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Four pour la vaporisation des métaux.
La présente invention a pour but de procurer un four perfectionné pour la vaporisation de métaux, notamment du zinc, et une manière d'opérer par laquelle on diminue la tendance à la vaporisation de certaines impuretés qui peuvent être con- ' tenues dans le zinc.
Les dessins annexés représentent un exemple d'exécu- tion de 1'invention.
Fig. 1 est une coupe verticale longitudinale suivant la ligne 1 - 1 de la Fig. 3.
Fig. 2 est une coupe verticale transversale suivant la ligne 2 - 2 de la Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en bout.
Fig. 4 est une vue à plus grande échelle d'un détail @ de la Fig. 1.
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Le four représenté a une forme générale rectangulaire et comporte un fond 1, des parois latérales 2 et des parois d'extrémité 3, constitués de matière réfractaire qui peut être soit de la brique réfractaire de haute qualité, soit une combinaison de brique réfractaire et de matériaux isolants réfractaires. Le procédé et les matériaux employés dépendent de la quantité de chaleur calculée, devant être transmise à travers ces matériaux au récipient monolithe ou sole, décrit ci-après. On tient compte du fait qu'il est difficile de contenir le zinc fondu dans une construction en matière réfractaire à cause de la pression hydrostatique et on y remédie en enchâssant la partie inférieure du four, partie supportant le bain fondu, dans uneenveloppe métallique comportant un fond 4, des côtés 5 et des extrémités 6.
Le four est soutenu rigidement en-dessous par toute construction en acier usuelle ou appropriée constituée par exemple par des poutrelles transversales 7 et des longerons 8, et il est raidi sur les côtés par des montants 9 et en travers du dessus par des tirants 10. Le dessus de la construction achevée comporte un ciel voûté 11 en brique réfractaire et une couverture 12 en matière isolante plastique. Sur la paroi inférieure 1 de la construction achevée repose un récipient ou sole 13 pour la charge fondue de zinc ou autre métal. Cette sole est de préférence un monolithe comportant des côtés 14 (Fig.2) et des extrémités 15 (Fig.l) d'une hauteur suffisante pour contenir le bain fondu. Elle peut être faite en divers matériaux réfractaires, par exemple en carbure de silicium.
Au-dessus du récipient ou sole est disposée une voûte de cloisonnement 16. La chambre 17 située au-dessus de la voûte 16 est une chambre de chauffe ou de combustion. La chaleur de cette chambre est transmise par la voûte 16 à la surface du bain. A cet effet, la voûte 16 est disposée à faible hauteur
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au-dessus du bain et le ciel voûté extérieur 11 se trouve à un niveau suffisamment élevé pour laisser une chambre spacieuse 17 pour la combustion du combustible. Des ouvertures à brûleurs sont indiquéesen 18 et des sorties de gaz de combustion en 19. On peut employer du gaz, de l'huile ou du charbon pulvérisé. En 20 sont situées des ouvertures pour des pyromètres de façon qu'on puisse lire et enregistrer la température régnant dans la chambre de chauffe et régler cette température dans la mesure requise.
La voûte de cloisonnement 16 représentée sur le dessin est construiteen blocs de matière réfractaire à haute conductibilité thermique, comme par exemple le carbure de silicium, les joints étant rendus sensiblement étanches aux vapeurs en employant un ciment réfractaire approprié.
A une extrémité de la construction est disposée une cheminée 21 par laquelle la vapeur est aspirée de bas en haut pour être brûlée et transformée ainsi en oxyde ou pour être conduite à une chambre où elle est sublimée sous forme de poussière de zinc ou condensée en saumons de soudure, ou encore pour être traitée de toute manière usuelle ou appropriée.
Une des parois d'extrémité 3 est traversée par une ouverture 22 débouchant dans la chambre de vaporisation entre la voûte de celle-ci et le bord supérieur du récipient ou sole. Cette ouverture communique par une ouverture 23 avec la cheminée et coïncide aussi avec une ouverture plus grande 24 percée dans la paroi extérieure de la cheminée, l'ouverture 24 étant fermée pendant le fonctionnement. L'ouverture 22 constitue une sortie pour les vapeurs dégagées dans le récipient A l'autre extrémité, la paroi d'extrémité 3 est percée d'ouvertures 25 de plus faible section servant principalement à introduire un gaz inerte ou réducteur dans la chambre de vaporisation quand on le trouve avantageux.
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Pendant le fonctionnement ordinaire ces trous sont bouchés au moyen d'argile. Lorsqu'on ne veut pas introduire les gaz précités, les ouvertures 25 peuvent être employées comme sorties pour les vapeurs métalliques ou comme entrées pour le chargement, -de même que les ouvertures 22 situées à l'extrémité opposée, et on peut leur donner à cet effet la même section qu'aux ouvertures 22, bien qu'elles aient été représentées sur les dessins comme ayant une plus faible section. Naturellement, quand les ouvertures 25 doivent être employées comme sorties pour la vapeur, il faut les raccorder à une cheminée ou à un autre dispositif pour traiter ou utili- ser la vapeur.
D'un c8té, est ménagé un .trou de coulée 26 incliné de haut en bas depuis le fond 13 du récipient et conduisant à une goulotte 27. Ce trou est normalement bouché au moyen d'ar- gile ou matière analogue et on le débouche, quand c'est néces- saire, pour évacuer les métaux non-volatils résiduels ou pour retirer la charge fondue. Du côté opposé, est ménagé un trou 28 traversant la paroi, qui va de haut en bas jusqu'à la sur- face supérieure du récipient et qui est raccordée au-dessus à une trémie 29. Ce trou est lui aussi normalement bouché.
Lorsque le bouchon est retiré, on peut employer ce trou comme bec de chargement par lequel on fait couler dans le four du métal fondu pour le traiter sans accès de gaz oxydants.
La voûte 16 de la chambre de vaporisation comporte à ses extrémités un scellement étanche aux vapeurs représenté à plus grande échelle sur la Fig. 4. Dans les parois d'extrémité 3 du four sont creusées des cavités. Les briques d'extrémité 30 de la voûte sont engagées dans (ces cavités où elles sont entourées d'un scellement constitué par une masse de ciment réfractaire plastique. Celle-ci rend le joint étanche aux va- peurs et permet néanmoins une certaine dilatation et contrac---
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tion du ciel dans le sens longitudinal. La voûte est arquée en coupe transversale, comme le montre la fig.2.
Pendant le fonctionnement du four, on introduit du combustible qu'on brûle dans la chambre de combustion 17.
La voûte réfractaire 16 de la chambre de vaporisation est ainsi chauffée. On introduit du métal par les ouvertures 22 et 25 ou par le bec de chargement 28, de préférence par le bec de coulée quand on emploie du métal fondu.
Après avoir d'abord fait fondre la charge si celleci a été introduite à l'état solide, la chaleur transmise par la voûte 16 rayonne en direction du bain en quantité suffisante pour vaporiser le bain. Puis on évacue les vapeurs pour les oxyder, condenser, sublimer ou utiliser autrement.
Le procédé consistant à appliquer la chaleur rien qu'à la surface supérieure de la charge de zinc fondue a pour effet de réduire au minimum la turbulence de cette charge.
Toutes impuretés contenues dans le bain, qui ont un plus grand poids spécifique que le zinc, comme par exemple le plomb et le cuivre, tendent à demeurer au fond du bain et se vaporisent dans une mesure moindre que si l'on appliquait la chaleur par en-dessous et produisait ainsi une opération de vaporisation plus turbulente.
Le four perfectionné présente des avantages sur les fours couramment employés pour la distillation du zinc, dans lesquels on enferme le zinc dans des pots ou creusets cylindriques en matière céramique ou dans de grandes cornues de graphite d'une capacité maximum d'environ une tonne de zinc.
Ces fours exigent un rechargement fréquent, avec les dépenses élevées connexes pour le travail. Ils impliquent aussi de notables frais pour l'entretien des nombreux pots ou cornues.
Le four conforme à la présente invention n'est pas
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sujet à une pareille limitation de dimensions, comme les .anciens fours, et il implique moins de frais de main-d'oeuvre et écarte les dépenses exigées jusqu'à présent pour remplacer des pots ou cornues.
En outre, le four conforme à L'invention convient bien pour recevoir une charge fondue. Ce chargement sur une grande échelle est simple et rapide, de sorte que le métal contenu dans la chambre du four est exempt de scories. Comparé à un four de l'ancien type ayant une capacité maximum d'environ une tonne, un four conforme à la présente invention a fonctionné de manière satisfaisante avec une charge de sept tonnes et demie.
L'entretien de la voffte de cloisonnement 16 est beaucoup moins coûteux que les anciennes constructions. Elle ne supporte aucune charge. Sa construction lui permet de se prêter à des changements de température et d'éviter ainsi la rupture.
La voûte tend à maintenir son étanchéité d'elle-même, vu qu'elle est soumise de l'intérieur à la pression de la vapeur de zinc qui tend à remplir de vapeur de zinc toutes fissures au cas où il s'en produirait. Toute légère fuite qui peut résulter d'un refroidissement brusque permet aux vapeurs de zinc de passer dans la chambre de combustion se trouvant au-dessus, où:. elles s'oxydent. Les fuites disparaissent rapidement par suite de la formation d'un enrobage d'oxyde à l'endroit de la. fuite. Il s'ensuit que la chambre de vaporisation est maintenue étanche à l'air à tout moment, ce qui est essentiel pour un fonctionnement rentable. Généralement, on fait fonctionner ces chambres de vaporisation sous pression de vapeurs afin d'empêcher les rentrées d'air.
La grande quantité de zinc, vaporisée dans un seul volume, permet un meilleur réglage que dans le cas de petits
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creusets comportant un grand nombre d'ouvertures.
On peut produire un fonctionnement continu en intro- duisant un courant constant de métal fondu par l'ouverture ou lumière 28 à une allure propre à compenser l'allure d'évacua- tion de vapeur par l'ouverture 22. Tous métaux non-volatils restant dans la chambre 10 peuvent être retirés par les trous de coulée 26, de sorte qu'il n'y a aucune difficulté de traiter des charges de zinc contenant des impuretés métalliques.
REVENDICATIONS @
1.- Four pour la vaporisation de métaux, comportant un récipient ou sole monolithe pour le métal fondu, une maçonnerie de four comprenant un fond et des parois latérales et d'extrémité, qui supporte et contient ce récipient ou sole et qui a un ciel et une voûte de cloisonnement s'élevant des parois latérales et scellée de manière étanche aux parois d'extrémité du four pour constituer une chambre de combustion au-dessus de la voûte et une chambre de vaporisation en-dessous de la voûte.