans la tubulure 3, en amont du dispositif 4 ou bien pris directement à la partie supérieure du oubilot, les proportions d'air et de gaz étant variablesà volonté. Il suffit, à cet effet, que l'aspiration du ventilateur comporte deux conduits, l'un pour le gaz., l'autre pour l'air, ces deux oonduits étant munis de dispositifs de réglage appropriés.
Enfin, comme on l'a indiqué plus haut, on peut utiliser la vitesse de l'air qui passe par le chemin 12, pour commander automatiquement des variations de pression de l'air injecté, par exemple par action sur un rhéostat contrôlant la vitesse du ventilateur.
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"METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATIC ADJUSTMENT; OR SEMI-AUTO-
MATICS OF THE OPERATION OF OVENS AND SIMILAR APPLIANCES "
The present invention has a prinoipal object an automatic or semi-automatic adjustment process for the @ conduct of ovens and fireplaces of any kind, supplied with solid, liquid or gaseous fuels.
The object of the prooédé according to the invention is to ensure at all times the admission to the oven, fireplace or other, of the quantity of air suitable for obtaining the highest possible temperature.
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In fact, in order to obtain a high temperature, it is necessary to produce a large release of calories in the minimum time. To obtain this maximum release of calories, it is obviously necessary, in order to obtain a good yield, to ensure complete combustion. It is therefore evidently necessary to bring to the hearth at least the quantity of air which corresponds to this complete combustion. But, on the other hand, it is necessary not to admit too much air to the hearth because only part of this air would serve to cause combustion, the other part playing no role in this respect and absorbing, for its passage in pure waste in the hearth, part of calories produced.
Consequently, for the operation of a fireplace in which it is desired to obtain a high temperature, it is neo-attempt to constantly pay the greatest attention to the introduction of air into the fireplace. The quantity of air introduced must remain between two very close limits, because if one deviates from these limits, either by excess or by default, the temperature of the fireplace drops.
Moreover, in the case of hearths used for the treatment of metals, such as refining or smelting furnaces, or even cupolas or blast furnaces, the admission of an excess of air presents still other drawbacks. because this excess air oxidizes the treated metals.
The method according to the invention ensures self-regulation, either total or partial, of the quantity of air injected into the hearth. According to the invention, this regulation is obtained by bringing the air to the hearth by a device similar to an injector (that is to say by a nozzle penetrating into a pipe, open on the same axis), this injector being arranged in an enclosure connected, on the one hand, to the upper part of the hearth and, on the other hand, to the chimney, so that the gases coming from the fdyer pass (in whole or in part) through this enclosure.
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The functional characteristic of this arrangement consists in that only part of the air supplied by the injector enters the hearth, the other part escaping through the annular inlet, formed between the nozzle. and the pipe that surrounds it, directly into the gas evaouation pipe. But the ratio between these two quantities of air (that which enters the hearth and that which escapes directly) is not constant. When combustion tends to slow down, the quantity of air admitted to the fireplace increases and when, on the contrary, combustion has reached its maximum efficiency, the quantity of air introduced into the fireplace decreases.
A real self-regulation therefore occurs, the mechanism of which can be explained as follows:
When combustion decreases in intensity, the amount of gas produced also decreases. As a result, the static pressure inside the fireplace also decreases. As a result, the injected air into the fireplace more easily and the fraction of the total amount of air entering the fireplace increases. On the contrary, when the combustion accelerates the quantity of gas released is greater, the pressure in the hearth increases and, consequently, the injection of air into the said hearth is more difficult and decreases, the fraction of the ate which escapes through the chimney increasing 0. then.
It can thus be seen that the effect of the system is to adjust the air intake to the hearth by very simple means, as a function of the pressure prevailing in said hearth. Experience has formally demonstrated that the result indicated above was indeed obtained. This experiment was carried out on a cupola furnace (called a second melting furnace), in which operation under the best performance conditions and the highest possible temperature was obtained without special precautions.
The process can be supplemented by self-regulation of the quantity of air supplied to the injector. Indeed, it will be noted that part of the air introduced by the nozzle returns to the chimney through the annular space formed between the nozzle.
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and the pipe. This air (passes in greater or less quantity, as explained, and consequently, at greater or lesser speed. These variations in Speed can be used to automatically control variations in the pressure of the injected air, for example by action on a rheostat controlling the speed of the fan.
The accompanying drawing shows, by way of example only, one embodiment of the invention.
Figure 1 is an elevation.
Figure 2 is a plan view and section along the line II-II of Figure 1.
FIG. 3 is a similar view on a larger scale.
This example relates to a pilot called a second fusion furnace.
The oubilot is represented at 1; this oubilot has at the top a closing device of any type 2 which allows, in normal operation, to completely close the mouth of the oubilot or to partially close it and which also allows loading of the loads in the same way usual.
During operation, the gas, produced by the reactions which take place in the blast furnace, is evacuated through a pipe 3 which ends in the device shown at 4 and which constitutes the important part of the invention by its new application to devices of the kind indicated.
This device 4 consists of an injector formed of an oonvergent 5 which opens into a nozzle 6, of suitable shape, connected to the wind chamber 7 of the cupola. The injector 5 and the nozzle 6 are surrounded by the enclosure 4 where the pipe 3 ends. This enclosure 4 is, moreover, connected by another pipe 8 to the chimney 9.
The air blown by a fan or any other device, arrives through the duct 10 connected to the convergent 5.
The quantity of air admitted into the wind chamber 7
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is variable. Indeed, the air injected by the convergent 5 can pass through two different paths; one towards the chamber 7, according to the arrow 11 and the other towards the enclosure 4 according to the arrow 12 (Figure 3).
The ratio between the amount of air that takes the. path 11 and where it takes path 12 depends on the static pressure prevailing inside the home. If this pressure is low, the air passes almost completely or completely through the path 11 because of its kinetic energy. If, on the contrary, the pressure in the oubilot is stronger, an increasingly important part of the air will pass through the path 12.
However, the pressure in the cupola increases all the more as the combustion is more aotive. Consequently 4 a very active combustion corresponds to a decrease in the quantity of injected air, while a decrease in combustion activity corresponds to an increase in the quantity of injected air.
As a result, it can be seen that self-regulation occurs which can be partial or total, since when combustion tends to decrease in activity, the /! quantity of injected air increases, which has the effect of activating combustion again, while for combustion reaching maximum activity, the quantity of injected air decreases so as not to create excess air .
So there is always balance and self-regulation.
The circulation of the air in the layers of metals having been suppressed, there is no further reduction in temperature; there is a greater regularity of walking; there can be no oxidation of the metal and the refractories are no longer subjected to the action of cold air. One can then easily envision numerous and important applications of this process.
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For example, it is very easy by loading in a device 100% steel scrap to which naturally, an initial silicon and manganese will have been added, to obtain a final product which is none other than a synthetic iron, having very high mechanical characteristics; by replacing the ooke with wood, a much more interesting product is obtained in which barely any trace of sulfur is found.
This process can be applied to all melting, refining or other devices, in which there is an obligation to mix an excess oxidizer with any fuel and where the latter could cause parturbations as a result of the excess sent to the devices.
Instead of bringing only air through the injector 10, it would be possible to make a mixture of air and gas taken from the pipe 3, upstream of the device 4 or taken directly from the upper part of the oubilot, arrive. the proportions of air and gas being variable at will. It suffices, for this purpose, for the suction of the fan to include two ducts, one for gas, the other for air, these two ducts being provided with appropriate adjustment devices.
Finally, as indicated above, the speed of the air passing through path 12 can be used to automatically control variations in the pressure of the injected air, for example by acting on a rheostat controlling the speed. of the fan.
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