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Procédé et dispositif pour le traitement de masses en fusion susceptibles de réactions.
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour, le refroidissement, le fractionnement, la division et le transport de masses liquides à haute température, susceptibles de réactions, dans des tambours rotatifs, et elle consiste en ce que des masses, en particulier des masses attaquables par l'eau et/ou par l'air, et plus spécialement des masses liquides à haute température et se solidifiant au-dessus de 1000 , par exemple des carbures alcaline-terreux à l'état fondu, coulent à l'intérieur da tambours relatifs dont la surface des parois, au moins en ce qui concerne la zone touchée en premier lieu par la matière en fusion, est arrosée extérieu-
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rement par de l'eau de refroidissement et est constitué par un matériau métallique dont le rapport a .
E est inférieur
L à o,15 à la température ordinaire, représentant le coeffi- cient de dilatation calorifique linéaire, E le module d'élas- ticité en'kilogrammes par centimètrâ carré et L le coefficient de transmission de chaleur du matériau en unités techniques usuelles (grandes calories par mètre carré, par heure et par de- gré centigrade de chute de température). Le procédé permet par exemple le traitement à la façon expliquée ci-dessus de car-bure de calcium à l'état fondu, et sortant du four électrique a une température de 2000 environ.
Le traitement subsequent immédiat de telles massnes s'est heurté jusqu' à présent a des difficultés, malgré diver- ses propositions, de sorte qu'on a préféré le plus souvent tans la technique refroidir ces masses, en les solidifiant, aans aes chaudières ou d'autres appareils analogues et les diviser en- suite par des broyeurs, des moulins, etc. Des propositions con- nues pour diviser ces masses par des souffleries n'nt pas eu non plus de succès dans la technique à grande échelle.
Il est exact qu'on a proposé déjà, pour réduire en morceaux du carbure de calcium liquide, d'utiliser des tuyaux inclinés ou aes tam- bours inclinés dans lesquels coule le carbure liquide. par la rotation des tambours combinée à l'action d'organes d'entraîne- ment montés à l'intérieur de ceux-ci, le carbure devait être écarté de la direction du jet et devait, à l'état solide et divisé, quitter le tambour, à son extrémité. Ces dispositifs n'ont pas eu de succès parce que le carbure encrasse les réci- pients de refroidissement et les détruit rapiaement. ces incon- vénients sont d'autant plus sensibles lorsqu'il s'agit au trai- tement du carbure provenant des fours d'une production relati- vement considérable.
On a constaté le fait surprenant qu'on peut cepen- dant utiliser des tambours rotatifs dans le sens visé plus haut @
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sans les inconvénients indiqués lorsque, au moins la zone des parois du tambour touchée en premier lieu par la masse en fu- sion est immédiatement arrosée extérieurement d'eau de refroi- dissement et qu'elle est constituée par un matériau métallique dont le rapport a . E est inférieur à 0,15 à la température
L ordinaire. Lorsque ces constantes des matériaux employés sont connues pour des températures relativement élevées, ce qui n'est pas toujours le cas, il est recommandable en général de choisir, entre deux matériaux ayant à la température ordinale des rapports a .
E égaux ou peu différents, celui dont ce
L rapport est le plus faible à la température élevée. cependant, on a constaté que, mené dans le cas de matériaux dont les cons- tantes à température¯ relativement élevée ne sont pas connues le maintien du quotient susvisé à la température ordinaire conduit à un traitement, d'un fonctionnement sur, des masses
A cet effet, en fusion, susceptibles de réactions./:conformément à l'inven- tion, le refroidissement extérieur direct du tambour-rotatif, ou au moins de lazone des parois touchée en premier lieu par la masse en fusion et l'utilisation de matériaux possèdant les propriétés spécifiées plus haut scat nécessaires.
Comme on l'a constaté d'autre part, il y a dans ce cas un avantage particulier à régler le rapport désiré, en se basant sur un coefficient de transmission de chaleur élevé.
Des matériaux métalliques du genre précité sont par exemple le cuivre pour lequel a = 17 x 10-6, E = 1 100 000 kg. par cm2 et L = 325. Le quotient a . E en question s'élève
L donc pour le cuivre à 0,058. Bien que le point de fusion du cuivre soit de plusieurs centaines de degrés inférieur à celui du carbure de calcium, ce métal convient d'une façon extraor- dinaire comme matériaux pour le tambour rotatif et, en parti- culier, pour la partie qui est touchée directement par le jet de carbure et qui est refroidie immédiatement par l'eau.
On ne
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pouvait pas prévoir que, malgrél'action rigoureuse de température, on pourrait traiter, par exemple, dans un tambour construit en- tièrement ou partiellement en cuivre, des quantités de carbure s'élevant jusqu'à un grand nombre de tonnes par heure. Tandis que, dans le cas de la fonte par exemple, il y a un grand danger d'en- crassement et que, lorsqu'on applique le refroidissement extérieur direct par l'eau,il se produit déjà après peu de temps des cre- vasses dangereuses qui entraînent le passage de l'eau venant en contact avec l'extérieur du tambour, un tambour en cuivre, arrosé extérieurement d'eau, peut être emlpolyé d'une façon sure, même en travail continu.
On eut la surprise de constater qu'il ne se manifeste aucun inconvénient, par exemple par surchauffe, abrasion, etc., du fait du point de fusion peu élevé et de la résistance mécanique amoindrie. On ne pouvait pas davantage prévoir que, compte tenu de la sensibilité particulière des surfaces contenant du cuivre à l'action de l'acétylène, le contact avec du carbure à l'état fondu pourrait avoir lieu sans aucun inconvénient.
Un autre matériau répondant à ce rapport est par exem- ple l'aluminium pour lequel a . E = 0,1. C'est ainsi qu'en peut
L couler directement dans un tambour en aluminium ou dans une par- tie de tambour en aluminium, arrosée extérieurement par de l'eau, une masse fondue de cyanamide calcique ou d'un mélange de cyana- mide calcique et de sel marin pour la production de cyanamide fon- due.
Les exemples qui viennent d'être indiqués mcntrent que le rapport, nécessaire conformément a l'invention, entre les constantes physiques en question des mé taux employés est réalisé particulièrement grâce à leur coefficient de transmission élevé de la chaleur. on a constaté qu'il y a auantage a ce que ce rap- port soit de a . E 0,15 et qu'en même temps le coefficient de
L transmission de la chaleur soit supérieur a 100 (unités techniques).
Ceci s'applique aux matériaux précités : l'aluminium et le cuivre dont le coefficient de transmission de la chaleur est respective-
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ment de 170 et de 325. outre ces matériaux métalliques, d'autres, satisfaisant à ces conditions, entrent encore en ligne de compte, par exemple l'argent avec 380 comme coefficient de transmission de chaleur, le magnésium avec 137 et/ou des alliages de métaux différents, bons conducteurs, de la chaleur, dont le coefficient de transmission de chaleur est supérieur à 100 grandes calories par mètre carré, par heure et par degré et qui ont un rapport a . E convenable. Parmi ces alliages, on peut citer le duralumin
L dont le quotient a .
E = 0,123 avec a = 24 x 10-6 x-10-6, E = 0,72
L x 106 et L = 140 environ, l'alliage "electron" dont le quotient a . E = 0,08 avec a = 25 x 10-6, E = 0,44 x 106 et L = 140 en-
L viron, et divers autres alliages. Les points de fusion de tous ces métaux, alliages, etc. sont en général inférieurs a 1000 et leur résistance mécanique est souvent inférieure à celle d'autres matériaux ; ils conviennent néanmoins comme matériaux pour' la construction des tambours rotatifs objets de l'invention, même en service continu, tandis que beaucoup d'autres matériaux, par exemple la fonte, à point de fusion élevé et résistance mécanique relativement importante, mais dont le quotient a . E est supérieur
L à 0,15, ne conviennent pas.
Un deuxième groupe-limite de matériaux métalliques convenables est constitué par des matériaux dont le module d'é- lasticité est le plus faible possible. Ce module d'élasticité du matériau métaLlique ne doit pas, en général, dépasser 1 000 000 kg. par crn2 et doit, en particulier, avoir une valeur plus faible, par exemple inférieure à 800.000 kg. par cm2. Parmi les matériaux de ce genre, on compte par exemple l'aluminium avec E = 700.000 , l'argent avec E = 600 000 à 800 000, le métal "électron" avec E = 450 000, le magnésium avec E = 400 000 et d'autres métaux ana- logues, ainsi que des alliages dont le module d'élasticité est in- férieur à 1 000 000.
Un autre groupe de matériaux est constitué par ceux dont le coefficient de diltation linéaire est aussi faible quepos-
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sible et, dans tous les cas, inférieur à 5 x 10-6, inférieur par exemple à 3 x 10-6, De ce fait également, le rapport a . E est in-
L fluencé, conformément à l'invention, dans le sens d'une valeur aussi faible que possible.
Suivant les conditions existantes de travail, le tambour rotatif-plusieurs tambours rotatifs pouvant être prévus - est exécuté entièrement ou en partie en un matériau conforme a l'invention. Un a constaté qu'ilétait nécessaire que le tambour ou la partie de tambour avec laquelle la matière liquéfiée par fusion vient en contact en premier lieu soient pourvus d'un re- froidissement par l'eau et d'y adapter en particulier une pièce pour l'entrée, ou avant-tambour. Dans ce cas, on peut '..imiter le refroidissement, dans certaines circonstances, a cette pièce d'en- trée ou avant-tambour.
Lorsqu'on traite les masses enf'usion qui entrent en question, on établit, conformément à l'invention, au mollis la zone de la paroi touchée en premier lieu par la masse en fusion, en un matériau inattaquable ou on la revêt, ou bien on la recouvre électrolytiquement d'un tel matériau, on appliquera particulière- ment ce mode de mise en oeuvre du nouveau procédé lorsque, pour éviter des réactions chimiques, on doit employer autant que possi- ble des métaux précieux ou coûteux, tels que l'argent.
AU lieu d'une pièce d'entrée coûteuse, exécutée en argent, on peut, dans ce cas, employer soit un tuyau de cuivre doublé ci'argent ou un tambour, ou un autre dispositif analogue, par exemple en cuivre, revêtu intérieurement d'argent, soit un tube en aluminium , revêtu, doublé ou recouvert électrolytiquement par du cuivre, soit encore un tuyau métallique revêtu de graphi te. on a constaté en outre qu'ilétait avantageux de rendre amovible ou remplaçable la pièce d'entrée au tambour ou de lui aon- ner la ferme d'un avant-tambour spécial. Un peut souvent augmenter sensiblement la durabilité en établissant la pièce d'entrée ou
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l'avant-tambour même en plusieurs ou un grand nombre de pièces individuelles.
De cette façon, on parvient non seulement à réduire le désavantage résultant des tensions qui se produisent, mais aussi, au besoin, à remplacer et à réparer facilement, sans grands travaux ni montages difficiles, la pièce d'entrée du tambour qui est soumise aux conditions thermiques les plus rigoureuses.
Pour augmenter la résistance de la pièce d'entrée aux variations de la température, on a constaté qu'il y avait un avantage particulier à subdiviser en plusieurs endroits, complètement ou partiellement, par exemple par des liaisons à brides, des évidements oudes rainures de profil convenable ménagés à l'intérieur ou à l'extérieur, des joints bout-à-bout etc. le virole constituant cette pièce d'entrée, en particulier de manière que les lignes de subdivision s'étendent touj ours dans un plan passant par- l'axe de cette pièce ou du tambour.
Les joints des pièces d'entrée divisées de part en part sont, avec avantage, recouverts, par soudure, déclisses extensibles,en particulier de manière que le refroidissement des joints bout à bout par le système de refroidissement à. l'eau prévu pour l'extérieur ne soit pas empêché.
Un autre mode d'exécution destiné à empêcher- des efforts dangereux dans le matériau consiste, par exemple, dans l'exécution de la pièce d'entrée suivant une spirale formée par une bande ou par une pièce profilée grâce à quoi le métal a la possibilité de se dilater et la résistance de la pièce d'entrée aux effets de la température est ainsi augmentée.
Dans ce cas, également, il est préférable de recouvrir par soudure les pièces avantageusement au moyen d'éclisses extensi- bles ou d'autres organes analogues, sans que cela s'oppose au refroidissement. des joints bout-à-bout.
Lorsqu'on emploie plusieurs tambours, ils peuvent avoir des diamètres égaux ou des diamètres différents. Pour les fours à carbure de faible production par exemple, on em-
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. ploie de petits tambours et, pour les fours a forte prouuction, par exeraple ceux des fours de 20 000 kw., on emploie ce grans tambours ayant par exemple 2 ou-3 m.de diamètre et une longeum totale de ¯5 à 50 m.
En particulier, dans le cas de grands fours, dépassant par exemple la puissance de 5000 oude 10 000 kw., le nouveau dispositif s'est montré très avantageux., et ce ne fut qu'après la découverte des considérations particulières en la présente invention, qu'il fut possible de refroidir et ae diviser, avec toutes garanties, à plus de 1000 , de grandes quantités de masses en fusion, et susceptibles de réactions, à l'intérieur de tambours rotatifs, Le nouveau dispositif peut néanmoins être employé également avec succès pour des fours de faible production.
Suivant les besoins, on n'emploie qu'un tambour ou on en emploie plusieurs, par exemple trois mis en série irumédiatement l' un derrière l'autre. Toutes les mesures particulières prises pour le nouveau dispositif dépendent des conditions locales ae travail. c'est ainsi par exemple qu'on peut commander les tambours avec le même sens de rotation et avec des vitesses angularires égales ou dans des sens de rotation différents et a des vitesses différentes. De plus, ils peuvent être à commande commune ou a comman- de individuelle, etc.
Un mode de travail particulièrement avantageux consiste en ce qu'on fait tourner la pièce d'entrée ou l'avant-tambour à des vitesses angulaires plus élevées. De cette façon, la masse liquéfiée par fusion qui se présente dans l'unité de temps peut se répartir sur une surface plus granae du tambour, ce qui favorise l'action réfrigérante et la subdivision. Il en résulte non seulement que le matériau dont sont constituées les parois souffre à un moindre degré de l'action de la chaleur, mais aussi que des encrassements ou des agglomérations ae la matièresont évités, de scrte que le produit se présente, suivent la vitesse de rotation, à l'état granuleux ou en fragments.
Un tambour de
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2m de diamètre pour la fabricaticn de carbure tourne généralement à raison de 5 à 30 tours par minute.
Un autre mode de construction de la pièce d'entrée ou de l'avant-cylindre, consistant à leur donner une pente plus forte que celle de ou des cylindres qui leur font suilt,agit dans le même sens. Ici également, la masse en fusion est répartie sur une surface aussi grande que possible et est retirée plus rapidement de l'endroit avec lequel elle vient en contact, de sorte qu'un encrassement des pièces a moins de possibilité de se produire.
En particulier, on a constaté qu'il était utile de don- ner à la pièce d'entrée, du côté de l'entrée, une forme conique telle ou de lui donner du côté de l'entrée une section réduite telle que cette pièce reçoive uhe pente plus foete que celle du reste du tambour. De cette façon, on réalise non seulement une évacuation plus rapide de la matière liquéfiée par fusion, à partir de 1' endroit où elle vient en contact avec cette pièce, en même temps qu'un refroidissement et une solidification efficaces de masses, mais aussi un balayage éventuel plus économique du tambour par un gaz protecteur. Le produit, susceptible de réactions et très attaquable par l'air et/ou par l'eau est ainsi amené à soli- dification complète à l'abri :de substances nuisibles et est re- froidi à des températures ne présentant pas de danger.
Par exem- ple, une pièce d'entrée conique en cuivre de 20 mm, d'épaisseur de parois refroidie par l'eau s'est bien conservée. On a constaté en outre que, pour la surface de la virole du tambour rotatif ou de la zone des parois qui est touchée en premier lieu. par la matiè- re en fusion ou de la pièce d'entrée, des épaisseurs de paroi re- lativement faibles sont avantageuses. Bien que les températures des deux c8tés de la paroi de la virole puissent différer de plusieurs centaines de degrés et même de plus de mille degrés, on constate avec surprise qu'une épaisseur de paroi relativement faible est souvent plus appropriée qu'une forte épaisseur.
Malgré le gradiant thermique plus prononcé dans le métal, les forces appliquées, dans @
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le cas des parois relativement minces sont visiblement moins considérables, grâce à quoi un travail plus sûr peut être réalisé. Pour ne pas mettre en danger dans certains cas la résistance mécanique et la durabilité de la pièce d' entrée notamment malgré une épaisseur de paroi relativement faible, on peut consolider extérieurement cette pièce d'entrée au moyen d'une espèce de charpente à laquelle se transmettent les forces mécaniques, tandis que la paroi de la pièce d'entrée est exécutée ellemême avec une faible épaisseur et comporte au besoin des endroits où elle peut se dilater.
La façon dont a lieu l'entrée de 1& ruasse fondue dans le tambour rotatif lors de la cculée est indifférente, La masse fondue peut frspper directement la paroi intérieure au tambour ou bien elle peut subir un traitement préalable par des organes de fractionnement intercalés entre la eigole de coulée et tambour rotatif. 11 y a un avantage particulier a procéder de manière que le carbure scrtant au trou de coulée :-.'écoule, dans la pièce d'entrée par une rigole, refroidie par l'eau, qui n'est pas concave dans le sens de l'écoulement, mais par exemple plane ou convexe, en colimaçon ou en colimaçon et convexe, et/ou tombe librement dans la pièce centrée.
Dans des conditions d'encombrement convenables, le jet qui coule dans cette pièce peut, par exemple subir aussi une déviation, de préférence à peu près perpendiculairement au sens d'écoulement, par exemple par une division ou un façonnage convenable de la rigcle de coulée, on a trouvé avantageux également , dans le cas du travail de grandes quantités de masses liquides à température élevée, de diviser lejet en fusion qui s'écoule,psr exemple en donnant une forme de faîtière à la rigole de coulée, de manière qu'une partie de la matière s'écoule à droite et une partie à gauche ou à des distances différentes de l'entrée dans le tambour rotatif.
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un obtient ainsi un grain plus fin, le tambour ou la pièce d'entrée se conservent mieux et des tambours de refroidissement plus petits sont suffisants.
Pour éviter que la matière solidifiée s'attache autour de la pièce d'entrée, on a trouvé qu'ilétait utile de prévoir des racloirs par exemple à la rigole ou à cette pièce d'entrée, ces racloirs pouvant en outre également être pourvus d'un système de réfrigération par l' eau. La pièce d'entrée ou le tambour ou les tambours qui s'y raccordent sont de préférence balayés par un gaz protecteur, par exemple, dans le cas de la transformation du carbure en cyanamide calcique, par de l'azote ou par de l'azote résiduaire des moulins à carbure, etc.
Suivant un autre développement de l'invention, on effectue au moins partiellement le refroidissement par l'eau du tambour rotatif et/ou de la pièce d'entrée par l'utilisation d'eau bouillante, avec production de vapeur d'eau, on réalise ainsi non seulement une forte transmission de la chaleur, mais aussi la production de vapeur utilisable.
un autre mode d'exécution particulier de l'invention consiste en ce que des masses liquides à haute tanpéè rature à l'état fondu sont de préférence pendant qu'on les fractionne dans la pièce d'entrée du tambour rotatif, qui est refroidie par de l'eau, accumulées dans le tambour après qu'elles pnt descendu au-dessous de leur point de solidification soit soumises à un traitement ultérieur, àd l'état granuleux, à température plus élevée sans apport particulier de chaleur et qu'en particulier, des masses contenant par exemple du carbure de calcium sont amenées à absorber partiellement ou totalement de l'azote.
Dans le premier cas, on réalise une fixation d'azote partielle, avantageuse, sur le carbure qui ensuite, par- exemple après refroidissement, est brisé ou moulu'et fixe de l'azcte, sans autre addition particulière de cyanamide calcique, sous une forme quelconque.
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En poussant suffisamment loin l'accumulation et en reglant d'une façon correspondante la température, on peut attein dre aussi une absorption complète d'azote tout en obtenant pr fixation d'azote de la cyanamiae calcique granulée.
On peut appliquer également la présente invention, par exemple en combinaison avec un appareil de gazéification du carbure, en montant les tambours de fractionnement et de refroidissement; objets de l'invention, immédiatement devant un système d'appareils pour la gazéification continue a bec ducarbure, système dont on soutire continuellement de l'hydrate sec qu'on cu.duit à un tambour de granulation ou de séchage d'où sortent de nouvean des pièces moulées d'hydrate qui peuvent être ramenées directement au four à carbure ou au four a chaux monté devant celui-ci.
on obtient de cette façon un système avantageux d'appareils de gazéification avec rentrée de la chaux sèche dans le four à carbure et la récupération de carbure en fusion, de sorte quun mode opératoire continu ou un cycle fermé est réalisé.
L'ensemble des appareils est constitué, dans ce cas, par exemple par un certain nombre de tambours, reliés au four a carbure, dont le premier sert au fractionnement et au refroidisse nent le second a la gazéificartion a sec et les outres, successivement, à la granulation et au séchage ou a la cuisson des pièces moulées d'hydrate. au besoin, les tambours de gazéification peuvent aussi être chargés de cyanamide calcique brute qui a été produite par exemple à l'état granuleux, dans un tambour monté devant le four à carbure ;
dans ce cas, on obtient en une seule opération de la cyanamide calcique pulvérulente sèche et hydratée. on a constaté que, parfois, une accumulation de matière dès la pièce d'entrée est utile en ce sens que la ma tière accumulée se charge, en partie, de la protection de la paroi de cette pièce contre les masses 1-iquiaes à haute température. On peut ainsi augmenter la durabilité de la pièce d'entrée.
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La nouvelle invention ne se rapporte pas seulement aux modes d'exécution précités, mais a tous les procédés suivant lesquels des masses liquides à haute température, qui se soli- difient déjà a u-dess us de 1000 , coulent de telle façon, dans des tambours rotatifsrefroidis au- moins partiellement par- l'eau que la zone du tambour rotatif touchée en premier lieu par la masse liquide à haute température ou par le jet de liquide soit constituée par un matériau métallique présentant un rapport a . E inférieur a 0,15 et soit refroidie extérieurement direc-
L tement par l'eau de refroidissement.
EXEMPLE¯ ..
La figure 1 représente une pièce d'entrée d'un tambour qui est subdivisée,suivant les lignes A-A et B-B, perpendiculairement à l'axe du tambour, et dont les éléments sont reliés par des assemblages a brides. Au lieu de n'être subdivisé qu'en deux éléments, le tambour peut évidemment l'être en un nombre d'éléments plus grand.
La figure 2 représente une pièce d'entrée dans laquelle, outre les subdivisions A-A, B-B, etc., sont prévues encore , parallèlement à l'axe du tambour ou dans la même direction que cet axe des surfaces de coupe , qui sont représentées par- les lignes a-a, b-b, c-c, d-d, e-e, etc. La pièce d'entrée du tam- vour peut aussi n'être subdivisée que dans la direction longitudinale, par conséquent suivant les lignes a-a, b-b, c'est à dire sans les coupes A-A, B-B, disposées perpendiculairement à l'axe.,du tambour. Au lieu de coupes qui passent de part en part, on peut aussi prévoir seulement des rainures, des entailles ou d'autres effets d'usinage analogues dans une des directions indiquées ou bien encore dans toute autre direction désirée, par exemple une rainure en spirale ou d'une autre forme analogue.
La figure 3 montre la subdivision longitudinale en coupe perpendiculaire à l'axe du tambour.
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La figure 4 représente encore une. autre forme d'exécution suivant laquelle les coupes, les rainures, les entailles a la fraise ou d'autres effets analogues d'usinage ne s'étendent pas de part en part, mais ne rèdgnent que sur une partie déterminée de la pièce d'entrée. Grâce a cette dispe- sitior. également, le métal a la possibilité de se dilater.
Les pièces d'entrée divisées de part en part et présentant des joints sont de préférence, reliées par soudure, conformément a la figure 5,au moyen d'éclisses qui les recouvrent et qui peuvent se dilater, ces éclisses extensibles étant, en particulier, appliquées de manière que le refroidis- se,.lent des joints bout a bout par l'arrosage d'eau prévu a l'extérieur ne soit pas empêché. Sur la figure 5, l'éclisse extensible recouvre une coupe partiqueée, ae préférence; obliquement a travers la paroi du tambour.
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C .r. l' 1 ç I 1.- Tambour rot&tif refroidi, pour le refroiaissernent et le fractionnement de masses liquides a haute température, en par- ticulier de masses attaquables par l'eau et/ou l'air, se soli- difient au-dessus de 1000 c et provenant, par coulée, de fours de fusion, par exemple des carbures alcaline-terreux a l'état fondu, caractérisé en ce que le tambour rotatif est constitué par un matériau métallique dont le rapport a. E est inférieur
L à 0,15 à la température ordinaire, à représentant le coefficient de dilatation calorifique linéaire, E le moule d'élasticité et L le coefficient de transmission de chaleur de ce matériau, et en ce qu'au moins la partie touchée en premier lieu par la matière en fusion est refroidie extérieurement par de l'eau de refr oidiss ement.
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Process and device for the treatment of molten masses susceptible to reactions.
The present invention relates to a method and a device for the cooling, fractionation, division and transport of liquid masses at high temperature, capable of reactions, in rotating drums, and it consists in that the masses, in In particular, masses that can be attacked by water and / or by air, and more especially masses that are liquid at high temperature and solidify above 1000, for example alkaline-earth carbides in the molten state, flow in the 'interior of relative drums, the surface of which of the walls, at least as regards the area first affected by the molten material, is sprayed on the exterior.
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rement by cooling water and consists of a metallic material whose ratio a.
E is less
L at 0.15 at room temperature, representing the coefficient of linear thermal expansion, E the modulus of elasticity in 'kilograms per square centimeter and L the coefficient of heat transmission of the material in usual technical units (large calories per square meter, per hour and per degree centigrade of temperature drop). The method allows for example the treatment in the manner explained above of calcium carbide in the molten state, and leaving the electric furnace at a temperature of about 2000.
The immediate subsequent treatment of such masses has so far encountered difficulties, despite various proposals, so that it has most often been preferred in the technique to cool these masses, by solidifying them, in boilers or other similar apparatus and then divide them by crushers, mills, & c. Known proposals for dividing these masses by wind tunnels have also not been successful in large-scale art.
It is true that it has already been proposed, in order to reduce liquid calcium carbide to pieces, to use inclined pipes or inclined drums in which the liquid carbide flows. by the rotation of the drums combined with the action of driving members mounted inside them, the carbide was to be moved away from the direction of the jet and was to, in the solid and divided state, leave the drum at its end. These devices have not been successful because the carbide fouls the cooling vessels and destroys them patently. these drawbacks are all the more sensitive when it comes to the treatment of carbide coming from furnaces of relatively considerable production.
It has been found surprisingly that one can however use rotary drums in the direction referred to above @
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without the drawbacks indicated when, at least the area of the walls of the drum affected in the first place by the molten mass is immediately sprinkled on the outside with cooling water and it is made of a metallic material whose ratio has . E is less than 0.15 at temperature
The ordinary. When these constants of the materials used are known for relatively high temperatures, which is not always the case, it is generally advisable to choose between two materials having at the ordinal temperature ratios a.
E equal or little different, the one whose
The ratio is lowest at elevated temperature. however, it has been observed that, carried out in the case of materials of which the constants at a relatively high temperature are not known, the maintenance of the aforementioned quotient at the ordinary temperature leads to a treatment, of a functioning on, of the masses.
For this purpose, in fusion, susceptible to reactions ./: according to the invention, the direct external cooling of the rotating drum, or at least of the area of the walls affected in the first place by the molten mass and the use of materials having the properties specified above scat necessary.
As has been observed on the other hand, there is in this case a particular advantage in setting the desired ratio, based on a high heat transfer coefficient.
Metallic materials of the aforementioned type are for example copper for which a = 17 x 10-6, E = 1,100,000 kg. per cm2 and L = 325. The quotient a. E in question rises
L therefore for copper at 0.058. Although the melting point of copper is several hundred degrees lower than that of calcium carbide, this metal is extraordinarily suitable as a material for the rotating drum and, in particular, for the part which is. directly affected by the carbide jet and immediately cooled by water.
Onne
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could not foresee that, in spite of the rigorous action of temperature, one could process, for example, in a drum constructed entirely or partially of copper, quantities of carbide amounting to a large number of tons per hour. While, in the case of cast iron, for example, there is a great danger of fouling and, when direct external cooling by water is applied, cre- sions already occur after a short time. dangerous tanks which cause the passage of water coming into contact with the outside of the drum, a copper drum, sprinkled with water on the outside, can be safely emlpolyé, even in continuous work.
We were surprised to find that there were no disadvantages, for example from overheating, abrasion, etc., due to the low melting point and reduced mechanical strength. Nor could it be foreseen that, given the particular sensitivity of copper-containing surfaces to the action of acetylene, contact with carbide in the molten state could take place without any inconvenience.
Another material corresponding to this ratio is, for example, aluminum for which a. E = 0.1. This is how it can
L Pour directly into an aluminum drum or part of an aluminum drum, sprinkled on the outside with water, a melt of calcium cyanamide or a mixture of calcium cyanamide and sea salt for the production of molten cyanamide.
The examples which have just been indicated show that the ratio, necessary in accordance with the invention, between the physical constants in question of the metals employed is achieved particularly by virtue of their high heat transmission coefficient. we have found that there is more to this ratio being a. E 0.15 and that at the same time the coefficient of
L heat transmission is greater than 100 (technical units).
This applies to the aforementioned materials: aluminum and copper whose heat transfer coefficient is respectively
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of 170 and 325. besides these metallic materials, others, satisfying these conditions, still come into play, for example silver with 380 as heat transfer coefficient, magnesium with 137 and / or Alloys of different metals, good conductors of heat, the heat transfer coefficient of which is greater than 100 large calories per square meter, per hour and per degree and which have a ratio a. E suitable. Among these alloys, mention may be made of duralumin
L whose quotient a.
E = 0.123 with a = 24 x 10-6 x-10-6, E = 0.72
L x 106 and L = 140 approximately, the "electron" alloy whose quotient a. E = 0.08 with a = 25 x 10-6, E = 0.44 x 106 and L = 140 in-
L viron, and various other alloys. The melting points of all these metals, alloys, etc. are generally less than 1000 and their mechanical strength is often lower than that of other materials; they are nevertheless suitable as materials for the construction of the rotary drums which are the subject of the invention, even in continuous service, while many other materials, for example cast iron, with a high melting point and relatively high mechanical resistance, but whose quotient a. E is greater
L at 0.15, not suitable.
A second limiting group of suitable metallic materials consists of materials whose modulus of elasticity is as low as possible. This modulus of elasticity of the metal material should not, in general, exceed 1,000,000 kg. per crn2 and must, in particular, have a lower value, for example less than 800,000 kg. per cm2. Among the materials of this kind, one counts for example aluminum with E = 700,000, silver with E = 600,000 to 800,000, the metal "electron" with E = 450,000, magnesium with E = 400,000 and other analogous metals, as well as alloys with a modulus of elasticity less than 1,000,000.
Another group of materials are those whose coefficient of linear diltation is as low as pos-
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sible and, in all cases, less than 5 x 10-6, for example less than 3 x 10-6. Therefore also the ratio a. E is in-
L fluence, according to the invention, in the sense of a value as low as possible.
Depending on the existing working conditions, the rotating drum - several rotating drums which can be provided - is made entirely or in part of a material according to the invention. It has been found that it is necessary that the drum or part of the drum with which the melt-liquefied material first comes into contact should be provided with water cooling and in particular to fit a part therefor. entry, or pre-drum. In this case, the cooling can be limited, under certain circumstances, to this inlet or front drum.
When treating the infusion masses which come into question, according to the invention, the area of the wall affected first by the molten mass, of an unassailable material, is established at the mollis or is coated, or although it is electrolytically covered with such a material, this mode of carrying out the new process will be applied in particular when, in order to avoid chemical reactions, precious or expensive metals must be used as far as possible, such as 'silver.
Instead of an expensive entry piece, executed in silver, one can in this case either employ a silver-lined copper pipe or a drum, or some other similar device, for example of copper, internally coated with silver. 'silver, either an aluminum tube, coated, lined or electrolytically coated with copper, or a metallic pipe coated with graphite. it has also been found to be advantageous to make the entry part to the drum removable or replaceable or to give it the firmness of a special pre-drum. One can often significantly increase durability by establishing the entry piece or
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the fore-drum even in several or a large number of individual pieces.
In this way it is not only possible to reduce the disadvantage resulting from the stresses which occur, but also, if necessary, to replace and repair easily, without major works or difficult assemblies, the input part of the drum which is subjected to the harshest thermal conditions.
To increase the resistance of the input part to temperature variations, it has been found that there is a particular advantage in subdividing in several places, completely or partially, for example by flanged connections, recesses or grooves of suitable profile provided inside or outside, butt joints etc. the ferrule constituting this entry part, in particular so that the lines of subdivision always extend in a plane passing through the axis of this part or of the drum.
The joints of the inlet pieces divided right through are advantageously covered, by welding, with extendable straps, in particular so that the cooling of the butt joints by the cooling system. the water intended for the outside is not prevented.
Another embodiment intended to prevent dangerous stresses in the material consists, for example, in the execution of the entry part in a spiral formed by a strip or by a profiled part whereby the metal has the possibility of expansion and the resistance of the input part to the effects of temperature is thus increased.
In this case, too, it is preferable to cover the parts by welding, advantageously by means of extensible fish plates or other similar members, without this hindering the cooling. butt joints.
When more than one drum is used, they may have equal diameters or different diameters. For low production carbide furnaces, for example, we use
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. bends small drums and, for high performance ovens, for example 20,000 kw ovens, this large drums are used, for example 2 or-3 m. in diameter and a total length of ¯5 to 50 m .
In particular, in the case of large furnaces, exceeding for example the power of 5000 or 10 000 kw., The new device has proved to be very advantageous., And this was only after the discovery of the special considerations in the present invention. , that it was possible to cool and ae divide, with all guarantees, to more than 1000, large quantities of molten masses, and susceptible to reactions, inside rotating drums, The new device can nevertheless be used also successfully for low production furnaces.
Depending on requirements, only one drum is used or several are used, for example three placed in series immediately one behind the other. Any special measures taken for the new device depend on local working conditions. it is thus, for example, that the drums can be controlled with the same direction of rotation and with equal angular speeds or in different directions of rotation and at different speeds. In addition, they can be jointly ordered or individually ordered, etc.
A particularly advantageous mode of operation consists in rotating the input part or the front drum at higher angular speeds. In this way, the mass liquefied by fusion which occurs in the unit of time can be distributed over a larger surface of the drum, which favors the cooling action and the subdivision. It follows not only that the material of which the walls are made suffers to a lesser degree from the action of heat, but also that fouling or agglomerations of the material are avoided, regardless of whether the product is present, following the speed. of rotation, in a granular state or in fragments.
A drum of
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2m in diameter for the carbide fabricating generally rotates at 5 to 30 revolutions per minute.
Another method of constructing the inlet part or the front cylinder, consisting in giving them a steeper slope than that of the cylinders or cylinders which make them suilt, acts in the same direction. Here, too, the molten mass is distributed over as large an area as possible and is removed more quickly from the place with which it comes into contact, so that fouling of the parts is less likely to occur.
In particular, it has been found that it is useful to give the entrance part, on the entry side, a conical shape such as this or to give it on the entry side a reduced section such as this part. receives a steeper slope than that of the rest of the drum. In this way, not only is a faster removal of the melt-liquefied material from the point where it comes into contact with this part, together with efficient cooling and solidification of masses, but also a faster discharge. possibly more economical sweeping of the drum with a protective gas. The product, susceptible to reactions and very attackable by air and / or by water, is thus brought to complete solidification free of harmful substances and is cooled to temperatures which do not present any danger.
For example, a 20 mm tapered copper entry piece, wall thickness water cooled, preserved well. It has further been found that for the surface of the rotating drum shell or the area of the walls which is affected first. By the molten material or the inlet piece, relatively small wall thicknesses are advantageous. Although the temperatures of the two sides of the shell wall can differ by several hundred degrees and even over a thousand degrees, it is surprisingly found that a relatively small wall thickness is often more suitable than a large thickness.
Despite the more pronounced thermal gradient in the metal, the forces applied, in @
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the case of relatively thin walls are visibly less considerable, whereby safer work can be achieved. In order not to endanger in certain cases the mechanical resistance and the durability of the entry part, in particular despite a relatively small wall thickness, this entry part can be externally consolidated by means of a kind of frame to which it is attached. transmit mechanical forces, while the wall of the inlet part is itself made with a small thickness and has, if necessary, places where it can expand.
It does not matter how the molten mass enters the rotating drum during processing, The molten mass can directly hit the inner wall of the drum or it can undergo a preliminary treatment by fractionation members interposed between the drum. casting eigole and rotating drum. There is a particular advantage in proceeding so that the carbide scoring at the tap hole: -. 'Flows into the inlet part through a channel, cooled by water, which is not concave in the direction of the flow, but for example plane or convex, spiral or spiral and convex, and / or falls freely in the centered part.
Under suitable conditions of space, the jet flowing in this part can, for example also undergo a deflection, preferably approximately perpendicular to the direction of flow, for example by a suitable division or shaping of the casting rig. It has also been found advantageous, in the case of working large quantities of liquid masses at high temperature, to divide the molten material which flows out, for example by giving a ridge shape to the pouring channel, so that part of the material flows to the right and part to the left or at different distances from the entrance to the rotating drum.
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This results in a finer grain, the drum or input piece keeps better, and smaller cooling drums are sufficient.
To prevent the solidified material from attaching around the inlet part, it has been found useful to provide scrapers, for example at the channel or at this inlet piece, these scrapers also being able to be provided with 'a water refrigeration system. The inlet piece or the drum or drums connected to it are preferably swept with a protective gas, for example, in the case of the conversion of the carbide to calcium cyanamide, by nitrogen or by nitrogen. waste nitrogen from carbide mills, etc.
According to another development of the invention, the cooling by water of the rotating drum and / or of the inlet part is carried out at least partially by the use of boiling water, with production of water vapor, it is Thus not only achieves a strong heat transmission, but also the production of usable steam.
another particular embodiment of the invention consists in that liquid masses of high temperature in the molten state are preferably while being fractionated in the inlet part of the rotating drum, which is cooled by water, accumulated in the drum after they have fallen below their solidification point is subjected to a subsequent treatment, in the granular state, at a higher temperature without particular heat input and that in particular , masses containing for example calcium carbide are made to partially or totally absorb nitrogen.
In the first case, an advantageous partial nitrogen fixation is carried out on the carbide which then, for example after cooling, is broken or ground and fixes azcte, without any other particular addition of calcium cyanamide, under a any form.
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By pushing the accumulation far enough and correspondingly controlling the temperature, complete nitrogen uptake can also be achieved while achieving nitrogen fixation of granulated calcium cyanamiae.
The present invention can also be applied, for example in combination with a carbide gasification apparatus, by mounting the fractionating and cooling drums; objects of the invention, immediately in front of a system of apparatuses for continuous gasification with a carbide nozzle, a system from which dry hydrate is continuously withdrawn which is then cooked to a granulation or drying drum from which exit from New hydrate molded parts which can be fed directly to the carbide furnace or lime kiln mounted in front of it.
in this way an advantageous system of gasification apparatus is obtained with re-entry of the dry lime into the carbide furnace and the recovery of molten carbide, so that a continuous procedure or a closed cycle is carried out.
The set of devices is constituted, in this case, for example by a number of drums, connected to the carbide furnace, the first of which is used for fractionation and cooling, the second for dry gasification and the wineskins, successively, granulation and drying or baking of hydrate moldings. if necessary, the gasification drums can also be charged with crude calcium cyanamide which has been produced, for example, in a granular state, in a drum mounted in front of the carbide furnace;
in this case, dry and hydrated powdered calcium cyanamide is obtained in a single operation. it has been observed that, sometimes, an accumulation of material from the entry part is useful in the sense that the accumulated material is responsible, in part, for the protection of the wall of this part against the masses 1-iquiaes with high temperature. It is thus possible to increase the durability of the entry part.
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The new invention relates not only to the aforementioned embodiments, but to all processes whereby high temperature liquid masses, which already solidify above 1000, flow in such a way, in rotary drums cooled at least partially by the fact that the area of the rotary drum first affected by the liquid mass at high temperature or by the liquid jet consists of a metallic material having a ratio a. E less than 0.15 and is cooled externally directly
Slightly by cooling water.
EXAMPLE¯ ..
Figure 1 shows an inlet part of a drum which is subdivided, along lines A-A and B-B, perpendicular to the axis of the drum, and whose elements are connected by flanged assemblies. Instead of being subdivided into only two parts, the drum can obviously be subdivided into a larger number of parts.
Figure 2 shows an inlet part in which, in addition to the subdivisions AA, BB, etc., are also provided, parallel to the axis of the drum or in the same direction as this axis of the cutting surfaces, which are represented by - lines aa, bb, cc, dd, ee, etc. The entry part of the drum can also be subdivided only in the longitudinal direction, consequently along the lines aa, bb, that is to say without the cuts AA, BB, arranged perpendicular to the axis., of the drum. Instead of cuts which pass right through, it is also possible to provide only grooves, notches or other similar machining effects in one of the directions indicated or even in any other desired direction, for example a spiral groove. or some other similar form.
FIG. 3 shows the longitudinal subdivision in section perpendicular to the axis of the drum.
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Figure 4 shows yet another. another embodiment according to which the cuts, grooves, notches with the milling cutter or other similar machining effects do not extend right through, but only prevail over a specific part of the workpiece. Entrance. Thanks to this dispe- sitior. also, the metal has the ability to expand.
The entry pieces divided right through and having joints are preferably connected by welding, in accordance with Figure 5, by means of fish plates which cover them and which can expand, these extensible fish plates being, in particular, applied in such a way that the cooling of the joints end to end by the sprinkling of water provided to the outside is not prevented. In Figure 5, the extensible splint covers a partial cut, preferably; obliquely through the wall of the drum.
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tt E V E T D; t.
C .r. l '1 ç I 1.- Cooled rotating drum, for cooling and fractionation of liquid masses at high temperature, in particular masses attackable by water and / or air, solidify above of 1000 c and coming, by casting, from melting furnaces, for example alkaline-earth carbides in the molten state, characterized in that the rotating drum consists of a metallic material whose ratio a. E is less
L at 0.15 at room temperature, where represents the coefficient of linear thermal expansion, E the elasticity mold and L the heat transfer coefficient of this material, and in that at least the part affected first by the molten material is cooled externally by cooling water.