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Four électrique à cuve, en particulier pour chauffage direct à résistance.
L'invention a pour objet un four à cuve construit de préférence en forme de four pour chauffage direct à résistance et destiné principalement à la récupération de métaux particulièrement de magnésium, à partir de mélanges du métal avec des matières non volatiles qui l'accompagnent, en les soumettant à une distillation afin d'en séparer le contenu métallique, et destiné en plus à l'épuration de
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métaux bruts par distillation, mais pouvant servir aussi à d'autres usages, par exemple à la réduction de composés métalliques à des températures supérieures au point d'ébullition du. métal en question* En plus d'autres propriétés particulières ce four a en premier lieu l'avantage que l'on. peut effectuer l'évaporation du métal en une opération ininterrompue,
donnant un produit condensé pur même lorsque l'on traite dans le four une matière donnant naissance à un dégagement de poussière.
Lorsqu-'on relie la chambre de distillation en forme de cuve au condenseur au moyen d'un tuyau branché OEirecteiaent, il faut, pour des raisons de construction, que la conduite de communication ait un petit diamètre intérieur . Il en résulte, lorsqu'on traite dans le four une matière tendant à dégager de la poussière, cette difficulté que les vapeurs qui sortent de la cave à une vitesse relativement grande entraînent avec elles des parties pulvérulentes de la charge, parties qui nuisent à la nature du produit condensé ou même empêchent complètement la formation d'un dépôt liquide se solidifiant en donnant un métal compact.
Il est déjà connu, en ce qui concerne les fours électriques servant à distiller une matière contenant du zinc, de ménager des séries d'ouvertures dans la zone de distillation et de renfermer chaque série dans un collecteur .particulier communiquant avec le condenseur. Toutefois, ceci ne réduit pas encore la vitesse de sortie des vapeurs au degré nécessaire pour empêcher sûrement l'entraînement de poussière- Mais si les ouvertures de passage débouchent, suivant l'invention, dans un collecteur commun renfermant la zone de distillation de la cuve et dont part,¯la conduite
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de communication allant au condenseur* il est possible de disposer les séries d'ouvertures de façon quelles se succèdent immédiatement.
ce qui fait que l'ouverture de sortie totale devient assez grande pour que tout risque de souillure des vapeurs soit complètement supprimé. En outre, l'utilisation d'un. collecteur commun empêche aussi les vapeurs de se refroidir pendant qu'elles vont au condenseur.
Les ouvertures ménagées pour le passage des produits de la distillation sont avantageusement séparées ltune de l'autre par des nervures constituées par des éléments en forme de plaques montant à la manière de persiennes vers la paroi extérieure de la cuve. Ceci assure une épuration supplémentaire, par filtrage, des gaz et vapeurs qui sortent, ces gaz et vapeurs étant obliges de traverser la charge déposée en talus naturel dans les ouvertures des parois de la cuve ; comme cette matière glisse peu à peu des plaques inclinées, ce qui fait qu'elle se renouvelle continuellement, bien que très lentement, l'action de filtrage est aisi assurée d'une façon permanente sans diminution*.
Lorsqu'il s'agit d'un four pour chauffage direct à résistance, que la charge traversa en or;ne de colonne cheminante, les électrodes, qui sont montées de façon connue à différentes hauteurs de la cuve, sont constituées suivant 1'invention par un; grille dont les barreaux sont encastrés par leurs extrémités dans un cadre ayant le même diamètre intérieur que la cuve.
Les barreaux de cette grille sont disposés de façon à diviser le plan limité par le cadre en cases ayant la même ou sensiblement la même étendue et pouvant avoir par exemple la forme d'un
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rectangle, d'un. polygone ou d'un. cercle, ce qui a pour effet que le courant électrique traverse avec la même densité la charge qui chemine entre les électrodes, et chauffe cette charge au même degré.
On peut ainsi éviter facilement de surchauffer la matière ce qui pourrait entraîner une volatilisation d'impuretés* Ce résultat ne peut pas être obtenu, avec les électrodes connues, annulaires ou. en forme d'étoile, disposées comme les rayons d'une roue, parce que la densité du courant est très inégale dans les zones de la charge se trouvant entre les électrodes*
Il ect très important que les parois de la cuve soient parfaitement étanches, sans quoi des vapeurs de magnésium, pénétreraient dans la couche calorifuge froide qui entoure la cuve et se déposeraient sur l'enveloppe métallique extérieure.
Lorsque la maçonnerie de la cuve est faite comme d'habitude, la formation de fentes et de fissures dans les parois de la cuve est inévitable à cause des différences de la dilatation saus l'influence de la chaleur entre les matières céramiques et l'enveloppe en métal. Suivant l'invention la cuve s'appuie dans son ensemble,, en haut et en bas, sur des ressorts comprimés qui assurent plus de cohésion à la matière céramique et compensent les variations de longueur, rendant ainsi impossible toute naissance de fuites. D'autre part, il faut éviter toutefois que le tugau d'évacuation des gaz travaille à la flexion par suite de la dilatation et de la contraction des parois de la cuve.
A cet effet, suivant l'invention, celle des parties intermédiaires de la cuve sur laquelle ce tuyau est branché est solidement ancrée et par exemple reliée'rigidement à l'enveloppe en métal.
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Cette disposition permet également d'assurer d'une f'aqon très efficace le contact entre les éléments par lesquels le courant est amené aux électrodes, et les électrodes elles-mêmes. Comme les pièces d'arrivés du.
courant doivent être en métal ayant un coefficient d9 dilatation thermique différent de celui de la matière des électrodes (graphite, briques de carbone), il faut assurer une cohésion parfaite et durable entre lesdeux matières aux surfaces de contact, sans quoi la liaison se desserrerait sous l'action du. chauffage et du refroidissement ultérieur, ce qui provoquerait la formation de petits arcs lumineux entre le métal et l'électrode et rendrait le contact encore plus mauvais par suite de la combustion de matièreSuivant l'invention les pièces d'arrivée du courant sont constituées par des plaques ayant de grandes surfaces d'appui, et de préférence par des disques annulaires ayant les mêmes dimensions que les cadres à électrodes eux-mêmes,
ces plaques ou disques s'appliquant sur l'une des faces frontales des cadres à électrodes, on sur les deux, et étant pressés sur ces faces par les ressorts.
Lorsque les températures de travail sont relativement basses, ou bien lorsqu'elles sont convenable- ment abaissées à l'aide d'un vide poussé jusqu'à une valeur appropriée, le collecteur qui entoure la cuve dans sa, section ajourée en forme de panier peut être fermé par une enveoppe en métal qui, par suite de son élasticité, suit avec souplesse les variations de longueur de la cuve, même lorsqu'elle y est reliée rigidement* Par contre, si la température de fonctionnement atteint une hauteur telle qu'on ne puisse utiliser que des matières réfractaires pour
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la construction, si la cuve, qui est fortement chauffée, étais reliée rigidement à son enveloppe, qui est de beaucoup moins chaude,
des tensions nuisibles se pro- duiraient dans la structure de ces parties de la construc- tion, par suite des différences de dilatation thermique.
Suivant une variante de l'invention, on empêche la production de ces tensions en faisant en sorte que la cuve soit mobile et guidée dans l'enveloppe en matière réfractaire. L'enveloppe s'appuie de préférence sur des ressorts comprimés, comme on l'a dit plus haut pour la cuve elle-même, afin d'assurer plus de cohésion à la matière céramique. Pour que le corps de construction de la cuve ne soit pas chargé par le poids de l'enveloppe, on fait avantageusement reposer celle-ci sur un socle dont la construction de base est indépendante de la cuve du four.
Une deuxième modification que le four à cuve doit subir lorsque la distillation est effectuée à des températures que les matériaux métalliques de construction ne supportent pas, concerne la disposition des électrodes* Pour éviter l'action de hautes températures sur les pièces en métal qui amènent le courant, on monte ces pièces dans des zones non chauffées, au-dessus et au-dessous de la section de distillation, et on les relie. au moyen de cylindres en carbone ou en graphite dont la paroi intérieure est revêtue d'une matière réfractaire isolante de l'électricité, aux cadres à électrodes montés dans la zone chaude, Les cylindres en carbone sont maintenus en prise avec les cadres à électrodes et les pièces en métal amenant le courant, par le poids de la maçonnerie de la cuve et par les ressorts qui:
, agissent sur la maçonnerie
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par des efforts de compression, de sorte qu'il ne peut se produire aucun arc lumineux dû à un contact imparfait entre les éléments de la ligne conduisant le courant.
Deux modes de réalisation du four à cuve qui fait l'objet de l'invention sont représentés à titre d'exemple dans les dessins annexés.
La fig. 1 est une coupe longitudinale du four.
La fig. 2 est une coupe transversale par la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe transversale par la ligne III-III de la fig. 1.
Les fig 4 et 5 sont deux vues de doux modes de réalisation d'électrodes.
La. fig. 6 est une coupe vertical? d'un exemple du deuxième mode de réalisation.
Dans sa partie centrale le four comporte deux zones ajourées en forme de paniers, construites en forme de sections de surfaces coniques en briques pleines 1 et en éléments 2 en forme de plaques* Les plaques 2 sont ancrées sur les briques pleines, leurs bords s'engageant par exemple dans des cannelures des briquée pleines (fig.3). Ces zones de la cuve, zones qui sont ajourées en forme dp paniers, sont entourées par des enveloppes en métal 3, 4 qui y sont montées d'une façon étanche. L'enveloppe 4, dont la paroi latérale inférieure est reliée à la paroi de la ouve de façon à résister aux efforts de traction, est en communication avec une tubulure d'évacuation 5 et communique avec l'enveloppe 3 par une conduite 6.
Dans l'exemple de réalisation représenté dans les fig. 1 et 2 les électrodes, qui sont montées à
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différentes hauteurs, sont constituées par des anneaux 7 et par une grille dont les barreaux 8 sont parallèles et encastrés dans les anneaux par leurs extrémités. La disposition est de préférence telle que les barreaux des électrodes successives soient déplacés de 90 entre eux (voir la fig. 1). Au lieu de plusieurs barreaux 8 on peut aussi n'utiliser qu'un seul barreau* Les barreaux peuvent d'ailleurs aussi être disposés de façon que les cases aient la forme d'une figure régulière, par exemple d'un carré (fig.4) ou d'un hexagone (fig. 5).
Le courant est amené aux électrodes en graphite ou en briques de carbone par des disques annulaires en métal 9 qui s'appliquent sur une face frontale des anneaux des électrodes*
La cuve s'appuie dans son ensemble, en haut et en bas, sur des ressorts comprimés 10, 11. Dans sa partie qui porte la tubulure d'évacuation 5 la cuve est reliée rigidement à l'enveloppe en métal 13. Pour assurer l'ancrage de cette partie de la cuve, on peut par exemple soudera sur l'enveloppe en métal 4 du collecteur, des pattes 14 qui s'appuient sur le bâti en métal 13 Dans l'exemple re- présenté les pattes sont faites, à leurs extrémités extérieures, en forme de douilles pour des briques 15 en matière isolante de l'électricité, montées dans des douille-; 16 de l'enveloppe en métal.
En outre la tubulure d'évacuation 5 est aussi comprise dans l'ancrage qui relie rigidement la section inférieure de la cuve à l'enveloppe en métal, du fait qu'elle débouche dans un court tronçon de tuyau 17 en matière isolante de l'électricité, introduit dans une douille 18 reliée à l'enveloppe en métal.
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Dans le cas du. four représenté à titre d'exemple dans la fig. 6 la zone de cuve, ajourée en forme de panier est entourée par une enveloppe en maçonnerie 19 constituant le collecteur pour les vapeurs sortant de la section moyenne de la cuve et reliée au condenseur par une tubulure 20. La maçonnerie de l'enveloppe repose sur les supports 21 et les ressorts 22 qui s'appuient sur les supports 23 agissent sur cette enveloppe par des efforts de compression. Comme l'enveloppe en maçonnerie 19 n'est pas reliée rigidement à la cuve, les parties 24 et 25 des parois de la cuve, parties qui s'appliquent sur l'enveloppe, peuvent se déplacer le long des parois intérieures de l'enveloppe, de façon à compenser les différentes variations de longueur des deux parties de la construction.
Les électrodes en graphite ou. en carbone, constituées par des barreaux parallèles 26 dont les extrémités sont encastrées dans des anneaux 27 sont disposées à l'extrémité supérieure et à l'extrémité inférieure de la sections de la cuve qui est entourée par l'enveloppe. Les anneaux des électrodes sont reliés par des cylindres en carbone ou en graphite 28 de hauteur convenable aux pièces annulaires en métal 29 qui amènent le courant.
La paroi intérieure des cylindres en carbone est revêtue de matière réfractaire isolante de l'électricité* Les cylindres 28, les disques en métal 29 et les cadres d'électrodes 27 sont fortement pressés les uns sur les autres par la pression de la maçonnerie et des ressorts 30 qui y agissent par des efforts de compression, de sorte qu'il ne peut se produire entre ces éléments aucun joint ouvert pouvant donner naissance à des arcs électriques* Par suite du montage des
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pièces cylindriques 28 entre les électrodes 27 et les agneaux en métal 29, l'arrivée du courant est reportée dans la zone de chauffage préalable qui se trouve au-dessus de la zone de distillation et dans la zone de refroidissement qui se trouve au-dessous de la zone de distillation,
endroits où les parois de la cuve n'atteignent pas des températures assez élevées pour qu'il soit impassible d'utiliser des pièces en métal pour l'arrivée du courant.