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La présente invention concerne des fours à récupération pour le chauffage d'une charge avec ou sans combustion de celle-ci, en atmosphère oxydante, neutre ou réductrice, et comprenant une chambre de réception de la charge ou chambre de travail, une paire de régénérateurs, une admission d'air ou autre gaz avec ou sans moyens de pompage, suivant les nécessi- tés, une conduite d'échappement, une ou plusieurs chambres de combustion ou autres moyens de chauffage et des vannes de renversement du courant ga- zeux, tous ces organes étant interconnectés de manière que l'air ou le gaz puisse s'écouler depuis la source, successivement à travers -.
l'un des régénérateurs, les moyens de chauffage, la chambre de travail et l'autre régénérateur, vers la conduite d'échappement, avec renversement du courant gazeux à certains intervalles de temps.
L'invention s'applique aux fours à récupération qui utilisent des récupérateurs ayant des matrices ou des remplissages en matière réfrac- taire, telle que briques réfractaires, mais s'applique plus particulière- ment aux fours dont les régénérateurs ont des matrices métalliques, qui à cause de leur poids spécifique plus grand, et malgré une chaleur spécifi- que plus basse, offrent l'avantage d'un volume beaucoup plus réduit pour une capacité thermique donnée, que celle des matrices réfractaires, mais sont soumises à des limitations de température.
La température maximum de travail des éléments d'une matrice mé- tallique à laquelle on peut travailler en toute sécurité, est d'environ 11000C et pour la majorité des applications envisagées ici, une tempéra- ture de préchauffage de l'air ou gaz alimenté à la chambre de travail de 1000 C au maximum est suffisante, de sorte que les régénérateurs à matri- ce métallique seront satisfaisants aussi longtemps que la température maxi- mum des gaz qui pénètrent dans le régénérateur qui reçoit la chaleur ne dépasse pas 1100 C, et de préférence sera moindreo
Suivant la présente invention, un four à récupération du genre défini en premier lieu,
est caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour prélever une partie des gaz d'échappement de la conduite d'échappe- ment et les faire re-cirouler dans un régénérateur qui reçoit de la cha- leur de manière à diluer, et à réduire ainsi la température des gaz qui quittent la chambre de travail avant qu'ils n'atteignent le régénérateur qui reçoit de la chaleur et augmenter la masse totale de gaz qui s'écoule à travers ce dernier, les dits moyens comprenant un souffleur ou pompe pour compenser la chute de pression dans le régénérateur qui reçoit la chaleur.
Dans un four à récupération dans lequel la quantité de chaleur qui est admise est obtenue en brûlant un combustible approprié dans l'air préchauffé par le régénérateur qui se refroidit, il pourrait être néces- saire, dans certains buts, plus spécialement pour le ré-chauffage de métaux sous forme de billettes, lingots ou analogues sans formation d'incrusta- tions et autres produits d'oxydation, de maintenir une atmosphère réduc- trice dans la chambre de travail. Pour réaliser cela, le combustible doit être 'brûlé avec une alimentation déficiente en air, de telle sorte que de l'oxygène libre n'atteigne -pas la chambre de travail et que les gaz évacués de la chambre de travail soient riches en CO et H2 et renferment peu ou pas de CO et H 0, qui aux hautes températures tend à oxyder les métaux ferreux.
Une telle combustion partielle peut produire la haute températu- re requise dans la chambre de travail si la température de préchauffage de l'air de combustion est assez élevée, mais les gaz évacués de la cham- bre de travail ont une valeur calorifique résiduaire à cause de leur te- neur en CO et H2.
Afin d'achever la combustion de ces constituants non-brûlés ou
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incomplètement brûlés des gaz évacués de la chambre de travail et la conservation dans le système de leur valeur calorifique résiduaire, l'invention comprend, comme trait caractéristique optionnel, la prévision d'éléments contrôlables pour l'introduction dans les gaz évacués de la chambre de travail d'une quantité réglée d'air supplémentaire, qui peut provenir soit de l'atmosphère, et dans ce cas l'air supplémentaire peut être introduit dans les gaz évacués du récupérateur qui reçoit la chaleur avant d'atteindre les organes qui servent à prélever une partie de ces gaz pour les faire re-oirculer à travers le régénérateur, ou de l'air préchauffé évacué de celui des régénérateurs qui est en refroidissement,
et dans ce cas une telle portion de l'air préchauffé est envoyée en dérivation par rapport à la chambre de travail pour se mélanger avec les gaz prélevés de la conduite d'échappement et être re-circulés dans le régénérateur qui se réchauffe, ou bien l'air supplémentaire pourra être prélevé de ces deux sources.
Lorsque l'air pré-chauffé est ainsi envoyé en dérivation dans l'évacuation de la chambre de travail, la proportion d'air de dérivation alimentée aux brûleurs peut être réglée par une soupape placée dans la conduite de by-pass en combinaison avec une restriction fixe ou clapet réglable disposé dans la conduite d'alimentation du brûleur.
Puisque l'effet de chauffage de cette combustion postérieure des gaz incomplètement brûlés évacués de la chambre de travail, auront tendance dans tous les cas à contrecarrer-1 effet de refroidissement des gaz d'échappement qui sont re-circulés, et l'emploi dans ce but d'air pré-chauffé aggravera cet effet de chauffage, il sera rarement possible d'employer l'air préchauffé comme seule source d'air supplémentaire pour cette combustion ultérieure, de sorte qu'en général il sera nécessaire de compléter l'air pré-chauffé (si cet air est réellement utilisé dans ce but) par de l'air froid atomsphérique.
Lorsque l'air atmosphérique est introduit dans le gaz d'échappement dans le but décrit ci-dessus, il doit être introduit (à moins qu'il ne soit introduit sous tirage forcé) en un point où la pression du gaz d'échappement s'échapperait plutôt que d'avoir des rentrées d'air), par exemple du côté de l'aspiration du souffleur d'échappement ou pompe qui compense la chute de pression sur le récupérateur qui reçoit de la chaleur.
Sauf dans le cas où l'air pré-chauffé est dérivé dans les gaz d'échappement re-circulés qui pénètrent dans le régénérateur qui reçoit de la chaleur, un système de vanne de renversement est prévu pour diriger les gaz prélevés de la conduite d'échappement alternativement à celui des régénérateurs qui reçoit la chaleur, ce système de vanne de renversement étant de préférence accouplé à la vanne de renversement mentionnée dans le premier alinéa de la présente spécification.
Suivant un mode de réalisation préféré d'un four selon la présente invention et incorporant un brûleur ou une série de brûleurs associés avec de l'air préchauffé et alimenté par de l'air pré-ohauffé par chaque régénérateur, des vannes de renversement pour alimenter le combustible alternativement au brûleur ou aux brûleurs qui reçoit ou reçoivent une alimentation d'air pré-chauffé, sont accouplés aux vannes de renversement mentionnées dans le premier alinéa de la présente spécification.
La vanne de répartition qui règle le prélèvement de la conduite d'échappement en vue de la re-circulation à travers le régénérateur qui reçoit la chaleur, et (si présentes) les vannes qui règlent la quantité d'air pré-chauffé dérivée du régénérateur à refroidissement pour aller directement dans le système de re-circulation du régénérateur qui reçoit la
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chaleur ou/et la quantité d'air froid supplémentaire introduite dans le système de ré-circulation peut être actionnée à la main et les vannes de renversement peuvent être contrôlées par rapport au temps, par exemple par un mécanisme d'horlogerie.
En réglant ces vannes ainsi que le cycle de renversement à des valeurs prédéterminées appropriées, les températures à l'entrée du régénérateur d'admission de chaleur et d'évacuation du ré- générateur d'évacuation de chaleur peuvent être maintenues entre les li- mites désirées, sans autre réglage des vannes et du cycle de renversement, aussi longtemps que la chaleur reçue et la charge du four, par exemple la capacité de chaleur de la charge, restent pratiquement constanteso
Le cycle de renversement peut cependant être contrôlé automati- quement par des dispositifs thermostatiques qui répondent aux températu- res des extrémités chaudes des régénérateurs de manière à provoquer un ren- versement de courant lorsque ces températures dépassent une certaine li- mite supérieure ou bien descendent en-dessous d'une certaine limite infé- rieure.
Lorsqu'on emploie des régénérateurs à matrice métallique, les diverses vannes et le cycle de renversement devraient de préférence être réglés et/ou contrôlés de telle manière que la température des gaz à l'en- trée du régénérateur qui reçoit la chaleur ne dépasse pas 1000 C et ne dépasse en aucun cas 1100 C.
Les dessins ci-joints montrent à titre d'exemple seulement, un mode de réalisation spécifique de l'invention, comprenant une modification du système de contrôle.
Dans les dessins,
Figure 1 est une vue frontale en perspective un peu schématique, et en partie en coupe, d'un four à récupérationo
Figure 2 est une vue arrière fragmentaire similaire.
Figure 3 est un schéma illustrant le système de contrôle du four selon les figures 1 et 2, et
Figure 4 est un schéma illustrant une modification du système de contrôle de la figure 30
En se reportant aux figures 1 et 2, le four proprement dit est une structure rectangulaire 10 construite en briques réfractaires sur un châssis en acier ou autre métal approprié. Ce four présente une chambre de travail 11 avec toit en arc rétréci s'étendant depuis une ouverture 12 à l'avant jusqu'à, l'arrière du four, l'ouverture 12 étant fermée lorsque le four est actionné par une porte, non montrée.
A la partie supérieure du four se trouvent deux régénérateurs 13, 14 s'étendant de l'avant à l'ar- rière, l'un de chaque côté. chaque régénérateur comprend une enveloppe horizontale cylindrique métallique 15 recouverte d'un calorifuge approprié, quoique ce calorifuge ait été omis du dessin pour plus de clarté de celui-ci ; et l'intérieur de chaque enveloppe 15 est rempli d'une matrice métallique constituée de tubes métalliques, une de ces matrices étant montrée en 16.
L'extrémité antérieure de chaque régénérateur communique au moyen d'une courte conduite verticale 17 avec une conduite horizontale 18 formée dans la maçonnerie du fouro La conduite 18 communique au moyen de conduites verticales et horizontales 19 également formées dans la maçonnerie du four avec des évidements horizontaux transversaux 20 s'étendant dans la paroi du four depuis la chambre de travail. Des évidements 20 constituent des chambres de combustion et renferment des brûleurs 21 à l'huile ou au combustible gazeux venant d'une canalisation principale externe 22 par des embranchements 22a, 22b (voir figure 2) qui alimentent respective-
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ment les brûleurs sur les côtés opposés du four.
Venant des extrémités arrière des régénérateurs, s'étendent des conduites horizontales transversales 23, 24 communiquant avec une chambre commune de vanne 25, de la partie supérieure de laquelle s'étend une conduite verticale 26 et du fond de laquelle s'étend une conduite horizontale en boucle 27. La chambre 25 loge également une vanne papillon de renversement 28 qui peut tourner de 90 dans chaque sens grâce à un levier 29 et un cric pneumatique 30 à double effet.
Dans la position extrême de la vanne 28 montrée dans la figure, la conduite 23 communique avec la conduite 26, et la conduite 24 communique avec la conduite 260 la conduite 26 communique avec une conduite horizontale 31 qui s'étend depuis une ouverture 32 vers l'atmosphère jusqu'à l'ouverture d'admission d'un souffleur centrifuge d'épuisement 33, qui renvoie dans une autre conduite horizontale 34 qui se termine par un prolongement 35 pour la connexion à une cheminée d'évacuation, non montrée. La conduite 27 reçoit l'évacuation d'un souffleur centrifuge d'admission 36 dont l'ouverture d'admission 37 s'ouvre à l'atmosphère.
En plus, les extrémités antérieures des régénérateurs sont connectées entre elles par une conduite horizontale transversale 38, qui est connectée au bras horizontal d'une conduite 39 en L, dont le bras vertical est connecté à la conduite 34.
En plus de la vanne de renversement 28 et des vannes de renversement de l'alimentation de combustible décrites ci-après, le système comprend d'autres vannes comme suit : une vanne de distribution 40 dans le prolongement 35 de la conduite 34 ; une vanne de réglage 41 dans l'ouverture atmosphérique 32 de la conduite 31 ; une vanne combinée 42 pour le réglage de l'alimentation d'air et de combustible, et des vannes 43, 44 dans la conduite 38 à ses jonctions, ou près de ses jonctions avec les régénérateurs 13, 14.
Les vannes 40 et 41 sont du type à papillon et sont prévues avec des moyens servant à les régler manuellement indiqués sous la forme de leviers 40a, 41a réglables contre des cadrans fixes 40b, 41b.
De plus, les conduites verticales 19 possèdent des clapets 45 réglables de l'extérieur du four à la main au moyen de cric à vis et de volants 460
La vanne combinée 42 (Figure 2) pour le réglage de l'alimentation d'air primaire vers les régénérateurs par la conduite 27 et l'alimentation de combustible vers les brûleurs par la conduite principale 22 est du type à tambour, les tambours (non montrés) qui règlent respectivement les alimentations d'air et de combustible étant coaxiaux et reliés entre eux pour le fonctionnement par un seul levier externe 42a. Des moyens (non montrés) peuvent être prévus pour le réglage des positions relatives des tambours, afin de faire varier le rapport air/combustible. Les détails de la vanne 42 ne sont pas illustrés car il s'agit d'une vanne de type usuel.
Les vannes 43, 44 comprennent des papillons 43a, 44a actionnés par des leviers 43b, 44b. Les leviers 43b, 44b et 29 sont reliés entre eux par un système de bielles comprenant des bielles 52, leviers 53 et un arbre basculant 54, de sorte que les leviers 43b et 44b sont basculés de 900
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en même temps que se produit le 'basculement du levier 29. Les papillons
28, 43a, 44a, sont réglés par rapport à leurs leviers d'actionnement de telle manière que lorsque les conduites 26 et 28 sont en communication, l'une avec l'autre, la vanne 43 est ouverte et la vanne 44 est fermée, et vice-versa.
Le renversement alternatif de l'alimentation de combustible aux brûleurs sur les côtés opposés du four, en même temps que l'alterna- tion de l'alimentation d'air primaire aux régénérateurs, se fait par les vannes 47, 48 dans les embranchements principaux à combustible 22a, 22b (Figure 2) qui sont actionnés par les électro-aimants 62, 63. La vanne de renversement 28 est actionnée d'une manière analogue par l'intermédiaire du relais pneumatique constitué par le cric 30, au moyen d'un électro-ai- mant 57 (voir figure 3) qui actionne une vanne pneumatique de renversement
58 pour connecter sélectivement une conduite pneumatique d'alimentation
59 à chaque côté du cric 30 par les connexions pneumatiques 60, 61.
Les aimants 57, 62, 63 sont contrôlés par un relais électro-magnétique 56 par un mécanisme 55.de mesure de la durée, de type connu, par exemple un mé- canisme d'horlogerie (les détails ne sont pas illustrés), de manière à ren- verser le courant dans les régénérateurs et dans la chambre de travail et pour alimenter le combustible alternativement aux brûleurs associés au régénérateur qui se refroidit, par exemple ceux situés du côté de la cham- bre de travail sur lequel l'air préchauffé pénètre.
Le four tel qu'illustré dans les figures 1 à 3 fonctionne comme suit
De l'air primaire aspiré par le souffleur 36 est alimenté par les vannes 42 et 28 à l'un des régénérateurs, par exemple 13, qui se refroidit et pré-chauffe l'air primaire. A ce moment, la vanne 43 est fermée et l'air primaire pénètre par conséquent dans les chambres de combustion 20 à gauche du four (comme montré dans la figure 1) par les conduites 17, 18, 19.
Dans les chambres de combustion il rencontre le combustible alimenté aux brûleurs 21 de ce côté-là du four pour une conduite de dérivation à combustible 22a, la vanne 47 étant alors ouverte et la vanne 48 étant fermée.
Les produits chauds de la combustion pénètrent dans la chambre de travail 11 et après l'avoir traversée, ils sont évacués par des évidements 20 et conduites 17, 18, 19 à gauche du four (voir figure 1) dans le régénérateur 14. Celui-ci reçoit la chaleur de ces gaz chauds, qui se refroidissent et sont aspirés hors du régénérateur par les conduites 24 et 26 par le souffleur d'épuisement 33, qui aspirera également de l'air atmosphérique supplémentaire de l'ouverture 32 par la vanne 41 si celle-ci n'est pas fermée.
Une partie de ces gaz passe à la sortie 35 de la cheminée par la vanne de répartition 40, laquelle, cependant, par l'étranglement de la sortie, envoie une partie des gaz d'échappement froids dans la conduite 39, d'où elle passe par la conduite 38 et vanne 44, laquelle à ce moment est ouverte, dans l'extrémité chaude du régénérateur 14 où elle se mélange avec les gaz chauds évacués de la chambre de travail en les diluant, en abaissant ainsi leur température, et est re-circulée dans le régénérateur 14.
Après un laps de temps déterminé, le dispositif 55 produit le renversement des vannes 28, 43,44,47.,48,de sorte que la circulation dans la chambre de travail, les conduites 17-19, les régénérateurs 13, 14 et conduites 23, 24 et 38 est renversée, l'alimentation en combustible étant dirigée de l'embranchement 22a vers l'embranchement 22b.
Après un laps de temps égal, un nouveau renversement se produit, et ainsi de suiteo La quantité de gaz d'échappement qui re-circule, et qui détermine la chute de température entre la chambre de travail et l'extrémité chaude du régénérateur qui reçoit de la chaleur, est réglée en réglant la vanne de répartition 40' et ce réglage, une fois fait correctement, ne doit pas être modifié aussi longtemps que l'admission de chaleur et charge sur le four, par exemple la capacité
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thermique de la charge, restent substantiellement constantes.
La nature de l'atmosphère dans la chambre de travail (réductrice ou oxydante) est déterminée par le réglage relatif des tambours de la vanne combinée 42 d'air et de combustible, et le réglage de la vanne 41 est déterminé en premier lieu par la considération qu'on doit admettre suffisamment d'air supplémentaire dans le système d'écbappement pour assurer une combustion complète des constituants du combustible des gaz évacués de la chambre de tra- vailo L'air en excès peut être admis par la vanne 41, si on rencontre des difficultés pour maintenir les températures des extrémités chaudes des régénérateurs endéans de la limite supérieure prescrite.
Une fois le réglage fait convenablement pour les conditions opératoires, un nouveau réglage de la vanne 41 ne sera pas normalement requis aussi longtemps que ces conditions restent substantiellement inchangées. Des registres 45 servent en premier lieu pour équilibrer les alimentations d'air aux brûleurs de manière à obtenir un chauffage uniforme de la chambre de travail.
Le laps de temps entre les renversements successifs du courant est déterminé par le réglage du dispositif horaire 55. Ce laps de temps est choisi de telle manière que les fluctuations de la température des extrémités chaudes des régénérateurs soient maintenues endéans les limites supérieure et inférieure prescrites. La valeur moyenne de la température de ces extrémités chaudes dépend, pour une série donnée de conditions opératoires, en premier lieu du réglage de la vanne de répartition 40, et en second lieu du réglage de la vanne 41 d'air supplémentaire, tandis que l'amplitude des fluctuations de cette température dépend du laps de temps qui s'écoule entre les renversements de courant.
Si l'on désire utiliser l'air préchauffé pour la combustion ultérieure des résidus combustibles dans les gaz évacués de la chambre de travail, le système de bielles 52-54 doit être déconnecté et les vannes 43, 44 réglées à la main, en conjonction avec le réglage à la main des registres 45, de telle sorte qu'une proportion requise d'air préchauffé du régénérateur qui se refroidit pénètre dans la conduite 38 et y est mélangé avec les gaz d'échappement évacués de la conduite 39.
Figure 4 montre un système de contrôle automatique alternatif pour le four. Dans cet arrangement les vannes de renversement 28, 4344, 47 et 48 sont contrôlées thermostatiquemento Dans l'extrémité "chaude" de chaque régénérateur se trouve un thermocouple 50 ou 51 (montré également dans la figure 1 en traits interrompus), le rendement de chacun étant alimenté à un dispositif de contrôle thermostatique 64, qui contrôle l'excitation des électro-aimants 57, 62, 63 par le relais 56 auquel le dispositif 64 est connecté directement, le dispositif horaire 55 étant supprimé.
Cet arrangement fonctionne comme suit
Quand la température de l'extrémité chaude de chaque régénérateur (quand il reçoit de la chaleur) dépasse une limite supérieure déterminée, 10000C par exemple, ou quand la température de l'extrémité chaude chaque régénérateur (quand il rejette de la chaleur) descend en-dessous d'une limite inférieure déterminée, le signal reçu du thermocouple associé 50 ou 51 par le dispositif thermostatique 55 fait que ce dernier, agissant par l'intermédiaire du relais 56, excite ou isole, suivant le cas, les électroaimants 57, 62, 63,
de sorte que la vanne de renversement pneumatique 58 et les vannes 47 de renversement de l'alimentation de combustible 48 sont basculées pour renverser le courant d'air et de gaz dans le système et faire passer l'alimentation de combustible des brûleurs du four d'un côté à ceux du côté opposé, de sorte que le combustible n'est envoyé qu'aux brûleurs qui sont alimentés avec de l'air préchauffé. Les rendements des deux thermocouples, agissent en sens opposés sur le dispositif thermosta-
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tique 55, de sorte que.si par exemple le signal reçu du thermocouple 50 quand sa température descend en-dessous de la limite inférieure produit l'excitation des aimants 57, 62, 63 par le dispositif 64 agissant par le relai 56, un signal correspondant reçu du thermocouple 51 amènera l'iso- lement de ces trois aimants.
Le contrôle thermostatique illustré dans la figure 4 peut,cepen- dant, être installé en plus du dispositif de contrôle horaire 55, comme contrôle déterminant pour être sûr que le renversement de courant se pro- duit avant que toute surchauffe ne puisse se produire dans le cas d'une panne ou d'un défaut du dispositif horaire.
Le mode de réalisation de l'invention illustré ici et décrit plus particulièrement, est destiné au traitement "statique" de charges indivi- duelles, qui sont introduites dans la chambre de travail par la porte du four et sont enlevées,après le traitement, de la même manière.
L'invention s'applique également aux fours continus dans lesquels la charge, ou.une succession de charges est/sont déplacées de manière con- tinue pendant le traitement thermique d'une extrémité du four à l'autre, dont les deux extrémités présentent des ouvertures, l'une pour recevoir les charges, et l'autre pour les évacuer après le traitement, ces ouver- tures étant continuellement ouvertes ou bien elles sont ouvertes de ma- nière intermittente et ies dispositifs usuels de type connu sont prévus suivant les nécessités pour réduire les pertes de chaleur au minimum et la contamination de l'atmosphère du four par les deux extrémités ouvertes.
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The present invention relates to recovery furnaces for heating a charge with or without combustion thereof, in an oxidizing, neutral or reducing atmosphere, and comprising a chamber for receiving the charge or working chamber, a pair of regenerators , an air or other gas intake with or without pumping means, as required, an exhaust duct, one or more combustion chambers or other heating means and gaseous flow reversal valves, all these members being interconnected so that air or gas can flow from the source, successively through -.
one of the regenerators, the heating means, the working chamber and the other regenerator, to the exhaust pipe, with reversal of the gas stream at certain time intervals.
The invention applies to recovery furnaces which use recuperators having matrices or fillings of refractory material, such as refractory bricks, but applies more particularly to furnaces whose regenerators have metal matrices, which due to their greater specific weight, and despite a lower specific heat, offer the advantage of a much smaller volume for a given heat capacity, than that of refractory matrices, but are subject to temperature limitations .
The maximum working temperature of the elements of a metal matrix at which it is possible to work in complete safety is around 11000C and for the majority of the applications considered here, a preheating temperature of the air or gas supplied. at the working chamber of 1000 C maximum is sufficient, so that regenerators with metallic matrix will be satisfactory as long as the maximum temperature of the gases entering the regenerator which receives heat does not exceed 1100 C, and preferably will be less
According to the present invention, a recovery furnace of the type defined in the first place,
is characterized in that means are provided for taking part of the exhaust gases from the exhaust pipe and re-circulating them in a regenerator which receives heat so as to dilute, and reduce thus the temperature of the gases which leave the working chamber before they reach the regenerator which receives heat and increase the total mass of gas which flows through the latter, said means comprising a blower or pump for compensate for the pressure drop in the regenerator which receives the heat.
In a recovery furnace in which the quantity of heat which is admitted is obtained by burning a suitable fuel in the air preheated by the regenerator which is cooled, it might be necessary, for certain purposes, more especially for the re-heating. heating metals in the form of billets, ingots or the like without the formation of encrustation and other oxidation products, to maintain a reducing atmosphere in the working chamber. To achieve this, the fuel must be burnt with a deficient supply of air, so that free oxygen does not reach the working chamber and the gases exhausted from the working chamber are rich in CO and. H2 and contain little or no CO and H 0, which at high temperatures tends to oxidize ferrous metals.
Such partial combustion can produce the required high temperature in the working chamber if the preheating temperature of the combustion air is high enough, but the gases discharged from the working chamber have a residual calorific value due to of their CO and H2 content.
In order to complete the combustion of these unburnt constituents or
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incompletely burnt gases evacuated from the working chamber and the conservation in the system of their residual calorific value, the invention comprises, as an optional characteristic feature, the provision of controllable elements for the introduction into the gases evacuated from the working chamber. work of a regulated quantity of additional air, which can come either from the atmosphere, and in this case the additional air can be introduced into the gases evacuated from the recuperator which receives the heat before reaching the organs which serve for take some of these gases to re-circulate them through the regenerator, or preheated air evacuated from that of the regenerators which is cooling,
and in this case such a portion of the preheated air is sent as a bypass with respect to the working chamber to mix with the gases taken from the exhaust pipe and to be recirculated in the regenerator which heats up, or else additional air can be taken from these two sources.
When the pre-heated air is thus sent as a bypass in the exhaust of the working chamber, the proportion of bypass air supplied to the burners can be regulated by a valve placed in the bypass line in combination with a fixed restriction or adjustable valve placed in the burner supply line.
Since the heating effect of this subsequent combustion of the incompletely burnt gases evacuated from the working chamber, will tend in all cases to counteract the cooling effect of the exhaust gases which are recirculated, and the use in this purpose of pre-heated air will worsen this heating effect, it will seldom be possible to employ the preheated air as the sole source of additional air for this subsequent combustion, so that in general it will be necessary to supplement the air pre-heated (if this air is actually used for this purpose) by cold atomospheric air.
When atmospheric air is introduced into the exhaust gas for the purpose described above, it must be introduced (unless it is introduced under forced draft) at a point where the exhaust gas pressure s 'would escape rather than having air inlets), for example on the suction side of the exhaust blower or pump which compensates for the pressure drop on the recuperator which receives heat.
Except in the case where the pre-heated air is bypassed in the recirculated exhaust gases which enter the regenerator which receives heat, a reversing valve system is provided to direct the gases taken from the pipe d. The exhaust alternately to that of the regenerators which receives the heat, this reversing valve system preferably being coupled to the reversing valve mentioned in the first paragraph of this specification.
According to a preferred embodiment of a furnace according to the present invention and incorporating a burner or a series of burners associated with preheated air and supplied with air preheated by each regenerator, reversing valves to supply the fuel alternately to the burner or burners which receive or receive a supply of pre-heated air, are coupled to the reversing valves mentioned in the first paragraph of this specification.
The distribution valve which regulates the intake of the exhaust line for recirculation through the regenerator which receives the heat, and (if present) the valves which regulate the quantity of pre-heated air derived from the regenerator cooling to go directly into the recirculation system of the regenerator which receives the
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heat or / and the amount of additional cold air introduced into the recirculation system can be operated by hand and the reversing valves can be controlled with respect to time, for example by a clockwork mechanism.
By adjusting these valves as well as the reversing cycle to suitable predetermined values, the temperatures at the inlet of the heat inlet regenerator and the outlet heat regenerator can be maintained between the limits. desired, without further adjustment of the valves and the overturning cycle, as long as the heat received and the furnace load, for example the heat capacity of the load, remain practically constant o
The reversal cycle can, however, be controlled automatically by thermostatic devices which respond to the temperatures of the hot ends of the regenerators so as to cause a reversal of current when these temperatures exceed a certain upper limit or fall further. - below a certain lower limit.
When employing metal matrix regenerators, the various valves and reversing cycle should preferably be adjusted and / or controlled so that the gas temperature at the inlet of the regenerator receiving heat does not exceed. 1000 C and in no case exceeds 1100 C.
The accompanying drawings show, by way of example only, a specific embodiment of the invention, comprising a modification of the control system.
In the drawings,
Figure 1 is a somewhat schematic front perspective view, and partly in section, of a recovery furnace
Figure 2 is a similar fragmentary rear view.
Figure 3 is a diagram illustrating the oven control system according to Figures 1 and 2, and
Figure 4 is a diagram illustrating a modification of the control system of Figure 30
Referring to Figures 1 and 2, the furnace itself is a rectangular structure 10 constructed of refractory bricks on a frame of steel or other suitable metal. This oven has a working chamber 11 with a narrow arched roof extending from an opening 12 at the front to the rear of the oven, the opening 12 being closed when the oven is operated by a door, not shown.
At the top of the oven are two regenerators 13, 14 extending from front to back, one on each side. each regenerator comprises a cylindrical horizontal metal shell 15 covered with a suitable heat insulator, although this heat insulator has been omitted from the drawing for the sake of clarity thereof; and the interior of each envelope 15 is filled with a metal matrix made up of metal tubes, one of these dies being shown at 16.
The front end of each regenerator communicates by means of a short vertical pipe 17 with a horizontal pipe 18 formed in the masonry of the furnace. The pipe 18 communicates by means of vertical and horizontal pipes 19 also formed in the masonry of the furnace with recesses transverse horizontals 20 extending into the wall of the furnace from the working chamber. Recesses 20 constitute combustion chambers and enclose burners 21 with oil or gaseous fuel coming from an external main pipe 22 via branches 22a, 22b (see FIG. 2) which supply respective-
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the burners on opposite sides of the oven.
Coming from the rear ends of the regenerators, extend transverse horizontal pipes 23, 24 communicating with a common valve chamber 25, from the upper part of which extends a vertical pipe 26 and from the bottom of which extends a horizontal pipe loop 27. The chamber 25 also houses a reversing butterfly valve 28 which can turn 90 in each direction by a lever 29 and a pneumatic jack 30 double acting.
In the extreme position of the valve 28 shown in the figure, the pipe 23 communicates with the pipe 26, and the pipe 24 communicates with the pipe 260 the pipe 26 communicates with a horizontal pipe 31 which extends from an opening 32 towards the 'atmosphere to the inlet opening of a centrifugal exhaust blower 33, which returns to another horizontal duct 34 which terminates in an extension 35 for connection to an exhaust stack, not shown. Line 27 receives the discharge from an inlet centrifugal blower 36, the inlet opening 37 of which opens to the atmosphere.
In addition, the front ends of the regenerators are connected to each other by a transverse horizontal pipe 38, which is connected to the horizontal arm of an L-shaped pipe 39, the vertical arm of which is connected to pipe 34.
In addition to the reversal valve 28 and the fuel feed reversal valves described below, the system includes other valves as follows: a distribution valve 40 in the extension 35 of the line 34; an adjustment valve 41 in the atmospheric opening 32 of the pipe 31; a combined valve 42 for adjusting the air and fuel supply, and valves 43, 44 in line 38 at its junctions, or near its junctions with the regenerators 13, 14.
The valves 40 and 41 are of the butterfly type and are provided with means for manually adjusting them indicated in the form of levers 40a, 41a adjustable against fixed dials 40b, 41b.
In addition, the vertical pipes 19 have valves 45 adjustable from the outside of the oven by hand by means of screw jack and handwheels 460
The combination valve 42 (Figure 2) for adjusting the primary air supply to the regenerators via line 27 and the fuel supply to the burners via main line 22 is of the drum type, the drums (not shown) which respectively adjust the air and fuel supplies being coaxial and interconnected for operation by a single external lever 42a. Means (not shown) may be provided for adjusting the relative positions of the drums, in order to vary the air / fuel ratio. The details of the valve 42 are not shown because it is a conventional type valve.
The valves 43, 44 include butterflies 43a, 44a actuated by levers 43b, 44b. The levers 43b, 44b and 29 are interconnected by a system of connecting rods comprising connecting rods 52, levers 53 and a tilting shaft 54, so that the levers 43b and 44b are tilted 900
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at the same time that the lever 29 is tilted. The butterflies
28, 43a, 44a, are adjusted relative to their actuating levers such that when the pipes 26 and 28 are in communication with each other, the valve 43 is open and the valve 44 is closed, and vice versa.
The alternating reversal of the fuel supply to the burners on opposite sides of the furnace, together with the alternation of the primary air supply to the regenerators, is effected by valves 47, 48 in the main branches. fuel 22a, 22b (Figure 2) which are actuated by the electromagnets 62, 63. The reversing valve 28 is actuated in a similar manner by means of the pneumatic relay constituted by the jack 30, by means of an electromagnet 57 (see figure 3) which actuates a pneumatic reversal valve
58 to selectively connect a pneumatic supply line
59 on each side of the jack 30 by the pneumatic connections 60, 61.
The magnets 57, 62, 63 are controlled by an electromagnetic relay 56 by a time measuring mechanism 55, of a known type, for example a clockwork mechanism (the details are not illustrated), of so as to reverse the current in the regenerators and in the working chamber and to supply the fuel alternately to the burners associated with the regenerator which cools, for example those situated on the side of the working chamber on which the preheated air penetrates.
The oven as shown in Figures 1 to 3 operates as follows
Primary air sucked in by the blower 36 is fed by the valves 42 and 28 to one of the regenerators, for example 13, which cools and preheats the primary air. At this time, the valve 43 is closed and the primary air therefore enters the combustion chambers 20 to the left of the furnace (as shown in figure 1) through the pipes 17, 18, 19.
In the combustion chambers it meets the fuel supplied to the burners 21 on that side of the furnace for a fuel bypass pipe 22a, the valve 47 then being open and the valve 48 being closed.
The hot products of combustion enter the working chamber 11 and after passing through it, they are discharged through recesses 20 and conduits 17, 18, 19 to the left of the furnace (see Figure 1) in the regenerator 14. The latter. This receives heat from these hot gases, which cool down and are sucked out of the regenerator through lines 24 and 26 by exhaust blower 33, which will also suck additional atmospheric air from opening 32 through valve 41 if it is not closed.
A part of these gases passes to the outlet 35 of the chimney through the distribution valve 40, which, however, by the throttling of the outlet, sends a part of the cold exhaust gases into the line 39, from where it passes through line 38 and valve 44, which at this moment is open, into the hot end of regenerator 14 where it mixes with the hot gases discharged from the working chamber by diluting them, thereby lowering their temperature, and is recirculated through regenerator 14.
After a determined period of time, the device 55 produces the reversal of the valves 28, 43,44,47., 48, so that the circulation in the working chamber, the pipes 17-19, the regenerators 13, 14 and pipes 23, 24 and 38 is reversed, the fuel supply being directed from branch 22a to branch 22b.
After an equal period of time, a new reversal occurs, and so on The amount of exhaust gas which recirculates, and which determines the temperature drop between the working chamber and the hot end of the regenerator which receives heat, is regulated by adjusting the distribution valve 40 'and this adjustment, when done correctly, should not be changed as long as the heat input and load on the oven, for example the capacity
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thermal load, remain substantially constant.
The nature of the atmosphere in the working chamber (reducing or oxidizing) is determined by the relative setting of the drums of the combined air and fuel valve 42, and the setting of the valve 41 is determined primarily by the consideration that sufficient additional air must be admitted into the exhaust system to ensure complete combustion of the fuel constituents of the exhaust gases from the working chamber. Excess air can be admitted through valve 41, if difficulties are encountered in maintaining the temperatures of the hot ends of the regenerators within the prescribed upper limit.
Once properly adjusted for the operating conditions, re-adjustment of valve 41 will not normally be required as long as these conditions remain substantially unchanged. Dampers 45 serve primarily to balance the air supplies to the burners so as to achieve uniform heating of the working chamber.
The period of time between successive reversals of the current is determined by the setting of the time device 55. This period of time is chosen such that the fluctuations in the temperature of the hot ends of the regenerators are maintained within the prescribed upper and lower limits. The average value of the temperature of these hot ends depends, for a given series of operating conditions, firstly on the setting of the distribution valve 40, and secondly on the setting of the additional air valve 41, while the The magnitude of fluctuations in this temperature depends on the time lapse between current reversals.
If it is desired to use the preheated air for the subsequent combustion of the combustible residues in the exhaust gases from the working chamber, the connecting rod system 52-54 must be disconnected and the valves 43, 44 adjusted by hand, in conjunction with manual adjustment of the registers 45 such that a required proportion of preheated air from the cooling regenerator enters line 38 and is mixed there with the exhaust gases discharged from line 39.
Figure 4 shows an alternative automatic control system for the oven. In this arrangement the reversing valves 28, 4344, 47 and 48 are thermostatically controlled o In the "hot" end of each regenerator is a thermocouple 50 or 51 (also shown in figure 1 in broken lines), the efficiency of each being fed to a thermostatic control device 64, which controls the excitation of the electromagnets 57, 62, 63 by the relay 56 to which the device 64 is directly connected, the time device 55 being deleted.
This arrangement works as follows
When the temperature of the hot end of each regenerator (when it receives heat) exceeds a set upper limit, 10000C for example, or when the temperature of the hot end of each regenerator (when it is rejecting heat) drops in - below a determined lower limit, the signal received from the associated thermocouple 50 or 51 by the thermostatic device 55 causes the latter, acting through the relay 56, to energize or isolate, as the case may be, the electromagnets 57, 62 , 63,
so that the pneumatic reversing valve 58 and the fuel supply reversing valves 47 are tilted to reverse the flow of air and gas through the system and pass the fuel supply to the furnace burners. 'one side to those on the opposite side, so that the fuel is sent only to the burners which are supplied with preheated air. The outputs of the two thermocouples act in opposite directions on the thermostatic device.
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tick 55, so that if for example the signal received from the thermocouple 50 when its temperature drops below the lower limit produces the excitation of the magnets 57, 62, 63 by the device 64 acting through the relay 56, a signal corresponding received from thermocouple 51 will bring about the isolation of these three magnets.
The thermostatic control shown in figure 4 can, however, be installed in addition to the time control device 55, as a critical control to be sure that the current reversal occurs before any overheating can occur in the heater. in the event of a breakdown or fault in the time device.
The embodiment of the invention illustrated here and described more particularly, is intended for the "static" treatment of individual charges, which are introduced into the working chamber through the oven door and are removed, after treatment, from the oven. the same way.
The invention also applies to continuous furnaces in which the charge, or a succession of charges is / are continuously moved during the heat treatment from one end of the furnace to the other, the two ends of which have openings, one for receiving the charges and the other for discharging them after the treatment, these openings being continuously open or else they are open intermittently and the usual devices of known type are provided according to the necessary to minimize heat loss and contamination of the furnace atmosphere from both open ends.