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"Perfedctionnemtns apportée aux fours industriels ou autres et aux procédés pour loti étalir"
L'invention a pour objet des perfectionnements apportés aux fours industriels en général, tels par exemple que les four@ métallurgiques (tour. Martin, hauts- fourneaux, oubilote, fours de traitement., tours pour la fusion du verre, eto.), et aux procédée pour les établir.
Bile a pour but, surtout, de rendre télé, ce@ tours, que leur revêtement résiste mieux aux températures élevées, qu'ils soient mieux protégés oontre les actions corrosives, et que leur rendement thermique soit accru.
Bile consiste - selon une première disposition relative, d'une façon générale, aux tour. comprenant un réfractaire poreux à travers lequel on peut insuffler un gaz oomburant ou carburant, ou un mélange combustible ou encore de l'air ou un gaz neutre --, au lieu, comme
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jusqu'à présent propos', de recourir à des blocs réfrao- taires poreux entourée d'un blindage métallique, à agencer ces blocs de façon telle qu'au moins celles de leur@ faces destinées à venir en regard lors de la juxtaposition soient recuvertes d'un enduit d'étachelté, par exemple d'un émail ou d'une engobe céramiques
On prévoit donc, selon l'invention, pour réaliser des fours de grande surfaoe,
de recourir à des éléments indépendante ayant leurs tacon intérieures et extérieures perméables et lea quatre autres faces Imperméabilisée@ ou également cinq faces imperméabilisées, la face exté rieure étant percée pour laisser passer un tuyau d'arrivée de gaz alimentant une chambre ou des conduits intérieure, la face chaude étant perméable.
Selon une autre disposition de l'invention - relative d'une façon générale aux parois réfractaires poreuses traversées par un gaz ou un mélange - on assure la circulation dudit gaz ou mélange, nous une pression d'amont convenable, dans des conditions telles que la surface chaude ou en contact avec l'atmosphère du four soit refroidie à une température de quelques centaine@ de degrés par rapport à celle de ladite atmosphère, cette disposition s'appliquant notamment au cas où un mélange combustible (air + combustible) est amené à traverser lesdites parois, agencées par exemple par juxtaposition de blocs comme susvisé.
L'invention consiste, mise à part ce@ disposi tions principales, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après
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ET elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexée, lesquels complément et dessina sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig 1, de ces dessins, montre en coupe trans- versale, une portion de paroi de tour établie conformément à l'invention.
La fig. 2 montre séparément en perspective l'un des blocs utilisés pour la confection de ladite paroi.
La fig. 3 montre, en coupe transversale analogue à celle de la fig. 1, un bloc établi suivant une variante.
Les fig. 4 à 6 illustrent, respectivement en deux coupes orthogonales et en plan, un ensemble de quatre blocs, établi selon une autre variante.
La fig 7 enfin, illustre en coupe un bloo établi encore selon une autre variante...
Selon l'invention, et plus spécialement celon ceur ded ses modes d'application, ainsi que ceux cdes modes de réalisation, de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant par exemple d'établir, pour dos tours industriels, des parois poreuses destinées à être tra- versées par un gaz (gaz neutre, air), ou un mélange ga sux, notamment un mélange combustible, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On rappellera tout d'abord que, jusqu'ici, on s'est appliqué, dans de tels fours, à choisir des revê tements réfrautaire résistant autant qu'il est possible aux températures élevées et aux actions oorrosives, ces revêtements étant constituée généralement par des maté- riaux compacte convenablement étudiés. Il convient
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d'ajouter que l'on prévoit souvent, en outre, un oalori- fugeage extérieur, pour réduire les déperditions de calories, en utilisant, à cet effet, des matériaux poreux (la porosité n'intervenant dans oe cas que pour les qualités d'isolation thermique).
Enfin, pour ce qui est de la récupération des calories perdues dans les gaz de combustion, lorsque cette récupération est possible, elle a lieu par des récupérateurs extérieurs au tour, assez encombrants et d'une durée limitée (par suite des corrosions qu'ils subissent), que l'on utilise pour le réchauffage de l'air comburant primaire ou secondaire.
L'invention vise des revêtements constitués, au moins dans les portions se trouvant au-dessus du bain, mais éventuellement aussi dans celles en contact avec le bain, par des matériaux poreux à cellules ouvertes, donc perméables et susceptibles d'être traversés par un gaz, cette perméabilité étant utilisée pour injecter vers l'in- térieur du four un ou plusieurs gaz- appropriés, voire un mélange de gaz carburant et comburant.
Cette injection gazeuse permet d'améliorer la tenue du revêtement, en particulier en oe qui concerne sa résistance aux températures élevées, cela puisque ladite injection assure un refroidissement et permet d'atteindre des températures supérieures au point de ramollissement des produits réfractaires employés. Elle concourt, en outre, à former le long des parois, à l'intérieur du four, un film protecteur gazeux qui, s'interposant entre les parois et les flammes de gaz agressifs, ou le bain, forme une barrière oontre la corrosion et évite les échauffements locaux.
Ce procédé
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est donc intéressant pour tous les emplois industriels ou la température est limitée par la tenue du réfrac taire
Le fait du refroidissement continu du bloo ' poreux permet l'insertion, dans ce bloo, d'armatures métalliques de forme appropriée favorisant la cchésion globale du bloc à froid et à chaud.
Il convient de noter que l'utilisation de parois poreuses, dans les buts susindiquée, a déjà été proposée, main on prévoyait toujours des blindages , métallique@ extérieurs, ce qui, notamment pour des tour@ de grandes surfaces, donne lieu à des complica tions sérieuses.
On a recoure, selon 1'invention pour constituer ces fours, à des blocs de matière poreuse que l'on juxtapose pour former 1esdites parois,, et on fait en aorte, pour éviter les fuites de gaz par les joints, que les faces desdits blocs destinées à se présenter selon le édita jointe (ou au moins ces faces), soient revêtues d'un enduit d'étanchéité susceptible de résister aux températures entrant en jeu.' C'est ainsi, par exemple, que l'on pourra utiliaer, à cet effet, un émail ou une engobe céramique étanche et, en particulier,
un mélange approprié de silicate de soude, d'alsinée de ohamotte ou do silimantite impalpable.
En procédant de cette manière, on oblige les gaz à déboucher par la face intérieure dans le four, malgré les déformations, fissurée ou jointe provoquée dans la maçonnerie par les dilatations.
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Pour mettre en courre l'invention, on établira donc des blocs 1 de forme par exemple parallélipipédique (ou toute autre forme en fonction des paroia à réaliser) en une matière poreuse convenable, en ayant soin de choisir une granulométrie convenant au but cherché, avec un coefficient de perméabilité de l'ordre, notamment/ de 1,5 2, 3 ou 4 ce dernier chiffre 4 correspond à 200 fois la perméabilité d'un réfractaire courant.
On peut utiliser,par exemple, les matériaux oonnue sur le marché, à condition qu'ils présentent dea qualités de résistance suffisante, par exemple de la silice poreuse, du corindon poreux ou de la vermiculite On peut également faire usage de matériaux préparés en fonction du but recherché, avec une perméabilité déterminée, ceci en appliquant les techniques connues dans ce domaine.
De tels matériaux peuvent être obtenus en partant de aube- tances réfractaires telles que la silice, les matériaux siliceux, sillco-alujmijneux à base d'argile, alumineux, super- alumineux, basiques et notamment la oyanite, la sillimanite, la mulllte synthétique, le corindon, la bauxite, la gibbstie les diaspores, la magnésie, la magnésie-chrome, le chrome- magnésie, la forstérite, la dolomie, le ziroon, la zircone, le graphite, le carbure de silicium, les spinelles et en général toutes les matières réfractaires.
Dans ces maté- riaux de base, on incorpore des substances combustibles telles que sciure de bois, liège, grains, grinons d'olives, etc... propres, lors de la cuisson du matériau, à brûler en donnant lieu à des pores à cellules ouvertes.
Ces produits poreux à perméabilité contrôlée peuvent être fabriqués par tout autre procédé, soit par
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une granulométrie appropriée et contrôlée, soit par tout autre moyen, émulsion ou dégagement gazeux, par mettant d'obtenir une perméabilité élevée et constante.
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Aux blocs 1 susvisés, établie à l'aide de matériaux poreux, on adjoindra des moyens pour permettre de les monter dans l'ensemble du four, en particulier à l'intérieur de son chemisage métallique, s'il en comporte, ainsi que des moyens pour permettre de les alimenter en gaz ou mélange gaze=, et cela de façon telle que ce dernier traverse lesdits blocs vers l'intérieur du four, selon des fileta de préférence
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parallèle s, '' f' ' ," ##*"' y.
C'est ainsi que l'on pourra enrober les blocs,. seulement du coté de l'extérieur, dans une sorte d'em base creuse 2, par exemple métallique, en laissant subsis ter, entre le fond 3 de chaque bloc et le fond de 1'em base un espace libre 4 qui servi= de chambre d'allujen
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talion (fig. 1 .
Le gaz ou mélange gazeux peut arriver, par exemple, - soit fig. 1, par dos trous 5 des embases 2, dans le cas ou la paroi formée par de la juxtaposition des blocs est montée a l'intérieur d'un chemisage extérieur 6, avec un intervalle libre 7 dans lequel Got distribué le gaz arrivant en 8,
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- soit par des conduite 9 arrivant reepootivemat : aux susdits troue et éléments à partir d'un collecteur d'alimentation 10, solution représentée en pointillé sur la fig 1.
- soit de toute autre manière.
Lee blocn ainsi préparée sont donc complétée,
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conformément à l'invention, par un enduit 11 répandu au moins sur les quatre faces latérales destinées a venir devant les joints, après quoi on réalise l'assemblage, en .. fixant entre eux les blocs par des joins 12 en ciment réfractaire ou autre couramment utilisé dans les fours, .
Une variante est représentée sur la fige 3, va- ' : riante selon laquelle, au lieu de recourir à une embase 2 pour constituer la chambre d'alimentation 4, on établit une telle chambre près du fond du bloc en 13, de pré- férence dans toute la largeur de celui-ci, le gaz pénétrant par un trou 5. Dans ce cas, il convient de rendre étanohe également la face extérieure 14 du bloc, par exemple par une plaque métallique ou, mieux, simple- ment par un enduit en émail ou autre matière d'étachéité
Une autre variante consiste à alimenter CI.1' un trou central un dispositif comprenant des canaux en étoile parallèles à la face froide imperméabilisée, canaux résultant de cylindres en cire perdue judicieusement disposés.
Les gaz sont ainsi répartis sur toute la surface comme par la chambre 13 de la fig.3, mais ce dispositif à l'avantage de ne pas affaiblir la solidité du bloc.
Selon encore une autre variante, une plaque im- perméable des dimensions de la surface extérieure du bloc poreux est creusée pour réaliser une chambre de distribution et est percée d'un trou alimentant en gaz par un tube ladite chambre. Cette plaque est collée contre la face extérieure de la pièce poreuse qui est alimentée en gaz par la chambre creusée désignée ci- dessus.
Une autre variante -- applicable à toute paroi
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poreuse à utiliser dans les buts suaindiqués # consis- terait à faire comporter à la matière réfractaire poreuse plusieurs zones juxtaposées de perméabilités différentes.
C'est anisi que la partie se présentant du côté de 1'ex térieur, o'est-à-dire du côté de l'introduction du gaz ou mélarge gazeux, pourrait comporter des pore@ d'un diamètre plus grand et, au contraire, la partie oe présentant du côté du four, des pores de diamètre plus ' petit, ce qui tend à augmenter la vitesse de sortie dos gaz et a donner une meilleure efficacité pour refroidir le réfractaire, en augmentant la surface de contact.,
Dans une autre variante, au lieu de juxtaposer les blocs les une contre les autres, on pourrait interposer entre eux des blocs réfractaires non poreux.
Une autre variante est encore représentée sur les tige 4 à 6, selon laquelle on groupe plusieurs blocs
1 autour d'une plaque distributrice centrale 20, munie de l'orifice d'arrivée 5 débouchant dans la chambre 13 cette plaque étant établieenmatériau, par exemple réfractaire,, non poreux. Des dispositifs d'emboîtage 21 sont prévus pour accroître l'adhérence entre les quatre blocs et la plaque distributrice.
Comme ci-dessus toutes les surfaces extérieures sont revêtues d'émail en 11 et 111
Des ensembles de ce genre auront par exemple des dimensions extérieures de 400 x 200 x 200 mm
Selon encore une autre disposition, on prévoit entre les bloos (fig.4), les joints 12 en coulis réfrac taire ou autre, mais oe coulis est localisé à la partie proche du four, tandis que sont prévue?, du c8té de 1'or térieur du tour, des garnitures agencées de manière à s'é
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cruor facilement pour encaisser les dilatations, C'est ainsi qu'on aura recours à des bandes d'amiante souple
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Enfin, il y aura intérêt à prévoir encore, à pro- ximité de la surface extérieure, des tresses graphitées 23 nageant dans une graisse graphitée, ce qui permet à tout moment, si une fuite apparaît, de la colmater aisément de l'extérieur du four.
Le coulis susvisé 12 sera choisi en outre assez - friable pour permettre les dilatations sans résister outre mesure à la matière assez fragile constituant les blocs poreux 1.
De toute façon, on a la possibilité de réaliser des parois qui offrent toute sécurité du point de vue de l'étanchéité. Si en effet les joints 12 sont imparfaits, il n'en résulte aucun inconvénient, puisque les faces en regard des joints sont étanches et que le gaz ne peut donc pas s'échapper.
Bien que les parois établies do la manière susvisée puissent à volonté être utilisées pour l'in- troduction de gaz neutre, ou pour l'introduction d'air (pour le refroidissement ou pour servir d'air secondaire) ou pour introduire un mélange combustible, c'est-à-dire comburant et carburant, cette dernière application est particulièrement intéressante, la face interne 15 des blocs -- ou, d'une façon générale, du revêtement poreux agissant alors à la manière d'un brûleur.
Cette application est représentée sur la fil. 1, où l'on voit en 16 une souroe de gaz combustible, en 17 un compresseur à air, en 18 un mélangeur et en 19 un conduit propre à conduire le mélange en 8 ou en 10.
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Il convient, dans cette dernière application pour laquelle des parois réfractaires poreuses jouent le rôle supplément-tire de brûleurs, de faire en sorte que d'une part, les gaz soient insufflés à une pression convenable, par exemple de l'ordre de 140 à 500 gr par cm2, voir de 1 kg ou plus, et, d'autre part, leur contact soit assuré sur une assez grande surface, ce qui amène à choisir pour l'épaisseur d des blocs ou du revêtement une valeur assez élevée, par exemple comprise entre 150 mm et 300 mm ou davantage.
La première condition permet d'obtenir, à la sortie du revêtement 15, une bonne combustion, sans risque de retours de flamme. En effet, grâce à la pression, les gaz sont véhiculés à une vitesse convenable à l'intérieur de la matière poreuse, vitesse qui est encore accélérée à la sortie en raison de l'augmentation de volume due à l'accroissement de température. Il s'ensuit que l'on obtient, dans ces conditions, une sorte de "front de flammes" à quelques millimètres ou centimètres de la surface 15, ce qui est favorable, car ce front de flammes protège la surface réfractaire contre les courants de gaz corrosifs.
La deuxième condition assure un refroidissement convenable du revêtement poreux, de sorte que, grâce à l'importance de la surface de contact entre gaz et réfrac- taire, la surface chaude 15, du côté de la sortie, soit refroidie à une température inférieure de quelques centaines de degrés & celle de l'atmosphère du four avec laquelle ladite surface 15 est en contact. Si, par exemple,
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la température à l'intérieur du four est de 1500 . celle de la surface 15 peut n'être que de 900 , c'est-à-dire bien inférieure à la température de ramollissement de la matière réfractaire poreuse utilisée. Dans le cas, par exemple, où la matière utilisée est de la vermioulite, le point de fusion de celle-ci est de l'ordre de 1100 .
Des fours à parois établioo en cette matière peuvent dono supporter, pour l'atmosphère du four ou pour la matière en fusion de celui-ci, des températures de 1500 ou môme supérieures, et cela sans dangor.
Ce qui précède demeure valable lorsque le revêtement poreux, traversé par les gaz tels que susvisés, est en contact avec une matière en fusion, l'abaissement de température réalisé on 15 étant également favorable à une bonne tenue de la paroi.
La deuxième condition, savoir celle relative à l'épaisseur de la matière réfractaire. intervient également pour assurer le refroidissement de la paroi, celle-ci agissant d'ailleurs comme récupérateur secondaire.
Les gaz, à la traversée de la matière réfraotaire, entraî- nent les calories vers l'intérieur du four, de sorte que, si les conditions de pression, de perméabilité et de surface d'échange sont bien calculées, la température de la paroi extérieure en 3 peut être voisine do celle de l'air ambiant. Il en résulte donc, pour le four, une parfaite isolation et une amélioration du rendomont ther- mique.
En effet, les gaz carburants et comburants en refroidissant le réfractaire s'échauffent peu à peu, augmentent de volume donc de pression. Cet échauffement
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des gas favorise la combustion et permet d'obtenir des températures plus élevées, l'isolation et le préchauffage contribuant à améliorer le bilan thermique.
Enfin, tout ce qui vient d'aire dit, relative- ment à la récupération des calories, s'applique bien entendu au cas où l'on fait traverser les parois pouruses réfractaires susvisées par de Il'air ou un gas neutro, le bilan thermique étant toujours amélioré de oo fait.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réali- sation adopte, on peut établir des tours dont le fonc- tionnement ressort suffisamment de oe qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à son sujet et qui précen tent, par rapport aux fours du genre en question déjà existante, de nombreux avantagea, notamment :
- celui de permettre d'obtenir, à l'intérieur du four, des températures plus élevées, et cela sans qu'on ait à craindre un ramollissement du revêtement, grâce au fait que les blocs et procédée, conformes à l'invention, permettent d'assurer une grande différence entre la tem- pérature du four et celle de la paroi réfractaire en contact aveo l'atmosphère dudit four ou le bain de fusion, - celui de permettre une amélioration du bilan thermique, le bloc poreux faisant isolation et récupération, - et celui de permettre la réalisation des paroio poreuses à l'aide de bloos faciles à établir et peu coûteux.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'applications, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diverses
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parties ;ayant été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au oontrairo, toutes les variantes.
En particulier, l'invention n'est nullement limitée à l'insufflation de gaz comburants etcarburants et il doit être entendu qu'elle vise, d'une façon générale, l'injec- tion de tous gaz actifs ou neutres. C'est ainsi que, tout au moins dans certaine cas et en particulier lorsqu'il s'agira d'insuffler un gaz dans les piédroits du four ou dans les parois en contact avec le bain liquide, il pourra être avantageux d'injecter un gaz neutre (par exemple de l'azote) qui, sans risquer d'engendrer dos réactions, assurera la formation, oontre les parois on matériaux poreux, d'un film protecteur, tout en réduisant les portes par rayonnement calorifique vers l'extérieur et en refroidissant lesdites parois.
Mais il est envisagé également d'utiliser comme film protecteur, les gaz de combustion eux-mêmes injectés à travers la paroi poreuse.
Bien entendu, la pression et le débit du ou des gaz seront calculée et réglés par tous moyens appropriée, en combinaison avec tous moyens de soufflage (ventilateurs, compresseurs, etc.).
On aura de toute façon la possibilité de créer de nouveaux fours (par exemple pour la verrerie) à sole et parois latérales en matériaux réfractaires poreux, fours dans lesquels on pourra ssurer au moins partiellement leur chauffage par insufflation de gaz combustibles par dessous et sur les côtés, au lieu de chauffer uniquement par réver- bération.
La fig. 7 illustre encore un autre mode de r6ali- sation de l'invention selon lequel, au lieu de faire
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passer un mélange air-gaz à travers le réfractaire poreux, comme supposé fig. 1, on fait passer le carburant par un brûleur central 24 alimenté en 15, en air de pulvé- risation ainsi qu'en air secondaire. Seul l'air tertiaire arrivant en 5, passerait à travers le réfractaire poreux, Dans ce cas, il convient évidemment de diminuer l'air se- condaire lorsque l'on alimente en air tertiaire, de façon à avoir un mélange convenable.
Le réfractaire serait ainsi refroidi efficacement, permettant encore d'augmenter la température du four, Les calories seraient toutes entraînées vers le four, pro- duisant la morne efficacité d'isolation. L'air en refroi- dissant le réfractaire poreux se réchaufferait, produisant une autorécupératio L'air chaud débouchant du réfrac- taire produirait ici encore un film proteoteur. Les fuites dues aux difficultés d'étanchéité auraient moins d'impor- tance, ne s'agissant plus d'un mélange air-gaz.
La même disposition s'appliquerait au cas où le brûleur central 24 serait alimenté en fuel-oil. Dan oe cas, le foyer serait allumé au mélange air-gaz. Une fois le foyer chaud, on allumerait le fuol-oil et on arrêterait le gaz, l'air tertiaire continuant à alimanter le four, tout en refroidissant le réfraotaire et en fer- mant film protecteur.