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"Procédé de fabrication de combustibles solides mis en forme du type du coke à partir de charbon bitumineux sous forme de fines particules".
La présente invention se rapporte à la fabrication de oombua- tiblea solides du type du coke et plus particulièrement à la fabri- cation de combustibles mis en forme de ce type à partir de charbons bitumineux soue forme de fines particules .
Le coke métallurgique utilisé dans l'industrie est en grande partie produit dans les tours à coke traitant des sous-produits par carbonisation à haute température de mélanges de qualités choi- aies de charbons bitumineux.
Les caractéristiques physiques des fours à coke classiques traitant des sous-produits restreignent la change à certaine types de charbons, savoir des charbons bitumineux à teneur en cendres et en soufre relativement faible, ayant des pro- priétés confiantes satisfaisantes,
sans gonfler de manière excessif ve. ces spécifications relatives à la charge réduisent fortement les ressources en charbon susceptible d'être traité dans les fours à coke traitant des sous-produits Avec production d'un coke de qua-
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lité métallurgique .
Il existe de nombreux charbons bitumineux à basse teneur en cendres et en soufre qui pourraient convenir à la produotion du coke s'ils ne possédaient pas des propriétés de gonflement indésira blés. On a antérieurement proposé de soumettre ces charbons à un pré-traitement thermique pour en réduire les caractéristiques de gonflement et de cokéfaction, puis de les carboniser par le prooé- dé ordinaire de cokéfaction de sous-produits. Quand ces charbons doivent être carbonisés sous forme de briquettes ou de formes ob- tenues par extrusion, il se présente des problèmes particuliers.
On sait que pour effectuer aveo succès une carbonisation de ces préformes de charbon particulaire, le pouvoir cokéfiant de celui,ci doit être réduit -très considérablement pour éviter un gonflement excessif ou une autre déformation des préformes et le collage ou l'adhérence des éléments de charbon mis en forme . De même la pro- duotion de charbon particulaire préformé carbonisé introduit des problèmes d'établissement de certaines'caractéristiques de densité difficiles à atteindre et 'qui nécessitent une étroite oorrélation entre le procédé de pré-formage et l'opération de carbonisation .
Un problème qui se pose depuis longtemps dans l'industrie du charbon est l'utilisation avec profit des fines telles que les fi- nes bitumineuses que' l'on obtient dans l'exploitation et le calibra- ge du charbon. C'est ainsi qu'on obtient des quantités extrêmement importantes de. ces fines dans le oalibrage des charbons par flot- -tage . Un exemple particulier est constitué par les fines extrê- mement divisées que sont les fines de Pooahontas (Pocahontas slacks).
Ce charbon possède certains caractères intéressants pour la produotion, par exemple, de ooke de fonderie de première quali- té,mais en raison de ses caractéristiques indésirables de gonfle- ment, on ne peut l'utiliser en proportions appréciables dans un mélangea destiné à oharger des fours de cokéfaction de sous-produits.
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On a déterminé à l'aide d'une abondante expérimentation qu'il était possible, par une corrélation appropriée du pré-traitement thermique destiné à régler le gonflement, des conditions physiques
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et physico-chimiques d'e l'opération de mise en forme de briquettes ou produits d'extrusion du charbon partioulaire et des conditions thermiques au cours de la carbonisation, de produire un coke métal-
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1urique d'excellente qualité a partir des fines de pooahontaa et d'autres charbons de caractères similaires ou équivalents .
Il est important de noter, comme on l'expliquera plus complè-
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tement dans la suite, que 1e traitement satisfaisant des ojhasbbîïs paylieulaires du tee décrit compose un aert ombr ; de faQùagÉ0 ' ,?" : ' l.rr ' ' .a . s Fy7u a " 1w , '/. yy f. importants et sensiblement èrîtiqt0-o' .dans les divers stades dn pb4% cède dont le réglage * mutuel détermine ' en eande partie les oarao-
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tériatiques désirées du produit final Ainsi le but principal de l'ànvonùion est d'établir un probzz , , ¯ cédé de production d'un ooke ,t...turg3Qua d e qualité supérieure à partir de charbons bitumineux à teneur en cendres et en soufre relativement basse mais dont les caractéristiques de gonflement sont telles qu'elles ne sont pas en faveur de leur application à la cokéfaction des sous-produits .
L'invention se propose de traiter le oharbon bitumineux fine-
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ment divisé du type des fines de Pooahontae d'une manière êoonomi- que de manière à fabriquer un produit final d'une valeur très amé- liorée et plus généralement de traiter le charbon bitumineux parti- oulaire de manière à fabriquer un coke métallurgique d'une structu- re physique spéciale le rendant particulièrement efficace dans les opérations métallurgiques
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Ceci posé,'l'invention est fond4o aut le traitement du charbon bitumineux sous forme articulaire dans des conditions apéoi$les de manière à le convertir en éléments cokéfiés d'une configuration ,
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déterminée et dgune densité déterminée * volonté, donnant touez satis , otion en tant que coke métallurgique .
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Très généralement, le procédé selon l'invention comporte un pré-traitement spéoial (si nécessaire) des fines bitumineuses de manière à réduire leur pouvoir cokéfiant au degré désiré, le mé- lange intime des particules de charbon pré-traité avec un liant choisi (provenant en totalité ou en partie du procédé)* dans des con- ditions déterminées, et réglées de teneur en humidité' et Re tempé- rature de manière à produire un mélange de particules de charbon conditionnées d'une manière spéciale-et uniformément enduites du liant, le- tassement du Mélange ainsi' obtenu à l'aide d'une machine de briquetage ou de préférence d'un appareil d'extrusion sous forme d'éléments compacts de dimension, de conformation et de.
densité choisies et le traitement thermique des éléments ainsi préformés par mise en contact directe et intime avec des gaz. provenant du. procédé et. dans des conditions soigneusement déterminées d'apport de chaleur de manière à produire des corps compacts et tenaces du type du coke, de configuration, densité et réactivité choisies ,
Avant de décrire spécifiquement l'invention, on fera remarquer que parmi les conditions ou les facteurs importants du succès de l'opération figurent la température et la quantité.
de liant entrant dans le mélange de charbon partioulaire, l'influence relativement importante de la teneur en humidité du mélange sur le caractère physique de la préforme, la gamme possible .relativement large de durée et de température de pré-oxydation du charbon et, ce qui est plus important, les vitesses de chauffage au cours de la. carbonisa- tion, qui sont en corrélation étroite avec le caractère des éléments préformés .
On fera de même observer que ces découvertes spécifi- ques sont des corrélations étroites du caractère et de la structu- re des éléments formés dans les différents étages ou zones et ne peuvent être a priori déduites ou considérées comme découlant de quelque manière-que ce soit des anciennes techniqaes
Dans la discussion des divers facteurs et concepts de l'in- vention, on se rapportera particulièrement à des expériences,des
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essais et des opérations portant eux du charbon de Pooahontas .
Il est toutefois bien entendu que celui-ci n'a pas été choisi pour les essais seulement en raison de son importance économique dans l'état actuel, mais aussi parce qu'il est le type, pour ce qui concerne l'invention, d'un grand nombre de charbons de caractéristiques et de composition généralement équivalentes qui se rencontrent par- tout où l'on a un besoin aigu de coke métallurgique .
Les divers facteurs interdépendants relatifs à l'invention ont été étudiés de manière à déterminer les conditions les plus favorables au procédé dans son ensemble . Bien que la mise en forme préalable du charbon partioulaire puisse se faire par briquettage, par exemple à l'aide d'une maohine du type à cylindres fonctionnant .sous haute pression, il est recommandé d'effectuer le préformage par extrusion .
Quand on utilise un appareil dt extrusion, on dis- pos e d'une grande latitude quant à la configuration et la densité des formes obtenues
On a d'abord effectué une série d'expériences pour déterminer l'effet exercé par la pré-oxydation sur les caractéristiques de produit frais obtenu par extrusion et,de l'élément carbonisé ter- miné. De nombreuses expériences démontrent, que l'opération de pré- oxydation n'exerce pas d'effet accentué sur le produit d'extrusion frais ou "vert".
Toutefois ce traitement affecte les caractéristi ques de la briquette ou du produit obtenu par extrusion au cours de la distillation et de la carbonisation et, quand le charbon par- tioulaire est destiné à la carbonisation ultérieure, cette pré- oxydation est nécessaire. Cette opération s'effectue de préférence par passage du charbon partioulaire sous forme d'un courant fluidi- fié par l'air ou un autre gaz contenant de l'oxygène, à grande vi- tesse, dans un serpentin tubulaire continu avec chauffage rapide à une 'température supérieure à 260 C. et de préférence comprise entre 345 et 425 C suivi d'un refroidissement rapide du charbon oxydé.
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Une variable très importante du procédé, savoir la température du liant; a été examinée en premier. Comme on le sait, un certain nombre de liants ont été proposés pour le charbon particulaire des- tiné à être mis en forme, après mélange avec le liant, par brique- tage ou extrusion .Parmi les liants proposés figurent les liqueurs
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sulfitiques résiduaires du traitement de la cellulose, les goudrons de houille, les 'brais traités par les acides, eto..:
D'abondants recherches ont remontré que .le goudron de houille d'un point de fu- sion approprié (provenant de la carbonisation d'éléments préformés) constitua un excellent liant à la condition qu'il soit mélangé avec
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le charbon partic.lairs â la température convenable et dans certaines conditions critiques d'humidité dans les caractéristiques physiques du produit d.'extrusion ou de'là briquette et, ce qui est plus impor- tant, du produit carbonisé .final ...''. ' On a .déterminé, après une série f expér,ene é;
.que 1,e point de .fusion du goudron ou du %rài :pr4xén%p;nétgrelàenen? ùne..cer%ane . .' ' .. , -. :..'.' ' '..''.' importance, mais $ûe . 7a 4 laquelle il se trouve au moment du mélange . est d,tüné , importance oonaiderable .Cette température,' fait intéressant, ne: âoit gâsltre 'trop! élerée:leeg expériences ef- fectuées à des teaapératûes d.. goudron comprises .entre 120 et,20500 . l ' -aussi environ (les autres çQn.itians..'étarït' ma3.tnue aoristai2tes que ito- pération le perme't;) ont montré qu'une gamme efficace de températures de mélange du liant 'était comprise .entre 162 et 177 C , .
Le second facteur variable pouvant influencer les propriétés physiques et les caractéristiques des éléments obtenus'par extrusion et des éléments carbonisés terminés est la teneur en humidité. On a déterminé que ce facteur est d'une importance beaucoupplus grande que celle qu'on lui avait attribuée. Cette importance est due essen- tiellement à deux facteurs dont l'un est la quantité d'eau et 11-au- tre la susceptibilité de mouillage relativement au charbon qu'il est destiné à agglomérer.
La quantité d'eau présente. dans le mélange
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influence la plasticité ou la fluidité du mélange total et la - , sion interfaciale de l'eau et du charbon influence nettement l'h moénéité et l'onctuosité du mélange .
Des expériences préliminaires ont indiqué que la teneur en eau seule ne constitue pas un critère sûr de la plasticité et de la susceptibilité (le mise en forme du mélange . On s'est rendu oompte que des additions d'agents mouillants ou tensio-aotifs améliore- raient le mouillage des particules de charbon et influenceraient les facteurs naturels aboutissant à un mouillage régulier pelliou- laire mince des solides dispersés dans le mélange plastique .
Conformément à ce postulat, on a effectué une série d'expé- rienoes. Le premier agent utilisé a été 1"'Aersol" de l'American Cyanamide, détersif du ommmeroe bien connu . Il n'améliore pas par- tioulièrement la plasticité du mélange..et celui-ci est très diffi- cile à soumettre à l'extrusion. La température de la vapeur entrant dans le mélangeur en vue du chauffage variait entre la température de la vapeur saturée (149 C) 'et.celle de la vapeur surchauffée à 343 C à l'effet de régler la teneur en humidité du mélange .
Les variations de conditions, comme on l'a dit, n'exercent pas d'effet appréciable sur le mélange et né conduisent pas à la production d'un mélange susceptible d'extrusion formé de fines bitumineuses liées, en grande partie en raison de l'absence de plasticité du mélange.
Il résulte -le ces découvertes, ainsi que d'autres de nature similaire, que le goudron et l'eau n'enduisent pas effectivement les particules de charbon avec formation d'un mélange homogène mo- bile. Par ailleurs des essais effectués sensiblement dans les meniez conditions mais à l'aide d'anthracite au lieu de fines bitumineuses donnent des produits d'extrusion denses et sains. On a par oonsé- quent supposé que la térébenthine utilisée comme agent de flotta- ge dans le traitement des fines d'anthracite exerce une action spé.
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ciai e provo'iuant le mouillage désiré den particules de charbon et la plasticité et la susceptibilité à l'extrusion du mélange ainsi obtenu .
Or, cette supposition s'est montrée erronée . Un mélange de
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charbon bitumineux en particules et de goudron de houille addîtionhé .,le térébenthine dans proportions suivant lesquelles elle pour- rait adhérer aux fines d'anthracite montre que la térébenthine n'exerce aucun effet perceptible sur la plasticité du mélange et n' en améliore pas l'extrusion .
On a alors effectué -une série d'expériences pour évaluer.les divers brais ou goudrons du commerce disponibles . Les premières expériences décrites ci-dessus ont été effectuées, à l'aide d'un
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brai de. Kdppeçs de point .-le. fusion de 54 4û ..; On a effectué deat essais similaires .,.1'aide'd'un brai de point de fusion inférieur en tant que..liant, s avoir, un brai dë.pôin,de fusion de 38 ?C , de Barrett. 06-4té riniodif oatiô e'pointv de fusion n'améliore! pas par ell e-c-n,e ,l' extÉuàiôn : 1 .] . " '<a,1." ' . ; :'...
Les 'expériences'diâcu't'ées'jusqu'ioi ont fait appela une quan- tité dé bra. Ôrésén"e Î,4ana ie mélane gééral.etent considérée somma typique ou orthodoxe,'savoir 10% pour' j90% due. charbon. Etant donnés l'importance et 7.,efas,otxé.critig,ûe,'pâésib.é,iu rapport du brai au charbon,'.on a effectué des recherches pour apprécier son rôle possible '.On a prépa'r4'> <ses mélanges 4 l'aide tle 15 de liant avec du charbon parti'culaire de Pooahonta (les autres facteurs interve- nant dans les expériences antérieures étant maintenue constants dans les limites expérimentales) .
Ces mélanges apparaissent comme tout à fait homogènes et tonnent à l'extrusion des éléments denses
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bien liés pos:éant les c4ra,etéres p:Ysi,ues désirables ¯,¯ caraco bien liés possédant les caractères physiques désirable:) . Le carac- tère critique de la quantité ou du rapport du liant au charbon est ainsi établi comme étant un point essentiel du procédé .
On a effectué d'autres essais pour déterminer le rapport opti-.
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mum possible du liant au charbon . Par exemple un mélange da Poca-
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hontas oontenant 12,5% de liant montre une agglomération consid@ ble du mélange, ce qui indique que, comme le pourcentage du liant, la mouillabilité du oharbon ne doit pas être négligée et.peut être un facteur extrêmement important .
Conformément à cette supposition, on a effectué une série d' expériences à l'aide d'un détersif du commerce dit "Dreft" (alcoyl- aryl-sulfonate) . Ce détersif est ajouté en faibles quantités à l'eau avant addition au mélange . Cette addition de détersif exer- ce une action très impprtante sur le mélange en lui assurant une plastioité et.une homogénéité exoellentes sans agglomération . Ce mélange particulier est fait de 12,5% de liant goudronneux de Koppers, contient 11% d'humidité, la.température du goudron ou brai est de 162 C. et la température de mélange de 82 à 88 C.
Un autre mélange, de même formule -et fait suivant des quantités et des conditions identiques, mais sans agent mouillant (Dreft) mon- tre une assez bonne extrusion mais aussi quelque agglomération à la fin de l'opération .
On a -alors supposé qu'en raison de l'effet favorable de l'a- gent mouillant ("Dreft" ou équivalent), il pourrait 'être possible de réduire la quantité de liant tout en obtenant encore de bons produits d'extrusion . Des expériences effectuées pour vérifier cette supposition effectuées à, l'aide de 10% de liant ont montré que ces mélanges sont très difficiles à refouler dans l'appareil d'extrusion .
Des essais supplémentaires ont éé effectués à l'aide de la quantité optimum déterminée de liant, savoir 12,5%, pour vérifier l'effet exercé par l'humidité sur ce mélange -. Ces essais montrent que si le mélange contient environ 12% dthumidité, il se prête très bien à 1'extrusion mais au cours de celle-ci, il se sépare de l'eau au produit compact, qui retourne au broyeur de l'appareil d'extrusion en provoquant des pressions élevées et le fissurage
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des éléments produits par l'extrusion. Une expérience similaire effectuée en réduisant la teneur en humidité à 5% montre que ce mélange fournit la meilleure extrusion . Des essais complémentaires ont été faits avec des teneurs en humilité variables du mélange .
Ces essais montrent que la teneur optimum en humidité semble être 5 à 8%. Ces mélanges manifestent une bonne plasticité, peuvent être soumis à l'extrusion à des pressions relativement faibles et donnent un produit d'extrusion bien lié . La teneur en humidité indiquée ici est l'humidité superficielle déterminée, à l'aide d'un appareil d'es- sai du type à carbure ,le calcium .
On a effectué un certain nombre d'essais à l'aide de charbon de Pocahontas oxydé pour déterminer la susceptibilité d'extrusion des mélanges et le comportement des produits d'extrusion formés au cours de la distillation et de la carbonisation qui suivent .
Dans l'un de ces essais, on mélange 68,1 kg de charbon de Pocahon- tas oxydé ,9,76 kg de brai de Koppers et 7,26 kg d'eau contenant 8 ouillerées à soupe de "Dreft", dans un mélangeur à palettes ordi- naire . La température de la vapeur admise est de 162 environ ainsi que celle du brai, la température de l'eau 88 C et celle du mélange de 85 à 88 C. La teneur en humidité du mélange est de 7%. Ce mé- lange se prte à l'extrusion de manière très satisfaisante .
On soumet alors à la oarbonisation la matière obtenue par ex- trusion formée de sections tubulaires. Les pièces extrudées sont empilera dans un panier perforé sur une profondeur de 90 cm environ.
Ces pièces sont chauffées dans une cornue par contact direct avec un courapt gazeux ascendant '. l'augmentation de la vitesse de ohauf fage ou du gradient de température appliquée est de 205 0 par minu- te, la température finale étant de 950 C et le taux de circulation du. gaz de 3,113 mètres cubes par minute .
Le coke déchargé n'est pas satisfaisant, car pratiquement toutes les pièces sont brisées en. plusi eurs moreeaux
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Une expérimentation et des essais suivis ont montré que la formation de bulles de brai dans les pièces formées par extrusion constituait un facteur important dans la fracture des pièces au cours de la carbonisation et que cette difficulté provenait en gran- de partie du procédé d'action du liant fluide au charbon en pau- dre . On a également vérifié que le meilleur procédé pour éviter le$ difficultés provenant d'un mélange incomplet et irrégulier du liant avec l'e charbon consistait à refouler le liant préchauffé à la tem- pérature optimum indiquée dans une série de buses ou distributeurs au moyen de vapeur
d',eau, de sorte que le liant soit ajouté sous forme d'une très fine pulvérisation
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L'application du procédé ci-dessus en maintenant les oonditiozla optimum de rapport du liant au charbon de teneur en humidité et de température montre que l'on ,eit facilement obtenir 4ea éléments de cob(d danses et tence par'une technique appropriée de carboni- 'h ' '' ' ' satïon des les opérations initiales de o arbonit.
-station, là a3tess,; re chauffage etv' de, 5 par minute pour atteins
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dre 950 0 et oïl a.vi, que l'on obtenait le bris d'un nombre oonsi- dérable des pièces d'-extrusion soumises a la carbonisation .
,>. , ,, ,
On a pensé que ces ruptures des [produite d'extrusion pourraient être réduites ou supprimées en ralentissant la vitesse de chauffage.
Pour le vérifier, on a effectué une carbonisation de pièces d'ex-
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trusion en maintenant la vitesse du chauffage à 2 5 c par minute jusqu'à 500 C, puis en la réduisant à,.0,T5 C par minute entre 500 et 950 C, en supposant que les ruptures des pièces se produisaient surtout aux températures, élevées . Les résultats de cette carbonisa-* tion ont confirmé cette supposition Cette carbonisation et l'au- opérations très/similaires ont donné d'excellents résultats .
Les morceaux de coke déchargés de la cornue conservent tous leur forae originale, ne sont pas cassés et ne montrent que peu de fissures . Ainsi est- il établi que le réglage de la vitesse de chauffage au cours de la
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carboni.sation P-st alune .importance primordiale dans la production
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Les découvertes oi-dessus décrites ont été confirmées par -un nombre considérable d'opérations similaires de carbonisation et ont établi nettement l'importance du ralentissement de la vitesse de ohauffage dès qu'on a atteint 500 C et plus .
Un certain nombre d'es- sais tels que ceux décrits ont montré que l'on pouvait obtenir des résultats très satisfaisants par chauffage des pré-formes à la vites- se de 2 5 à 500 par minute jusqu'à 600 0 environ, le chauffage étant ensuite poursuivi à la vitesse de 0,75 à 1 25C de 6000 à la tempéra- ture finale, soit 950 C ou plus .
Le coke produit par le procédé décrit ci-dessus donne des résul- tats très satisfaisants dans les essais d'éclatement par ch@te.
Un certain nombre de recherches et de déterminations effectuées sur du charbon bitumineux soumis à l'extrusion montre que la résis- tance de charge des produits d'extrusion est assez limitée . Celle- oi peut être nettement améliorée en construisant la- zone de carbonisa- tion d'une manière telle que, dans la portion initiale de la zone de carbonisation, la résistance de charge soit réduite à un point tel qu'il ne se produise pas de déformation excessive des pièces. Cette portion initiale peut par exemple prendre la forme d'un pré-chauffeur horizontal utilisé pour chauffer les pièces jusqu'à une température de l'ordre de 370 à 490 C environ, celles-oi passant ensuite dans une cornue à cuve ou d'un autre type en- vue de la carbonisation ulté- rieure .
Ces résistances de charge dès-pièces extrudées peuvent 'être augmentées par polymérisation du liant . Cette polymérisation peut être efiectuée à. une température de 235 C en une demi-heure environ ou en dix-huit heures environ à 120 C, en utilisant approximative- ment 8% d'acide sulfurique à 95% relativement au poids seo du liant.
L'acide est ajouté avec l'eau après addition du brai mais avant ex- trusion. La présence d'air Est nécessaire à la polymérisation. Il.
;se produit d'épaisses fumées à 235 C. On a constaté que ces pro- duits d'extrusion "verts" ohargés dans une zone de carbonisation
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comprenant une cornue à cuve ne supportent.qu'une charge relative.. mrnt faible au cours de la carbonisation pour une vitesse queleon- que pratique -:le débit . On a oonstaté dans des essais préliminaires que dans le cas de pièces placées'au hasard dans un lit fixe, la plupart des pièces d'extrusion sont brisées par une charge de 30 cm ,l'autres pièces placées sur elles .
Les conditions existant dans un lit mobile, par exemple dans une cornue verticale industrielle , étant beaucoup plus sévères que dans un lit fixe, cette faible ré- sistance de charge des produits d'extrusion impose de sérieuses limitations de débit dans la zone de Carbonisation .
On a déterminé au cours d'une étude poussée du problème posé par la faiblesse initiale des produits d'extrusion "verts" que la rupture des éléments sous charge se produisait généralement entre 100 et 500 C. On a en outre vérifié que quand la température des éléments atteint 50000 environ, on obtient une résistance élevée 'sensiblement permanente aux oharges . Bien qu'on ne propose pas d'explication préoise à ce phénomène, il semble probable que la résistance de charge réduite des produits extrudés "verts" est pres- que nécessairement inhérente au mécanisme de produotion.
Pour être facile à soumettre à l'extrusion, le mélange de liant et de charbon doit être fortement plastique, ce qui nécessite que les particules individuelles du solide présent dans le mélamge soient bien humeo- tées et enduites du liant de manière que les particules soient en quelque sorte enduites individuellement d'une pellicule lubrifiante.
On a constaté que, si l'on dépasse fortement le point de fusion du liant, les particules lubrifiées tendent à glisser les unes sur leE autres avec une certaine facilité de sorte que l'application d'une pression sur la pièce tend à en provoquer la déformation, puis le bris. Quand on élève la température au point où le liant distille et/ou polymérise, il se forme un résidu sensiblement solide et la résistance aux charges devient permanente .
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Après de nombreuses recherches sur le problème de l'augmenta- tion de l'aptitude des produits d'extrusion à supporter les charges entre 100 et 500 C environ, on a trouvé.une solution simple, .Elle consiste en principe à chauffer les pièces brutes d'extrusion par un courant de gaz chaud, par induction, chaleur radiante, etc ... pendant une période déterminée avant de les soumettre à la oarboni- sation . Il ressort de nombreuses expériences effectuées que dans ces conditions thermiques, le liant tend à polymériser à un certain degré ce qui augmente sa viscosité et tend à réduire ou détruire son effet lubrifiant primitif .
On * en outre constaté que la vi- tesse de maturation provoquée par ces traitements thermiques pou- vait être oonsidérablement augmentée par incorporation dans le lian d'accélérateurs ou 'd'agents d'amélioration de la maturation ou de catalyseurs. Bien qu'un certain nombre d'accélérateurs fonctionnant apparemment comme des catalyseurs de polymérisation puisse être utilisé, on a constaté que l'acide sulfurique ou les liqueurs sul- fitiques constituaient des accélérateurs de choix en raison de leur bon marché, de leur abondance et de leur efficacité . Comme on le verra dans la suite l'accélérateur est utilisé dans la proportion d'environ 1% pour l'acide sulfurique concentré ou de 1% pour la liqueur sulfitique (en solides) .
On peut faire appel à d'autres acides oxydants comme les acides nitrique, sulfureux, eto ...
L'efficacité de la maturation ou.-du pré-conditionnement émi- nemment simple des produits d'extrusion oarbonés peut être plus facilement appréciée d'après les essais effectués pour établir l'intérêt -du nouveau procédé .
Les premiers essais sur ce nouveau procédé de maturation ont été effectués à petite échelle. Ces essais consistent essentielle- ment à traiter des pièces isolées pendant des temps et des tempé- ratures variées, chaque pièce étant maintenue à la température de maturation choisie en même temps qu'on lui applique une charge progressivement croissante jusqu!à rupture . Ces essais statiques
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n'indiquaient pas que l'on dût obtenir nécessairement les mêmes résultats dans un lit mobile tel qu'il existe dans les cornues verticales industrielles à cuve, mais ils ont montré ce à quoi on pouvait s'attendre dans les opérations effectuées à l'échelle industrielle dans des cornues continues .
Les pièces individuellement utilisées -dans ces essais stati- ques sont des tubes obtenus par extrudage de 10 cm de long, 10 car environ de diamètre extérieur avec un trou central de 3,75 cm de diamètre,-. La charge est appliquée normalement à la surface incurvée. supérieure à l'aide d'une plaque métallique plane tarée .
Le tableau I montre les résultats dressais types. Les pièces d'extrusion proviennent de la mine Itman, charbon de la veine n 3 de Pocahontas , produites dans les conditions précédemment dé- crites mais contenant 1% ,le solides des liqueurs sulfitiques .
Tableau 1
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<tb> Temps <SEP> de <SEP> Température <SEP> Charge <SEP> il <SEP> e <SEP>
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<tb> maturation <SEP> de <SEP> maturation <SEP> rupture
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<tb> 5 <SEP> minutes <SEP> 204 C <SEP> résiste <SEP> à <SEP> 22,7 <SEP> k3.
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10 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 7,72 <SEP> "
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<tb> 20 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 10,44
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<tb> 45 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 13,62 <SEP> "
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<tb> 60 <SEP> " <SEP> " <SEP> 22,7
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Le désaccord apparent entrela résistance relativement éle- vée de la pièce à cinq minutes d'jntervalle et à 10 minutes est compréhensible. Il est évident que pour une courte période de chauffage de cinq minutes, le liant présent dans les portions in- térieures de la pièce d'extrusion n'est pas fondu, de sorte que celle-ci est temporairement rigide .
On a observé qu'au bout de 10 minutes environ, les pièces ont atteint leur résistance mini- mum, la résistance augmentant ensuite avec le temps . Ce rapport temps-température est caractéristique du procédé -le maturation
On a effectué un essai similaire sur une pièce d'extrusion fabriquée à l'aide du même mélange de oharbon et de liant, mais sans accélérateur.
Cette pièce se rompt sous une charge de 16,8 kg
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après quatre-vingt-dix minutes de chauffage à 204 C.Il ;si im- portant, à ce point , de noter que l'usage de l'accélérateur fait beaucoup plus que doubler la vitesse de maturation en raison de ce qu'une portion considérable de la période de chauffage totale est utilisée pour élever la pièce à la température et que la vite.%,se de maturation doit être faible au début puisqu'elle est fortement influencée par la température . Il apparaît que la température moy- enne des solides de la pièce non traitée (sans accélérateur) au- 1 elà de la période de quatre-vingt-dix. Minutes est certainement plus élevée que celle de la pièce traitée à la période de quarante- cinq minutes.
Il est ainsi évident que l'accélérateur augmente de plusieurs fois la vitesse de maturation .
Les résultats avantageux assurés par la maturation ou le pré- conditionnement décrit tels qu'ils découlent des essais statiques effectués ci-dessus ont été confirmés par des essais de carbonisation/sur des pièces d'extrusion maturées et non maturées dans des cernai tions équivalentes aux conditions industrielles, c'est-à-dire avec lit mobile . Ces essais ont été effectués dans une cornue verticale de carbonisation de 60 cm de diamètre environ avec zone de chauf- fage de 3, 6 mètres environ .
Les résultats de ces essais établissent nettement que la matu- ration telle que décrite ci-dessus est tout-à-fait essentielle à la carbonisation de pièces d'extrusion dans une oornue verticale continue . Il est également établi que, chose compréhensible, la maturation n'est pas aussi essentielle dans la carbonisation des briquettes ovoïdes ou boulets dans le même type de cornue . Ces résultats d'essais de carbonisation en cornue continue ont permis de découvrir d'autres faits essentiels . Un des facteurs importants dans la carbonisation continue en cornue des éléments carbonés pré- formés est la position de la ligne à 500 C dans le lit de matières soumises à la carbonisation .
Pour les raisons notées ci-dessus,
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c'est la température à laquelle, dans les circonstances ord@u@ re les éléments préformés acquièrent leur résistance maximum. Au cours des essais de carbonisation décrits, on a découvert que (en accord avec les résultats précédemment donnés), les pièces d'extrusion non maturées ne tolèrent une température de 500 C que pour une épaisseur de lit de trente centimètres .
Au contraire les boulets peuvent 'être chauffés à 500 C dans une section attei- gnant 2,4 m dans le lit sans effets nuisibles . Comme l'indiquent, les premiers essais, les pièces d'extrusion maturées tolèrent une température de 500 C sur une beaucoup plus grande épaisseur que les mêmes pièces non maturées
L'effet favorable exercé par bette maturation ou ce pré-oondi- tionnement avant la carbonisation' est mis en évidente par les indi- cations numériques portées dans le tableau suivant :
Ces opéra- tions de carbonisation continue ont été effectuées sur du char-* bon bitumineux de la veine n 3 de Pooahontas, à la mine Itman . Le mélange plastique, avant extrusion, est additionné d'un accéléra- teur formé de 2% de liqueur sulfitique à 50% de solides . Le pré- conditionnement. (maturation) proprement dit est effectué sur des. plateaux dans un four paroouru d'un oourant d'air ohaud et les pro- duits pré-conditionnés sont chargea dans la cornue de carbonisa- tion comme il a été dit .
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Tableau II .
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(tableau à mettre en regard de celui qui suit)
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Dans les essais décrits,
l'épaisseur de @0 cm de la ligne de 500 C a été choisie comme point due détermination commode et non pour indiquer la limite supérieure ou optimum. De même les températures de matoration ou pré-conditionnement de 149 à 23200 choisies pour les es-
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sais ne représentent pas les limites inférieure et supérieure aux- quelles le pré-conditionnement peut être effectué .
Etant donnée la relation temps-température établie par les essais, il apparaît que dans les limites industriellement appliqables, la température de maturation peut tre augmentée ou diminuée relativement à ces valeurs et la durée de maturation à une température diminuée ou augmentée en proportion avec obtention sensiblement des mêmes ré- sultats . Les conditions optimum de durée et de température de maturation dépendent évidemment de considérations économiques comme le type d'installation de chauffage, la oapaoité de l'installation, la 'vitesse désirée (temps de passage), etc
Les recherches décrites ici ont fait ressortir un certain nom- bre de faoteurs importants d'une portée industrielle critique.
On a par exemple vérifié que les pièces d'extrueion en charbon bitu- mineux produites par le procédé décrit ne tolèrent pas de refroi- dissement notable queloonque entre le traitement de pré-oondition nement et la carbonisation. Si on les laisse refroidir à un degré assez notable, elles se fendillent et se craquèlent sévèrement et d eviennent oassantes . Les pièces d'extrusion en charbon bitumineux maturées ou pré-conditionnées de la manière indiquée peuvent être sévèrement endommagées par une simple exposition de cinq minutes à la température atmosphérique avant leur transfert dans l'instal, lation de oarbonisation .
Ainsi, dès qu'on a obtenu les pièces en forme par extrusion, on doit les charger dans la cornue de oar- bonisation aussi vite qu'il est possible et l'installation doit être oonçue de manière que la chambre de pré-conditionnement ou maturation soit proche de la cornue et que le tunnel de transfert soit convenablement calorifugé, ou muni d'un moyen d'entretien de la température des pièces d'extrusion au cours de leur transport dans la cornue . On doit prendre des précautions similaires si les pièces doivent être magasinées avant chargement dans la cornue,
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EMI20.1
ambiante . &j %,) V f -1 t'y . auquel cas la température/.Joit être telle que les pièce-i ne soient pas endommagées .
D'autre part, quand les pièces d'extrusion maturées sont en- tièrement constituées de composants relativement inertes comme des fines d'anthracite, du menu coke, du coke de pétrole, etc.., les pièces maturées peuvent être refroidies à la. température am- biante sans aucun dommage .
On se rend compte que, dans le cadre de l'invention, on peut utiliser une large gamme de formules particulières de mélanges sus- ooeptibles de maturation . Bien que, à titre d'illustration, on ait signalé comme; désirables des brais de houille présentant oertai- nes caractéristiques, on peut utiliser un certain nombre d'autres liants. On a ainsi obtenu par extrusion d'excellentes pièces ma- turables de la manière décrite à l'aide d'asphalte de point de fu- sion d'environ 88 C comme liant . Ces liants asphaltiqu es permet- tent d'effectuer une maturation efficace en des temps raisonnable- ment courts sans usage d'accélérateur ..On peut utiliser des accélé- rateurs tels que ceux décrits dans le mélange de charbon et d'as- phalte.
On peut également utiliser de l'asphalte soufflée à l'air ou de l'asphalte contenant des agents oxydants. Toutes choses éga- les d'ailleurs, il est désirable d'utiliser un liant à point de fu- sion relativement élevé :D'autres liants efficaces sont le tall oil, le brai ou les mélanges en toute proportion de tall oil et de brais de houille . Le brai de tall oil constitue à la fois un bon liant et un accélérateur . On a ainsi obtenu des pièces d'ex- trusion exoellentes à maturation rapide en utilisant comme liant un mélange de 90% de brai de houille et de 10% de brai de tall oil,
Jans la proportion de 12% de ce mélange par rapport au charbon. Si l'on utilise le brai de tall oil seul à titre de liant, son pourcen- tage dans le mélange peut être commodément de 10%.
On peut r1 e même utiliser des hydrocarbures oléfiniques lourds polymérisables con-
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jugués des huiles végétales en mélange avec le brai, le tall oil, etc .
Ce qui précède permet de comprendre le fonctionnement réel du procédé . Pour mettre en oeuvre le procédé, comme il est montré dans le dessin annexé, on charge du charbon bitumineux pulvérisé et séché provenant d'une installation quelconque appropriée de pul- vérisation et de séchage dans la trémie à charbon et on l'envoie dans une installation d'oxydation dans laquelle il est soumis une oxydation instantanée à haut.e température, puis refroidi immé- diatement La teneur en humidité du charbon doit être réduite à environ 1% ou moins pour obtenir la réduction subséquente désirée du pouvoir cokéfiant. Le charbon doit être pulvérisé de manière à passer au tamis à mailles de 0,59 mm.(30 mailles au pouce liné- aire) ou moins pour obtenir les résultats désirés .
On fait passer le charbon sec et chaud .'pulvérisé de la trémie 1 , dans une pompe 'de fluidification ou distributeur 2 par une vanne connectrice 3, par exemple une vanne, rotative. La pompe 2 peut être d'un type quelconque approprié tel une pompe Fuller-Kinyon dans laquelle le charbon est fluidifié au sein d'un courant d'air refoulé par le compresseur 4 dans le tuyau 5. L'air est de préféren- ce filtré à l'aide d'un dispositif tel que le filtre 6. Le char- bon fluidifié passe de la pompe 2 au tuyau 7 et au serpentin d'oxy- dation 8 disposé dans la zone de combustion du four 9-.
Ce four peut être d'un type quelconque désiré, par exemple chauffé à l'huile ou au gaz, le combustible étant chargé par' le tuyau 10. Les gaz brûlés sortant du four passent sur les réchauffeurs par une che- minée . Le courant fluidifié chaud de charbon passe par le tuyau de transfert 11 dans le serpentin de refroidissement 12 dans le- quel il est refroidi d'une manière quelconque appropriée telle que par pulvérisation d'eau amenée par le tuyau 13, par immersion dans un réservoir d'agent de refroidissement ou par un autre procêdé ap- proprié.
Le courant fluidifié refroidi de charbon est alors envoyé
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par le tuyau de transfert 14 dans le séparateur cyclone 15 d'où il peut être déchargé en vue du magasinage, par exemple dans le réser- voir 15: On peut se rendre compte de l'oxydation du charbon en consi- dérant une opération type . L'appareil d'oxydation peut, par exemple avoir une capacité de 15 tonnes de charbon par heure . Pour une capacité de cet ordre, le serpentin d'oxydation 8 peut comporter 180 mètres de tuyau, d'un diamètre de préférence de 15om environ et le serpentin de refroidissement 13 peut avoir sensiblement la même longueur et le même diamètre .
Dans une opération type la pression exercée sur le courant à la sortie de la pompe 2 peut être comprise entre 1,4 et 1,75 kg/cm2.Dans une telle opération la température du charbon provenant de la trémie 1 et la température du four 25 sont réglées de manière à élever la température du ohar- bon fluidifié entre 357 et 455 C environ. Dans ces conditions, la vitesse, du courant de charbon à la sortie de la pompe 2 est de 360 à 600 mètres 'et plus par minute et la durée de séjour .du charbon dans le serpentin d'oxydation 8 de la dimension indiquée de l'ordre de 10 à 15 secondes seulement.
Le fonctionnement du serpentin refroidisseur 13 est réglé de manière à effeotuer un refroidissement rapide à la valeur la plus basse commode . Le oourant d'air jouant le rôle de véhicule oonte- nant de la vapeur d'eau, dégagée par l'humidité superficielle et/ou la pyrolyse partielle'du charbon, il est bon d'éviter un refroidis- sement allant jusqu'à la condensation de la vapeur d'eau. Dans les opérations types, il est commode de régler le refroidisseur de ma- nière que la température à la sortie soit de 65 0. environ. Dans une opération de ce type, le rapport du charbon à l'air dans le ser- pentin de refroidissement est de l'ordre de 8/1 en poids en général mais peut aller jusqu'à 12 ou 15/1 .
Le procédé de 'production de pièces d'extrusion en vert et co- kfiées présentant les caractéristiques intéressantes ci-dessus dé- arites peut être effectué dans un appareil standard facile à se
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procurer tel que représenté sohématiquement dans le dessin annexé.
Comme il est montré, le charbon particulaire oxydé est retiré du réservoir 16 et envoyé dans le sécheur 17 dans lequel il est séché à la teneur en humidité oonvenable .
Le charbon oxydé provenant du réservoir 16 peut être mélangé en proportions variées aveo du charbon non oxydé ou oxydé au four comme il a été dit antérieurement avant d'être déohargé dans le séoheur 17. La vapeur d'eau dégagée au cours du séohage s'échappe par le tuyau d'évacuation 18 et les fines sèches sont déchargées par le tuyau 18 de déoharge des solides dans un dispositif mélan- geur approprié tel que le mélangeur à palettes 19 dans lequel elles sont mélangées aveo le liant ohaud provenant du réservoir 20 par le tuyau 21 et les buses distributrices 22, le liant étant aspiré ou envoyé en pluie fine aveo la vapeur sur le charbon . La quanti- té d'eau nécessaire pour effectuer un mélange approprié peut être introduite par tuyau aveo vanne convenablement placé, non représen- té .
L'opération de mélange et les ingrédients entrant dans le mélan- ge sont soigneusement déterminés de la manière et pour les raisons précédemment expliquées. Le liant est constitué d'environ 12 à 15% de brai. de houille de point de fusion d'environ 54 C (pouvant pro- venir d'une opération précédente). On l'ajoute au mélange à une température pas trop élevée et de préférence vers 162 C. L'addition d'eau (et d'agent mouillant) au mélange est réglée de manière à obtenir,une teneur en humidité de 5 à 8 %. La température de mé- lange de la masse de charbon et de liant est de présence maintenue entre 82 et 88 C. Ces conditions importantes et étroitement inter- dépendantes étant respectées, on obtient d'excellents produits d'ex, trusion '.
On poursuit le mélange pendant un temps suffisant pour obtenir avec certitude une répartition homogène du liant et un mouillage effeotif des particules de charbon. Cette durée varie sui-
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vant un certain nombre de facteurs tels que le type de mélangeur, etc. Dans -un mélangeur à palette type tel que celui représente et avec les proportions indiquées de liant et de charbon, on obtient ce mélange régulier en environ quinze minutes .
Bien que l'on ait décrit un mode de mise en oeuvre du procédé par charges séparées, on peut bien entendu effectuer d'une manière continue les opérations de mélange et d'extrusion à l'aide d'un mélangeur assurant une ,jurée de séjour suffisante ,
Le mélange préparé dans le mélangeur 19 est déchargé par le tuyau de décharge 22 dans un appareil d'extrusion 23. Celui-oi peut être d'un modèle quelconque approprié donnant la compacité désirée à la matière refoulée . L'appareil peut ainsi comporter une section de broyage disposée après la section de charge et suivant le même axe que la vis d'extrusion et est formé de.préférence d'une tête avec section convergente associée à un mandrin axial .
Comme il est montré sur le dessin, l'appareil d'extrusion comprend la car- ter 23, la vis d'alimentation 24 et la tête de cylindre 25 avec support de matrice et matrice ou mandrin central (non représenté) de sorte que la matière refoulée sort sous forme d'un tube compact.
La tête de matrice et le mandrin peuvent être respectivement conformés de manière telle que l'on obtienne une forme quelconque désirée de pièces creuses . L'invention n'est 'pas limitée à une dimension particulière d'épaisseur des parois ou du trou de l'élé- ment mais on a constaté que des sections tubulaires cylindriques de 10 cm de diamètre et de 3,75 om de trou central pouvaient titre fa- cilement carbonisées en donnant un coke excellent .
Le cylindre creux continu refoulé est découpé en morceaux de la longueur désirée, par exemple 7,5 à 12,5 cm, par un type quelconque de couteau- ou de dispositif automatique iniiqué schématiquement par le coùteau 26 à mouvement de va-et-vient . Le tube refoulé peut Être coupé à la fois longitudinalement et latéralement de manière à donner un ou plusieurs serments .
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L'appareil d'extrusion peut-être du type horizontal, comme il est représenté, ou du type vertical ; il peut aussi être à plusieurs têtes d'extrusion .
Les pièces extrudées cylindriques, creuser et coupées nont transportées par un type queloonque convenable de transporteur représenté en 27 et transportées par une goulotte ou autre con- voyeur ou conduit dans l'étage de carbonisation du procédé .
Quand la charge brute au stade de carbonisation est limitée, il est préférable d'effectuer le stade initial de la carbonisation dans une, zone dans laquelle la charge est, réduite,' par exemple en transportant les pièces d'extrusion sur un transporteur 28 circu- lent dans un ,four horizontal ou, tunnel 29. Les éléments peuvent être chauffés au moyen de gaz chaudsprovenant de l'étage de car- bonisation qui suit entrant en 30 et sortant par la cheminée 31.
On peut bien' entendu utiliser un autre .four ou moyen de ohauffage approprié . La période de séjour et de chauffage dans.le four est réglée de manière à amener la température des briquettes refoulées à environ 400 C et à une vitesse telle que les éléments ne se dé- forment 'pas . Ce traitement convertit les briquettes en vert en .
'éléments ,'bien agglomérés d'une résistance suffisante pour être char- ' gés dans une oornue verticale en vue de la carbonisation ultérieure.
Les éléments ainsi pré-conditionnés sont alors carbonisés de la manière précédemment décrite jusqu'à une température de finissage de 850.à 1000 C ou plus .de manière à produire des éléments tubu- laires ou autres tenaces, d'une densité déterminée et d'une faible teneur en matières volatiles, de l'ordre de 1 à 2% environ .
Les éléments à carboniser sont chargés par un passage ou tun- nel oonvenable 32, qui peut être muni d'une garniture étanche aux gaz dans la trémie33 et de là par un sas 34 dans la cornue 35.
Les briquettes obtenues par extrusion sont carbonisées dans cette cornue par contact direct avec un courant ascendant de gaz constitué de deux courants combines. L'un d'eux est un gaz produit dans l'installation et épuré, chargé par le tuyau inique par la
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flèche 35 dans une chambre de combustion disposée dans la co@nue dans laquelle il brûle au contact d'air ou d'oxygène additionnel avant l'entrer dans les tuyères .
Un autre courant -.le gaz épure est chargé à la base de la cornue par le tuyau 36. Ce courant est charge en quantité- déterminée et sert en premier lieu à re- froidir le coke descendant à la base du four en même temps qu'il en absorbe la chaleur sensible ; ainsi préchauffé, il monte alors d ans le four . Les températures, les débits des briquettes d'extru- sion et la période de séjour sont réglés de manière à satisfaire aux conditions spéciales de carbonisation établies .
En d'autres termes les conditions existant dans la cornue sont réglées de ma- nière telle que la vitesse de chauffage en vue de la carbonisation soit de 2 5 à 5 C par minute jusqu'à 600 C puis de 0 75 environ au-delà .
En montant dans la cornue, le gazépuré (débarrassé des produite condensables) chauffe progressivement les briquettes d'extrusion, facilite la distillation des produits volatils par suite de leur basse pression partielle et balaye les produits distillés .
Les gaz et les vapeurs distillées du charbon au cours de la carbonisation s'échappent en tête par :le tuyau 37 et passent dans l'épurateur à choc 38 qui les débarrasse d'une grande partie des goudrons et des brais, puis sont évacués au sommet par le tuyau 39 et traités par un procédé quelconque ordinaire ésiré pour ache- ver l'élimination, des goudrons et des composés condensables comme les huiles légères et lourdes . Le gaz raffiné provenant de cette purification sert de gaz de charge remis en circuit par les tuyaux 35 et 35. Le goudron séparé à ce stade du procède peut être soumis à une épuration destinée à donner le brai ;le point de fusion désiré utilisé à titre de liant .
On notera que la configuration des élé ments d'extrusion et la carbonisation de ceux-ci par contact direct avec les gaz chauds constituent une opération unique assurant l' obtention demeilleurs résultats . Les gaz passant à travers une
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masse ou un lit de ces éléments tubulaires agglomérés entrent en contact avec une surface importante, extérieure et intérieure (par la partie centrale) de ces éléments, ce qui établit un transfert rapide de chaleur du gaz aux éléments solides et assure une péné- tration plus régulière de la chaleur comparativement aux briquettes de forme habituelle .
Le lit '{'éléments extrudés est également caractérisé par une perméabilité élevée non seulement dans la zone de carbonisation mais encore dans les utilisations métallurgiques subséquentes, par exemple dans l'usage du coke comme combustible au oubilot . De plus la forme des éléments extrudés étant oarao- térisée par une section transversale régulière, elle assure un retrait régulier au cours de la distillation, ce qui diminue les craquelures et augmente la ténacité des éléments .
Cette forme assure également une bonne répartition du gaz dans la surface de
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la cornue o e qui assure un réglage exoe.H,a 40 'la <!4r<te de ohauf, fage à tous les étages d# 40#l"îaation Si l f on ft.lti.1.iIw ps de stad e préal ÀJt -pp8chauffage ou de oarj)ou.1.-aatiM., Il est en outre 9X499401ffl 4'introduire un courant w&WI6%entaïxe 4a gaz 8 , .p,ue -principale de carbonisation <. 6e agz <Mtt ..$,a,o e chargé à la section supérieure d e la U *qâ4au 40 après préohauffage , une température de l'o dre de 200 à 400 C. La chaleur sensible de ce gaz sert à préchauf- fer les éléments entrant et tend ainsi à empêcher la condensation du goudron oontenu dans les vapeurs .
Ce courant passe dans la oor-, nue en contre-courant du courant gaz eux principal ascendant et ain si freine l'écoulement de celui-ci vers la section supérieure de refroidissement de la cornue où pourrait se produire la condensa- tion des goudrons .
Le coke refroidi terminé est déchargé de la base de la cornue par une vanne en étoile, pris par un transporteur approprié 41 et transféré dans les magasins ou directement vers les moyens de transport .
Le procédé et le produit décrit sont d'une utilité manifeste.
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. P2oc",jé permet r utiliser et '1E' disposer avec profit' a OS 1:11;:.- bitujxineuscs puur fabriquer u.n profit d'une valeur -[;1'88 ::ei t lrÇ3 h¯ Il ;'1:0 ;,t, 0'J.1,1[: on 1 Jf. ±>4 t remarquer, n'utiliser comme :uc.x e 1.;.+ slière qu'une f,el1le qualité d e charbon, ne qui évite les -i'iicul- tés intérieures que cotyportr:leS méléillges ils plusieurs charbons différents . Le produit peut être fabriqué en réglant avec préci- sion les dimensions et la densité et, entre autres avantages, donne un lit très perméable au passage des gaz .
On remarquera également que la construction de l'installation elle-même comporte les élé- ments usuels du commerce et n'exige pas .de briques de silice . Etant donné les éléments d'installation utilisés, celle-ci peut être construite à un prix beaucoup plus bas que les fours de cokéfac- tion des sous produits d'une capacité similaire .
Bien que l'invention ait été déorite quant à son application à la fabrication du coke métallurgique à partir de charbons qui ne
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peuvent être nor'malement utilisés à cette fin, on se rend compte que les principes fondamentaux de l'invention fondés sur la dé- couverte d'un procédé simplifié de liaison et de maturation des
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matières carbonées particulaires à l'efet de donner des caractéris- tiques physiques améliorées à un élément formé de ces matières par- t4-c,j,lajres, sont applicables à un certain nombre -de techniques di- verses pour fabriquer -lep pl oiui ts améliorés, 0 t est-à-n ire que 1' invention réside non pas dans un procédé particulier de fabrica- tion du coke métallurgique mais dans'un procédé présentantdes pos-
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sibilités très variées coml:
r-.rbant fondamentalement la production d'éléments en forme de forte résistance comprenant essentiellement une matière carbonée partioulaire associée uu non-â des produits additionnels à action favorable .
On peut appliquer ai-nci les lj7.r--ncipes -le l'invention, tels qu'ils ont été exposés , à la fabrication de produits améliorés
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e2s que des éléments obtenus par briquetage ou extrusion compare- nant des m41anies de matière"contenant 1 phosphore (par exenpie du phosphate tricalcique) et un agent réducteur carboné à titre
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,le charge d'un haut-fourneau ou 3' un four électrique en vue de la fabrication d'acide phosphorique . De même les principes es- '
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senti els de l'invention sont applicables à la préparation Iu car- bure de calcium. Toutefois l'invention n'est pas limitée à la fa- brication d'éléments mis en forme qui sont soumis à un traitement thermique pour produire du coke ou appliqués à des réductions chimiques .
Les bénéfices particuliers retirés du simple traite- ment de maturation ou de pré-conditionnement .en font un procédé exceptionnel dans la fabrication d'éléments tels que d es briques,
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des tubes,'1es raccords résistant aux produits chimiques, etc .., tels que de-4 produits du commerce dit "Karbate" . Ces divers domai- nes d'application ne sont qu'indicatifs de la large gamme possible dans de nombreuses techniques .
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Entre dans 'le cadre de- l'invention la :bria,tion de matières II ,1 lit de charge spéciales en vue de la fabrication I1e'l'anhydrirle>et/ou .1 ,1: ,II , 1 j de l'acide phosphorique par réduction au haut-fourneau ou au four , <4 '1 '1\, 1 1 1 . ' électrique .: Dans un -bel procédé perfectionné, ma. mélange la roche Ij. \. >.>,,. phoBphate\:, 'bjX'oyie h' un:'.'1,e'Óré de finéeËi convenable avec la quantité choisie de, charbon réducteur, par exemple du coke broyé, et avec t" 1 1 ,1 :
'f'" un des liants décrits,' de préférence avec addition d'un.ou de plusieurs des accélérateurs'énumérés et. on 'fabrique par briquetage ou
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extrusion ,3.aidé de ce mélange plastique des éléments de la dimen-. sion désirée . ..On peut, ad libitum," incorporer une, proportion fai- ble où notable de silice (préalablement séchée au degré désiré) dans le mélange initial de carbone et de liant.
Le produit nitial produit par briquetage ou extrusion peut être mâture dans les condi- tions indiquées pour fabriquer des éléments mis en forme d'une ré- . sistano,e mécanique appropriée élevée .Ces pièces briquetées ou extrudées, qui peuvent avoir 5 cm de long et 19 mm au plus environ d'épaisseur, sont' alors mélangées avec la quantité voulue de sable
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(silice) et chargées par exemple dans le four de :réal.tc,tion dans le-
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quel elle.9 sont amenées à la température de réaction au moyen d'air chauffé .
Le procédé -le production -le l'acide phosphorique peut comporter classiquement la combustion d'une partie du phosphore dégagé dans des récupérateurs destinas à chauffer le four à souf- flage d'air, le reste étant brillé dans une chaudière à vapeur et une portion étant envoyée dans l'appareil de condensation du phos- phore. L'anhydride phosphorique présent dans le gaz sortant des chaudières et de fours peut être chargé d'une manière classique dans une in6 Lallation d'hydratation en vue -le la production de l'anhydride phosphorique.
De'même les éléments obtenus par extrusion et'mâtures ooàpre- nant des quantités déterminées d'un agent réducteur carboné comme du coke broyé etc.. peuvent être utilisés en mélange avec de la silioe comme matière de charge d'un four électrique ,destiné à la fabrioation du phosphore élémentaire où de l'acide phosphorique .
Dans ces opérations ¯les proportions de roohe phosphatée broyée, de matière carbonée partioulaire, de préférence du coke ou une as- sociation de coke et d'anthracite, sont soigneusement réglées re- lative;nent au liant de manière à obtenir les caractéristiques phy- siques optimum et le meilleur équilibre chimique dans les éléments réunis ou agglomérés de minerai, de coke et de liant. Si on le veut, on peut fabriquer des éléments réductibles compléta par bri- quetage ou extrusion en incorporant dela silice, préalablement sé- chée à la teneur en humidité désirée, dans le mélange orignal dans la proportion d'environ 1,5 partie de silice dans le mélange.
Ce mélange équilibré constitue une charge complète du four et per- met de n'avoir' pas à introduire séparément le mélange roche phospha tée-coke et le sable . Cette technique fournit un moyen de fabri- quer des préformes stoechiométriques en vue de la produotion du phosphore et/ou de l'acide phosphorjque si évident qu'il n'est pas besoin d'explications supplémentaires. Il est important de noter
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en passant que l'application de cette technique peut faciliter la récupération -les composés valables d'uranium présents dans les laitiers.
Si les minerais traités, par exemple ceux., de Montana, con- tiennent une proportion oppréoiable d'uranium, la scorie peut être traitée par des procèdes simples -en vue de récupérer l'uranium. Ce traitement consiste essentiellement à faire digérer la scorie avec un acide, de préférence -le l'acide nitrique, de manière à obtenir du nitrate d'uranyle en solution, celle-.ci étant soumise à un épui- sement sélectif à l'aide d'un solvant tel un éther aliphatique ayant une affinité sélective pour les composés d'uranium.
Les principes essentiels de l'invention peuvent être efficace- ment appliqués à d'autres teohniques telles que la fabrication du carbure de calcium* Comme on le sait, le procédé classique de fabri- cation du carbure de calcium consiste à"ohauffer au four électrique à 2000 C environ un mélange préformé de chaux et de ooke.
Comme on le sait, le' oarbure de calcium est un produit important comme source d'acétylène, pour l'extraction par solvant et les opérations de soudage ainsi que pour la fixation de l'azote atmosphérique. En appliquant les principes de l'invention, on peut mélanger un mélan- ge de quantités déterminées à l'avance d'une base oaloique telle quede l'oxyde, de l'hydroxyde ou du carbonate de calcium avec la quantité voulue et/ou stoéohiométrique d'une matière carbonée ré- ductrice telle que du menu coke ou du coke produit par le procédé selon l'invention, mettre ce mélange en forme par briquetage ou ex- trusion aux dimensions et sous les formes désirées, qui constitue- ront la charge du four électrique .
Cet élément susceptible de ré- action comprend 'de préférence 60% environ de chaux (en CaO) et en- viron 40% de coke ou d'un autr agent réducteur à base de carbone indépendamment de la quantité voulue de liant ( de l'ordre de 12 15%). En cette matière, un avantage de l'invention est que les pro- àuits d'extrusion ou de briquetage présentent tous les caractères
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désirables d'une charge pour four éleotrique. Pour produire le car- bure -le calcium, on peut appliquer le courant à un lit le produits -le briquetage ou.d'extrusion. La forte densité des produits de bri- quetage ou d'extrusion que permet d'obtenir l'intention est parti- culièrement utile en ce domaine .
Une caractéristique remarquable du prooédé est qu'il permet de fabriquer à partir du coke da pétrole des éléments préformés agglo- mérés et/ou maturés. Comme on le sait dans l'industrie, il est extrêmement difficile d'agglomérer du coke de pétrole partioulaire en éléments mis en forme possédai un degré appréoiable de résistan-, ce mécanique .
Le prooédé déorit fournit un moyen de fabriquer du coke de pétrole pour un certain nombre de techniques comme la fa- brioation des électrodes, de charges en vue de la production de l'acide phosphorique, comme on l'a vu, et de nombreux autres pro- duits analogues dans lesquels on peut avantageusement tirer parti du oaraotère aggloméré et solide du produit décrit ici .
L'invention n'est pas limitée à.-la fabrication de coke ou -le produits contenant du coke destinés aux industries métallurgiques.
Le caractère nouveau et essentiel des préformes mâtures en vert telles que les briquettes et produits tubulaires d'extrusion est également applicable à la fabrication de produits mis en forme et/ ou mâtures contenant du coke de pétrole ou des mélanges de coke de pétrole avec d'autres adjuvants tels que la'houille, le menu coke, des composants minéraux tels que ceux formant les laitiers, eto .
Cornue on le sait, les conditions de l'extrusion ou autre opération d e mise en forme et les composants du mélange doivent !êtrechoisis de manière à donner un produit final à faible- teneur en cendres, faible point d'allumage et résistance électrique élevée de manière que la niasse 'le la charge du four résiste- fortement à l'écoulement de l'énergie . La matière carbonée destinée à ce procédé particu- lier doit être de faible teneur en phosphore pour les raisons bien
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Con.tues de* gpéc:dlistea.
Si la matière au charge contient u pour- contAS. a11précj abl (la phosphore, il y u"'.1rai t le risque ,1 t fOJ:me:r den phosphures pouvant être convertie en phoqphine toxique (luani le o,-Àrl)u2e est converti en acétylène Les principes: d e. l'invention sont également applicables à la :3bzic,tion de structures due matières Cê:t.rbon3es perfectionnées. lie mis:' en forme facile de li ma?rie plastique comprenant la matière carbonée paxtieJ.s.ixe 6.'t le liant permet ,.le fabriquer des produits de moulage ou ,1' ;-x±rasion tels que des raocor.1s, des vimes, de? tu- bes, etc.
Ces produits 'le moulage et d'extrusion peuvent 'être sou- mis à lu maturation de la manière décrite -le façon à obtenir des
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proltittm résistant aux produits chimiques du type "Karbate" qui sont qo'.oirlement intéressante l1ana l'industrie chimique . On peut r,::dre pfipscr les produits fi t extrusion, par exemple sous forcne d'un tube continu, dans un four tunnel dans lequel ils sont chauffés à la température désirée ou choisie de maturation de manière à pro- du!!'\.'! un élément tenace et résistant .
En vue de'cette application, le liant peut t'tre une résine chimiquement inerte telle qu'une ré-
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sine choisie phénol-formaldchyde ou, après extrusion, le produit peut l tr e imprégné à l'aide d'une résine équivalente le ce type ,le manière à établir la densité désirée et la résistance chimique voulue du produit final. Ces produits obtenus par moulage ou ex-
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truaion peuvent $tre utilisés pour la fabrication -le vannes,1 e tuyaux, du raccords, d'anneaux Rasntiig, etc ...
Le procédé décrit ici est spécialement intéreaoant pour ce xiii concerne l'utilisation du coke de pétrole. On doit faire remarquer comme on l'a dit que cette matière est très difficile à agglomérer
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sous forme .3'une structure dense, r6;,ùière Ht solide propre aux application métallurgiques ou autres . Ainsi l'application du procès dé décrit permet de mettre du coke de pétrole à la disposition de
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nombl'euse8 techniques par exemple sous la forme ' 9é1 ments .1(! ii-
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relisions et de formes adaptes ou adaptables à un but quelconque particulier .
Bien que le coke de pétrole soit très difficile à agglomérer, l'application du procédé selon l'invention permet de fabriquer à l'aide de coke de pétrole seul ou en mélange avec d'autres matières carbonées des éléments solides et denses appli- cables aux réductions chimiques ou comme éléments fabriqués de structures . En matière de réduction chimique, comme on l'a fait remarquer, les cokes de. pétrole et autres peuvent être mélangés avec des constituants de laitier et analogues pour que l'élément' final mis en forme soit propre à l'usage particulier envisagé .
On peut assurer un meilleur mouillage des particules carbonées par le liant en incorporant dans celui-ci ou dans la matière par- tioulaire une quantité adéquate d'un agent mouillant compatible tel qu'un alcoyl-sulfonate approprié . Il est désirable dans cer- tains cas d'utiliser un agent auxiliaire pour assurer un mouillage effectif' des .particules carbonées par le liant .
On peut utiliser ' à cet effet toute matière possédant les propriétés hydrophiles et lyophilesdésirées compatible avec le système . On a constaté qu'il était bon dans certains cas d'incorporer dans la composition liante .essentielle'un colloïde hydrophile pour améliorer l'action de l'hy- drocarbure et ai possible exercer une action synergique sur celui-ci ou favorable de ce type est la carboxyméthyloellulose ou autre matière colloïdale cellulosique hydrophile équivalente, avec ou sans autre matière colloïdale comme les alginates, faciles à se procurera les matières farinacées, etc.
Ces produite peuvent être incorporés en quantités relativement très faibles telles que par exemple 0,5 à 1% de la teneur en humidité du mélange . Cette matière colloïde hydrophile tend à améliorer la plasticité et l'aptitude IL l'extrusion du mélange de liant et de matière carbonée et, pour aon propre compte, ajouté de la.force aux briquettes ou produits d'extrusion en vert .Au cours de la carboni- aation, ces composés sont décomposés en carbone avec un minimum de
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désagl'i1J.<mt gazeux.
Ces composes colloï:3aux, ,IL- préférence nx?oc5éB ou. mélangés avec des adjuvants approprias, peuvent être f1èl.nÜ dans le dispositif mélangeur au sein de la solution aqueuse ajoutée au mélan8 tioit dans le dispositif de mélange lui->n@me, -toit en un point co;n:ao,1e avant l'introduction delà matière carbonée dans le mélangeur .
Le traitement thermique de maturation ou pxéoon3itionnement, cornue on l'a dit, peut être effectué dans un type efficace quelcon-
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que d'installation tel qu'un tunnel ou un r40hauffeur à Cheminée, etc. On effectue de préférence la maturation par passage des bri- quettes ou autres éléments en vert dans un transporteur oontinu traversant un four tunnel dans lequel la température et la durée de séjour sont maintenues entre les limites précédemment indiquées, Cette opération de ohauffage ou de maturation est bien entendu ré-
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glée et mise au point conformément à la r!estination finale de la matière agglomérée et mise en forme ,Si le but final, par exemple,
est la production d'une matière partiellement ou totalement oarboni
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ode en vue d'applioations métallurgiques ou autre réduotions ther- miques, la matière extrudée peut, après maturation thermique, être envoyée directement dans une zone de carbonisation appropriée. Si l'on doit utiliser la masse carbonée plastique mise en forme pour d'autres applications techniques, par exemple comme tuyauteries,
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briques, etc .. résistant aux' aoid.es, la température du tunnel ou autre dispositif de chauffage équivalent est réglée ainsi que la durée de séjour de manière à obtenir le résultat désiré .
Tour fabriquer des produits de cedernier type, on peut impré- gner les objets obtenus par extrusion ou autre -technique au moyen d'une résine choisie, soit avant le traitement thermique, soit au cours de ce traitement . La température du four peut être évidemment contrôlée :il? manière à assurer le caractère déliré aux préformes qui le parcourent .
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Les modes de aise en oeuvre préférer) décrits sont naturelle- Tient susceptibles de variantes sans qu'on. s'écarte pour autant du cadre et de l'esprit de l'invention .
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.