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"Perfectionnement* au obautface des Métaux à haute tompémturais
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Pana divers procédés de abr1oat1on, traînant de* te- formations Importantes des métaux traités et en particulier
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de l'aoier, il est nécessaire de porter oeux-oi à une tempe-
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rature élovéo qui peut atteindra 1250 à 130000.
Los procédés classiques de chauffage en combustion neutre oxydante entraînant uno oxydation des .'taux, et la calamine produite par cotte oxydation provoque une perte de métal im- portante due au chauffage, ainsi que la détérioration rapide de l'outillage do transformation du métal réchauffé.
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On eait, après les études faites à et sujet, que pour obtenir un chauffage sans oxydation à haute température de l'acier, il faut quo le métal évolue de 650'/?00'0 a 12504/ 1300*0 dans uno atmosphère dont la qualité est définie par les rapporta d'ordre de grandeur* çD2 0,' - o 85.
2.
Uno talle atmosphère no peut tiré obtenue que par une combustion incomplète, dite primaire, dans ce.qui va suivre@
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d'un combustible gazeux avoc@ comae ordre de grandeur, 50 - de l'air théorique de combustion.
Une combustion avec un tel défaut d'air no dégage pas
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s ut a la chaleur latente du combustible et ne produit à des températures assez basses pour empOchor l'achèvouent des réactions de combustion et de dissociation* On obtient alors des atmosphères oxydo-réductrices avoo dépôt de noir de fumé* sur lus produite à réchauffer* Ce dernier phénomène no ren- contre surtout dans la combustion incomplète des oombu8ti- bloa gazeux riches, composée principalement d'hydrocarbures
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dont le craquage échappe en un point 1 coalisé à tout contrôle* Pour remédier à ces Inconvénients de températures trop
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basées pour le chauffage don produite, de combustion oxydom réductrice ot in ddpdt de noir de fumée provoqué par un ors- quage désordonné,
diverses solutions ont été proposées
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C'eut ainsi quton a proposé d'effectuer la o.'1Qn en deux étage , ou mbe en trois étages, Baie les réalisations industrielles oonformoa à ces propositions 4o sem peu ftftli oubles à don tours de construction courante, ou peseta 448 problème* technologiques, cxty$aeaeat délicate, pour 1 lanne tenue au fou de produite réfractaire$ utilisée* De p Je# l'artifice d'une combustion à deux étages dans une k' iiô Ihaa bre 40 obauttt est une certitude de pollution -de lfo';#<3B#hèr*
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réductrice.
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On a également proposé d'obtenir par 1nv8r81Q pfé- chauffage suffisant de l'air afin d'atteindre une ti pdr4tUre élevée dans une combustion réductrico. Ce m2de de b ,rlâi. ooaperto cependant tous lu$ inconvénients inhérents u ara- lès par 1nVOl'IS1O&1t oteat-à-d1l'o, 1noonetanl)Q de l''t.tsaepMrw rethorebdo fA ralosa des tultos de #au et 4f.1." a4;- '.!taS. Ava tYmÓo8 lors do4 Inversions* La présenta invention a pour objet un four ind 1!i".r11J1, de conatruotioa oouranto, capable de chautter sans oxydation et en continu de* a6tAux jusqu'à une température, per axe ple, de 1250* h l$0Q* A cet effet t suivant 1 invention, Qu chauffe lea <MX ,.
Mute t..,6...,.. par une f Xaaae 411'e"8 résultant de la osabuation 1Z\o--1ti d'un Son oo81N.1;11Jle avec de l'ait 9<Myant tous deux en 8,*tt.n" dans un system de r.ou,6at1on utilisant la chaleur sensible des fuao<t MM trou ou oxydantes oort6u%t du four.
La sono de o4aultage sous atmosphère réductrice 3onot<m-' te ooapronê .8sonitolleJUGnt des maçonnerie pleines 6. maté. riaux r6fractaircib courants, une ouverture# et partai t4l8Ont dt=ohoat 1* évacuation des fum4o. oo.t1b188 provenart de la Qcatbusticn priaa1 r4QQtr1oe si faisant tranavorsrlomont une extrémité do cette zone# ooasto dons un tour ord)1r.
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et non pas par des ouvertures ménagées dans les piédroit*, la sole ou la voûte.
Le dispositif do combustion primaire cet incorpore dans les piédroits ot est formé de brûleurs agencés de façon à donner lieu. une combustion vivo et rapide, en étant limon tés on air ot gaz chaude sous pression, préchauffés dans de*
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récupérateurs totalement extérieurs au four, alest-à-dire séparés du tour. Il est à noter que le dispositif de chauf- fage de cette sono ne comprend pas d'apport calorifique par
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les piédroits, la solo et la voûte, provenant d'une combus. tion secondaire des produite combustibles Issue do la com- bustion primaire.
La distribution do l'air et du gaz chaude auxdite brû-
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loure, par un dispositif connu do tuyauteries calorifugées do construction courante, permet, en combinaison avec la .on. o.,ion dos br01ou.. 4 &% ñ|* y t.m 6A;UQ 4t,9'" ... lurent des réactions do combustion et de dienooiation rapi- des donnant une atmosphère xéduc 4ride constante dès la sor- tie dos brdleurs et dans toute la masse gazeuse oooupant le volume do la zone de chauffage sans oxydation*
La chaleur sensible apportée par le carburant et le com- burant lors du m6lange au non des brûleurs, compense la per-
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te calorifique duo à la réaction endothermique eocoBpajjaMunt la dissociation des hydrocarbures,
et l'équilibre phyoioo- chimique recherché est ainsi définitivement réalisé sana crainte d'un mélange axydo-rbduatour, A la sortie de la zone de chauffage cane oxydation, les
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fumées combustibles, sortant de oette zonop sont dirigée* par tirage naturel dans une zone de préchauffage du métal comme. niquant avoo la zone do chauffage sans oxydation.
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Dans cotte zono de préchauffage, une partie dos produits combustibles, en provenance do la zone de chauffage sans oxy-
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dation) eet Brûlée 8ft poaoosbtrtion eeeendaire, afin de réchauffer le'* produite disposés sur la foie. 14 dispositif de post-combustion secondaire eet oongu de façon a Maintenir dans cette sont de p...'obatt'8' une atmosphère enoore réduve- trios, afin que les produite à rdob*utfer ne soient en aucun
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cas exposée à une atmosphère oxydant depuis leur enfourne*
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ment jusqu'à leur entrée dans In sont dito de chauffage bons
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oxydation t
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les fumée* sortant de la sont de préobautrage 001%ttbn,'-- nont encore des composante combustibles et sont cU1'l "t par tirage naturel,
dans un oarneou d'évacuation oomportunt dispositif de poat-oombü't10n tertiaire des fumé** contenant encore des composante combustibles, afin dlivacutr vert te récupérateurs adéquate, puis vers la oheainée, des produit
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de combustion entièrement brûlés
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Dé dispositif de post-combustion tertiaire comporte une possibilité de dilution des fumée complètement b7.éda, par injection IUPP1m.nta1r' d'air, afin d'éviter de véhiculer 1 fumée* trop chaudes dan le oarneau.
En vue d'aesurer des poat-combuetione secondaire et tero, tiaire parfaitement homogènes, par exemple dans le oae dir Pout-Oombuation secondaire pour éviter l'oxydation des po. duits à réchauffer par mélange imparfait, il est avantageux que l'air total de combustion secondaire et tertiaire ion
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également préchauffé à une température Mina élevée que belle de l'air de combustion primaire.
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D'autres partîoularités et avantagée de l'invention ap-
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paraîtront au coure de la description qui va suivre d'un mode
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de réalisation de l'invention, avec le dessin annexa à lap* pU1, donné à titre d'exemple non limitatif et sur lequel.
la figure 1 est une représentation d'un four itf,o'1 'i vention, en coupe par un plan parallèle à la 101.,
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la figure 2 est une vue en coupe du MOU tour lUi't'ut la ligne II-Il de la figure Il la figure 3 et la figure 4 sont également des vue* en coupe du même four suivant les lignes III-III et IV-IV res- peotivemcnt de la figure l,
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la figure 5 eut une vue en coupe verticale d'un dispo- oitif de pout-combuation tertiaire-, la figure 6 ont une vue en coupe longitudi=le# à plus grande échelle, d'un brûleur de ooabuetion primaire rddue- tricei et la figure 7 est un schéma de la régulation du four de la figura 1.
Le four décrit et représenté est un four. noie toumen-'
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to, de construction olassique.capable 4'a'8Uref.n produotion # #* t1nue,lo réchauffage sana oxydation de billettes de lingots ou d'autres p1oo, d'aoier jusqu'à dea températures de 1250- 1300QC par exemple*
Le tour à sole tournante- représenté sur la figure 1 com-
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porte six zonco 1 à P dJlimitéo8 par six barrages radiaux 1 .
Le nombre de! zones n'est pas critique ot est surtout
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donné à titre dfuxemple non limitatifs Xisb produits sont introduite dans la zone A par une per- te d'enfournement 7, sont entraînes par la sole 9 tournant dans le sens de la flèche 0 et sont évacuée de la zone , par
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la porte de ditoumement 8.
Le four est à contre-courant, otest-à-dire que les fumée$ se déplacent en sens Inverse de la rotation des produite. '
La partie du four où l'atmosphère fortement réductrice est obtenue par une combustion primaire incomplète ot où ,-et. @ foetus le chauffage du métal dans la plage dangereuse pour l'oxydation, comprend quatre zones dont trois seulement font
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équipées de brûleurs r611ort la combustion réductrice,
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Ces zones soat, en partant de la porte de détournement 8t - une zone d'égalisation F,
comprise entre les barrages 6 et
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z chauffée on combustion réductrice par dos 'brûleurs 10 tels quo décrits plus loin à propos do la figure i; - deux l'ones de chauffage E et D comprises raspeoti. fment entre les barrages 5 et 4 et 4 et 3, chauffées en combustion réductrice, également par des brûleurs 10 tels que celui de la figure 6;
- une zone de chauffage sans brûleur C, comprise entre les
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barrages 3 et 2, où les produite de la combustion rduotr1- oc# venue due zones précédentes, perdent une pari... a de leur chaleur sensible, chauffant ainsi la métal tout an le pro- tdgoant de l'oxydation. \
Ces quatre zones ont des dimensions transversales le, 1 plue réduites possibles, comme représenté sur la figure 2,
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ceci dans le but d'obtenir une très grande donsitd :
:lor1t1- que par m3 do volume intérieur do conoa
Cotte disposition permet d'avoir des températures élo- vées et des transmissions de ohaleur très efficaces par la
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proximité des produite à r6o]utfdr et des flammes issues -des brûleurs conçus pour donner lieu à dos flammes 6m1n'm#nt lumineuses..
Vers la fin du la sono 0, considérée dans le sans de cir-
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oul.ation des fumées; une partie des produite de la combustion primaire cet ap.r6Q au niveau de la sels 9 dans dos orifice lisa ménagés dans lod piédroits du four, ot est conduite par des carneaux llb dans Ida premiers brûleurs de post-comt\16t1on se condaird 12 de la elne de préchauffage B tandis que .'.'autre -partie de ces produite do combustion primaire passe .ou. le barrage 2 au-dessus dos produite (figure 3).
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La nappe d'atmosphère protectrice qui passe ooue lue bar-' rage 2 Constitue aï,*ei une protection des produits mc.3iup
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dans la, plage de température où pourrait commencer l'oxydation, tout on fournissant de la ohalour au métal.
Une autre partie des produite de combustion primaire est aspirée au niveau de la sole 9,dans des orifices 13 ménagés dans les piédroits 11 et est conduite par des oarnoaux 14 dans d'autres brûleurs de post-combustion secondaire 12 (figure 4).
Le mouvement ascensionnel du cette partie des produite de combustion primaire dans les oarneaux 14 est créé par in- duction d'air chaud de combustion secondaire, amené sous pression aux brûleurs 12 par des tuyauteries 15 et des por- ohoe 16. On brûle ainsi , dans la zone de préchauffage B, les quantités de produits de combustion primaire nécessaires à réchauffement du métal jusqu'à la température d'entrée dans la zone de chauffage sans oxydation 0, et à la compensation des pertes calorifiques.
Les produite issus de cette poat-oombuation secondaire sent évacués du four par des oarneaux verticaux 17 et amenés vers les chambrée de combustion 18 où est réalisée la post- combustion tertiaire avec de l'air chaud (figure 5). Cette post-combustion est faite par de l'air chaud amené nous près* sion dans. des anneaux 19 et introduit dans la ohambre 18 par des passages inclinés 19a.
Cette post-combustion tertiaire pouvant amener dans cer- tains cas un grand dégagement de ohaleur provoquant une haute température des fumées dans les carneaux 17a relies au carncau général d'évacuation 41, on a prévu de l'air de dilution froid, amené par des tuyauteries 20 et des perches 21. Après la pont. combustion tertiaire et la dilution des fumées, celles-ci sont dirigées vers la cheminée 45 par le catneau 41 dans le- quel sont installés des récupérateurs tels que 40, 43 et 44.
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Le* tonne à atmosphère fortement réductrice, ol *t*&i*4:±r'e' les sansa d'égalisation et de chauffage r, E, D oeatpricet en'- tre les barrages 6 et 3, sont équipées avantageusoaent Par des brûleurs tels que celui qui est représenté sur la figure 6. n tel brûleur est alimenta en air et gaz chauds, aux tempéra-turcs nécessaires à l'obtention d'une combustion ré-
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duotrtô8 dépourvue d'oxygène et de noir de fumée et d'une température d'amb1anoo élevée..
, Le,gaz ofcaud arrive noua pression par une tuyauterie i calorifugée 22 provenant du récupérateur 40 Cette tuyauterie
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est relire à une perche à gaz 23 par une bride 24, Cette 'r1 de 24 est soudée à la perche 23 et se prolonge, sur une cer- taino longueur de cette perche, par un manchon fileté 25.
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L'6tano6itd eut assurée par un prease-étoupe 26 vissé sur le manchon 25 et serrant une garniture d' 'tanohd1 't4 contre une douille G5a dans laquelle est nad le manchon 25 &011- , daire de la porche k gaz 23.
La porche à gaz peut tourner et avancer ou reculer pour le réglage; on la maintient dans la position voulue par un contre-écrou 27. A l'extrémité de la porche est soudé un nez
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réfractaire 26 et la sortie du gaz est assurée par des orifi- cet 29 répartie régulioreinent sur le pourtour extérieur du nez.
Dans le mode do réalisation représenté le nez 28 dompor- te un passage convergent, suivi d'un passage cY1Lt1qo rac- corde aux orifices 29 par un passage divergent, Les axes des orifices 29 divergent par rapport à l'axe longitudinal de la perche 23 et le diamètre do ces orifices est étudie de façon que la vitesse du gaz soit très élevée*
L'air chaud provenant du récupérateur 43 arriva égale- mont sous pression par une tuyauterie 30 raccordée à Un tube on T 31 qui entoure, par une de ses branches la perche à gaz
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23 en étant solidaire do la douille 25a.
L'étanohd1té avec la
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four cet réalisée par une bride 32 solidaire du tube 31 et
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don joints 33 fixée sur le blindage du four 34. Un oalorifu- goage 32g entoure toute la tuyauterie à l'extérieur du four.
Le tube 31 débouche dans une pièce en béton réfractaire spéciale 35 comprise dans les maçonneries du four. Cette piè ce 35 se prolonge sur toute l'épaisseur des Maçonneries cons- tituant les piédroits 11. Sur lo nez 28 oat emmanchée une
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pièce moulée 36 en matériau hautement rétraotalra et prolon- gée par une partie ooniquo 37.q. Cette partie conique 37a est percée de lumières 37 disposées do telle manière que leur axe soit perpendiculaire à celui dee orifices 29 de passage du
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gaz.
L'air soue pression arrivant par lo tubo 31 dans 18.,pa- ce compris entre les pièces z5 et 36 débouohcr i1 grande vitett" 80 par leu lumièras x7 et vient heurter porpendieulairomant les fileta do gaz sortant des orifices 29. La partie ooniquo
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37g est prolongée par une pièce conique 38 comportant avan- tagoueoment dos rainures hélicoïdales ou des ailettes dispos odes on hélices.
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La combustion s'amorce donc vivement dans le o8na 3?g do la pièce 36, avec une grande turbulence, se prolonge dans
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la pièce 38 doi.t lce rainures, ou les ailettes accentuant en- coru la turbulence et se termine dans l'aplomb du piédroit.
Cotte combustion vivo et rapide permet des réactions de dis-
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sooiation de courte durée, donnant un équilibre phY8icoob1i. que à la sortie des brûleurs, cana trace d'oxygène ut aE8 noir due fumée.
Le craquage des 1drooaruru8 et cndothorm1quo, et lu pr6chavffage du gaz compense les portos calorifiques duos aux réactions do dissociation du êoobuot1blc. Ainsi, grftoa oh la turbulence, au réchauffage du gaz, au réchauffage de l'air, lei la disposition dos ouvertures d'air ot du gaz et aux grandeo T1teseo de sortie de l'air et du gaz, on a une combustion
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très Vive donnant un rendement pyrométrique très importent.
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La flamme éminemment lumineuse, obtenue par ce dispos! t&f, cet on excellent facteur de transmis ai on de chaleur*
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toutes les réactions de combustion et de dissociation,
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4*ant terminées au voisinage du brûleur, grtce à la lit,ito teaperature t aussi à la turbulence, donnant des a1 sphères
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stables dans le four.
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L'alimentation du four en gaz et en air chaude il ro- présentée achématiquoment sur la figure 7.
Les zones do chauffage sana oxydation D, B, P . % les seules à être alimentées en gaz, le oircuit de dist .uïio du gaz ne comprend jusqu'au four qu'une seule tuyau rio ter- minée par des ramifications alimentant les brQl #.'#.irfc vis tollés* La distribution d'air chaud ee divise en triq .rou1t., - le premier pour l'alimentation <Sed brûleurs 10 d tJn08 D. Bp Je de chauffage nana oxydationt - le second pour l'alimentation des brûleurs 12 de 1>1 post. combustion secondaire dans la zone B) la troisième pour 1'a11montat1ôn des brûleure de la poat- ooabuetioa tertiaire en 18.
ZA régulation de ces circuit* d'alimentation est r4ai ' aie de manière que le gaz étant aenant, un 44b1tJÙtHf régula- tour mesurant ce p. pilotes un teoond ddbitmètre' Vesurant et reliant l'air total de combustion débita dans le \ 1H'. lie régulateur de débit d'air est sanervi au régulateur do débit de gai< par ltintermêdielre d'un régleur de rapprit pisxw# mettant de doser l'air en fonction du gaz afin d*obt >; \X' h tbut instant une tombuation neutre éeaplete après la ost fltambufetion tortittre. be plus, la proportionnalité dd gaz et de 1*6-:' aux dif- :térortte b1"01cur" bar groupa de brûleurs des zones à@ chaud- tage *ana oxydnU-np est assurée par un régleur de foal1r.'c
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permettant d'obtenir des atmosphères réductrices de compost- tion constante quel* que soient lea débite.
Le gaz froid arrivant d'une station de distribution par une conduite 39 cet réchauffé dans le récupérateur 40 placé
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dans le oarneau 41 d'évacuation de* fumées entre le four et la cheminée 45.
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L'air totel de combustion est fourni par un seul venti- lateur 42; cet air total est 'réchauffé dans les doux récupé-
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ratura z.3 et 44, le récupérateur 43 servant à l'air de aom buation primaire et l'autre à l'air des post-oombuetion ae- Qondaire et tertiaire.
Les récupérateurs 43 et 44 sont pla- cés en amont du récupérateur 40 réchauffant le gaz, l'amont
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a'entendant dans le sons d'évacuation des fumées vers la ohé- minée
Sur le circuit de gaz froid se trouve un diaphragme 46
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relié à un db1tmtre régulateur 47. Sur le circuit d'air froid se trouve également un diaphragme 48, ainsi qu'un débit.
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mètre régulateur 49. Les débitaetrea gaz et air 47 et 49 sont reliée par un régleur de rapport 50 qui maintient constant le rapport air/gaz à la valeur de la combustion neutre ou légè- rement oxydante, au moyen de la vanne motorisée 51 qui règle le débit d'air froid.
On a ainsi la certitude d'avoir, après la poet-combuation tertiaire, des fumées entièrement brûlées.
Los zones d'égalisation', et de chauffage 3 et D sont alimentées en air chaud par les tuyauteries 30 (en trait
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plein), branchées sur les conduites 53, elloa-m8#ee branchées sur une conduite 53a partant du récupérateur 43, et en gaz chaud par les tuyauteries 22 (représentées en traita discon- tinua sur le schéma),branchées sur des conduites 52, elles-
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ze=Qo branchées sur une conduite commune 2a, partant du rye- oupératour 40.
Les débite do gaz sont réglé* par des vanpol motorisé 38 54 et les débitsd'air par dos vannes de môme type
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55 tes vennoa de cas 54 sont eonnWA608 par des debitaetrew régulateurs 56 et le* vanne # d'air 55 par de* débita trot régulateurs 57.
Lee detitaetree do 4*0 56 et d'air 57 sont ruiiee par des régleurs de rapport 58 qui aln i ttfiehf oone- tant,% les rapporte air/ gat dans les zones a,* * phsrf forv toment, réductrice, et ceci indépendamment les uttts dts outrés dan# claqua sono* les débitubtres de cas 56 et dtaïe 57 sont xil3.,i à un régulateur de température 59 relié à Ma ddttioteur de tonp4rfttur 60. lorsque la température augmenté 4mâ d .
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sono d'égalisation par exemple, le régulateur 59 de' la sont
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y réduit les ddbito de gaz et d'air par l'intermédiaire dit - débitaetraa régulateur* 56 et 57 et des vannes rdo'xirdâw 54 et 551 tout on maintenant la 3me atmosphèrd dans cotte sono gràce au régleur de rapport 58 correspondant Dano la sone de préchauffage 30 un détecteur de tempe* rature 61 cet relié à un régulateur 62 qui ootaaràd uns vanne -motorisée 63.
Cette dernière contrôle le débit d'air chaud'dane la conduite 6? allant du récupérateur 44 aux tuyauteries 15 dos brOloure 12. Si, par exemple, la tempéra- turc augmente dans la zone de préchautfasop la vanne 2!t ta ferment, comme le débit d'air est le m8rae dans le "é1 tour 44, l'air qui n'alimente plus la zone de prtf chauffage
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B va alimenter la combustion tertiaire par la conduira 63
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aboutissant aux anneaux 19 des chambres de octibuttion 18, 16 débit d'air secondaire est centrale par un d6iittâ z , ei le <!bit d'air tertiaire par un debitmetre 65# L'air da dilution refroidissent Ine tuedog aprèn là èo*a buatlon tertiaire et qui eut introduit dans les oartteaux 17fi par les tuyauteries 2Q et les perchée 21 est fourni pût un
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ventila tour indépendant 66.
Un détecteur de température 67
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est relié à un régulateur de température 68 qui commande un débitmètre 69 agissant lui-aPao sur une Vanne lactoeudu 70
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contrôlant le débit d'air de dilution. Le détenteur de rem- p'rature 67 peut être placé dans les fumée', avant le prenier récupérateur 44, ou sur l'air primaire à la sortie de ion ré- ouprateur.
Il va de soi que le mode de réalisation décrit et repré- santé a été donné surtout à titre d'exemple et qu'il peut re- cevoir de nombreuses sodifications sans que l'on aorte pour cala du cadre de la présente invention.