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Perfeotionnement aux traitements thermique. d'une matière 1 en feuilla
La présente invention est relative à des pervetionnements aux appareils et aux procédés pour les traitements thermiques de matériaux en feuilles, nappes ou autres, traitements tels que chauffage, séchage, traitement de prise ou de durcissement, etc...
En particulier, l'invention vise un appareil et un procédé nouveaux pour traiter des matériaux qui ont reçu au cours de leur fabrica- tion, ou par leur composition, une substance qu'on désire retirer de la feuille, ou qui se trouve physiquement modifiée par l'exposi- tion à la chaleur;
un tel appareil et un tel procède sont donc applicables au séchage du panier, au traitement de résines durcis- sant à la chaleur, à la coronisatio de tissu de verre, à l'imprégna- tion de matériaux par des matières plastiques ou du caoutchouc, à la fixation de teintures ou piments lits à la résine sur des matériaux
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en nappe, à la teinture ou à des traitements analogues suivant un dessin simple ou multiple, ou à l'exécution de motifs spéciaux du genre dentelle ou de traces divers sur des tissus, rubans, nappes et autres à base de résines, Le terme de "feuille" sera employa ci- après pour désigner des matériaux en feuille, en nappe ou sous une Riz !, forme analogue,
Le procédé et l'appareil décrits dans une demande de bre- vet déposée aux Etats-Unis le 15 janvier 1962 ont pour but de corri ger les inconvénients des dispositifs de chauffage par conduction et air chauffé, grâce à l'emploi d'un procédé nouveau de transmission de chaleur par radiation et par ventilation transversale simultanée des produits chauffas. La ventilation transversale, qui a pour effet d'évacuer les'vapeurs formées pendant le chauffage, améliore la qua- lité des produits qu'il est possible d'obier,ainsi que le rende- ment de l'installation* en retirant les matières volatilisées de la ,Proximité immédiate des éléments chauffant)
! et du matériau en feuil- le ce qui évite toute possibilité de combustion* toute contamina- tion du produit, et toute diminution de 1'évaporatio ou de la vola tilisation des natières à évacuer du matériau en traitements du fait que les produits volatils et vapeurs sont évacués, à peu près à mesure de leur émission, transversalement à la feuille,
La demanderesse a découvert que la combinaison de courants d'air ou de gaz chauffés, se déplaçant lonitudinlement à une vi- tesse relativement élevée sur la surface de la feuille, avec le chauffage de la dite feuille au moyen de chaleur radiante, produit un effet apparemment combina de chauffage, d'évaporation et de sé- chage;
c'est-à-dire que, par exemple dans le cas de séchage du papier, un séchage beaucoup plus important peut.être obtenu par la combinaison de chaleur radiante et d'air chauffé que par la somme des effets des agents chauffants individuels. Si des résultats présentant une amélioration considérable sont obtenus en chauffant la feuille d'un seul côté suivant la combinaison perfectionnée de la demanderesse, dans le mode préféré de réalisation le chauffage
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par radiation des deux côtés est r4alî$4 en combinaison avec des eou" rants de gaz chaud contenus entre la matériau en feuille et des radiateurs de façon à "balayer" les surfaces opposées de la feuille
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à une v! tease relativement élevée par rapport au mouvement de la feuille,
et àretirer les substances volatiles immédiatement, dès qu'elles débouchent dans l'atmosphère de gaz chaud changeant conti-
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nuellm1ent, de la chaleur étant dveloppe simultanément dans la feuille par 4nergie radiante et par contact avec des courants d'air chauffas se déplaçant rapidement, Ces courants rapides "balaient"
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les substances volatiles chauffées émergeant, ou sur le point d#4m*r- ger, à l'état de vapeur, de la feuille chauffée.
L'action du gaz de balayage venant en contact avec les surfaces de la feuille et' aidant por effet macenimun h l'évacuation des substances volatiles, proeurs une volatilisation plus rapide en évacuant les matières volatilisées
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avant qu'elles puissent se condenser ou produire autrement un rotroi dis sèment ou tout autre effet retardant la vaporisation,, Dans l'état antérieur de la tfohn1qUt, la réalisation présentant, k la connaissance de la demandoregose la plus grande analogie avec la présente invention est le brevet des Ëtate-Onit s,Amfr3ue Ne '.B61.'i4 au nom de ft,'C3!tf qui décrit un di8J)O.t- tif adapta pour augmenter la capacité de 6ohAg. d'apparus plus grands.
1,'appareil Hultpreen comprend un lnent de radiateur logé dans un boîtier suspendu au-dessus du matériau en feuille en cours
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de atohnftep et un ajutage adapta rour projeter de l'air sur la feuille a un antle compris entre 5 et 85 degrés par rapport au plan de la feuille, et dans un sens nyant une comooeante qui est opposée au sens d'avancement de la feuille. Le but de ce jet d'air est de
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erer une l1rbt11pnce superficielle sur la surface, dans la zone irradiée pnr l'pl(.l'I1ent chauffant nnr irradiation, pour améliorer ; : V l'efficacité du sebnge.
En bref, la présente invention diffère de 1'appnt'etl Huitsrreen ppr les pointa suivants a) elle utilise des ensembles radiants de surface étendue l oui servent de guides pour le courant d'air à déplacement rapide
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longitudinalement au mouvement de la feuille entre les changements de direction; b) elle comporte un appareil complet de traitement thermi- que ayant des zones où la température et la composition de l'atmos- phère sont réglables, ce qui permet, dans un appareil unique, des traitements thermiques à phases multiples, avec un rendement élevé et des vitesses accrues.
Les courants gazeux sont dirigés essentiel- lement parallèlement au plan de la feuille, entre de larges panneaux ou batteries de radiateurs, afin de communiquer effectivement de la chaleur à la feuille,retirer les manières volatilisées, et améliorer le rendement global du chauffage, ne entrées et des sorties entre les branches de chaque brin de la feuille permettent' de régler l'atmosphère de chauffage de chaque brin à la demande, suivant les températures defornitonet et suivant le!) effets qu'on désire ob tenir fur chaque brin particulier de la feuille,
Une application particulière de la présente invention est la cornisatio des tissus de verre, Les procéda courants d désapprêtag (demis ing)
colonisation et stabilisation (setting) des tissus de verre, avec l'indication des gammes de température* des types d'appareil et de leurs avantages et Inconvénients rela tifs sont décrits dans les brevets américains suivants! KUD N 263528 ;
WAGONER N 2,845.364;NAY N 2,979.934 CAROSLLI N 3008846, et LOTZ N 3,012,845 tons les procédés Klug Waggoner et May, le brûleae des matières combustibles émises se produit sur le tissu avec des températures de flamme considérablement au- dessus des températures maximales désirables pour la stabilisation du fil de verre, ce qui a pour conséquence une décoloration nuisi- ble, un affaiblissement considérable de la résistance du tissu et, partant, une baisse de la valeur marchande du produit fini. Ces inconvénients sont évités dans une certaine mesure dans les procédés Caroselli et Lotz.
Dans les procédés et appareils perfectionnés de la demanderesse, le tissu de verre portant un apprêt organicue passe sous forme d'un grand nombre de brins ventilés individuelle-
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ment dans lesquels les caractéristiques du gaz introduit, la lon et la température des éléments chauffants, et la vitesse de passage, sont en corrélation, de telle sorte que les matières les plus infiltra sables et les plus volatiles sont évacuées du ou des brins initiaux dans une atmosphère inerte, c'est-à-dire non oxydable, telle par exemple que de l'azote, des produits de combustion,
du gaz carboni- que ou autre gaz analogues..Les produite volatils moins combusti- bles sont retirés dans des condition*' atmosphériques réglées, avec oxydation sana flamme des constituants volatils et impuretés res- tants du tissu, ce qui assure l'évacuation de l'apprêt et améliore la résistance et la coloration du tissu.
En opérant à des tempéra- tures relativement élevées de surface des radiateurs, par exemple à la température minimale désirable de stabilisation du tissu de verre et empêchant la combustion des matières volatiles dans une atmos- phère inerte occupant la zone d'extraction des matières très vola. tile et assurant une coronisation et une stabilisation, sans flamme, dasn les zones suivantes d'opération, la demanderesse pro- duit des tassas de verre de couleur et de résistance améliroées à un taux de production accru et à meilleur prix.
Une autre application particulièrement heureuse de la présente invention concerne le séchage du papier ou d'autres pro- duits..La demanderesse a découvert qu'un appareil de séchage a brins horizontaux appliquant les principes de la présente invention peut donner économiquement des vitesses de séchage extrêmement rapides, ot un produit qui a été chauffé soit uniformément, soit suivant un ratage choisi, et qui ne présente à peu près ni plis, ni froissements, ni aucun des défauts physiques analogues présentés par les papiers séchés suivant des procédés correspondant à l'état antérieur de la technique..Pour une telle application, on établit de préférence des brins de séchage à peu près horizontaux,
légère- ment influents comme des cordes, avec des éléments de chauffage radiants placé des deux côtés de la feuille de papier, et des
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prises multiples d'admission et d'échappement espacées le long des brins et adaptées pour faire passer des courants de gaz longitudi- naux par rapport aux bandes de panier et aux radiateurs, et entre les uns et les autres, L'appareil à brins multiples peut tire logé dans une chambre de séchage de type usuel, ou, pour obtenir des résultats encore meilleurs, dans une chambre à pression inférieure à la pression atmosphérique dans laquelle l'humidité du papier se volatilise à une température plus basse, et, partant,
est évacuée plus rapidement et présente ainsi une tendance moindre à absorber les radiation'! de chaleur.
C'est donc le but principal de la présente invention de réaliser un appareil et un procédé nouveaux pour sécher et/ou trai- ter des matériaux en feuille imprégnés ou revêtus de substances volatiles ou transformables à la chaleur, au moyen de l'utilisation d'éléments chauffants radiante en atmosphères réglée,
Un autre but consiste à réaliser un appareil et un procé dé présentant les caractéristiques et avantages suivants! - le traitement thermique de feuilles, en particulier le désapprètage et la ooronisation de tissus de verre, le séchage du papier et de matériaux analogues, peuvent être obtenus dans une ou plusieurs zones de chauffage déterminées par des clients chauffante radiants,
et dans lesouelles l'effet de chauffage des radiateurs est complété par un ou plusieurs courants gazeux passant au contact des surfaces chauffées du matériau en feuille à une vitesse relativement élevée? - l'appareil coportedes éléments chauffants radiants déterminant une zone de chauffage, des organes de vidage pour faire passer la feuille par la zone de chauffage et des organes de venti- lation faisant passer un ou plusieurs courants de gaz longitudinale- ment sur les surfaces des matières en feuille à une vitesse relati- vement élevée par rapport à la vitesse de la feuille;
- un ou plusieurs foulards perfectionnés ou autres dispo- sitifs appropriés, permettant de traiter le matériau à différant!
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moments au cours de l'opération.
- le matériau en feuille est disposé suivant un certain nombre de bruns à peu près horizontaux ou verticaux dont chacun comprend une paire de sections d'aspiration entre des rouleaux espae ces, sections dans lesquelles un courant d'air ou d'un autre gaz passe sur au moins un côté de la feuille tout en étant exposé aux radiations de chaleur des éléments chauffants;
- un nouvel élément chauffant., portant des ailettes d'échange de chaleur,est adapta pour se combiner avec des courants gazeux qu'on fait passer sur le produit pour réaliser un réglage perfectionné de l'écoulement du gaz sur les surfaces de la feuille, afin de réaliser un appareil perfectionné dirigeant des courants de gaz le long de la surface du matériau en traitement, ledit appa- reil comportant des gaines d'admission et d'échappement du gaz avec des ajutages dirigeant le gaz lonitudinalemetn par rapport aux sur- faces suivant des brins entre rouleaux, le gaz étant dévié par des rouleaux places devant les gaines d'admission, et le dispositif d'échappement recevant les courants de gaz dévias à l'extrémité de portions de feuille se déplaçant dans des sens opposée.
D'autres buts et avantages de la présente invention appa- raîtront au cours de la description qui suit, du meilleur mode de réalisation de ladite invention et de certaines variantes.
Au dessin annexa, donné uniquement à titre d'exemple! la Fig.1 est une coune-élévation de côté suivant la ligne 1-1 de la $Fig.3 d'un appareil à brins multiples représenté schématiquement et appliquant les principes de la présente inventio la Fig.2 est une élévation de bout de l'appareil représen- té sur la Fig.l; la Foig.3 est une vue en plan de l'appareil représenté sur la Fig.1; la Fig.4 représente, à titre de variante, un autre dispo- sitif à brins multiples avec gaines à gaz placées au voisinage de chaque rouleau de brin;
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la Fig.5représente un élément radiant perfectionné des* tiné à fournir de l'énergie radiante à la feuille en cours de traitement thermique,
Si maintenant on se réfère au dessin, on voit, qu la Fig.l, le produit 10 passant dans un appareil de traitement thermi- que à brins multiples logés dans un carter 14, appareil qui est utilisé de préférence pour désappreter les tissus de verre.
la feuille 10 peut être guidée, à l'entrée et à la traversée de l'appa- reil, de toute manière appropriée, par exemple au moyen d'un rou- leau-guide 18 et de rouleaux 20, 21, 22, 23, 24, 25 26 27, Le nombre de rouleaux dépendra du membre de brins contenus dans l'appa- reil,Les touleaux peuvent être fous ou entraînés.
S'ils sont entra!. nés on pourra utiliser, par exemple, un moteur commun avec embray- age par poulie fixe et folle, ou bien on pourra employer des él ments moteurs individuels pour chaque rouleau, si on le désire, pour actionner'ces rouleaux individuellement à des vitesses différentes, par exemple pour compenser la dilatation et la contraction de chaque brin soumis à des conditions particulières de température,
Des radiateurs 32, de préférence à double face avec des températures de surface réglables séparément, s'étendent depuis le fond de l'appareil jusque des points proches respectivement des rouleaux 21, 23, 25 et 27, et des radiateurs à double face 36 s'éten dent depuis le haut en descendant jusqu'à des points proches res- pectivement des rouleaux, 22,
24 et 26.Le fait de supporter alter- nativement les radiateurs à partir d'extrémités opposées crée, en fait, un certain nombre de séparations entrée paires de radiateurs et établit entre ces séparations des zones de chauffoge individuel- les dans lesquelles la température de fonctionnement peut être réglée à peu près à la demande, suivant l'emplacement particulier de chaque zone et le phase correspondante du. traitement de la feuille.
La dis- position d'ensemble des radiateurs 32 et 36 est telle qu'on réalise un réglage à peu près continu du traitement thermique du matériau à mesure qu'il traverse l'appareil,
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Comme reprisent** sur la Fig.1, un gaz est mis en cirou- lation sur les surfaces du dessus et du dessous de la feuille 10
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pendant qu'elle est soumise l'trl'Rlilf1tion, cette circulation étant réalisme par un circuit de ventilation divisé composé d'ensembles ventilateurs du hiut et du bas, dfsipa respectivement par 50 et 51.
Le gaz mis en circulation par l'ensemble 50 du haut est désigne par des flèches en trait mixte, et celui qui est misen circulation pnr l'ensemble 51 du bas est désigné par des flèches en trait plein.
L'ensemble ventilateur 50 du haut comprend une tubulure d'entrée 54 et des gaines d'entrée 58, 62 et 66 communiquant avec cette tubulure, une tubulure de sortie 70 et des gaines 74 76 et 78 communiquant avec cette dernière tubulure. Un ventilateur 82
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(Pig.2 et 3) actionna par un moteur 83# amène un ga provenant d'une source appropriée) par exemple de l'atmosphère, ou d'un. source d'un gaz inerte tel que de l'azote, ou des produite de eombuîttion provenant, par exemple, de radiateur.
alimentés par un gaz eoabus- titile à hte température, et employés dans une sont de chauffage intense, e gaz circule alors en traversant un vol%t fi'air 86, puis une chambre de chauffage 90 si an ddoire voir un gaz chauffe* Ot que celui-ci ne le soit pas encore, comme coest le oat, par exqpplop des produits de combustion) puis en traversant la tubulure d'entrée 54. et les ajutages de soufflage restreint des gaines 58 62 et 66.
Le gaz descend le long de la surface d'une colonne dirige vers le haut et entourant le bord du bas des radiateurs 36 puis est évacua
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hors de la. zone de chauffage par les ajutages de sortie 74, 76 et; 78 ( Fig.l et 3). Le gaz qui s'amasse dans le conduit principal de
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sortie 70 est remis B1 circulation nar introduction dans le ventile- teur 82 et., si on le désire, repasse par la zone de chauffage.
Si les gaz sont charges de vapeurs volatiles extraites au cours du
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traitement themt'1ue dans la rone de chauffage, ces produits vola- tils peuvent être puiss entièrement ou partiellement par une sor-
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tie 94 (P'iK.3) si on le désire, ou bien on les fait passer en rela- tion d'échange de chaleur autour du ventilateur 82 ou autour d'une
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partie de la tubulure d'entrée 5A pour utiliser la chaleur que Con- tiennent ces produite, Bans toutefois contaminer les gaz frais in- jectés dans la xone de chauffage.
Le dispositif de ventilation inférieur 51 (Fig.l, 2 et 3) est essentiellement le mme que celui du dispositif supérieur 50
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Un ventilateur 100 ma pnr un moteur 102 est prévu pour l'al1mentati en gaz. Une tubulure d'entrée 106, débouchent au bas du boîtier 14 est pourvue d'un dispositif de réglage 110 et d'un dispositif de
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chauffage 114, qui est muni ml!s1 d'un conduit de dérivation approprié (non représenté) si on ne désire pas chauffer, .
Le gaz injecté par la tubulure d'entrée 106 est introduit dans la zone de chauffage et mis en contact avec la surface du
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dessous de la faille 10 par les gaines d'entrée lia, 122# 126 et 130) monte le long de la branche supérieure de chaque brin de la feuille, passe sur le-bord du haut des éléments de radiateurs 32, d'ou il est dévié pour descendre et entrer dans les gaines de4chap- pensent l34< 116o 138 et , d'eu il est introduit dans la tubulure de sortie , pour ttre remis en etreulation par le ventilattctr 1000 et s'échapper parti élisent ou complètement par le volet do sorti* 150, ou par une partie du conduit 106 où de gaz se trouve en rt1a- tion d'échange de chaleur avec le gaz qui pénètre dans l'appareil.
Il est possible de disposer les conduits soit dans le circuit ventilateur du haut, soit dans celui du bas, de telle sorte que les gaz en contact avec les deux surfaces de la feuille ou nappe cheminent dans le sens de déplacement de la feuille. Cependant, on
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a constaté qu'il est préférable de faire circuler les gaI contre- courant comme représenté par les flèches du dessin.
Lorsaibn effectue le désapprètage de tissus de verre, à vitesse élevée, suivant la présente invention, il est préférable de faire fonctionner la première zone à une température supérieur à la température de combustion des constituants les plus inflammables de l'apprêt, mais pas plus élevée que la température de stabilisation du tissu (entre 595 -et 675 C) dans une atmosphère non susceptible de
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permettre la combustion et à une vitesse suffisante pour n'exposer le tissu à la température élevée que juste le temps nécessaire pour chauffer les constituants combustibles de l'apprêt à la température de volatilisation ou de sublimation, La coronisation et la stabilisa- tion finales peuvent alors, si on le désire,
être effectuées dans une atmosphère réglée pour être oxydante sans flamme. Cela permet l'ex- position du tissu à une temprature très élevée et, partant, l'extrac- tion rapide des .constituants les plus volatils et combustibles de l'apprêt, tout en évitant d'endommager le tissu comme cela se pro duisait dans les procédas antérieurs, au cours desquels 1'apprêt était supprimé par combustion, ce qui avait pour résultats une d0colo ration regrettable et un affaiblissement du tissu,
Dans le premier brin (le terme de brin* amployé idi s'entend pour deux branches voisines de tissu en contact avec trot. rouleaux consécutifs, suivant dessin)
on préfère employer des tempé. ratures de radiateurs de l'ordre de 260 à 820 C pour vaporiser rapi- dement: les matières volatiles à basse temprature et les constituants les plus facilement combustibles qui peuvent faire partie du maté riau en traitement.
11 est préférable de faire circuler un gaz non oxydant tel nue de l'azote, du gaz carbonique ou des produits de combustion du az des radiateurs, en quantité suffisante le long des deux faces du tissu constituant le premier brin, c'est-à-dire' la première branche montante et la première branche descendante, pour empêcher la combustion des constituants volatilises ou subli- més Outre qu'on maintient l'atmosphère de la rone initialehaute température dans une condition où elle ne peut permettre la combus- tion, on rëgle le temps de passage du brin par ladite zone de telle sorte que la nappe ne soit pas endommagée.
Tant que les constituants volatils ou suceptiels d'être sublimas, sont en cours de volatili sation, la température du matériau ne peut s'élever au-dessus des températures de vaporisation, d'ébullition ou de sublimation des constituants à retirer.
Après évancuation des produite volatils à basse température de vaporisation et plus facilement cobustibles,
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on peut réduire la vitesse de passage du matiériau dans des Zones successives de chauffage par radiation pour accélérer l'évacuation des produits volatils ou sublimables à températures d'ébullition ou d'ignition plus élevées sans élever la température de la nappe, feuille ou tissu à traiter à une valeur assez haute pour endommager et cela par un réglage de l'atmosphère des zones de chauffage sui vant les caractéristiques du matériau, l'économie de fonctionnement et suivant l'intérêt qu'il y a à maintenir une atmosphère neutre,
oxydante ou réductrice, en utilisant ou en éliminant la conveetion dans les opérations de chauffage et de traitement. Quand on utilise des températures élevées par exemplepour enlever les matières d'apprêt des fils d'un tissu de verre on peut employer des brûlure radiants ne chauffant qu'un seul côté du matériau, du fait que la chute de température dans l'épaisseur du matériau sera relativement faible; on effectue ainsi de larges économies sur le combustible et sur l'importance du matériel qui étaient nécessaires jusque présent pour de telles opérations. Cependant, comme représenta au? les Fig.l et 4 on préfère des radiateurs à double face pour pore mettre une plus grande vitesse.
L'espacement des mécanisme. de commande de réglage au- dessous des rouleaux moteurs peut être uniforme ou non, en vue de produire des longueurs de brins pendants égales ou différentes, et partant des temps relatifs de passage égaux ou différents pour le matériau dans les zones successives de radiation, suivant les matières à traiter.
Dans les brins suivants, il peut être désirable d'opérer à des températures très élevées, puisqu'après le ou les brins initiaux, il ne restera sur le tissu que des produits volatils à haute température, et, pour garder la cadence avec le mouvement rapide du tissu dans les premiers brins, il peut être désirable ' de porter les film à des températures allant jusqu'à 2200 C Dans le mode de fonctionnement préfère solvant la présente invention,
après qu'on a obtenu des températures de 200 & 700*C pour le tissu il est nécessaire de prévoir pour les radiateurs suivants des titi.
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ptratures de l'ordre de 650 à l200*C jusque évacuation de l'apprêt au cours de cette dernière or.ydation par chauffage et sans flamme des constituants restants, afin d'obtenir rapidement les résultats désiras, comme décrit dans la demande de brevet déposée aux Etats
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Unis d'Amr1:!,le sous le If 166.182.
Le type des radiateurs de chaque section peut être choisi d'après la température de chaque zone et d'âpres les autres condi- tions désirées au fur et à mesure du traitement du matériau. Pour certains genres de fonctionnement, des températures de radiateurs
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pouvant aller jusqu'à 430.C, sont nécessaires. Dans et c.., le% radiateurs perfectionnas de la dtmxndoreste, utilisant nome agents liquides des hydrocarbures présentant une température élevée ai transfert de chaleur et une température élevée d#4bullîtîon# peu* vent être employas.
Pour un fonctionnement avec une zone de tempéra- ture plus élevée, on peut employer des types bien connus de radia-
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teurs brûlant du gaz, tels que des radiateurs du type' panneaux de métal sans perforation. Pour des surfaces radiantes donnant des
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zones à température encore plus élevées et fonctionnant à 6PO*C ou davantage, on peut employer des brûleurs à gaz en tuiles céramiques
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perforées fonctionnant entre 650 et 1200*C environ (par exemple des radiateurs du type bien connu à panneaux ou à Moufle, ou des radia- teurs à tuiles céramiques perforées brûlant du gaz de la marque
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Perfection Schwank" décrits dans le brevet des Etats Ilnia d'Amori. que No 2.77.?94, ou de type analogue).
Lea brûleurs du type "perfection Schvankw fonctionnent entièrement au moyen de gaz à rlb1t réglé et d'air primaire, avec combustion complète des matières combustibles et(va"1Jat1n de produits de combustion complètement oxydés qui, à leur sortie des surfaces radiantes, sont dans l'impos- sibilité de permettre la combustion des matières volatiles évacuées, Ces gaz très chauds omettent de l'énergie radiante et peuvent aussi
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être employas pour r/.a11er un chauffage supplémentaire pour oonvec- tion de produits qui ne sont pas sensibles aux gaz brûlas. Pour oopé rer à des températures encore plus levées, on peut employer des
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radiateurs électriques, des types à barres résistantes ou à lampes
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ou tubes de quartz à filament chauffé.,
fonctionnant à 2200*0 ou davantage.
Dans les brins suivants, les constituants m01ncombult1- bles et moins volatils, ainsi que les impuretés du tissu de verre,
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sont dyacués h des températures plus élevées, développées par de - plus grande longueurs de brins, den températures de radiateurs plus élevées, ou une combinaison de ces deux éléments. L'introduo- tion réglée d'une atmosphère contenant des quantités dosées d'oxy- gène en combinaison avec les radiateurs à haute température, réalise
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une ovation sans flmma dei constituant)! volatils et Impuretés qui restent, comme décrit dans la demande de brevet déposée aux Etats- unis a'Amérilue par la demanderesse sous .e Ne ,b6..B.
Une autre disposition de conduits pour ventiler. la sont
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de chauffage, est représentée sur la IMIg,4# sur laquelle on voit des gaines, intercalées dans les circuits du haut et du bas, affec- tées à raison d'une sur deux à l'admission et à l'échappement. Ainsi, les paines 170 et 174 du circuit du haut sont des gaines de sortie, tandis que la gaine 178 sert à l'entrée comme indiqua par les flè ches de la Fig.4, les gaz s'écoulant de la faine 178 dans la zone de chauffage, tournant autour de l'extrémité du bas des radiateurs 36
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et remontant des les gaines voisines 170 et 174, et de lâ à 104chap- pement.
De même, dans le circuit du bas, les gaines 180 et 184 sont des gaines d* échappement tan<33s que la gaine 188 introduit les gaz dans la zone de chauffage,
La fig, 5 représente avec plus de détails un élément radiant perfectionné qui peut être utilisa dans la présente inven- tion, De préférence, les panneaux radiants eux-mêmes sont construits comme les éléments radiants du type préféré et décrit en détail dans
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la demande de brevet aux Ett-Un1s d 'Amérique 1.
166.152, en ce sens que les dits panneaux comprennent des canaux tubulaires 200 par lesquels un fluide chauffant circule pour chauffer les deux côtés des tubes, 1'âme qui les réunit et les ailettes 204 aux températures
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de radiation désirées. Les ailettes 204 placées entre les canaux
200 de circulation du fluide chaud empêchent les gaz qui traversent la zone de chauffage de venir en contact avec les canaux 200 et de pouvoir les refroidir légèrement en transférant leur chaleur à la feuille en traitement, et donnent aussi l'assurance que les gaz qui traversent la zone de chauffage restent à peu près en contact avec les surfaces de la feuille 10,
Au lieu de présenter des brins verticaux,
la feuille peut passer horizontalement entre des radiateurs, avec une Modification
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apuropriee de l'appareil de ventilation pour dirige? des courante de gaz en travers des brins horizontaux de la feuille Cela est particulièrement favorable dans le cas du séchage du papier, parc*
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eue la disposition a brins verticaux crée des efforts de tension él;evés dans le papier et exige des brins plus courte pour pêcher- les ruptures,
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L'invention peut être mise en application au* dtsotras formes oneciales sans qu'on 9*êoarte pour autant de son domaine* Il convient donc de considérer les présents Modes de realiention 1
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Heat treatment improvement. of a leaf material
The present invention relates to pervetionnements to apparatuses and methods for the heat treatments of materials in sheets, webs or others, treatments such as heating, drying, setting or hardening treatment, etc ...
In particular, the invention relates to a novel apparatus and method for treating materials which have received during their manufacture, or by their composition, a substance which it is desired to remove from the sheet, or which is physically modified. by exposure to heat;
such an apparatus and such a process are therefore applicable to drying the basket, to the treatment of heat-hardening resins, to the coronisatio of glass fabric, to the impregnation of materials with plastics or rubber, for fixing dyes or resin beds to materials
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tablecloth, dyeing or similar treatments following a single or multiple design, or the execution of special patterns such as lace or various traces on fabrics, ribbons, tablecloths and others based on resins, The term "sheet" will be used hereinafter to denote sheet, tablecloth or rice material, analogous form,
The method and apparatus described in a United States patent application on Jan. 15, 1962, is intended to overcome the drawbacks of conduction and heated air heaters by employing a method. new heat transmission by radiation and simultaneous cross ventilation of heated products. Cross ventilation, which has the effect of evacuating the vapors formed during heating, improves the quality of the products that can be obeyed, as well as the efficiency of the installation * by removing the materials. volatilized from the, Immediate proximity to the heating elements)
! and of the sheet material which avoids any possibility of combustion * any contamination of the product, and any decrease in the evaporation or the volatilization of the materials to be removed from the material in treatment because the volatile products and vapors are evacuated, more or less as they are emitted, transversely to the leaf,
The Applicant has found that the combination of heated air currents or gases, moving slowly at a relatively high speed over the surface of the sheet, with the heating of said sheet by means of radiant heat, produces an effect. apparently a combination of heating, evaporation and drying;
that is to say that, for example in the case of drying paper, much greater drying can be achieved by the combination of radiant heat and heated air than by the sum of the effects of the individual heating agents. If results showing a considerable improvement are obtained by heating the sheet on one side only in accordance with Applicants' improved combination, in the preferred embodiment the heating
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radiation from both sides is effected in combination with hot gas efl ents contained between the sheet material and radiators so as to "sweep" the opposing surfaces of the sheet
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to a v! relatively high tease compared to the movement of the leaf,
and removing volatiles immediately, as soon as they enter the atmosphere of continuously changing hot gas.
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Nuellm1ent, heat being developed simultaneously in the sheet by 4 radiant energy and by contact with rapidly moving heated air currents, These rapid currents "sweep"
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the heated volatiles emerging, or about to settle, in a vapor state, from the heated sheet.
The action of the scavenging gas coming into contact with the surfaces of the sheet and aiding the macenimun effect in the evacuation of the volatile substances, proeurs a more rapid volatilization by evacuating the volatilized matter.
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before they can condense or otherwise produce a scattering or other effect delaying vaporization ,, In the prior art of the invention, the embodiment exhibiting, k knowledge of the application, the closest analogy to the present invention is the State Patent Amfr3ue Ne '.B61.'i4 in the name of ft,' C3! tf which describes a di8J) Ot- tif adapted to increase the capacity of 6ohAg. to appear larger.
1, The Hultpreen apparatus includes a radiator lnent housed in a housing suspended above the current sheet material.
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of atohnftep and a suitable nozzle to project air on the sheet at an angle between 5 and 85 degrees relative to the plane of the sheet, and in a direction having a comooeante which is opposite to the direction of advance of the sheet . The purpose of this air blast is to
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Apply a superficial l1rbt11pnce on the surface, in the irradiated zone by the pl (. the heating element nnr irradiation, to improve;: V the efficiency of the sebnge.
Briefly, the present invention differs from the Huitsrreen ppr appnt'etl in the following points: a) it utilizes large area radiant assemblies and serves as guides for the fast moving air stream.
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longitudinally to the movement of the sheet between changes of direction; b) it comprises a complete heat treatment apparatus having zones where the temperature and the composition of the atmosphere are adjustable, which allows, in a single apparatus, multi-phase heat treatments, with a high efficiency and increased speeds.
The gas streams are directed primarily parallel to the plane of the sheet, between large panels or radiator batteries, in order to effectively impart heat to the sheet, remove volatilized manure, and improve overall heating efficiency, no inputs. and outlets between the branches of each strand of the leaf make it possible to adjust the heating atmosphere of each strand on demand, according to the temperatures defornitonet and according to the!) effects which one wishes to obtain on each particular strand of the leaf,
A particular application of the present invention is the cornisatio of glass fabrics, Common methods of stripping (demis ing)
colonization and stabilization (setting) of glass fabrics, with the indication of the temperature ranges * of the types of apparatus and their relative advantages and disadvantages are described in the following US patents! KUD N 263528;
WAGONER N 2,845.364; NAY N 2,979.934 CAROSLLI N 3008846, and LOTZ N 3,012,845 In the Klug Wagoner and May processes, the burning of the combustible material emitted occurs on the fabric with flame temperatures considerably above the maximum temperatures desirable for stabilization. of glass yarn, which results in harmful discoloration, a considerable weakening of the strength of the fabric and hence a decrease in the market value of the finished product. These drawbacks are avoided to a certain extent in the Caroselli and Lotz processes.
In Applicant's improved methods and apparatus, the glass fabric carrying an organic finish passes in the form of a large number of individually ventilated strands.
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in which the characteristics of the gas introduced, the length and temperature of the heating elements, and the speed of passage, correlate, so that the most infiltrable and the most volatile materials are discharged from the initial strand (s) in an inert atmosphere, that is to say non-oxidizable, such as for example nitrogen, combustion products,
carbon dioxide or other similar gases. The less combustible volatile products are removed under controlled atmospheric conditions, with flame-free oxidation of the volatile constituents and remaining impurities of the tissue, which ensures the evacuation of primer and improves the strength and coloring of the fabric.
By operating at relatively high radiator surface temperatures, for example at the minimum desirable stabilization temperature of the glass fabric and preventing combustion of volatiles in an inert atmosphere occupying the highly volatile material extraction zone . Tile and ensuring flame-free coronization and stabilization in the following areas of operation, the Applicant produces glass packs of improved color and strength at an increased production rate and at a better price.
Another particularly successful application of the present invention relates to the drying of paper or other products. Applicants have found that a horizontal strand dryer applying the principles of the present invention can economically provide drying speeds. extremely fast, ot a product which has been heated either uniformly or according to a selected failure, and which exhibits virtually no wrinkles, creases, or any of the analogous physical defects exhibited by papers dried by methods corresponding to the PRIOR STATE OF THE ART. For such an application, preferably approximately horizontal drying strands are established,
slightly influ- ent like cords, with radiant heating elements placed on both sides of the sheet of paper, and
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multiple intake and exhaust ports spaced along the strands and adapted to pass longitudinal gas streams with respect to the basket bands and radiators, and between each other, the multi-strand apparatus can be housed in a conventional drying chamber, or, to obtain even better results, in a chamber at lower than atmospheric pressure in which the moisture in the paper volatilizes at a lower temperature, and hence
is evacuated more quickly and thus presents a less tendency to absorb the radiation! heat.
It is therefore the main object of the present invention to provide a novel apparatus and method for drying and / or treating sheet materials impregnated or coated with volatile or heat convertible substances, by means of the use of materials. '' radiant heating elements in regulated atmospheres,
Another object is to provide an apparatus and a method having the following characteristics and advantages! - the heat treatment of sheets, in particular the desizing and ooronization of glass fabrics, the drying of paper and similar materials, can be obtained in one or more heating zones determined by radiant heating clients,
and in which the heating effect of the radiators is supplemented by one or more gas streams passing in contact with the heated surfaces of the sheet material at a relatively high speed? - the apparatus comprises radiant heating elements determining a heating zone, emptying members for passing the sheet through the heating zone and ventilation members passing one or more streams of gas longitudinally over the surfaces of the sheet materials at a relatively high speed relative to the sheet speed;
- one or more sophisticated scarves or other suitable devices, allowing the material to be treated differently!
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moments during the operation.
- the sheet material is arranged in a number of roughly horizontal or vertical browns each of which comprises a pair of suction sections between spaced rollers, sections through which a current of air or other gas passes on at least one side of the sheet while being exposed to heat radiation from the heating elements;
- a new heating element, carrying heat exchange fins, is adapted to combine with gas streams which are passed over the product to achieve an improved regulation of the gas flow on the surfaces of the sheet , in order to provide an improved apparatus directing gas streams along the surface of the material being treated, said apparatus comprising gas inlet and outlet ducts with nozzles directing the gas lonitudinalemetn with respect to the sur- sides of the strands between rollers, the gas being deflected by rollers placed in front of the intake ducts, and the exhaust device receiving the gas streams deflected at the end of sheet portions moving in opposite directions.
Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the best mode for carrying out said invention and of certain variants.
In the accompanying drawing, given only as an example! Fig. 1 is a side elevation taken along line 1-1 of Fig. 3 of a multi-strand apparatus shown schematically and applying the principles of the present invention Fig. 2 is an end elevation of the apparatus shown in Fig.l; Foig.3 is a plan view of the apparatus shown in Fig.1; Fig. 4 shows, as an alternative, another multi-strand device with gas sheaths placed in the vicinity of each roll of strands;
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Fig. 5 shows an improved radiant element designed to supply radiant energy to the sheet during heat treatment,
Referring now to the drawing, it will be seen that in Fig. 1, the product 10 passing through a multi-strand heat treatment apparatus housed in a housing 14, which apparatus is preferably used for depreciating glass fabrics. .
the sheet 10 can be guided, at the entrance and through the apparatus, in any suitable manner, for example by means of a guide roller 18 and rollers 20, 21, 22, 23 , 24, 25 26 27, The number of rollers will depend on the strand member contained in the apparatus. The rollers may be idle or driven.
If they came in !. However, a common motor with fixed and idler pulley clutch could be used, for example, or individual motor elements could be used for each roller, if desired, to drive these rollers individually at different speeds. , for example to compensate for the expansion and contraction of each strand subjected to particular temperature conditions,
Radiators 32, preferably double-sided with separately adjustable surface temperatures, extend from the bottom of the apparatus to points near rollers 21, 23, 25 and 27, respectively, and double-sided radiators 36 s 'extending from the top down to points respectively close to the rollers, 22,
24 and 26 The fact of supporting the radiators alternately from opposite ends creates, in fact, a number of paired input separations of radiators and establishes between these separations individual heating zones in which the temperature of the radiator. operation can be adjusted roughly on demand, depending on the particular location of each zone and the corresponding phase of the. processing of the sheet.
The overall arrangement of the radiators 32 and 36 is such that an approximately continuous adjustment of the heat treatment of the material is effected as it passes through the apparatus,
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As shown in Fig. 1, gas is circulated on the top and bottom surfaces of the sheet 10
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while it is subjected to the trl'Rlilf1tion, this circulation being realism by a divided ventilation circuit composed of sets of fans of the upper and lower, dfsipa respectively by 50 and 51.
The gas circulated by the assembly 50 at the top is designated by arrows in phantom, and that which is circulated by the assembly 51 at the bottom is designated by arrows in solid lines.
The top fan assembly 50 comprises an inlet pipe 54 and inlet ducts 58, 62 and 66 communicating with this tubing, an outlet tubing 70 and ducts 74 76 and 78 communicating with this latter tubing. A fan 82
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(Pig. 2 and 3) activated by an 83 # motor brings a ga coming from an appropriate source) for example from the atmosphere, or from a. source of an inert gas such as nitrogen, or combustion products from, for example, a radiator.
supplied by an eoabus- tile gas at high temperature, and used in an intense heating, the gas then circulates through a vol% t fi'air 86, then a heating chamber 90 if an ddoire see a heated gas * Ot that it is not yet, as coest the oat, for exqpplop combustion products) then passing through the inlet pipe 54. and the restricted blowing nozzles of the ducts 58 62 and 66.
The gas descends along the surface of a column directed upwards and surrounding the bottom edge of the radiators 36 then is evacuated
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out of the. heating zone by the outlet nozzles 74, 76 and; 78 (Fig.l and 3). The gas that collects in the main duct of
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output 70 is returned B1 circulation nar introduction into the fan 82 and., if desired, passes through the heating zone again.
If the gases are charged with volatile vapors extracted during the
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heat treatment in the heating area, these volatile products can be fully or partially powered by an outlet
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tie 94 (P'iK.3) if desired, or they are passed in a heat exchange relation around the fan 82 or around a
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part of the inlet tubing 5A to utilize the heat which these produced contain, but without contaminating the fresh gases injected into the heating xone.
The lower ventilation device 51 (Fig. 1, 2 and 3) is essentially the same as that of the upper device 50
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A 100 ma fan by a motor 102 is provided for the gas supply. An inlet pipe 106, opening out at the bottom of the housing 14 is provided with an adjustment device 110 and a control device.
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heating 114, which is provided ml! s1 with a suitable bypass duct (not shown) if it is not desired to heat,.
The gas injected through the inlet pipe 106 is introduced into the heating zone and brought into contact with the surface of the
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below fault 10 through inlet ducts 11a, 122 # 126 and 130) ascends along the upper branch of each leaf strand, passes over the top edge of radiator elements 32, from where it is deflected to descend and enter the ducts of 4chap- think l34 <116o 138 and, from there it is introduced into the outlet pipe, to be put back in rewinding by the ventilator 1000 and escape left elect or completely by the shutter do exit * 150, or through a portion of conduit 106 where gas is in the heat exchange rt1ation with the gas entering the apparatus.
It is possible to arrange the ducts either in the top fan circuit or in the bottom one, so that the gases in contact with the two surfaces of the sheet or web travel in the direction of movement of the sheet. However, we
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found that it is preferable to circulate the gaI against the current as shown by the arrows in the drawing.
When performing the desizing of glass fabrics at high speed according to the present invention, it is preferable to operate the first zone at a temperature higher than the combustion temperature of the more flammable constituents of the primer, but not higher. that the stabilization temperature of the tissue (between 595 -and 675 C) in an atmosphere not liable to
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allow combustion and at a rate sufficient to expose the tissue to the elevated temperature only just long enough to heat the combustible constituents of the primer to the volatilization or sublimation temperature. Final coronization and stabilization may so, if you wish,
be carried out in an atmosphere regulated to be oxidizing without flame. This allows the fabric to be exposed to a very high temperature and hence the rapid removal of the more volatile and combustible constituents of the finish, while preventing damage to the fabric as occurs. in previous procedures, where the finish was removed by combustion, resulting in unfortunate discoloration and weakening of the fabric,
In the first strand (the term of strand * extended idi is understood to mean two neighboring branches of tissue in contact with trotting. Consecutive rolls, according to drawing)
we prefer to use tempé. radiators of the order of 260 to 820 C to rapidly vaporize: volatile materials at low temperatures and the most easily combustible constituents which can be part of the material being treated.
It is preferable to circulate a non-oxidizing gas such as nitrogen, carbon dioxide or the products of combustion of the az of the radiators, in sufficient quantity along the two faces of the fabric constituting the first strand, that is to say - say 'the first ascending branch and the first descending branch, to prevent the combustion of the volatilized or sublimated constituents Besides keeping the atmosphere of the initial area high temperature in a condition in which it cannot allow combustion, the time of passage of the strand through said zone is adjusted so that the web is not damaged.
As long as the constituents which are volatile, or suspected of being sublimated, are in the process of volatilization, the temperature of the material cannot rise above the temperatures of vaporization, boiling or sublimation of the constituents to be removed.
After evacuation of volatile products at low vaporization temperature and more easily cobustible,
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it is possible to reduce the speed of passage of the material in successive zones of heating by radiation to accelerate the evacuation of the volatile or sublimable products at higher boiling or ignition temperatures without raising the temperature of the web, sheet or fabric to treat at a value high enough to damage and this by adjusting the atmosphere of the heating zones according to the characteristics of the material, the economy of operation and according to the interest that there is in maintaining a neutral atmosphere,
oxidizing or reducing, using or eliminating convection in the heating and processing operations. When high temperatures are used, for example to remove sizing materials from strands of a glass fabric, radiant burns can be employed which heat only one side of the material, since the temperature drop across the thickness of the material will be relatively small; large savings are thus made on fuel and on the amount of equipment which were hitherto necessary for such operations. However, as represented at? the Fig.l and 4 are preferred double-sided radiators for pore put a higher speed.
The spacing of the mechanisms. adjustment control below the driving rollers may or may not be uniform, in order to produce equal or different dangling strand lengths, and hence equal or different relative passage times for the material in successive radiation zones, depending on the materials to be treated.
In subsequent strands, it may be desirable to operate at very high temperatures, since after the initial strand (s) only high temperature volatiles will remain on the fabric, and, to keep pace with the movement rapidity of the fabric in the first strands, it may be desirable to heat the films to temperatures up to 2200 ° C. In the preferred solvent mode of operation of the present invention,
after having obtained temperatures of 200 & 700 * C for the fabric, it is necessary to provide for the following radiators titi.
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treatments of the order of 650 to 1200 * C until evacuation of the primer during this latter or. oxidation by heating and without flame of the remaining constituents, in order to quickly obtain the desired results, as described in the patent application deposited in the States
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United of Amr1:!, Under the If 166.182.
The type of radiators in each section can be chosen based on the temperature of each zone and other desired conditions as the material is processed. For certain types of operation, radiator temperatures
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up to 430.C, are required. In and on, the advanced thermal radiators using the liquid hydrocarbon agents exhibiting high heat transfer temperature and high boiling temperature can be employed.
For operation with a higher temperature zone, well-known types of radiation can be employed.
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gas burners, such as non-perforated metal panel radiators. For radiant surfaces giving
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even higher temperature zones and operating at 6PO * C or more, ceramic tile gas burners can be used
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perforated heaters operating between 650 and 1200 * C (for example radiators of the well-known panel or muffle type, or perforated ceramic tile radiators burning gas of the brand
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Perfection Schwank "described in U.S. Patent Ilnia d'Amori (No. 2.77.?94, or the like).
The burners of the "perfection Schvankw" type operate entirely by means of regulated gas and primary air, with complete combustion of the combustible materials and of completely oxidized combustion products which, on leaving the radiant surfaces, are in the impossibility of allowing the combustion of the evacuated volatiles, These very hot gases omit radiant energy and can also
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be used to provide additional heating for the convection of products which are not sensitive to flue gases. To operate at even higher temperatures, we can use
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electric heaters, of the resistant bar or lamp types
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or heated filament quartz tubes.,
operating at 2200 * 0 or more.
In the following strands, the less volatile and incompatible constituents, as well as the impurities of the glass fabric,
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are driven by higher temperatures, developed by longer strand lengths, higher radiator temperatures, or a combination of both. The controlled introduction of an atmosphere containing metered amounts of oxygen in combination with high temperature radiators achieves
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an ovation without flmma dei constituting)! volatiles and impurities which remain, as described in the patent application filed in the United States of America by the applicant under .e Ne, b6..B.
Another arrangement of ducts for ventilation. there are
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heating, is represented on the IMIg, 4 # on which we see ducts, interposed in the top and bottom circuits, assigned one in two to the intake and the exhaust. Thus, the bundles 170 and 174 of the top circuit are outlet ducts, while the duct 178 is used for the inlet as indicated by the arrows in Fig. 4, the gases flowing from the duct 178 into the heating zone, rotating around the bottom end of the radiators 36
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and up from the neighboring ducts 170 and 174, and from there to the exhaust.
Likewise, in the bottom circuit, ducts 180 and 184 are exhaust ducts tan <33s that duct 188 introduces the gases into the heating zone,
Fig. 5 shows in more detail an improved radiant element which may be used in the present invention. Preferably, the radiant panels themselves are constructed as the radiant elements of the preferred type and described in detail in
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the patent application to the United States of America 1.
166.152, in that said panels comprise tubular channels 200 through which a heating fluid circulates to heat both sides of the tubes, the core which joins them and the fins 204 to temperatures
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radiation levels desired. The fins 204 placed between the channels
200 circulation of the hot fluid prevent the gases which pass through the heating zone from coming into contact with the channels 200 and from being able to cool them slightly by transferring their heat to the sheet being treated, and also give the assurance that the gases which pass through the heating zone remain roughly in contact with the surfaces of the sheet 10,
Instead of presenting vertical strands,
the sheet can pass horizontally between radiators, with a modification
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apuropriee of the ventilation device for directs? gas streams across the horizontal strands of the sheet This is particularly favorable in the case of paper drying, park *
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The vertical strand arrangement creates high tension forces in the paper and requires shorter strands to catch breaks,
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The invention can be applied to * dtsotras onecial forms without necessarily removing its scope * It is therefore necessary to consider the present embodiments 1