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BREVET D'INVENTION PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS DESTINES A LA CARBONISATION OU AU TRAITEMENT THER- MIQUE DE MATIERES SOLIDES.
L'invention est relative aux appareils destinés à la carbonisation continue ou au traitement à chaud ou thermi- que de matières solides, et concerne en particulier un appareil à cellules ou cornues destiné à être utilisé dans la carbonisa- tion à basse température de charbon ou l'équivalent, et de bri- quettes qui en sont confectionnées.
L'invention a trait à une cornue du type hori- zontal et elle a pour objet de procurer un appareil dans lequel les parties mobiles ou actives sont isolées du contact des gaz chauds, grâce à quoi la durée utile de la cornue est prolongée comparativement aux dispositions existantes dans lesquelles les parties sont soumises aux températures élevées réalisées
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dans la cornue, avec le résultat que des aciers spéciaux doi- vent Être employés dans leur construction.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une disposition de cornue dans laquelle les parties ou organes qui doivent être renouvelles peuvent être aisément retirés ou rem- placés sans qu'il soit nécessaire de démonter toute la cornue.
L'appareil suivant l'invention comprend un bâti de cornue., une surface de chauffe seprolongeant horizontalement dans la chambre de chauffe de la cornue, et sur laquelle on fait passer la matière à traiter,.des moyens de support pour la surface @ chauffante, agencés à l'extérieur du bâti de cor- nue, et comprenant des organes traversant des ouvertures formées dans le bâti, des moyens d'obturation, formant des joints étan- ches aux gaz entre chacun des organes de support et le bâti, et des moyens de manoeuvre agissant à l'extérieur de la chambre de cornue pour communiquer, par l'intermédiaire des dits organes, le mouvement à la surface chauffante.
On remarquera que grâce à cet arrangement la surface chauffante seule est soumise à la chaleur de la chambre chauf- fante de la cornue et que le mécanisme de manoeuvre pour réali- ser un mouvement de va et vient de la surface chauffante peut être agencé à l'extérieur de la chambre chauffante.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, une charpente métallique est établie au-dessus du bâti de cor- nue et, à partir de cette charpente, est suspendu à pivot, à l'aide d'une série de bielles, un cadre ou châssis principal constitué par des poutrelles en U, et qui est pourvu de bras plongeants, ces bras traversant les ouvertures pratiquées dans la paroi du bâti et comportant, attachées à leurs extrémités in- férieures, des poutres transversales auxquelles une ou des claies, constituant la surface chauffante est ou sont suspendues.
Avantageusement, les poutres transversales sont agencées par paires, et les claies sont suspendues par des orga- nes en U pourvus d'extrémités en forme de T qui surplombent
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les poutres transversales. Un évidement peut être prévu dans le fond de la chambre chauffante et dans lequel la claie est suspendue, le fond ou sol de l'évidement étant constitué d'une série de tubes-carneaux à travers lesquels passent les gaz de chauffage.
Les tubes-carneaux peuvent d'une manière convenable être établis de section rectangulaire et ils sont de préférence espacés les uns des autres de façon à ménager entre eux des vi- des à l'effet de permettre une plus grande radiation de chaleur à partir des tubes. Les tubes-carneaux peuvent avantageusement communiquer, à une extrémité, avec un carneau transversal com- mun, dans lequel on brûle les gaz de chauffage nécessaire et l'on constate qu'il est préférable d'introduire la chaleur dans les carneaux à l'extrémité d'évacuation des claies du fait que de meilleurs résultats peuvent être obtenus en prévoyant une température décroissante de l'extrémité d'évacuation à l'extré- mité de chargement du four.
Conformément à une autre caractéristique de l'in- vention on combine un four vertical, avec le four horizontal formé par les claies de cornue. de l'invention.- Pareil agence- ment permet un meilleur contrôle de la carbonisation du char- bon ou des boulets, du fait que ceux-ci peuvent être durcis par le traitement sur les claies et ensuite soumis à une car- bonisation supplémentaire dans le four vertical.
On remarquera également que dans certains cas il suffit de refroidir les boulets dans le four vertical, et dans ce cas le four vertical peut être remplacé par une simple chambre de refroidissement.
L'invention est illustrée dans les dessins annexés, dans lesquels :
FIG. 1 est une élévation en coupe montrant un agen- cement de cornue comportant un four horizontal et un four ver- tical, le premier étant pourvu d'un joint hydraulique ou autre, conformément à l'invention;
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Fig. 2 est une coupe transversale du four horizon- tal;
Fig. 3 est une coupe longitudinale d'une partie du four horizontal, cette coupe étant pratiquée sensiblement suivant la ligne 3-3 de la fig. 2 ;
Fig. 4 est une coupe transversale pratiquée dans le four vertical.
Dans les dessins annexés, 1 désigne l'ensemble du bâti de cornue qui est établi en maçonnerie ou autre matière réfractaire appropriée, Le bâti entoure une chambre de chauffa- ge horizontale, ou four, 61, dans lequel la matière est soumi- se à un traitement thermique, ou à chaud, tandis qu'elle y pas- se sur une claie de cornue 65:
Du charbon ou une autre matière à carboniser ou à traiter de toute autre manière dans le four, est amené d'une tré mie (non représentée) dont il passe, par gravité, à une goulot- te d'alimentation 841 pour être déchargé sur la claie de cor- nue 65. La claie 65 est supportée de manière à pouvoir se dépla- cer d'un mouvement en bout, alternatif, dans la chambre de cor- nue 61 comme il est décrit ci-après.
Le mécanisme de manoeuvre pour la claie comprend une tige poussoir 23, actionnée par une came de commande 35, tandis qu'un butoir ou arfêt 24 est prévu pour arrêter d'une manière soudaine le mouvement de re- tour de la claie après qu'elle a été déplacée par la tige 23
Les cames sont montées sur des arbres 38 compor- tant des poulies 39 qui sont-entrainées à une vitesse réglée en relation de temps avec les mécanismes d'évacuation et de chargement.
Les paliers des arbres 38 sont supportés sur une charpente ou superstructure, indiquée dans l'ensemble en 40, sur les montants 32 de laquelle sont montés les butoirs, Il est à noter que la superstructure s'étend par dessus la cham- bre de cornue 61, et à cette superstructure ou charpente, la claie de cornue est suspendue comme il est décrit ci-après.
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La partie mobile de la cornue de la présente inven- tion comprend un cadre principal 1021, dont les éléments longi- tudinaux sont constitués par deux poutres en U 102.' Ce cadre principal est supporté pour exécuter un mouvement de va et vient, à l'aide de bielles 75, les bielles 75 étant reliées à pivot, à leurs extrémités supérieures, en 77, à la superstructure, et reliées, à leurs extrémités inférieures, à des pattes ou oreil- les 761 des poutres longitudinales.
On remarquera que le cadre principal est monté à l'extérieur de la cornue, de sorte qu'il peut être actionné dans un milieu froid.
Dans la cornue et par conséquent soumis à l'action de la chaleur des gaz, on a monté un sous cadre constitué par de petits montants verticaux 103, rigides par rapport aux longe- rons du cadre principal 102, et reliés, à leurs extrémités in- férieures, à des paires de poutres transversales constituées par des cornières 104 qui stétendent transversalement à travers la chambre de cornue 61 et à partir desquelles les claies de cornue 65 sont suspendues à l'aide d'étriers 105.
Dans les parois latérales du bâti de cornue, on a prévu des paires correspondantes de poches 106 s'étendant vers l'extérieur, qui, à leurs extrémités externes, se terminent par des poches s'étendant vers le haut, 107, les dimensions de ces poches étant suffisantes pour tolérer les mouvements d'os- cillation ou de balancement des montants 103 et des traverses 104.
Les bielles 75 à l'aide desquelles les claies de cornue et les châssis sont suspendus de façon à permettre les mouvements de pivotement, sont reliées à pivot, à leurs extré- mités inférieures, à des pivots 761 des poutres du cadre princi- pal, et sont suspendues, à leurs extrémités supérieures, aux poutres transversales 781 de la superstructure de la cornue.
Sur le côté inférieur des poutres du cadre princi- pal, on assujettit des civettes renversées 108, plongeant dans
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des cuvettes annulaires 109 montées sur la fondation ou maçon- nerie de la cornue et contenant de l'eau ou une autre matière de joint.
Une caractéristique de cette construction de four réside dans l'accessibilité et le remplacement aisé des parties ou organes d'usure, et il est à noter, à cet égard, que les pa- rois supérieures des poches sont conformées en arc, comme indi- qué en 110, afin de permettre l'enlèvement de la maçonnerie sans déranger les assises et permettre de cette façon l'enlèvement des poutres transversales 104 par déplacement en bout à travers les poches. Dans le même but les branches verticales des organes en forme d'étriers, supportant les claies, sont établies avec des extrémités 111 conformées en T, qui surplombent les poutres transversales 104.
Une claie peut ainsi être retirée du four en vue de son remplacement ou de la réparation, en déplaçant simplement les deux poutres transversales 104 latéralement jus- qu'au moment où les étriers peuvent être descendus, toute la claie de cornue pouvant alors être enlevée longitudinalement en enlevant uniquement la lèvre 841 de la goulotte d'alimentation.
La chambre de four 61 avec le bâti de cornue, est pourvue d'une voute en forme d'arc 112, et elle est évidée au fond pour loger une série de carneaux de chauffage 113 s'éten- dant longitudinalement qui, à une extrémité, communiquent avec un carneau d'entrée 114, et, à l'autre extrémité, avec un car- neau de sortie 115 menant à la cheminée.
Il est à noter que des vides 116 sont prévus entre des carneaux voisins afin d'accroître la radiation de chaleur et, de ce fait, la vitesse de chauffage des claies.
On a constaté qu'il était préférable d'introduire la chaleur dans les carneaux 113 à l'extrémité de décharge ou d'évacuation de la claie,des expériences ayant montré que lors- qu'on fabrique des boulets sous forme carbonisée, un meilleur produit s'obtient lorsque la température décroît à partir de l'extrémité d'évacuation jusqu'à l'extrémité de chargement.
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Dans l'agencement représenté, les oarneaux 113 sont chauffés par des gaz venant de la connue verticale, mais il est évident que si la cornue verticale est supprimée, le carneau 114 peut être employé comme chambre de combustion commu- ne aux carneaux 113.
Le mécanisme d'alimentation à la cornue n'a pas été représenté, et il comprend une trémie d'emmagasinement de laquelle la matière passe dans une trémie d'alimentation pour- vue d'un joint hydraulique; et de là dans la goulotte 841, dans laquelle on prévoit un cadre étoilé ou rateau pour contrôler la vitesse d'alimentation à la cornue, cette alimentation étant re- liée fonctionnellement ou mécaniquement avec le mécanisme d'é- vacuation de la cornue, de sorte que l'ensemble peut être con- trôlé en concordance avec la vitesse désirée de cheminement à travers le four horizontal.
On a constaté qu'il était préférable de faire fonc- tionner la claie à une vitesse en concordance avec son oscilla- tion naturelle, du fait que dans ce cas l'énergie nécessaire pour mouvoir la claie d'un mouvement alternatif est un minimum et, dans ce but, également la position du butoir 24 est de pré- férence réglable.
On a reconnu qu'une différence de température d' environ 50-60 C. entre les extrémités d'évacuation et de char- gement était appropriée.
En travaillant avec des températures d'environ 580 C à l'extrémité d'évacuation, tout le brai des'boulets et les matières volatiles du produit sont réduits à environ 10% en moins d'une heure. A cette phase, comme toutes ses proprié- tés d'agglomération ont été détruites le boulet peut alors être soumis à un traitement à chaud supplémentaire dans un four ver- tical, ou bien, alternativement, il peut être abandonné au re- froidissement dans le four vertical ( ou une simple chambre de refroidissement), période pendant laquelle il se durcira,
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On remarquera que l'association d'un. four vertical avec un four horizontal permet l'obtention d'une gamme étendue de pro- duits.
Il est possible de produire une matière solide à haute température, notablement supérieure au produit ordinaire obtenu à haute température, et toute tendance du produit à graphiter est éliminée du fait que les hydrocarbures ont été éliminés du- rant le traitement à des températures moins élevées,
Il est à remarquer que la disposition d'un four vertical réduit les frais de fabrication, puisque la carbonisa- tion de la matière peut être exécutée jusqu'à toute températu- re désirée, en raison du fait que les boulets ont été préalable- ment durcis dans la cornue à claies.
En pratique on a constaté qu'il était désirable de prévoir un four vertical dont la capacité en volume est d'environ 2 1/2 fois aussi grande que celle de la cornue à claies, lorsque cette dernière est chargée jusqu'à 7,5 kg. par dm2
Le four vertical peut être de la construction Illingworth usuelle et le produit qui en provient s'évacue par des goulottes appropriées-sur un convoyeur à courroie mobile in- diqué dans l'ensemble en 117,
Comme précédemment décrit, les carneaux de chauffa- ge113,114,115 peuvent être prévus dans les parois ou cloisons sé- paratrices du bâti de cornue, les carneaux étant hors du contact direct avec les chambres de cornue respectives, lesquelles sont rendues étanches aux gaz pour permettre l'extraction des produits de¯la carbonisation par une sortie appropriée, à la manière usuel- le.
Si on le désire, les carneaux de chauffage peuvent être cons- titués par des tubes métalliques pour la circulation de gaz de chauffage.
Le système de chauffage peut être conduit suivant le principe décrit dans le brevet anglais 350.960, dans lequel les gaz traversant une série de carneaux sont amenés à la tempé- rature requise pour circuler dans la série suivante de carneaux: Il est évident également que si la cornue ne doit être utilisée
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en contact direct avec la matière, de sorte que les carneaux peu- vent être supprimés.
Tant les goulottes d'alimentation de la trémie que les tiges des poussoirs, pénètrent dans le four à travers des joinb étanches aux gaz, la came et le mécanisme de commande s'y rappor- tant étant extérieurs au four. En fonctionnement, il est évident que le mouvement des tiges des poussoirs détermineront un déplace- ment en bout des claies, et l'arrêt (différentiel) subséquent, du mouvement de retour communiquera un choc soudain obligeant la ma- tière sur les différentes claies à glisser en avant, et finalement à être déchargée à une extrémités
On considère que des dimensions appropriées de claie sont de 6 à 9 mètres de longueur et 1,8 mètre de large avec 0,60 m. de hauteur dans le cas d'une claie fermée.
Il est clair que la vitesse de cheminement, et, de ce fait la durée du traitement "à chaud" ou carbonisation dans le four, peut être modifiée en premier lieu par le nombre de courses par minute, en second lieu par la longueur de course, troisièmement par la grandeur du "heurt", qui est la distance de l'arrêt ou butée fixe à partir de la verticale, et de laquelle la claie se déplace au delà de la verticale durant son mouvement de retour avant arrêt par la butée, ou une combinaison de ces facteurs.
Le poids de la charge et de la claie influenceront les résultats conformément aux actions des différences d'inertie
Des essais effectués avec une claie de 6,10 mètres pesant 1265 Kgs. environ, indiquent qu'avec ce poids, une course réduite de quelques 5 cms. environ, et un t'heurt" d'environ 25 mm, en travaillant à 60 courses par minute, procurent un cheminement à une vitesse requise pour effectuer la carbonisation en une heure.
Il est évident toutefois que ces valeurs ou chiffres va- rieront avec la nature de la matière traitée, et clairement aussi avec l'agencement représenté dans les figso' 3 et 4, on peut at- teindre des vitesses plus élevées du genre de celle des cribles.'
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La cornue de l'invention convient spécialement pour la carbonisation de charbon, par exemple de boulets, obtenus par pressage d'un mélange de charbon, de braises et d'un liant ap- proprié, pour lequel on peut utiliser du goudron.
Dans la plu- part des procédés, dans lesquels on carbonise des boulets, il est essentiel d'employer du brai, comme liant, la quantité de brai utilisée étant relativement élevée, disons 8%, à l'effet que les boulets puissent supporter la manutention avant carboni- sationo Dans la présente invention, non seulement la production des boulets peut être amalgamée avec la manutention mécanique mais la quantité de brai peut être notablement réduite, par exemple, 3% par boulet de 40 grammes, et en outre ce brai peut être remplacé par du goudron brut ou des fractions de ce der- nier, car la nature du mouvement à travers la chambre de cornue n'est pas tel qu'il provoque la désintégration des bouletso
En pratique, le mélange de charbon et de goudron est amené dans une trémie ou soute supérieure,
et comprimé dans une presse disposée immédiatement en dessous. Entre la presse et les goulottes d'alimentation on peut prévoir un tamis pour séparer les débris. Les boulets, ou le charbon conformé, tom- beront sans se rompre dans la goulotte et de là passennnt dans les cornues dont ils sortent sous forme d'un combustible dur, dense et sans fumée.
A des intervalles d'une heure, la presse à briquet- tes est mise en marche pendant une demi-heure, et si sa capaci- té est de trois tonnes, elle desservira les trois éléments envi- sagéso
On considère en outre que l'isolement du bâti de cor- nue peut être réduit ou supprimé en montant une autre claie de carbonisation à la partie supérieure, en réalisant en fait un seul élément oscillant avec un pont supérieur et un pont inférieur.'
Les boulets seront carbonisés sur la claie inférieu- re, et le charbon sera carbonisé dans une mesure suffisante
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sur la claie supérieure.
Sans essais, il est difficile de dire si l'on dis- posera d'une quantité de chaleur suffisante sur la seconde claie pour atteindre le degré de carbonisation requis, mais à défaut, on disposerait d'une quantité de chaleur suffisante pour sécher du charbon sur le pont supérieur,, Dans cet endre d'idées toute- fois des expériences ont été faites avec un élément à deux ponts et il convient mécaniquement en ce qui-concerne l'avancement ré- gulier du charbon sur le pont supérieur et des boulets sur le pont inférieur.
En cas de séchage ou de carbonisation préalable dans le même four que la carbonisation des boulets, le joint hy- draulique à l'extrémité d'évacuation serait supprimé,et l'on y sub- stituerait une évacuation alimentée par gravité,,
On remarquera que le prix d'établissement extraor- dinairement réduit, la faible force motrice nécessaire pour l'opé- ration et les frais de main d'oeuvre réduits, ainsi que la facili- té des remplacements d'organes rendent la cornue à claies de l'in- vention intéressante dans la carbonisation des lignites, des schis- tes, et analogues, qui, on le comprendra,sont compris dans l'expres sion "matières carbonées analogues".
En outre le fait que les va- peurs passent du charbon chaud dans une zone froide procure un ren- dement maximum en huile et l'absence de cracking,,
Une autre caractéristique importante réside dans le fait qu'en raison de l'effet de glissement, ce qu'on dénomme les charbons bitumineux, qui-deviennent très plastiques et adhèrent sous l'influence de la chaleur, peuvent être carbonisés sans s'at- tacher ou coller,auquel cas la cornue présente un avantage supplé- mentaire pour la production de braise destinée à être mélangée avec des charbons.
L'appareil a le mérite de la simplicité de construc- tion, du faible coût d'établissement, et de frais réduits de rem- placement; la maçonnerie constitue une constructioin robuste dans les formes ordinaires. Les seules parties qui nécessitent le rem-
EMI11.1
placement sont les niaïas- m,\11+O,," 1+ -.4.-- --
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nécessitant une surveillance, par exemple un graissage, sont éta- blis dans des parties froides.
Les fours peuvent être construits en batteries, non seule ment en hauteur, mais juxtaposés les uns aux autres.
La "fabrication" de combustible conformé, in situ, remé- die au moyen usuel d'une installation indépendante pour sa produc- tion, et permet la manipulation d'une briquette ou d'un boulet au goudron ou à l'huile. Semblable briquette serait sans valeur sans carbonisation,
L'appareil peut être employé pour la carbonisation préa- lable d'une portion du charbon, à mélanger avec du charbon frais, en sorte de produire le mélange nécessaire pour un produit satis- faisant, et dans ce cas le produit préalablement carbonisé peut être refroidi en le mélangeant avec du charbon humide.
REVENDICATIONS
1.- Appareil à cornue ou cellule, approprié à la carbonisa- tion continue et au traitement il. chaud de charbon et de combusti- bles conformés qui en sont confectionnés, comprenant un bâti de cor- nue, une surface chauffante's'étendant horizontalement dans la cham- bre chauffante de la cornue, et sur laquelle on fait passer la ma- tière à traiter, des moyens de support pour la surface chauffante, agencés à l'extérieur du bâti de cornue et comprenant des organes traversant des ouvertures formées dans le bâti, des moyens d'obtu- ration formant joint étanche aux gaz entre chacun des organes de support et le bâti, et des moyens de manoeuvre travaillant à l'ex- térieur de la chambre de cornue pour communiquer le mouvement, par l'intermédiaire des dits organes, à la surface chauffante.