<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte aux fours qui, bien que convenant à la fusion de n'importe quel métal ou alliage ferreux ou non ferreux, ouà l'affinage des métaux par fusion à partir de leurs minerais sont destinés principalement à la fusion du fer et de leader.
Le but principal de l'invention est de permettre la réalisation d'un ,four de fusion ou d'affinage chauffé par un combustible qui, pendant le fonctionnement, réduit au minimum la quantité de scories ou de laitier produits et la teneur en impuretés du bain de fusion-, @
L'invention a encore pour but de réduire la quantité de combustible et le temps nécessaire à la fusion d'une charge de masse-donnée quelconque.
<Desc/Clms Page number 2>
L'invention a également pour but de réduire au mirlmum la pollution de l'atmosphère par les fumées déchargées par le four, et de permettre la variation sur de larges gammes des caractéristiques de fonctionnement du four, par exemple de sa capacité de charge, de son débit, de la température-produite et de la composition des produits résultant de la combustion.
Suivant l'invention, la surface interne de la sole d'un four est inclinée légèrement vers le bas à l'écart des parois afin de former une dépression centrale, des chambres de combustion disposées de part et d'autre de cette dépression étant combinées à des organes servant à diriger un mélange dtair et de combustible enflammé au-dessus de la surface formant la sole, en direction de cette dépression, et la voûte est conjuguée à des puits servant à introduire ou à charger les matières dans le four et à évacuer les produits gazeux perdus hors du four.
Trois puits écartés les uns des autres sont ménagés 'de préférence dans la voûte, entre les chambres de combustion, le puits médian débouchant dans le four verticalement au- dessus de la dépression, chacun des deux autres puits latéraux débouchant dans le four entre cette dépression et une chambre de combustion correspondante, et un orifice ménagé dans le fond de la dépression est fermé par une porte qui est articulée sur la sole extérieurement à celle-ci, de façon telle que, lors de son ouverture, elle bascule vers le bas à l'écart de cette sole et découvre cet orifice,
Si désiré, un creuset peut être ménagé dans le fond de la dépression, l'orifice étant prévu dans le fond de ce creuset'et la porte étant articulée sur celui-ci,
extérieure- ment à lui
<Desc/Clms Page number 3>
L'air du mélange d'air et de combustible peut provenir d'une source d'air comprimée et il peut être amené au four -à travers un préchauffeur étudié de manière à être chauffé par les produits gazeux s'échappant par l'un au moins des puits, cet air arrivant par un conduit qui débouche'dans des lumières ménagées dans les parois des chambres de combustion opposées à la dépression, le' combustible étant introduit par des ajutages prévus à chaque point de jonction entre le conduit et les lumières, et l'axe médian de chaque lumière étant parallèle à la surface inclinée de la sole.
entre la dépression et la chambre de combustion dans laquelle cette lumière débouche.
La description qui va suivre,¯ faite en regard des dessins annexés donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention :
Les figs. 1. 2 et 8 sont respectivement une vue de face en élévation, une vue en plan et une vue d'extrémité d'un four,
La fig. 4est une vue en coupe par la ligne 4-4 en fig. 2, les conduits d'admission d'air ayant été supprimés.
La fig. 5 est une vue en coupe par la ligne 5-5 en fig. 4.
Le four représenté sur les dessins comprend une sole 1. qui est inclinée, vers le bas à partir de chacune des deux chambres de combustion 2. entre des parois latérales de manière à former une dépression au centre de la sole, et une voûte 4, qui est la plus épaisse ou voisinage de la .hauteur maximum de la chambre de chauffage la cette sole; les parois des chambres de combustion, les parois latérales et la voûte ¯ étant en briques réfractaires et étant entourées par une enveloppe externe métallique 5, supportée au-dessus du ' niveau du sol 6 par des piliers 7.'
<Desc/Clms Page number 4>
Trois puits verticaux 8, 8a et 8b écartés les uns das autres, traversent la voûte.
Les puits latéraux 8. et 8b sont disposés de part et d'autre du puits médian 8a. par rapport auquel ils sont symétriques, ces puits latéraux se trouvant entre ce puits médian et la chambre de combustion correspon- dante. Les axes longitudinaux des trois puits sont disposés dans un plan vertical commun qui se trouve à mi-distance entre les parois latérales 3,
L'extrémité supérieure de chaque puits débouche en haut de la voûte, et chacun des puits latéraux est fermé à son sommet par un couvercle 10 qui repose sur lui et qui 'est étudié de' manière à pouvoir basculer autour d'un axe de pivotement 11, afin de pouvoir s'écarter et se rapprocher ' de sa position d'obturation du puits,
ce couvercle présentant un orifice médian 12 ayant une surface inférieure à la surface minimum ou effective du puits correspondant.
, Un dispositif 13 de préchauffage d'air est monté au-dessus de la voûte, ce dispositif présentant une chambre axiale 14 qui coïncide avec le puits médian et qui sert de logement, dans son extrémité supérieure à un serpentin 15, interposé dans un système 16 d'adduction d'air. L'extrémité inférieure de la chambre !4 forme une partie d'une chambre auxiliaire dans laquelle un brûleur (non représenté) supporté à partir d'un flasque 18 peut pénétrer à travers une lumière 19 (Fig. 1) de manière à assurer le chauffage du dispositif au moment de la mise en route du four, qui était initialement à basse température.
Un creuset 20 est ménagé dans le fond de la dépression centrale verticalement au-dessous du puits médian 8a et concentriquement à celui-ci. Ce creuset inférieur présente
<Desc/Clms Page number 5>
un fond ouvert, qui est fermé par une paire de portes métalliques 21 sur lesquelles une couche 17 de sable de fonderie ou de substance pulvérulente équivalente, résistant à la chaleur, est tassée de manière à protéger les portes contre tout endommagement par la masse en fusion qui s'écoule le long de la surface inclinée 2 de la sole pour pénétrer dans la dépression et pour s'accumuler dans le creuset et (ou) dans cette dépression.
Les-portes 21 sont articulées par leurs bords opposés sur le fond du creuset, extérieurement à celui-ci, de manière pouvoir basculer vers le bas jusqu'à une position d'ouver- ture représentée en traits mixtes sur la fig. 4, et elles sont maintenues en position de fermeture par une barre 22. qui traverse des pattes fixes 23. prévues de part et d'autre du creuset (voir la fig. 3) et des pattes percées se chevau- chant 24 (voir la fig. 4) prévues sur les bords voisins de ' ces portes, qui coopèrent par aboutement., Un trou de coulée 25 normalement obturée ménagé dans la paroi du creuset débouche à l'intérieur de celui-ci, à une distance des portes qui n'est pas inférieure à l'épaisseur de la couche 17.
de sorte que orsqu'on le désire, 'la masse en fusion accumulée peut être prélevée au four en débouchant ce trou, en vue de son écoulement dans une rigole 26.. Un orifice 27 de sortie des scories ou du laitier, normalement fermé (voir la fig. 1) est prévu également dans la-paroi du four opposée au trou de coulée 25, à un niveau supérieur à celui de l'extrémité interne de ce trou., de façon telle que, quand celaest désirable, on puissé, en débouchant, cet orifice, permettre l'écoulement du laitier depuis la partie supérieure de la masse en fusion, en direction d'une goulotte ou rigole 28.
<Desc/Clms Page number 6>
Si désiré, et comme indiqué en traits mixtes sur les figs.
1, 2 et 5, un second orifice 27a de sortie du laitier, normalement fermé, peut être prévu à un niveau compris entre le niveau de l'orifice 27 et celui de l'extrémité interne. du trou de coulée.
Un orifice 29 prévu d'un côté et à mi-distance entre les extrémités dufour, au-dessus du creuset, est fermé par une plaque amovible 30, qui est munie d'un regard de surveillance 30a et qui est maintenue en place par une barre transversale 31 engagée dans 'les becs de crochets 32 disposés de part et d'autre de cette fenêtre et conjuguée à des vis 3 prenant appui contre la face externe de cette plaque. Quand on enlève la plaque, op peut accéder à l'intérieur du four, de sorte que la couche de matière17 peut être tassée dans le creuset et qu'on peut assurer l'entretien du four et en particulier de sa maçonnerie réfractaire.
Chaque chambre de combustion 2 diverge vers l'intérieur du four, et son fond est incliné vers le bas en direction de la surface inclinée voisine de la sole. Un canal ou orifice 35, -qui diverge en direction de la dépression centrale, est formé dans la paroi terminale de chaque chambre de combustion, ses extrémités opposées débouchant respectivement à l'extérieur du four et à l'intérieur de la chambre correspondante. Les axes longitudinaux de ces canaux sont parallèles aux surfaces inclinées voisines de la sole, et leurs prolongements se coupent l'un l'autre au droit de l'embouchure/du creuset,
Comme montré sur les figs. 1 à 3; le système d'adduction d'air 16 comprend un ventilateur soufflant 36, qui est étudié de manière à être entraîné par un moteur 37.
Un conduit 38 s'étend verticalement vers le haut à partir de l'orifice
<Desc/Clms Page number 7>
de sortie d'air du ventilateur, et il est relie à une
EMI7.1
extraite du serpentin i 5 du dispositif de préchauffage. extrémité opposée de ce conduit est reliée à .exiré..vé supérieure d'un conduit vertical 39, qui est disposé à
EMI7.2
extérieur du four entre le conduit 38 et le dispositif 13 ' et dont 1extrémité inférieure est reliée au centre d'un collecteur horizontal 40.
Chaque extrémité 41 de celui-ci a une forme d'U, dont un bras se. termine par un embout conique
EMI7.3
4 de manière é, Btre relié concentriquement à extrémité externe du canal 35 de la chambre de combustion correspondante, Us s,zuage d6dn.issior dhT..e 43.est monté-sur la face supérieure de chaque embout, perpendiculairement l'axe longitudinal médian de cet embout, .et il est relié par un
EMI7.4
conduit alaa&uotion (non représenté) a un réservoir d'huile (également non représért6).
Cet ajutage est conjugué à un pointeau 44, qui peut être déplacé à la main en rotation pour faire varier la section de l'orifice de sortie de
EMI7.5
llai 0-utage., afin que l'huile puisse tomber goutte-à-goutte à l'intérieur de llerboliù, avec un débit prédéterminé et réglable.
Un conduit de dérivation horizontal 45 part du conduit vertical 38 et débouche au centre du collecteur 40, et chacun .des conduits 38 39 et 45 est conjuguéà une vanne d'arrêt pouvant être actionnée à l'aide d'une poignée
EMI7.6
extérieure correspondante 4<L Les vannes se trouvant dans les conduits verticaux 38. 39 sont disposées au-dessus du conduit de dérivation 45 de sorte que, lors de la fermeture des vannes se trouvant dans ces conduits verticaux et de l'ouverture de la-vanne du conduit.de dérivation, l'air refoulé par le ventilateur'est transmis au collecteur par
EMI7.7
l'intermédiaire de ce conduit de dérivation,,'tandis que,
<Desc/Clms Page number 8>
lors de l'ouverture des vannes se trouvant dans les conduits verticaux et de la fermeture de la vanne prévue dans le conduit de dérivation, l'air refoulé par le ventilateur est transmis au collecteur à travers le serpentin prévu dans le dispositif 18 de préchauffage de l'air. Une vanne de régula- tion de débit étudiée de manière à être actionnée par une poignée extérieure 47, est prévue à la base de chaque extrémité en forme d'U du collecteur, de sorte que l'arrivée d'air au canal correspondant 35 peut être commandés- à volonté la poignée pouvant être déplacée en face d'une graduation 48 afin de fournir une.
indication visible du -réglage de la vanne régulatrice
Chaque fois (par exemple au début de chaque période de travail de la fonderie où le four est installé) que le four est froid et doit être mis en route, on tasse une couche de matière 17 dans le creuset 20, avec une épaisseur telle, que sa surface supérieure se trouve au niveau de l'extrémité interne du.trou de coulée 25 ou juste au-dessous de ce niveau.
Après la fermeture de l'orifice 29 par la plaque 30, et si nécessaire l'ouverture des vannes 'd'arrêt prévues dans les conduits verticaux 38 et 39, et après la fermeture de la vanne d'arrêt prévue dans le conduit de dérivation 45, on assure la mise en route du moteur 37 afin d'entraîner le ventilateur et d'admettre de l'air sous pression dans le système d'adduction d'air, et on ouvre le pointeau 44 de façon telle que l'huile commence à couler goutte-à-goutte, ' à partir des ajutages correspondants, dans l'air traversant les embouts d'admission 42.
L'huile est atomisée, par l'air et se mélange avec lui, et le mélange obtenu est enflammé de toute manière appropriée (par exemple par combustion de matière
<Desc/Clms Page number 9>
imprégnée d'huile introduite dans les chambres de combustion -avant l'ouverture de l'orifice 39) ce mélange brûlant dans les chambres 34 et commençant à chauffer le four, En même temps, le brûleur assurant le chauffage à travers la lumière. 19 est allumée de manière à favoriser ou à assurer réchauffement du dispositif de préchauffage 13, qui est également chauffé par les produits de combustion perdus s'échappant du four par le puits médian 8a.
Quand ce dispositif atteint une température prédéterminée, on éteint le brûleur qui assure le chauffage par la lumière 19.
L'air traversant le système d'adduction est préchauffé quand il traverse le serpentin 15, ce qui facilite ainsi l'atomisa- tion de l'huile s'écoulant goutte-à-goutte des ajutages, et ce qui augmente la température engendrée dans les chambres de combustion 34.
Dès que le four a été chauffé à une température prédéter- minée, les couvercles 10 peuvent être rabattus d'un côté pour découvrir les puits 8 et 8b et pour permettre l'intro- duotion par ces puits d'une charge en deux moitiés séparées' qui s'empilent sur les surfaces inclinées de la sole, de part et d'autre du creuset; si la charge représente une masse suffisante, elle remplit totalement ou partiellement ces puits.
Chaque moitié de la charge est attaquée par les flammes faisant saillie par les canaux 35 dans les chambres de combus- tion, le long de la surface de la sole, et elle est chauffée jusqu'au point de fusion. La masse en fusion descend le long des surfaces inclinées de la sole et s'accumule sur la couche
17, et le laitier ou les scories du bain de fusion se rassem- blent à la surface de la masse en fusion et peuvent être évacués par l'orifice 27, tandis que cette masse en fusion
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
elle-m3me peut être prélevée par le trou 2! On com.1?11enL: qu'en chauffant la charge en deux moitiés séparées et e faisant intervenir une flamme attaquant directement cette -masse, le temps nécessaire pour amener la charge au point de fusion est réduit au minimum.
Pendant le chauffage de la charge, une partie des produits gazeux s'écoule vers le haut dans les puits latéraux 8 et 8b, en traversant la charge qui y est contenue, de sorte que, pendant la fusion de la matière reposant sur la sole du four, celle qui se trouve dans les puits est soumise à un préchauffage., en réduisant ainsi au minimum le temps nécessaire pour assurer la fusion de la masse complète.
En ramenant les couvercles 10 à leur position d'obturation des puits, on limite le courant de produits gazeux s'échappant par les puits extérieurs, ce qui augmente la pression et la température à l'intérieur du four et ce qui réduit encore la période de préchauffage. le préférence, un couvercle perforé 10a monté à pivotement (indiqué en trait mixtes sur le 8 figs. l à 4) est prévu à la partie supérieure du dispositif de préchauffage, de manière à pouvoir réduire autant qu'il est désirable le passage des produits gazeux à travers le puits médian et le dispositif de préchauffage.
Périodiquement (par exemple à la fin de chaque période de travail) les ajutages 43 sont fermés de manière à arrêter les flammes. Après le prélèvement de la totalité de la masse en fusion se trouvant dans le puits, on enlève la barre de retenue 22, après quoi les portes 21 s'ouvrent par bascule- ment, ce qui permet au sable formant la couche 17, au laitier libre et aux autres résidus, de tomber hors du creuset, tandis que les scories ou autres substances qui peuvent adhérer à l'intérieur du four peuvent être enlevées,
<Desc/Clms Page number 11>
si nécessaire, au moyen d'outils manipulés à la main âpres que la, température du four a - suffisamment diminué pour permettre à un ouvrir de travailler dans le four.. On peut accélérer le refroidissement,
si cela est désirable, en inversant les vannes d'arrêt, de façon telle que l'air soit. envoyé aux canaux 85 par le conduit horizontal, en contournant le dispositif de préchauffage,
Si désiré, on peut prévoir dans daque chambre de com- bustion plusieurs canaux d'admission du mélange, un embout d'alimentation en air séparé de forme conique et un ajutage d'admissiou d'huile étant conjugué à chaque canal additionnel.
Chaque embout et chaque ajutage d'admission d'huile peuvent également être remplacés par un autre dispositif permettant l'arrivée du mélange de combustible et d'air aux chambres de combustion, ce dispositif étant capable de brûler un combustible solide pulvérisé, gazeux ou liquide, et le système d'alimentation en air étant modifié, si cela est . nécessaire, suivant les besoins. On peut également prévoir, au 11;eu du dispositif 13, un autre dispositif de préchauffage de l'air.
La charge devant être chauffée et fondue peut être introduite dans les puits verticaux 8 et 8b par masses successives, les couvercles 10 étant écartés par basculement des extrémités supérieures de ces puits avant chaque opération de chargement et étant ramenés, si désiré, dans leur position d'obturation des puits quand le chargement est terminée Suivant une 'ariante, la matière peut être introduite de façon continue dans les puits, avec une vitesse égale à la vitesse de fusion,
Grâce à un réglage approprié des vannes de commande
<Desc/Clms Page number 12>
de débit prévues dans les extrémités en forme d'U du ci.flac- leur d'alimentation en air, les proportions relatives d'air et de combustible atomisé peuvent être modifiées, si cela .
est désirable, de façon telle que l'atmosphère engendrée dans le four puisse être de type oxydant, réducteur ou neutre par rapport aux matières soumises à la fusion, de sorte que le four convient d'une façon remarquable à une utilisation pour l'affinage des métaux ferreux ou non ferreux à partir de leur minerai, ou pour la fusion de métaux et d'alliages ferreux ou non ferreux.
Des éléments d'alliage ou deséléments équivalents peuvent être ajoutés et mélangés à la masse en fusion accu- mulée dans ,le creuset 20, de sorte que la composition et les propriétés de la masse en fusion .prélevée au four . peuvent être modifiées à volonté.
Egalement, et en particulier quand la masse est formée de déchets de fer ou d'acier, ou d'un autre matériau renfer- mant du carbone, dont une partie peut être éliminée pendant le chauffage de la masse, une matière carbonée peut être appliquée sur les surfaces inclinées de la sole et (ou) sur ' la couche 17,, de façon telle que le carbone éliminé de la masse de matériaux puisse être remplacé.
Bien que, dans la majorité des cas, les puits latéraux
8 et 8b soient utilisés pour l'introduction de la charge dans le four, et que le puits médian 8a soit utilisé comme cheminée pour 1'échappement des produits gazeux perdus, ce puits médian peut être supprimé et, en particulier quand la charge a un point de fusion élevé, le puits médiar peut être utilisé pour le chargement et pour le préchauffage de la charge, tandis que les puits latéraux sont utilisés pour
<Desc/Clms Page number 13>
l'échappement des produits gazeux.
.Etant donné que les matières sont introduites dans le four uniquement après que celui-ci a été amené à la tempéra- ture voulue et quelles sont f@@ues par contact direct d'une flamme, il n'est pas nécensaire de chauffer le four réfractaire à une température supérieure au point de fusion de ces matières, afin que la fusion puisse être assurée - par rayonnement thermique à partir de la masse du :Cour, de sorte ,que la matière réfractaire utilisée a une durée utile notable.
Par ailleurs, quand le four a été chauffé à une 'température prédéterminée, la totalité ou la presque totalité de la chaleur utile engendrée par la combustion du mélange d'air et 'de combustible est utilisée pour la fusion de la charge au lieu de servir en partie à chauffer les matières réfractaires à une température supérieure au point de fusion de cette charge, de sorte que la fusion est assurée en un temps minimum, que la consommation du combustible est réduite-, et que le débit de sortie du four est amené à une valeur maximum.'Cet avantage est renforcé encore par contact direct de la flamme à partir des extrémités opposées du four,
et par le fait quon évite toute nécessité d'avoir à ajouter des quantités notables d'agents réactifs solides ou de combustibles, comme du'coke additionné aux matières formant la charge, avant l'introldution de celle-ci dans le four.
Par ailleurs, le fait d'éviter cette nécessité d'une addition d'une quantité appréciable d'agent réactif ou de combustible présente encore cet avantage que l'accumulation de laitier et (ou) de scories dans le creuset 20 est réduite, et que le four peut être utilisé dans certaines contrées '(par exemple dans certaines contrées d'Extrême-Orient)
<Desc/Clms Page number 14>
dans lesquelles le combustible solide, en particulier; est rare ou coûteux,.
Les détails de réalisation peuvent être modifiés dans le domaine des équivalences techniques sans s'écarter de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Four dans lequel la surface interne de la sole est inclinée vers le bas à l'écart des parois, afin de ménager une dépression centrale, les chambres de combustion prévues sur les côtés opposés de cette dépression étant conjuguées à des dispositifs-dirigeant un mélange enflammé de combustible et d'air sur la surface de la sole, en direction de cette dépression, et la voûte étant combinée à des puits servant à introduire les matières dans le four, sur la surface de la sole, et à évacuer les produits gazeux perdus hors du four.