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"Four cylindrique".
L'affinage des métaux, notamment du cuivre, comprend une série d'opérations dont il faut tenir compte dans la construction du four pour pouvoir les exécuter convenablement.
Ces opérations comprennent le chargement, la fusion, l'évacua- tion de la scorie, l'oxydation du bain par soufflage, la ré- duction de l'excès d'oxydes par perchage et la coulée du métal.
Les fours employés jusqu'ici présentent différents défauts, car on n'arrive pas à accommoder simultanément à tous les dési- derata la construction du four. Ces défauts ont trait partie à la conservation de la maçonnerie du four, partie à la rapi- dité du traitement de la charge.
Ainsi, dans les fours à sole fixe, on opérait jus- qu'ici l'oxydation du bain de cuivre en introduisant dans le bain des tuyaux d'acier et en soufflant dans le cuivre de
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1-'air comprimé. Ces tuyaux s'oxydent eux-mêmes très rapidement et il faut les remplacer fréquemment. D'autre part il est mau- vais d'employer un trop grand nombre de tuyaux, car les parois et la voûte sont fortement abimées par le cuivre projeté dans toutes les directions. Pour obvier à cet inconvénient, on a déjà proposé d'employer des fours cylindriques rotatifs dans lesquels l'air est soufflé par une série de tuyères, sensible- ment comme dans un convertisseur.
En outre on a constaté que ces fours sont beaucoup plus durables, étant donné qu'en raison de la forme strictement annulaire de la maçonnerie du four entier on peut employer exclusivement des briques de magnésie, tandis que jusqu'ici il était inadmissible d'em- ployer des briques de magnésie pour la voûte, ces briques s'affaissant et s'écaillant trop facilement. Toutefois ces fours cylindriques présentaient d'autres inconvénients qui les rendaient inutilisables dans la pratique courante. Ainsi, il était impossible de charger ces fours mécaniquement d'une façon convenable. L'évacuation de la scorie présentait égale- ment des difficultés et pour le perchage le foyer était un obstacle et empêchait de voir l'intérieur du four en entier.
En outre il était presque impossible de couler le métal au moyen d'une machine à couler, car on manquait de place pour celle-ci. Aussi n'employait-on jusqu'ici dans la pratique ces fours cylindriques que lorsqu'on voulait fondre de peti- tes charges, de l'ordre de 10 à 20 tonnes, tandis que les grandes unités, c'est-à-dire les fours dont la charge est de 100 tonnes et plus, comportent encore dans tous les cas de pratique courante une sole fixe.
D'autre part on a aussi proposé, après la fusion du cuivre, de l'introduire à l'état liquide dans un four rotatif où on n'opère que l'oxydation et de réintroduire ensuite dans @
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un four d'affinage ordinaire le cuivre oxydé. Toutefois cette proposition n'a pu non plus être réalisée, car l'accélération obtenue pour l'oxydation était compensée par la difficulté du transport aller et retour.
Finalement on trouve encore dans la littérature la description d'un four à fondre les métaux monté sur un dispo- sitif rotatif semblable à un disque. Dans ces fours, toutefois, les gaz brûlés étaient conduits dans l'enveloppe du four, et ces fours étaient destinés'à traiter seulement depetites quan- tités de métal pour l'usage des fonderies. Naturellement, dans ce cas, on ne peut pas utiliser avec profit les gaz brûlés, car à chaque pivotement la communication entre la sortie de gaz brûlés du four et le conduit d'évacuation est coupée.
L'invention a pour objet un four pour l'affinage du cuivre, qui peut tourner autour de l'axe horizontal et de l'a.xe vertical et dont l'entrée et la sortie de gaz de chauf- fe sont disposées dans l'axe central. Ce four diffère des fours connus à passage des gaz de chauffe suivant l'axe central en ce qu'il peut tourner autour de l'axe vertical et il se distingue des petits fours cylindriques montés surun dispositif pivotant par le fait que les gaz de chauffe y entrent et en sortent dans l'axe central. Grâce à cette combinaison on arrive à imprimer à un four même de grandes dimensions une rotation autour de l'axe central allant jusqu'à 3600 et à conduire néanmoins les gaz continuellement dans le carneau, éventuelle- ment en vue d'utiliser les gaz brûlés.
Précisément en raison du fait que le four peut pivoter autour de l'axe vertical, il devient possible de travailler le contenu du four en y accédant non pas par des ouvertures latérales mais suivant l'axe longi- tudinal du four, de manière que le bain entier soit visible.
Par suite, ce n'est que grâce à la combinaison suivant l'inven-
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tion qu'il devient possible de construire des fours de grandes dimensions pour l'affinage du cuivre, qui conviennent pour les installations modernes. Bien qu'une rotation du four d'un angle de 3600 procure des conditions particulièrement avantageuses au point de vue de la transmission de chaleur des briques de la paroi au cuivre, on reste cependant encore dans le cadre de l'invention lorsque le montage rotatif permet seulement un mouvement oscillant du four, car dans ce cas aussi on profite déjà de la plupart des avantages réalisables.
De préférence, la cheminée est pourvue de plusieurs ouvertures à la fois pour l'entrée des gaz, de sorte qu'on peut opérer sur le four orienté dans plusieurs positions, pendant un temps relativement long, sans craindre que les gaz brûlés sortent dans les locaux de l'installation.
Sur les dessins annexés une triple entrée de gaz est prévue à la cheminée. Cette forme d'exécution n'est donnée qu'à titre d'exemple. Dans la plupart des cas pratiques deux entrées de gaz suffiront.
En outre, il est avantageux de pouvoir incliner légè- rement le four sur l'horizontale pour faciliter l'évacuation complète de la scorie du bain. Cette aptitude du four à s'in- cliner sur l'horizontale n'est d'ailleurs également qu'une forme d'exécution avantageuse, facilitant certaines opérations exé- cutées à l'intérieur du four. Quand pour des raisons économi- ques, c'est-à-dire pour réduire au minimum le coût de la cons- truction, on s'abstient de rendre le four inclinable, on peut le faire sans sortir du cadre de l'invention.
Pour décrire la construction du four, on se référera ci-après au dessin annexé, dans lequel
Fig. 1 est une coupe longitudinale du four,
Fig. 2 en est une vue en plan prise d'au-dessus et
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1 est l'enveloppe du four tapissée de maçonnerie 2.
Le chauffage est opéré par l'antichambre 3 au moyen du brû- leur 4. Comme pour les fours d'affinage connus, on peut em- ployer à cet effet des combustibles solides, liquides ou gazeux, c'est-à-dire qu'on peutavoir une flamme d'huile, de gaz ou de charbon pulvérisé. Le four lui-même ne comporte que les ouvertures 5 et 6 qui servent respectivement d'entrée et de sortie des gaz de flamme, aucune autre grande ouverture n'étant prévue dans le four. Il y a une série de tuyères 7 par lesquelles on envoie le vent dans le bain. On peut naturelle- ment faire abstraction de la série de tuyères, et au lieu de souffler le vent dans le bain on peut l'introduire de la ma- nière usuelle au moyen de tuyaux en acier raccordés à des conduites flexibles.
Toutefois, dans certains cas, la série de tuyères permet de réduire le temps de soufflage, car on assure de cette manière un contact plus énergique et plus uniforme de l'air et du cuivre fondu. Quand on emploie des tuyères, il faut lors de la fusion veiller à ce que le four ne puisse plus tourner d'un angle complet de 360 . Dans ces cas on emploie de préférence une transmission à renversement de marche qui imprime au four un mouvement oscillant de va-et- vient.
Sur la Fig. 3, où le four est représenté en coupe transversale, on voit que le vent est amené aux différentes tuyères à travers la boîte à vent 8. Un compresseur refoule le vent de soufflage nécessaire par une conduite flexible, non représentée. 9 est le métal fondu à affiner, 10 est le carneau menant les gaz à la cheminée ; peut intercaler de la manière usuelle un dispositif de récupération des chaleurs perdues, par exemple une installation de chaudières à vapeur.
Le four lui-même est monté à rotation, au moyen des cercles de roulement 11, sur des galets 12 et il repose sur le siège 13. n -
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Les galets et le siège sont eux-mêmes fixés sur une plaque tournante 14 qui à son tour est inclinable au moyen d'un dispositif 15.
En service on procède par exemple de la manière suivante:
Pour charger le four, on le tourne dans la position A-A1 ou B-B1 représentée en pointillés sur la Fig. 2. Dans la position B-B1 on peut opérer un chauffage supplémentaire, car dans cette position l'ouverture de sortie 6 est raccordée au carneau de cheminée. Après avoir chargé le four à moitié dans la position A-A1 ou B-Bl., on le tourne de 180 autour de son axe vertical,de sorte que l'ouverture de sortie 6, qui était au point A1 ou B1, vient alors au point A ou B. Dans cette position on achève le chargement en remplissant l'autre moitié du four et on replace ensuite le four dans la position C-C1.
Alors commence la fusion et on profite encore de l'avantage spécial qu'après la fusion on peut imprimer de nouveau un pi- votement de 180 à la moitié du four orientée vers le brûleur, de telle manière que la sortie 6 du four qui était en C1, vienne en regard du brûleur où la partie non encore fondue du métal est exposée à l'action directe de la flamme.
Lorsque la charge est complètement fondue, on replace le four dans la position B-B1 pour évacuer la scorie. On met profit pour cette évacuation la possibilité d'incliner le four sur l'horizontale, permise par le dispositif 15, et on incline le four jusqu'à ce que la scorie commence presque à déborder. Quand l' évacuation de la scorie est terminée, on replace le four dans la position C-C1 et on levait tourner ensuite autour de son axe horizontal jusqu'à ce que les ori- fices des tuyères viennent en-dessous du niveau du bain. En même temps on raccorde les tuyères à la conduite de vent et on souffle dans lebain de l'air comprimé. Dans cette position, on
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peut chauffer le charge continuellement pendant le soufflage.
Quand il s'est formé suffisamment de scorie, on tourne le four dans la position B-B1 et on évacue de nouveau la scorie.
Même dans cette position on peut au besoin continuer l'oxyda- tion ou interrompre celle-ci si on le désire, car l'ouverture de sortie 6 est encore raccordée à la cheminée en B1, de sorte que les gaz qui se forment peuvent sans difficulté partir par la cheminée.
Après l'achèvement de l'oxydation on procède au perchage dans la position B-B1 ou D-D1 et dans ces deux posi- tions on peut encore évacuer directement dans la cheminée les gaz produits par le perchage, sans incommoder l'entourage.
Après l'achèvement du perchage, on tourne de nouveau le four dans la position C-C1 et on coule le cuivre, en main- tenant constante l'inclinaison du four, sur la machine à cou- ler 16 dont les détails étant usuels, ne sont pas décrits.
Le cuivre s'écoule du four par le trou de coulée 17. Etant donné que dans cette position le chemin parcouru par le cuivre jusqu'à la machine à couler est relativement long, on peut aussi prévoir la possibilité de couler dans la position B-B1 ou A-A1. Dans ces cas il est avantageux de situer à un autre endroit le trou de coulée, par exemple en 171. La coulée dans la position B-B1 présente comparativement à la position A-A1 l'avantage qu'on peut procéder à un chauffage supplémentaire continu. Ceci peut être exécuté avantageusement en disposant sur un rail non représenté la tête de brûleur 3 et le brûleur 4, de manière qu'on puisse les déplacer de la position C dans la position B.
Il ressort de la description des différentes opéra- tions qu'une installation de four d'affinage telle que décri- te ci-dessus présente une série d'avantages qui la distinguent
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de toutes les constructions employées jusqu'ici. Ainsi, en pre- mier lieu, du fait qu'on a supprimé complètement les ouvertu- res de l'enveloppe de la partie cylindrique du four, à l'excep- tion des tuyères et des petits trous de coulée qui ne sont ou- verts que pendant la vidange du four, on assure à celui-ci la possibilité de tourner complètement de 360 . Par suite, on peut faire tourner le four autour de l'axe horizontal déjà pendant la fusion et assurer ainsi une meilleure transmission de chaleur directe aux parties non encore fondues de la charge.
En effet, comme on le sait, précisément la fusion du cuivre reposant sur la sole refroidie demande la majeure partie du temps requis pour la fusion. En outre, on favorise tout par- ticulièrement la fusion du fait qu'on peut faire pivoter com- plètement le four, de manière que la partie de la charge ad- jacente à la sortie des gaz puisse venir directement en regard de la flamme du brûleur. Grâce à ces deux possibilités on ar- rive à une fusion notablement plus rapide que dans les fours d'affinage connus.
On facilite également l'évacuation des scories en comparaison des fours à sole fixe ainsi que des fours cylin- driques employés jusqu'ici. Le pivotement du four dans la position B-B1 permet le travail dans l'axe longitudinal et assure par conséquent une bonne visibilité, tandis que l'in- clinaison légère qu'on peut imprimer au four permet en même temps de maintenir constamment le niveau du bain à la hauteur précise des ouvertures d'évacuation de lascorie.
L'oxydation au moyen de tuyères de soufflage s'opère en un temps beaucoup plus court que dans les fours à sole fixe. En comparaison des petits fours cylindriques, il y a encore l'avantage que tout le four est tapissé d'une maçonne- rie strictement annulaire. On évite les interruptions de tra- vail qui jusqu'ici étaient nécessaires et on assure au four,
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blement plus longue.
Au lieu de maçonnerie four, on peut aussi procéder par damage, pour réduire davantage encore le coût de la cons- truction.
Le perchage et la coulée du métal correspondent sensiblement aux opérations courantes.
En résumé, on réduit ainsi notablement la durée des différentes phases de travail, de sorte que soit on obtient un débit plus élevé par unité de temps, soit on peut employer à égalité de débit un four de dimensions plus réduites. De plus, on assure une plus grande durabilité et, de ce fait, un ren- dement encore accru.
R E V E N@D I C A T 1 0 N S
1.- Four cylindrique pour l'affinage du cuivre, capa- ble de tourner autour de son axe horizontal et de son axe ver- tical,caractérisé en ce que l'entrée et la sortie des gaz de chauffage sont disposées dans l'axe central du four.