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L'invention concerne la préparation de carbure de calcium dans un four à cuve, par un procédé dans lequel on part d'un combustible solide se composant en majeure partie de carbone, de préférence du coke, et d'une ma- tière d'addition calcaire, par exemple de la pierre calcaire et dans lequel la température élevée et l'énergie nécessaires pour la formation du carbure sont produites dans la combustion d'une partie du carbone présent, à l'aide d'un vent de soufflage riche en oxygène, qui est introduit dans le foyer au moyen de brûleurs;
le carbone formé est évacué à l'état fondu à la partie inférieure du four, tandis que le gaz produit pendant le procédé sort du four par le haut de celui-ci (voir par exemple le brevet américain 1.374.317 du 12-4-1921 et le brevet belge n 5130663 du 15.9.1952).
En utilisant des charges bien mélangées, se composant, par exemple, de 1 partie de pierre calcaire pour 2 parties de coke, dans un petit four d'essai (diamètre intérieur: 56 cm, hauteur du lit: 2,5 m)on arrive à obte- nir une production continue de carbure titrant 60 à 70% de CaC2.
Cependant, lorsqu'on utilise, toutes autres conditions de travail étant-les mêmes, un plus grand four d'essai (diamètre intérieur : 80 cm, hauteur du lit : 2,5 m), on a constaté qu'il se produit des perturbations inattendues. La formation de voûtes, en majeure partie de matière calcaire, devant les brûleurs et partiellement au-dessus de ceux-ci, produit une bais- se de rendement du foyer et il en découle un arrt presque complet de la production de carbure.
La présente invention a pour objet de perfectionner le procédé connu de manière à supprimer lesdites perturbations.'Le perfectionnement consiste en ce que la composition de la charge est telle que, dans un plan situé à proximité et au-dessus des becs des brûleurs, la concentration en matière d'addition calcaire augmente depuis la paroi de la cuve jusqu'au centre du four.
Dans ce cas, la cuve est, de préférence, alimentée de façon que la teneur en CaO de la charge s'accroisse d'abord lentement de la paroi de la cuve vers le centre de celle-ci et augmente ensuite rapidement à quelque distance au delà des becs des brûleurs jusqu'aux environs du centreo
On a pu réaliser ce perfectionnement en se basant sur ce qui suit.
Dans un four à cuve rempli d'un combustible solide et dans lequel un vent de soufflage est introduit au moyen de brûleurs, la combustion et la gazéi- fication du combustible solide permettent de distinguer trois zones, à sa- voir une zone de combustion aux environs des brûleurs et une zcne de réduc- tion connexe, dans laquelle le 00 formé est réduit en CO par le carbone porté à température élevée, cette zone de réduction étant voisine d'une zo- ne de préchauffage où les gaz chauds s'échauffent en contre-courant du com- bustible solide froid.
Quand les brûleurs sont munis de regards, la température des surfa- ces du combustible incandescent se trouvent devant l'extrémité des brûleurs, peut se mesurer par voie optique; de plus, on peut calculer la température régnant à l'extrémité de la zone de réduction où l'on admet que la tempéra- ture de la phase gazeuse est égale à la température du combustible solide.
Cependant, on a constaté qu'en gazéifiant du coke dans un four de ce type à l'aide d'un vent de soufflage se composant d'oxygène technique (90% en volume de 0 et 10% en volume de N ) et de vapeur, grâce à l'emploi d'un vent de soufflage contenant 47% en volume d'oxygène technique et 53% en volume de vapeur aboutit, la température de la surface du combustible incandescent, mesurée par voie optique devant les brûleurs, est de 1600 C environ, tandis que le calcul prouve qu'à l'extrémité de la zone de réduction
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la température est de 87500 environ,, L'emploi de teneurs en oxygène plus élevées réduit cette différence de température.
Or, on a fait la constatation surprenante qu'en gazéifiant à l'aide d'un vent de soufflage à teneurs en oxygène très élevées, la température régnant à 1''extrémité de la zone de réduction est considérablement plus é- levée que celle mesurée à la surface du combustible incandescent se trouvant juste devant les brûleurs. Lorsque le vent de soufflage se compose d'oxygène technique seul, on mesure une température de 3400 C environ à la surface du combustible incandescent devant les brûleurs, tandis qu'à l'extrémité de la zone de réduction la température doit être de 4000 C.
Pendant la préparation de carbure, où une charge mixte de coke et de chaux est introduite dans le four et où l'on opère également avec des vents de soufflage très riches en oxygène, on constate qu'une particule de chaux se trouvant à proximité immédiate des brûleurs peut se trouver à une température qui est de plusieurs centaines de degrés supérieure'à celle d'une particule de chaux se trouvant dans la zone de r@duction. La différen- ce entre ces températures dépend du diamètre du fouro
Dans un four de petit diamètre, par exemple jusqu'à 0,5 m, l'espace entre les brûleurs D est entièrement occupé par la zone de combustion C et la zone de réduction B se trouve au-dessus de la zone de combustion tandis que la zone de préchauffage A se trouve au-dessus de la zone de réduction B (voir figure 1, vue schématique d'un four de ce type)
Dans un four de plus grand diamètre intérieur (0,5 - 2m) et par conséquent à plus grande distance entre les extrémités de deux brûleurs D disposés 7. un en face de l'autre, l'espace entre les brûleurs ne sera pas entièrement occupé par la zone de combustion C; l'oxygène amené par les brûleurs D sera entièrement consommé avant d'atteindre le centre du four et, dans ce cas, la zone de réduction B s'étendra aussi vers le bas entre deux brûleurs se trouvant l'un en face de l'autre (voir figure 2, vue schémati- que d'un four de ce type).
Si les conditions sont telles qu'à la figure 1, presque toutes les particules de chaux descendantes traversent d"abord tout la zone de ré- duction B et ont assez de temps pour être chauffées à une température telle- ment élevée que la chaux peut réagir, en formant du carbure, avec le car- bone dont la température est également élevéeo
Si les conditions sont telles qu'à, la figure 2, une partie des particules de chaux, à savoir les particules se trouvant au-dessus des extrémités des brûleurs D, ne passe pas par la zone de réduction B ou ré- gne la température la plus élevée et leur séjour dansla zone de combustion C est assez court par suite des dimensions assez petites de celle-ci.
De ce fait, ces particules ne sont pas portées à la température élevée qui est nécessaire pour la formation de carbure. A la surface des particules de chaux, il peut, il est vrai, se former une petite quantité de carbure, mais les gaz assez froids sortant des becs des brûleurs refroidissent les particules; le carbure se solidifie de sorte que les particules de chaux s'agglutinent.
Ceci explique la formation de voûtes devant les brûleurs et au-dessus de ceux-ci
Par opposition aux particules de chaux descendant à proximité de la paroi du four, les particules de chaux voisines du centre du four par- courent un chemin tellement long à travers les zones à température élevée (zone de réduction et/ou zone de combustion) et absorbent alors une quan- tité telle de chaleur qu'elles sont entièrement ou à peu près entièrement converties en carbureo
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Les fours de diamètre intérieur plus grand ( >2 m) peuvent engen- drer une autre difficulté provoquant des perturbations.
L'énergie se déga- geant par la combustion du combustible est consommée en majeune partie pen- dant la formation de carbure à partir de la chaux se trouvant entre le centre et la paroi du four. La formation du carbure exige une quantité d' énergie telle qu'il est très probable qu'il se trouvera trop peu d'énergie aux environs du centre du four, en sorte que la formation de carbure y est empêchée et qu'une masse de matière non consommée s'amoncelle, ce qui en- traîne des conséquences fâcheuses, telle que la réduction de la capacité du four et un mauvais transfert des composants de la charge.
Evidemment, il,est possible de provoquer la formation, aux environs du centre, de carbure fortement souillé de chaux, puisque ceci demande beau- coup moins d'énergie et que le carbure de ce genre, contenant par exemple 35% de CaC2, a un point de fusion relativement bas (1750 C environ). En s'écoulant vers la paroi du four, ce carbure à faible poids spécifique est en contact permanent avec le coke incandescent se trouvent juste en dessous de la zone de combustion, de sorte que la chaux renfermée dans ce carbure impur est encore partiellement convertie en carbure et que le carbure impur est, par conséquent, concentré.
Etant donné ce qui vient d'être dit, il importe alors, lorsqu'on a opéré avec des fours à cuve d'un diamètre intérieur supérieur à 1/2 m, d'adapter la composition de la charge aux différentes conditions de réaction locales dans le four. Cette adaptation se réalise en faisant varier la com- position de la charge carbone-chaux depuis la paroi du four vers le centre, de façon à former d'abord une zone se composant en majeure partie de carbone, après quoi la teneur en chaux monte graduellement dans les zones suivantes de façon qu'aux environs du centre on ne trouve qu'une quantité de carbone suffisante pour former du carbure à bas point de fusion et fortement mélan- gé à de la chaux.
Ceci signifie qu'avec des charges présentant les composi- tions totales usuelles, par exemple de 20 - 30% en poids de CaO et de 80 - 70% en poids de C (sous forme de coke), la teneur en chaux peut augmenter, dépuis la paroi du four vers le centre de celui-ci, d'abord lentement et ensuite plus fortement de 0 à 85% en poids de CaO. De ce fait, on empêche la formation de voûtes de chaux aux environs des becs des brûleurs et 1' entassement des composants non consommés de la charge au centre du four.
Une telle augmentation de la teneur en chaux de la charge peut se réaliser de différentes manières. On peut employer, par exemple, un disposi- tif de remplissage muni d'un agent distributeur permettant d'amener la char- ge au foyer soit contre la paroi du four, soit au centre de celui-ci, soit encore entre les deuxo Un four muni d'un dispositif de ce type a été repré- senté en coupe longitudinale à la figure 3. Sur cette figure, 1 désigne le four à cuve; le foyer du four est muni de brûleurs 2 qui sont reliés à une conduite d'amenée du vent de soufflage. La construction de la paroi des brûleurs et de la paroi du four est telle qu'elles sont protégées, par cir- culation d'eau de refroidissement contre des températures trop élevées.
Au-dessus du four à cuve on a disposé une trémie 3 dont le contenu peut se déverser dans la cuve en abaissant un volet 4. En dessous de ce vo- let, se trouve un organe distributeur 5 de forme déterminée; la position du volet 4 par rapport audit organe distributeur 5 détermine l'endroit où arrive la charge,
Dans la position (voir figure 3), la charge descend le long du coté extérieur du volet et de l'organe distributeur et s'entasse contre la paroi du four. Dans la position b, la charge descend entre le côté exté- rieur du volet et le côté intérieur courbé de l'organe distributeur et s'en- tasse aux environs de l'axe, tandis que dans la position c, la charge arrive
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entre ¯les endroits précités.
En alimentant le four avec des charges différant en composition et en quantité, on peut préparer une charge dont, la teneur en chaux aug- mente d'abord lentement et ensuite fortement de la paroi du four vers le centre. Le même résultat peut être réalisé de façon très simple en utili- sant le principe de la séparation, qui a lieu quand la charge se compose de particules de carbone et de chaux ou de pierre à chaux de grosseurs différentes.. Les poids spécifiques de carbone sous forme de coke et de pierre à chaux sont fort différents, à savoir de 0,5 et 1,5 respectivement.
Lorsqu'un mélange de coke et de pière à chaux descend d'une trémie par un tuyau de remplissage vertical disposé centralement dans un four, dont le diamètre intérieur est sensiblement supérieur à celui du tuyau de remplissage et lorsque les dimensions des particules de pierre à chaux sont inférieures à celles des particules de coke, il se forme dans le four une charge dont la composition est telle que la teneur en petites particu- les plus lourdes ( pierre à chaux) augmente de la parc-' du four'vers l'axe de celui-ci.
Plus la différence entre les dimensions des deux composants (coke- chaux ou pierre à chaux) est grande, plus la séparation sera prononcée Le rapport entre le diamètre du tuyau de remplissage central et celui du four influence lui aussi la répartition finale du coke et de la chaux dans la charge du four. Pour obtenir le même degré de séparation en employant un tuyau de remplissage large par rapport au diamètre du four, la diffé- rence entre les dimensions des particules de coke et de chaux doit être plus grande que lors de l'emploi d'un- tuyau de remplissage plus étroit.
La figure 4 représente en coupe longitudinale un type de four, qui se prête à une alimentation suivant le principe de la séparation. Le four comprend le foyer proprement dit 11 surmonté d'une trémie 12, dont l'orifice de déversement est fermé par un volet 13.En abaissant ce volet, le contenu de la trémie tombe par un tuyau de remplissage 14 dans le foyer.
Les particules plus grosses et plus légères descendent partiellement le long ie la pente des charges déjà déversées vers le côté extérieur, tandis que les particules plus fines et plus lourdes tendent davantage à descen- dre suivant la vertioale
Lorsque la trémie est remplie d'un mélange de gros coke et de fine pierre à chaux, dont le poids spécifique dépasse de trois fois celui du coke, la séparation se produisant pendant le déversement est telle que la composition de la charge devient telle qu'aux environs de 1?axe la quantité de chaux sera beaucoup plus grande que dans la zone avoisinant la paroi du four.
Pendant la préparation de carbure dans un four d'essai dont le diamètre intérieur était seulement de 80 cm, celui du tuyau de remplissage de 40 cm et la distance entre le bord inférieur du tuyau de remplissage et le niveau des brûleurs de 75 cm, on a très bien constaté l'effet d'une charge dont la teneur en chaux augmente vers 1 age Lorsqu'on alimente le four avec des charges se composant de particules de coke et de pièrre à chaux de dimensions équivalents, à savoir de 30-40 mm, la séparation était insuffisante et la production de carbure était pratiquement impossible dans les conditions suivantes:
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composition, du vent de soufflage : 35% en volume de vapeur;
65% en volume d'oxygène technique (souillé de 10% en volume de N) Mélange de réaction : 1 partie en poids de pierre à chaux pour
2 parties en poids de cokeo débit du vent de soufflage 500 m3/ho vitesse d'insufflation du vent de soufflage : 80 m/seco hauteur du lit au-dessus des becs des brûleurs : 15 fois la dimension du coke.
En alimentant le four, toutes autres conditions étant équivalentes, au moyen de charges, dont le coke se composait de morceaux de 40 - 60 mm et la pierre à chaux de morceaux de 10 = 20 mm, on a obtenu une charge per- mettant, sans perturbations, une production contenu de carbure d'une teneur de 60% en poids de CaC2.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour la préparation de carbure de calcium dans un four à cuve, en partant d'un combustible solide se composant en majeure partie de carbone, par exemple du coke, et d'une matière d'addition calcaire, dans lequel procédé la température et l'énergie nécessaires pour la formation de carbure sont produites par la combustion d'une partie de combustible, à l'aide d'un vent de soufflage riche en oxygène, caractérisé en ce que le four est alimenté de façon que la teneur en CaO de la charge, dans un plan situé à proximité et au-dessus des brûleurs, augmente régulièrement de la paroi vers le centre du four.