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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AU REFROIDISSEMENT DE METAUX FONDUS.
La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Patrick Alexander Tempest Keeping, est relative à un procédé perfectionné pour refroi- dir du métal fondu., et à l'appareillage y relatif.
Dans des méthodes antérieures de refroidissement de métaux fon- dus, par exemple de ceux des métaux non ferreux obtenus aux fours de fusion, on a utilisé comme agent de refroidissement de l'eau circulant dans des conduits en contact avec le métal fondu.
Ce mode de refroidissement ne procure aucune méthode commode pour contrôler la vitesse à laquelle de la chaleur est prélevée.aumétal fondu. Si, à un moment quelconque pendant l'opération. ou après un arrêt, le métal fondu n'est pas aussi chaud qu'il l'est normalement, de sorte que son refroidissement en détermine la solidification, il est impraticable d' arrêter temporairement la soustraction de chaleur en faisant s'écouler l'eau des conduits du fait que si cette vidange était effectuée, les dits conduits seraient échauffés bien au dessus du point d'ébullition de l'eau, et,., la ré-admission de l'eau, de la vapeur serait violemment engendrée.
Par conséquent, au lieu de faire s'écouler l'eau, l'ensemble de l'appareil de refroidissement doit être retiré du métal fondu si la solifification du métal doit être évitée. Egalement, en raison des conduits en mince paroi qui doivent être utilisés à l'effet d'obtenir une bonne transmission de chaleur, des fuites sont courantes et l'eau venant en contact avec le métal fondu est convertie en vapeur avec une violence explosive.
L'invention consiste en une méthode de refroidissement d'un métal fondu, dans laquelle le métal fondu est passé dans une auge ou canal, comportant des sections de refroidissement y disposées.
L'invention consiste en outre en une méthode de séparation de
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métaux fondus dans une solution, dans laquelle la solution est refroidie' en la faisant passer dans une auge ou canal comportant des sections de refroidissement y disposées, et ensuite amenée à une masse tranquille pour compléter la séparation des métaux.
De préférence, les sections de refroidissement mentionnées dans les deux paragraphes précédents sont disposées dans les parties supérieures des auges ou canaux.
L'invention consiste en outre en une méthode de séparation du zinc d'une solution dans du plomb, dans laquelle la solution est refroidie par passage dans une auge ou canal à une température supérieure à la température monotectique (418 C) pour un mélange zinc-plomb et ensuite passée à une masse tranquille pour compléter la séparation des métaux.
L'invention consiste en outre en une auge ou canal pour refroi- dir un métal fondu, comprenant une auge en tôle d'acier, une base en ciment ou une matière analogue de faible conductibilité thermique dans l'auge en tôle d'acier., et un dispositif de refroidissement à eau monté à l'intérieur de l'auge en tôle d'acier au dessus de la base en ciment.
L'invention consiste en outre en une auge ou canal comprenant une pluralité de sections d'auge en tôle d'acier, assemblées entre elles à l'aide de brides terminales, une base en ciment ou une matière analogue de faible conductibilité thermique, s'étendant dans l'auge, et des dispositifs de refroidissement à eau disposés sur l'un ou les deux côtés internes de l'auge au dessus du niveau de la base en ciment.
L'invention consiste en outre en une auge ou canal de refroi- dissement pour refroidir du métal fondu, comportant une partie isolante inférieure dans laquelle ne se produit en substance aucun refroidissement, et des parois latérales supérieures refroidies.
L'invention consiste en outre en une méthode de construction d'une auge ou canal de refroidissement, qui consiste à former une paroi d' auge externe. à y former et conformer un mélange de ciment de façon à procurer une couche épaisse sur la partie inférieure de l'auge, et une couche mince sur les parois latérales supérieures de l'auge, et à fixer des chemises de refroidissement à eau sur les parois latérales en ciment supérieures.
L'invention consiste en outre en une méthode pour contrôler le refroidissement de métal fondu, dans laquelle le métal est passé dans une auge ou canal comportant des sections de refroidissement logées dans sa partie supérieure. et le niveau du métal dans l'auge ou canal est contrôlé de manière à se trouver en dessous du niveau des sections de refroidissement, ou bien de façon à atteindre toute hauteur désirée des sections de refroidissement, suivant la valeur désirée du refroidissement.
Et afin que l'invention puisse être bien comprise on se référera ci-après à une réalisation exemplative illustrée par les dessins annexés sur lesquels:
Fig. 1 est une coupe verticale de l'auge et du dispositif de refroidissement suivant la ligne II-II de lafig. 2;
Fig. 2 est une vue en plan de l'arrangement;
Fig. 3 est une coupe verticale, agrandie, de l'une des chemises de refroidissement à eau; et,
Fig. 4 est une élévation latérale de l'une des sections formant l'auge;
Fig. 5 est une vue perspective avec arrachement, de l'auge et de l'appareil de refroidissement;
Fig. 6 représentée un registre principal; et.
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Fig. 7 est un registre en forme de T.
L'auge ou canal tel que montré fig. 2 est établi en un nombre de sections, chacune d'elles comprenant une auge en tôle d'acier 4 (fig. 1) pourvue de brides terminales 5, plusieurs sections comportant une ou deux chemises de refroidissement à eau, 2. Une base 3 en matière isolante de la chaleur, comme du ciment, s'étend d'une pièce tout le long des auges en des- sous des chemises d'eau 2, bien qu'elle puisse être sectionnée si on le dé- sirait.
Les sections voisines sont assemblées entre elles par boulonna- ge des brides adjacentes avec une couche d'amiante interposée.
Du ciment est coulé dans l'auge 4 après y avoir placé des formes appropriées pour délimiter la surface interne. Le ciment peut s'élever jusqu'au sommet des auges. La configuration du ciment solide est celle des auges à partir du fond jusqu'au niveau des chemises à eau, le ciment étant évidé dans leurs emplacements, le tout comme montré sur les figures. Au dessus du niveau inférieur des chemises d'eau, le ciment forme, s'il a été placé jus- qu' au sommet desauges, une couche verticale 3a suffisamment mince pour permettre d'y placer intérieurement les chemises à eau reposant sur la base de ciment, de manière que les chemlses à eau ne se projettent vers l'intérieur que dans la mesure du sommet de la base èn ciment.
Un trou est perforé dans la couche de ciment supérieure 3a pour des boulons 15 destinés à assujettir les chemises à eau à,l'auge 4.
Lorsque l'installation qui fournit le métal fondu travaille normalement, le métal fondu passe le long de l'auge dans la direction indiquée par des flèches dans la fig. 2, et à une hauteur qui se trouve au dessus du niveau inférieur des chemises de refroidissement à eau, par exemple au niveau 6 dans la fige 1.
Dans un exemple particulier, le métal fondu, du zinc dans du plomb, arrive dans l'auge a partir d'un condenseur à zinc 16 du genre décrit dans le brevet anglais 572.961, dans lequel de la vapeur de zinc est condensée par refroidissement brusque à l'aide d'une pluie de plomb fondu. Le métal est pompé à l'aide d'une pompe 17, et déversé à l'aide du conduit 18 dans une extrémité de l'auge. Le refroidissement dans l'auge est tel que la température du métal fondu reste au dessus de la température monotectique (418 C) pour un mélange zinc-plomb, et ceci, combiné avec la proportion effective. de zinc présent dans le plomb assure que le zinc lorsqu'il se sépare, sera à l'état fondu.
La séparation du zinc se produit effectivement dans les auges et dans le récipient de séparation 8, dans lequel récipient la vitesse du métal est suffisamment réduite pour que cette séparation soit complétée, le zinc presque pur flottant au- dessus du plomb, les couches de métal, cheminant comne une masse en déplacement lent, 9, autour d e la cloison 10. La chicane 11 est disposée à une profondeur telle que la couche supérieure, c'est-à-dire de zinc, ne peut aller plus loin et s'écoule en sortie par un conduit 12 pour former une autre masse le composée de zinc presque exempt de plomb, dans le récipient 14. La couche inférieure de plomb est mmenée au condenseur 16 par le persage 19.
Le métal fondu dans l'auge est maintenu à la hauteur requise par un seuil ou registre principal, fig. 6. La section de l'auge au voisinage 8 est quadrangulaire, et le registre principal est placé à l'extrémité de l'auge qui est adjacente à ce récipient. En ce point une chemise de refroidissement à eau (non-représentée) est disposée dans les parois du réci- pient, juste au delà du registre, et cette chemise forme contact avec le registre pour en assurer un bon transfert de chaleur, de manière que tout métal liquide rampant autour des bords du registre est solidifié et forme un obstacle ou une sorte de joint. Ce joint sert à maintenir le registre fermement en place. Le registre principal comporte un trou un peu au-dessus de son bord inférieur. Ce trou a deux raisons d'être.
Premièrement, lors d'un arrêt, les derniers restes de liquides dans l'auge peuvent ainsi être drainés, ce qui naturellement empêche la formation de matière solide sur le fond.
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En second lieu, lorsque le métal au dessus du niveau du bas des chemises d'eau se refroidit, il tend à changer de place avec le métal plus chaud qui se trouve en dessous, Le trou recueille le métal du fond de l'auge pour égaliser cette balance ou échange. Pour un contrôle fin de la hauteur du métal, un registre en forme de T, fig. 7, peut être placé contre le registre principale et ce registre en forme de T est submergé au niveau désiré. Naturellement on pourrait utiliser tout autre agencement pour ajuster la hauteur du métal dans l'auge.
Il est désirable qu'un état de turbulence soit créé dans le métal fondu contenu dans l'auge.
L'effet de la turbulence est double. Premièrement il donne au métal une vitesse interne qui s'ajoute à la vitesse d'ensemble du métal. Par suite le métal se meut plus, rapidement contre les chemises à eau, et plus de chaleur est extraite par étendue donnée de surface de refroldissement. Secondement, l'état de choses qui existerait lorsque du métal est refroidi s'il n'y avait pas de turbulence serait un état dans lequel de métal plus froid changerait de place avec le métal plus chaud de sorit que le métal du fond serait le plus froid. Dans le cas d'une soindion '-3 sine dans le plomb, lorsque le métal du fond atteint la température monctectique, le métal dans son ensemble ne doit pas être refroidi plus avant, car autrement une certaine quantité du métal du fond précipiterait du zinc solide.
Par conséquent la température finale atteinte par le métal lorsqu'il se mélange dans le récipient de séparation n'est quelquefois pas aussi basse que désirée. Avec de la turbulence, la température en tous points du métal est presque la même, et par suite aucune partie de métal ne se refroidit à 418 C (la température monotectique).
Il est ainsi possible d'atteindre une température d'ensemble plus basse du métal au moment où il rejoint le récipient de séparation, car le niveau du métal pourra être relevé de manière qu'il puisse être davantage refroidi par les chemises à eau. Ce second effet de la turbulence est analogue à l'effet du trou dans le registre principal.
Divers dispositifs ont étâ utilisés pour stimuler la turbulence Ceux plus utilisés sont simplement constitués par des pelles de conformation analogue à celle de l'auge, des ailettes faisant saillie vers l'intérieur à partir du côté de l'auge, ou bien consistent en une tige avec des plaques métalliques pendantes, verticales, non parallèles. En immergeant le dispositif mentionné en dernier lieu dans le métal fondu il l'oblige à changer rapidement de direction et ainsi stimule la turbulence.
Tout dispositif produisant de la turbulence accroît la formation de scorie ou d'oxyde. Ce dernier inconvénient peut toutefois être amoindri en prévoyant une voûte pouvant être placée par dessus le haut de l'auge afin de réduire ?¯'action de l'air sur le zinc. Avec cette protection, les dispositifs produisant de la turbulence peuvent être utilisés avec plus de confian- ce..alternativement, si la voûte mais non le dispositif à turbulence est utilisée, la formation de scorie ou d'oxyde est alors maintenue à un niveau très bas.
Lorsque le four est fermé ou arrêté aucune chaleur n'est fournie au métal du condenseur. Le métal est par conséquent drainé des auges de refreauissement car son passage continuel dans les auges et en retour au condenseur déterminerait un certain refroidissement si la fermeture ou arrêt du four se prolorgeait longtemps assez.
Pendant la fermeture ou arrêt, le métal dans le condenseur se refroidit quelque peu, de sorte qu'à la reprise le métal est plus froid que d'habitude.
Par suite lorsqu'on reprend l'écoulement du métal après une fer- meture du four, le niveau du métal est réglé pour se trouver en dessous du niveau supérieur de la base en ciment 3, par exemple au niveau indiqué par 7 dans la fig. 1. Ceci s'obtient en enlevant le registre (figs. 6 et 7) de manière que. le niveau du métal entrant soit en dessous de celui des chemises à eau.
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De cette façon, bien que le métal fondu s'écoulant dans les au- ges ne soit pas à sa température d'équilibre, l'absence de refroidissement par eau assure la compensation, et le métal liquide ne se solidifie pas. D'une manière analogue, si le métal liquide avant de pénétrer dans l'auge se trouve en dessous de sa température normale., mais nécessite encore un certain refroi- dissement, le registre en T peut être ajusté de manière à réduire la hauteur du métal fondu et par suite réduire l'étendue de transfert de chaleur aux che- mises à eau, ou bien être enlevé.
Cet état de choses peut se présenter par exemple à certains moments pendant le fonctionnement du four, en particulier lorsque le four fonctionne à faible allure alors que peu de chaleur est four- ni au métal dans le condenseur; quelquefois, en semblables occasions, le ni- veau du métal dans l'auge est réduit de manière à n'obtenir que peu ou pas de refroidissement.
Après arrêt pour réparation à l'auge ou aux appareils ou organes environnants (2,3,4) ces réparations peuvent être effectuées rapidement en s'arrangeant pour que seule une petite partie du système comportant le dé- faut ou avarie doive être enlevée. Pendant un tel arrêt, si le four est encore en fonctionnement, le métal dans les condei seurs étant privé de ses moyens de refroidissement, deviendra plus chaud que la normale. Un avantage de disposer d'un système de refroidissement pouvant être rapidement réparé est que le four peut néanmoins être maintenu en marche sans que le métal dans le condenseur ne devienne excessivement chaud.
Lorsque le système de refroi- dissement a été réparé, il peut être immédiatement remis en fonctionnement normal; au début le métal sera trop chaud de sorte que le niveau de métal s'écou- lant dans l'auge peut tout d'abord être réglé quelque peu plus haut que la normale pour absorber la chaleur excédentaire. C'est pour la raison ci-des- sus que le dispositif de refroidissement à eau et les éléments en tôle d'acier ont été établis en sections. Lorsqu'une des chemises de refroidissement 2 doit être remplacée, les conduits à eau d'entrée et de sortie 16 (fige 4) attachés à la chemise, sont enlevés, le boulon 15 est dévissé et la chemise à eau qui n'est pas fixée aux brides ou autrement, sauf par le boulon 15 à la tôle d'acier, est enlevée.
Lorsqu'on désire enlever toute une section, constituée par les éléments 2 et 4, et une partie de la base en ciment 3, les conduits 16 sont enlevés de la ou des chemises d'eau, les brides 5 aux extrémités de la section sont dévissées et la partie de la base en cament se trouvant immédiatement En dessous de la chemise d'eau peut être rompue aux extrémités si on le désire.
La ou les chemises d'eau sont laissées attachées à la tôle d'acier 4 par les boulons 15. Comme l'agencement par sections des refroidisseurs à eau et de la tôle d'acier a délibérément été prévu pour permettre l'enlèvement uniquement d'une partie et non de l'ensemble du système, il est avantageux d'établir chaque section aussi petite que permis en évitant des inconvénients techniques, par exemple un excès de conduits d'entrée et de sortie d'eau.
La forme en auge de refroidissement, dans laquelle beaucoup plus de l'étendue de surface du métal se trouve en contact avec des dispositifs de refroidissement que dans la disposition en tubes mentionnée plus haut, a donné lieu à un transfert de chaleur plus important, et a par suite permis d'établir des chemises d'eau en plus forte épaisseur que les conduits utilisés dans l'autre forme de refroidissement. Il en-est résulté de moindres fuites des refroidisseurs à eau.
La forme préférée d'auge décrite présente, par rapport à un type dans lequel la section de refroidissement se trouve au fond, l'avantage que dans la disposition préférée le métal fondu, s'il se trouve en dessous de sa température d'équilibre lorsqu'il pénètre dans l'auge, ne doit pas être exposé au refroidissement dans une partie quelconque de celle-ci, tandis que dans l'autre disposition, la partie inférieure du métal est exposée au refroidissement et se solidifie. Ce métal solide forme un plancher sur lequel du métal liquide peut passer, ce métal liquide se trouvant dans la partie supérieure non refroidie, et le métal solide est graduellement fondu par le passage du métal en fusion, mais il y a toujours un certain nombre d'inconvénients résultant de ce bloc solide.
La forme préférée prévient cette congélation en
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permettant que le métal liquide ne soit pas du tout exposé au refroidissement lorsqu'on démarre, ou lorsque, pour d'autres raisons, le métal liquide ne doit pas être refroidi.
Egalement, la forme préférée de système de refroidissement par auge a été rendue encore plus efficace pour ce qui concerne le transfert de chaleur que l'autre forme mentionnée, et qu'une autre forme possible dans laquelle le refroidissement par eau règne du sommet jusqu'àu fond de l'auge, et elle a permis la réduction du niveau du métal dans l'auge de manière que la même quantité de refroidissement soit obtenue pour une moindre étendue de transmission de chaleur. Ceci a contribué plus encore à l'absence de fuites dans les refroidisseurs à eau qui sont, comme mentionné plus haut, un désavantage dans la disposition à conduits de refroidissement.
Dans la portée de l'invention, diverses modifications peuvent être apportées aux dispositions décrites.
Ainsi, alors que le refroidissement par eau a été mentionné, il doit être entendu que tout autre fluide réfrigérant convenable, comme un métal fusible par exemple, pourrait être utilisé. Egalement, lorsque le refroidissement par eau est utilisé, l'eau n'est pas nécessairement à la'pression at- mosphérique, mais pourrait se trouver à une pression plus élevée, telle celle d'une chaudière.
REVENDICATIONS.
1. - Une méthode de refroidissement de métal fondu, dans laquelle le métal est passé dans une auge ou canal comportant, y disposées, des sections de refroidissement.
2. - Une méthode de séparation de métaux fondus dans une solution, dans laquelle la solution est refroidie par passage dans une auge ou canal comportant des sections de refroidissement y disposées, et est alors passée à une masse tranquille pour compléter la séparation des métaux.