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BREVET D'INVENTION " PROCEDE ET APPAREIL POUR TRAITER ELECTRIQUEMENT LES MATIERES DANS DES FOURS
TOURNANTS"
La présente invention est relative à un procédé permettant d'amener du courant électrique à des matières qui doivent être chauffées sans qu'il se produise de fusion ou d'agglomération ou de concrétion, alors que la température de traitement est au voisinage de cette gamme de température. Un exemple typique de procédé de ce genre est la réduction de minerais de fer en mélange avec du charbon pour donner du fer spongieux, procédé auquel l'invention se rapporte principalement, quoi qu'elle, soit également applicable à d'autres opérations dans lesquelles règnent les circonstances ci-dessus mentionnées.
Le chauffage se fait dans un
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four tournant, la chaleur nécessaire étant produite dans la charge du fait qu'un courant électrique passe dans celle-ci, ce qui est, de façon générale, déjà connu en soi.
Toutefois la façon dont le courant est fourni à la charge est, dans ce cas, d'importance essentielle. En premier lieu, on doit remarquer que, dans ce but, les élec- trodes utilisées doivent être faites de façon à supprimer le risque de fuites de courant. Une augmentation temporaire de la température de la charge envisagée ici peut facilement produire des dépôts sur les parois du four, dans la zone amenant le courant et le courant passe alors plus facilement dans ces dépôts que dans la charge d'où. une fuite de courant* Etant donné que de ce fait le dépôt devient plus chaud que le reste de la charge, une quantité encore plus grande de la charge s'agglomère en cet endroit jusqu'à ce que, fina- lement, le four doive être mis hors de service.
Une disposition d'électrodes qui réduit le danger de fuite de courant de ce genre a été décrite dans le brevet belge N 366.060 du 7 Décembre 1929 . Suivant ce brevet, on utilise le principe que les électrodes doivent être placées de façon que le courant passe surtout à une certaine distan- ce de la paroi du four, ce qui supprime le risque de for- mation de dépôt sur celle-ci. Toutefois, on a constaté que si la densité du courant sur la surface de contact entre l'élec- trode et la charge se trouve augmentée au-dessus d'une cer- taine valeur, il se produit une concrétion sur l'électrode elle-même. En d'autresermes, il n'est pas possible de four- j nir au four plus qu'un maximum de puissance donné, pour une tension donnée.
Par suite, la surface effective de l'élec-
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trode détermine la production maximum du four. Etant donné que la surface de chacune des électrodes pour la disposition en question ne peut pas être faite plus grande qu'une certaine partie de la section transversale du four, il pourrait se faire que la capacité du four devienne moindre que cela ne serait autrement le cas à d'autres points de vue.
La présente invention porte sur un principe différent d'alimentation en courant du fait que l'on utilise un autre système d'électrode et, par suite, il est possible d'obtenir pour un certain diamètre de four une surface d'électrode effective considérablement plus grande. Au lieu de faire passer le courant entre deux électrodes dans le sens de la longueur du four, comme cela est-le cas dans le brevet ci-dessus, conformément à la présente invention, le courant passe entre une électrode.centrale et une électrode extérieure, placée au voisinage de la paroi du four. Les surfaces de contact qui, de cette façon, s'étendent dans le sens de la longueur du four peuvent ainsi être relativement grandes sans qu'il soit nécessaire en même temps d'augmenter le diamètre du four.
L'application de ce principe d'amenée de courant procure en outre un autre avantage qui, ainsi qu'on l'a constaté, est de grande importance dans l'obtention de fer spnngieux. Si la charge, pour une raison ou pour une autre, par exemple du fait d'une densité de courant temporairement trop élevée, commence à se coller ou à s'agglomérer dans la zone d'amenée du courant, il se forme facilement des morceaux qui, lorsqu'on les y laisse, tournent continuellement et augmentent peu à peu de dimension et provoquent bientôt des trou-
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bles de fonctionnement.
Dans le cas d'électrodes disposées transversalement, les électrodes empêchent ces gros morceaux d'aller plus loin, tandis que, lorsque les électrodes sont placées conformément à la présente invention, elles ne les empêchent en aucune façon de suivre le restant de la charge pendant que celle-ci sort de la zone où passe le courant.
Dans certains cas, il peut y avoir inconvénient à placer les électrodes de la façon indiquée ci-dessus du fait de la difficulté qu'il y a à maintenir une charge uniforme tout le long de l'électrode parce que la conductivité de la charge varie pendant son passage dans la zone où passe le courant du fait que la température augmente progressivement et peut-être aussi du fait de la réaction chimique qui se fait progressivement. Par exemple, dans l'obtention de fer spongieux,la réduction entraîne une augmentation de la conductivité de la charge et étant donné qu'en outre la température augmente en proportion de la réduction de la charge, il peut se produire pour cette raison une augmentation de la densité du courant dans le sens du mouvement de la charge.
Toutefois,s'il est bon d'avoir un courant uniformément réparti, ces inconvénients peuvent être compensés en donnant à l'une des électrodes ou aux deux une forme différant quelque peu de celle d'une surface cylindrique, par exemple une forme conique, ainsi que cela est décrit plus en détail cidessous.
Un autre inconvénient résultant parfois de l'utilisation du système d'électrodes selon l'invention est que la charge, lors de la rotation du four, s'accroche entre l'électrode centrale et la paroi du four, ce qui peut entraîner des surchauffes en certains points. En conséquence, on a cons-
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taté qu'il était bon, pour éviter cet inconvénient, de faire l'électrode centrale de telle sorte que la charge passe librement en un certain nombre d'endroits à travers la paroi de l'électrode centrale, Dans ce but, cette paroi peut être perforée de façon appropriée ou bien peut être divisée en un certain nombre d'anneaux (conformément à la figure 3 du dessin annexé) ou en barreaux parallèles à la génératrice (suivant les figures 5 et 6) ou d'autres façons, en tenant compte, toutefois,
de ce que la surface effective de l'électrode ne doit pas être réduite plus que cela est nécessaire.
On a constaté qu'il était%intéressant également à un autre point de vue de diviser de cette façon l'électrode in- térieure ou électrode centrale; plus est faible la résistance opposée par l'électrode au déplacement de la masse, meilleure est l'agitation de la charge. On a constaté que , à une vitesse de rotation du four suffisamment élevée, on peut obtenir, dans la fabrication de fer spongieux à partir d'un mélange de concentrés et de charbon pulvérulent, un mélange si intime que la charge a sensiblement la même composition dans toute la zone où passe le courant et que, de cette façon, on a une résistance au passage du courant sensiblement constante. Cette possibilité est d'une grande importance lorsque l'on fabrique du f'er spongieux.
L'électrode extérieure, qui, dans sa forme la plus naturelle, consiste en une paroi cylindrique disposée au voisinage de la paroi du four, peut être divisée en éléments plus petits ce qui, au point de.vue construction, peut convenir particulièrement dans le cas de grands fours.
La façon dont est portée l'électrode centrale est un
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détail de construction important. Dans le cas de fours assez longs, les pièces de support peuvent partir de la paroi cylindrique du four, à une distance telle de l'électrode antérieure qu'il n'y ait pas à craindre de passage du courant le long de la paroi. Dans le cas de fours plus courts, les pièces de support peuvent partir de la paroi d'extrémité du four.
Dans certains cas, il peut être intéressant de porter l'électrode au moyen d'un bras qui est, entièrement distinct du four et qui est introduit au centre, en passant à travers l'une des parois d'extrémité du four (figure 7 ). L'électrode centrale peut alors ne pas tourner ou tourner à une vitesse différente de celle du four. L'arrivée de courant ainsi que le remplacement de l'électrode centrale sont simplifiés avec cette disposition. Lorsqu'il s'agit de charges ayant une conductibilité électrique élevée , il peut se faire que la tention électrique de fonctionnement pour ce système d'électrodes devienne plus faible que cela n'est à souhaiter.
En ce cas, l'électrode centrale peut être sectionnée en direction axiale (suivant le principe indiqué sur la figure 9)et le courant peut être amené à passer de l'une des électrodes intérieures, à travers la charge, jusqu'à ltélectrode extérieure et, de là, revenir à travers la charge à l'autre partie de 1''électrode centrale. Pour un certain effet, on obtient ainsi une tension double et une intensité de courant moitié. On peut également utiliser des fours ayant un certain nombre de systèmes d'électrodes.
A titre d'exemple, on a représenté sur le dessin annexé plusieurs formes de réalisation de fours de chauffage tournants ou continus pourvus d'électrodes disposées
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conformément à la présente invention.
La figure 1 représente une forme de réalisation du four, en coupe longitudinale verticale.
La figure 2 représente une forme de réalisation du système d'électrodes dans lequel l'électrode intérieure est faite en forme de chemise allant en se rétrécissant en cône vers l'extrémité de sortie.
La figure 3 représente une forme de construction de l'électrode intérieure dans laquelle celle-ci est sec- tionnée dans le sens transversal ou, en d'autres termes, est constituée par un certain nombre de parties en forme d'an- neaux à une certaine distance les unes des autres dans le sens longitudinal.
La figure 4 est une vue en bout du dispositif de support des électrodes en forme d'anneaux.
La figure 5 représente une autre forme de réalisa- tion de l'électrode intérieure suivant laquelle cette élec- trode est faite d'une enveloppe ou chemise rainurée dans le sens longitudinal ou composée de barreaux ou de pièces dis- posées dans le sens de la longueur et formant ensemble une chemise annulaire en section transversale de forme de cylin dre ou de cône ou d'une autre surface de révolution quel- conque,
La figure 6 est une vue en bout de ce système d'électrodes.
La figure 7 est une coupe longitudinale d'un four dans lequel l'électrode intérieure est portée par une barre centrale passant dans une ouverture ménagée dans l'une des parois d'extrémité du four, barre qui est complètement in- dépendante du four tournant de sorte que l'électrode inté- rieure ne prend part au mouvement de rotation du four.
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La figure 8 est une vue en bout de ce dispositif de support de l'électrode intérieure et de cette barre ou bras.
La figure 9 représente une disposition de l'électrode centrale, Cette électrode est divisée en deux parties de telle façon que le courant passe d'abord de l'une des électrodes intérieures, à travers la charge, pour aller à l'électrode extérieure et revient à travers la charge jusqu'à l'autre partie de l'électrode centrale.
On va d'abord décrire l'invention en se reportant à la figure 1. la disposition extérieure du four est sensiblement la même que celle qui est décrite dans le brevet susmentonné, quoique le système de sas représenté à ltextrémité d'entrée dans ledit brevet, lequel n'est pas compris dans le dispositif faisant l'objet de la présente invention, ne soit pas représenté sur le dessin.
Le four tournant proprement dit 1 est porté de façon connue en soi par les galets tournants! réunis par paires au moyen d'un arbre et qui, dans certains cas, sont faits de façon à leur permettre de faire tourner le four. Un tube d'amenée d'air ±¯ pénètre dans le four par l'ouverture d'alimentation de la charge, ménagée dans l'une des parois d'extrémité du four.
Le produit traité sort par l'ouverture 7 et, en quittant le four, on le fait passer de préférence dans un dispositif de refroidissement et d'éclusage analogue à celui qui est décrit dans le brevet mentionné ci-dessus ; ce système de sas est représenté sur le dessin mais n'est pas décrit en détail car il est déjà connu et ne.constitue pas une caractéristique essentielle de la présente invention.
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H, H est une ligne horizontale. Ainsi qu'on le voit sur le dessin, le four est un peu incliné vers le bas depuis l'extrémité d'entrée jusque vers l'extrémité de sortie de sorte que, lorsque le four tourne, la charge se déplace automatiquement dans cette direction.
Une électrode 8 est disposée dans le four tournant, au voisinage de la surface intérieure de celui-ci, et, dans l'exemple de réalisation représenté, cette électrode est cylindrique, L'électrode intérieure 9, comme représenté sur la figure 1, a la forme d'un cylindre mais, comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous, elle peut avoir une autre forme. La surface effective de l'électrode intérieure ou centrale est faite de façon à constituer une surface de révolution ayant le même axe que le four.
Des amenées de courant 10 aboutissent à l'électrode 8 - que l'on appellera également dans ce qui suit "électrode extérieure" - et les arrivées de courant 11 aboutissent à l'électrode intérieure ou centrale 9 qui est portée par des supports 13 passant à travers la paroi du four, de façon appropriée au nombre de trois et disposées à 1200 les unes des autres ; barreaux ou barres longitudinales 13 sont reliés à ces supports et, tout en portant l'électrode intérieure, ils sont reliés de façon conductrice à celle-ci, A l'extrémité de sortie du four, ces barres 13 sont fixées au four de façon appropriée afin de constituer un support sûr pour l'électrode intérieure.
Comme on l'a dit ci-déssus, la présente invention se distingue essentiellement, au point de vue de la disposition des électrodes et du passage du courant à travers
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la charge de ce qui est indiqué dans le brevet mentionné ci-dessus par le fait que, conformément à la présente invention, le courant passe entre une électrode centrale et une électrode extérieure placée au voisinage de la paroi du four au lieu de passer, comme cela est le cas dans ce brevet, entre deux électrodes dans le sens de la longueur du four, Les surfaces de contact qui, de cette faon , sont disposées dans le sens de la longueur du four, peuvent ainsi être relativement grandes sans avoir besoin d'augmenter en même temps le diamètre du four,
Comme on l'a dit ci-dessus,
cette disposition des électrodes et de l'arrivée de courant procure en outre l'avantage, en particulier dans la fabrication de fer spongieux, que si la charge 14 pour quelque raison, par exemple du fait d'une densité de courant temporairement trop élevée, commence à s'agglomérer ou à se concrétionner dans la zone de passage de courant, les morceaux - qui se forment facilement dans la masse et qui, si on les y laisse tourner continuellement, augmentent peu à peu de dimension et entraînent rapidement des perturbations de fonctionnement - accompagnent le restant de la charge hors de la zone où passe le courant grâce à la façon dont sont placées les électrodes, conformément à la présente invention, et sans être gênées par ces électrodes,
Pour le reste,
on se reportera à ce qui a été dit ci-dessus au sujet de la construction des électrodes et de la façon dont elles sont portées et de l'importance qu'ont ces dispositions pour le fonctionnement du four,
Sur la figure 2, on a représenté une forme de réalisation de l'électrode intérieure 9¯ suivant 1 aquelle cette
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électrode forme une enveloppe ou surface de révolution conique dont la pointe est dirigée vers l'extrémité de sortie.
Comme on l'a dit ci-dessus, cette disposition provoque une distribution plus uniforme du courant pendant la fabrication, Si on le désire, au lieu de cela l'enveloppe extérieure peut avoir une forme conique correspondante, telle que la distance entre la paroi extérieure et la paroi intérieure de l'électrode devient plus faible; à l'extrémité la plus voisine de l'extrémité d'alimentation qu'à l'extrémité opposée ou bien les deux électrodes peuvent être faites d'une façon convenant pour ce résultat,
Sur les figures 3 et 4, on a représenté un système d'électrode intérieure suivant lequel cette électrode est sectionnée en direction transversale de façon à être constituée par un certain nombre d'anneaux 15 qui sont séparés les uns des autres dans le sens de la longueur par des espaces in- termédiairesl6.
Ces anneaux sont portés et fixés en place au moyen des barreaux 13 de la même façon qu'indiqué ci-dessus. Il en résulte que la charge peut aussi passer librement en un certain nombre d'endroits à travers la paroi de l'électrode centrale, de sorte qu'on évite ainsi l'inconvénient, qui autrement serait susceptible de se produire dans certains cas, que la charge s'accroche lors de la rotation du four entre l'électrode centrale et la paroi du four, ce qui, évidemment, entraînerait des surchauffes locales.
Dans le même but, l'électrode centrale peut également être rainurée dans le sens de la longueur, de la façon indiquée sur les figures 5 et 6, ou bien, elle peut être constituée par des barreaux 17 , parallèles à la génératrice,
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entre lesquels sont ménagés des/intermédiaires longitudinaux 18 de dimension appropriée. Toutefois, on doit faire attention dans les deux cas à ce que la surface effective de l'électrode ne soit pas réduite plus que cela est nécessaire.
On a indiqué plus haut un autre avantage qui est obtenu en outre grâce à ces dispositions.
L'électrode extérieure peut évidemment être sectionnée de façon correspondante si l'on trouve que cela convient .
Comme on l'a dit plus haut, la figure 7 r epr é s en- te une disposition suivant laquelle l'électrode intérieure ou centrale est portée par une barre ou organe analogue 19 passant dans une ouverture 20 ménagée dans la paroi d'extrémité 21 du four, de façon telle que l'électrode intérieure ne prenne pas part au mouvement de rotation du four.
L'électrode intérieure proprement dite peut être de n'importe quel modèle approprié conformément au principe indiqué ci-dessus, mais dans les figures 7 et 8, on l'a représentée comme constituée d'éléments en forme d'anneaux 15 séparés dans le sens de la longueur par des intervalles 16. Le courant est amené à ces anneaux par la barre 19 et les supports 22 qui portent les éléments en forme d'anneaux ou les parties constituant l'électrode intérieure,que celle-ci soit en forme de barreaux suivant les figures 5 et 6, ou en forme d'anneaux suivant les figures 3 et 4, ou de tout autre type.
Avec ces dispositions, pendant le fonctionnement du four, les électrodes centrales peuvent rester au repos ou bien on peut les faire tourner à une vitesse différente de la vitesse
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de rotation du four, dans le même sens ou encore en sens contraire, de sorte que l'on a un mouvement relatif entre les deux électrodes,
L'introduction de la charge, de l'air, etc. peut se faire suivant le même principe que celui qui a été décrit ci-dessus au sujet de la figure 1, la barre 9 ayant, dans certains cas, la forme d'un tube comportant des perforations, par lesquelles l'air rentre dans la chambre du four, ou bien de l'air ou autre gaz convenant pour l'opération, peut être introduit par des ouvertures d'amenée spéciales, telles que l'ouverture 20.
Conformément à la figure 9, l'électrode centrale est divisée dans le sens longitudinal en deux parties 91, 92 reliées toutes les deux à des conducteurs, le courant passant de l'une des électrodes intérieures à travers la charge pour aller à l'électrode extérieure, puis revenant de celle-ci à travers la charge à l'autre partie de l'électrode centrale. On obtient alors un effet donné avec une tension double et une intensité de courant moitié.
Sur la figure 9, on a représenté les électrodes comme étant faites d'éléments en forme d'anneaux analogues à ceux représentés sur la figure 3, mais il est évident qu'elles peuvent aussi être faites d'une autre façon , par exemple suivant l'une quelconque des formes de réalisation ci-dessus décrites.