Four métallurgique. La présente invention a pour objet un four métallurgique pour réactions sous vide à haute température, en particulier pour l'extraction de métaux volatils, par exemple le magnésium ou l'aluminium, plus spéciale ment, pour une telle extraction sous un vide poussé et à température élevée.
Le four con forme à l'invention est un four métallur gique avec chambre de réaction chauffée et condenseur, qui est caractérisé par le fait que la chambre de réaction est entourée par une enveloppe étanche à l'air, laissant un es pace entre elle et la paroi de la chambre de réaction, et en ce qu'il est établi de façon à permettre de faire un vide tant dans la chambre de réaction que dans l'espace qui l'entoure, et de sorte que ladite enveloppe soit soumise à la pression atmosphérique et soit calorifiquement isolée du dispositif clé chauffage de la chambre de réaction et de la partie chauffée de cette chambre,
afin de soustraire les parties à haute température à l'action mécanique de la pression atmosphé rique. Le condenseur de vapeur métallique est disposé soit à l'intérieur de la chambre de réaction, soit, de préférence, à l'extérieur de cette chambre et on le refroidit avantageuse ment jusqu'à une température ne permettant plus l'inflammation spontanée du métal au contact de l'air. Cette dernière disposition permet d'extraire le métal sans qu'il soit né cessaire d'arrêter le chauffage du four.
On peut donner à la cornue ou chambre de réaction du four une section très aplatie et y placer les matières à traiter sous épaisseur faible, afin d'accélérer la réaction.
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du four conforme à l'invention.
Dans ce dessin: fig. 1 est une coupe longitudinale verti cale d'une première forme de construction; fig. 2 est une coupe verticale longitudi nale d'un dispositif particulier de construc tion d'un condenseur susceptible d'être uti lisé avec le four ci-dessus; fig. 3 est une coupe verticale d'un four vertical également conforme à l'invention; fig. 4 est une vue en plan d'une coupe par _A-.4 du four de la fig. 3.
Le four représenté en fig. 1 comporte une chambre métallique close 1 dont la partie médiane est entourée par une résistance élec trique de chauffage 2. Ladite chambre 1. et la résistance \? sont, à leur tour, entourées par une enveloppe comportant les parois 7, 5 et 4, reliées entre elles de manière étanche et créant autour de la chambre 1 un espace 3 séparé de l'atmosphère de façon parfaite ment étanche aux gaz. Dans la partie mé diane du four, la paroi 7 comprend une par tie 7b, qui n'est pas étanche aux gaz. Entre la paroi 4 de la capacité 3 et la paroi<B>71)</B> est une couche 8 de matière réfractaire isolante qui empêche la chaleur de l'intérieur du four d'affaiblir la résistance mécanique de la pa roi 4.
Le garnissage 8 en question et les pa rois tronconiques 5 débordent par rapport à la. résistance électrique \? d'une quantité telle que les parois 7, situées au delà des parties â, sont maintenues à une température suffi samment basse pour ne pas être affaiblies par la chaleur dégagée à l'intérieur dit four et dans la chambre 1.. Ladite chambre 1 et la paroi 7 sont réunies l'une à l'autre aux deux extrémités du four.
Une enceinte tronconique 9, ouverte à chacune de ses extrémités, est, dis posée à chaque bout de la chambre 1 et sa distance à partir de la, partie chauffée de ladite chambre est, telle que lesdites enceintes 9 sont relativement froides par rapport à la température qui règne dans les autres partie <B>rie</B> la chambre 1. Des couvercles 10 munis chacun d'un orifice de sortie 11, obturé par un robinet 12, ferment l'extrémité extérieure des espaces 9.
Le courant électrique pour la résistance de chauffage 2 est amené @i cette résistance par des conducteurs isolés 13 et-, 14. La chambre 1 et la capacité 3 sont toute les deux reliées par des conduits respectifs 15, 16 munis de robinets 17, 18 et par un robinet à trois voies 19b, à une pompe à vide 19 mue par un moteur \Z0.
Le four fonctionne comme suit; la matière à traiter et qui est capable de libérer un mé tal volatil est chargée (à, travers un des es paces 9, après qu'on a enlevé le couvercle 10 correspondant) dans la partie de la chambre 1 qiti est, chauffée par la résistance de chauffage 2; le couvercle est ensuite re fermé, de. même due les robinets 12, s'ils étaient ouverts.
Les robinets 17 et 18 sont ouverts et la, pompe 19 est mise en mouve= ment. Lorsqu'un vide suffisant a été atteint à la fois dans la chambre 1 et dans la capa cité 3, on fait passer du courant dans la ré sistance de chauffage ?; la. réaction se pro duit dans la matière que contient la chambre 1, grâce à la chaleur élevée qui résulte de ce chauffage, et le métal volatil est libéré et va porisé.
Les vapeurs métalliques qui se déga gent ainsi sont. condensées, sous forme de mé- t:al liquide, pour la plus grande partie dans les espaces 9 formant condenseurs, car la par tie de la paroi 6 qui se trouve dans la même section perpendiculaire à l'axe que l'orifice de chacun de ces condenseurs est encore à, une température nettement supérieure à celle de condensation du métal, tandis que le conden- seur, même dans la partie adjacente à cet orifice,
est à une température inférieure à cette température de condensation. La région médiane de la paroi 6 est en effet portée à haute température par la résistance ?. Les deux extrémités de la. paroi 6 sont à basse température, du fait de leur voisinage avec les couvercles 10 et du fait qu'entre ces extré mités ci- la partie médiane ainsi ebauffée. il y a. une région d'une certaine longueur où cette paroi ne reçoit pas de chaleur de la. résistance 2.
Les condenseurs n'étant reliés chacun à la paroi 6 qu'à l'endroit où elle est à basse tem pérature, il en résulte qu'ils sont pratique- ment isolés calorifiquement de la région à haute température de cette paroi.
Par con séquent, la condensation n'a pratiquement pas lieu dans la partie de la chambre 1 se trou- vani- au voisinage de la paroi 6, mais elle se produit dès l'entrée des vapeurs dans le con- denseur. C'est sur les couvercles 10, qui sont, de beaucoup, la partie la plus froide, que la condensation sera la plus intense. Une partie des vapeurs métalliques est également sus ceptible de se condenser sur la paroi exté rieure des condenseurs 9, mais le métal liquide résultant de cette condensation coule et se rassemble sur la paroi horizontale 6. du four et, au contact de la partie chauffée, il se volatilise à nouveau.
Il ne reste donc fina lement de métal liquide que dans l'intérieur des condenseurs, d'où il est extrait par les orifices de sortie 11 et les robinets 12.
On notera que les orifices d'aspiration (allant aux conduits 15 et 16) se trouvent en retrait, par rapport à l'entrée des conden- seurs.
Supposons que l'on ait affaire, par exem ple, à des vapeurs d'aluminium, obtenues au moyen de la réaction: FeS -I- A1203 = FeO -I- SO' + 2 Al Du côté droit de l'appareil, il n'y a pas d'appel .du mélange gazeux par une pompe à vide. Les vapeurs d'aluminium pénétrant dans le condenseur 9 s'y condensent, particu lièrement contre le couvercle 10- qui est le plus froid.
Si l'on considère maintenant la partie gauche du four suivant la fig. 1, on se trouve en présence d'un condenseur, entouré d'un es pace annulaire mis en communication, près de son extrémité située le plus à gauche, avec une pompe aspirante. La vitesse du mélange de vapeur d'aluminium et de vapeur de SO2, au moment où il arrive à l'extrémité de droite du condenseur considéré est très faible.
Si l'on suppose que le four se trouve au début de son fonctionnement et que la vitesse de dégagement du mélange de vapeurs d'alumi nium et de SO' soit très faible et que ce mé lange arrive avec cette très petite vitesse à l'embouchure du condenseur, des vapeurs fai sant partie de la masse gazeuse considérée viendront au contact de la paroi refroidie du condenseur et se condenseront dans les conditions décrites plus haut.
La tension des vapeurs d'aluminium dans la couche de mé lange gazeux qui avoisine ladite paroi, dimi nuera; l'équilibre de tension partielle tendra à se rétablir par diffusion entre la zone qui est voisine de la paroi de condensation et la zone qui est située au delà vers la droite, c'est-à-dire que des vapeurs d'aluminium pro venant de la masse gazeuse qui est à droite se déplaceront vers la gauche pour aller se condenser à leur tour et ainsi de suite.
Comme la pression ne peut pas augmenter dans le condenseur, cela veut dire qu'une pro portion correspondante de SO' du mélange situé dans le condenseur sortira de ce dernier. La vitesse de dégagement du mélange ga zeux dans la chambre de réaction peut être assez faible pour qu'il se produise un dépla cement de pratiquement la totalité des va peurs d'aluminium vers le condenseur et que, par suite de la séparation ainsi produite, la pompe n'absorbe presque que du SOz.
Il y a avantage, avant l'extraction du métal liquide à travers les orifices de sortie <B>Il</B> et les robinets 12, à arrêter le courant dans la résistance 2 pendant un certain temps, afin que le métal liquide récolté dans le condenseur soit assez froid pour ne pas prendre feu spontanément lorsqu'il vient en contact avec l'atmosphère.
Avant d'ouvrir les robinets 12, on supprime le vide simultané ment dans la chambre 1 et dans l'espace 3 au moyen du robinet à trois voies 19b. L'ar rêt du courant dans la résistance 2 n'est pas nécessaire lorsque les condenseurs 9 sont si tués assez loin de la partie médiane de la chambre 1 pour que le métal liquide soit na turellement assez froid pour pouvoir être extrait sans risque de prendre feu.
Grâce à ces moyens, la partie de la paroi de la chambre 1 qui est chauffée à haute température, n'est pas soumise à une diffé rence de pression, la pression atmosphérique étant totalement supportée par la paroi froide 4. Afin d'assurer un meilleur équilibre de pression sur les deux faces de la paroi 6 à sa partie chauffée, des ouvertures peuvent être prévues dans ladite paroi. De cette ma nière, la paroi 6 ne peut se déformer.
Un autre avantage du four décrit est que la chaleur de la chambre 1 ne peut pas être transmise à l'extérieur par convection à tra vers l'espace 3, ce qui contribue à améliorer le rendement du four. La pression dans la. chambre 1 et dans le récipient 3 est, par exemple, abaissée jusqu'à 10 et même \? mm de mercure et la tempéra ture élevée jusqu'à 1200-1800 C; les va peurs d'aluminium libérées se condensent dans les enceintes 9 d'oiz le métal est extrait, sous forme liquide.
Les condenseurs 9 peuvent être construit ainsi que cela est représenté en fig. 2. Dans ce cas, le condenseur comprend un récipient 21 situé au bout de la chambre 1 et ouvert à sa partie supérieure. Ce récipient est entouré par une paroi ?? qui forme un espace 23. La dite paroi 22 est entourée par la paroi înté- rieure 24 d'un espace 25, fermé à ses deux extrémités et communiquant, d'une part, par un conduit 26 avec ventilateur ? î et, d'autre part, par un conduit 28 avec l'atmosphère.
Un vide élevé est transmis de la pompe 19 (non représentée à la fig. 2) à la, chambre 1 à tra vers l'espace 23 et à l'espace 3 au moyen d'orifices non représentés en fig. 2, pratiqués dans la paroi 6, pour égaliser la pression sur les deux faces de cette paroi, c'est-à-dire entre 1 et 3. Une matière isolante réfractaire remplit la, partie tronconique 5 de manière à empêcher autant que possible la transmission de la chaleur du four au condenseur.
Le métal est recueilli sous forme liquide dans le récipient 21. En effet, le récipient 21 est calorifiquement isolé de la chambre de réaction proprement dite (il ne touche pas la paroi 6 portée à haute température) et, de ce fait, la température dans ce récipient 21, nettement inférieure à. celle des parois 22, est suffisamment basse pour que la condensation s'y produise. Les vapeurs métalliques passent au-dessus du récipient 21, car le passage situé entre la paroi inférieure de ce récipient et la paroi 6 est pourvu d'un opercule 45a, et les vapeurs métalliques viennent se condenser dans ce récipient 21. Ce récipient est en suite enlevé en ouvrant le couvercle 10.
On pourrait aussi prévoir le couvercle 10 avec un conduit et un robinet, comme il est indiqué en 11 et 12 sur la fi-. 1, pour per mettre l'extraction facile du métal condensé sur la face intérieure du couvercle 10 rela- tivement. froid du fait. de son contact avec l'atmosphère.
Aux fig. 3 et 4 est représenté un four vertical qui comprend les mêmes dispositions principales que celles représentées aux fig. 1 et 2. Ce four est spécialement destiné au traitement continu de quantités importantes de matières à traiter. En effet. lorsqu'on dé sire traiter des quantités considérables de matières formant une masse compacte, chauf fée de l'extérieur, on se heurte à la, difficulté suivante: la réaction se produit tout d'abord à l'extérieur, puis progresse vers l'intérieur de la masse, mais très lentement.
Par exem ple, quand on opère à la température de 1300 C, la réaction progresse simplement d'un centimètre par heure vers l'intérieur de la masse. II est en conséquence nécessaire d'éviter d'avoir une épaisseur de matières réagissantes trop considérable. Comme par ailleurs on désire opérer sur une grande quantité de matière, l'appareil a. été allongé transversalement comme représenté en fig. 4, les moyens de chauffage étant disposés le long des côtés allon--és de l'appareil.
Le four représenté aux fig. 3 et 4 com porte une chambre de réaction la limitée par une enveloppe en rnalière réfractaire 6a. La paroi supérieure 4a est également constituée en matériaux réfractaire.
La chambre la a une forme très allongée et deux séries de résistances électriques 2fi sont placées le long des parois les plus allongées de cette chambre et sur toute la hauteur de cette chambre où se trouvent les corps réagissants. La chambre la et les résistances électriques 2a sont en tourées par une paroi métallique extérieure 7a étanche aux gai.
Un espace 3a est ainsi réalisé entre les parois 6a et 4a de la chambre la et la paroi extérieure Îa. Cet. espace 3a est rempli au moyen d'une couche 8a de matières réfractaires qui empêche la. chaleur de l'in térieur du four d'affaiblir la résistance méca nique de la, paroi 7a.
Il est prévu deux condenseurs 9a capables d'être respectivement mis en communication avec la chambre la par le moyen de valves 29 commandant des conduits 30. Les conden- leurs 9a et l'espace 3a sont reliés par des con duits respectifs 15a et 16a munis de valves 17a, 18a et, par l'intermédiaire d'un robi net à trois voies 21a, à une pompe à vide 19a actionnée par un moteur 20a.
Une valve 36 ou "casse-vide" est prévue pour chacun des condenseurs. Ces derniers sont munis d'un robinet 34, permettant de couler le liquide condensé dans un récipient 33. Les valves 29 sont actionnées au moyen de tiges 3.7 traversant la paroi du condenseur à travers un presse-étoupe 44.
Une trémie de chargement 54 est prévue à la partie supérieure du four. Elle est pour vue d'une valve 53 et d'un couvercle 55. Au- dessous de la valve 53 est située une vanne étanche 52, et l'espace compris entre cette vanne 52 et la valve 53, réalise un sas 40, muni d'un conduit 46 relié à une pompe à vide et permettant d'obtenir dans ce sas un vide aussi poussé que celui créé dans la chambre la.
La chambre la est terminée à son extré mité inférieure par un creuset 31. Une valve 32 actionnée par une tige 43 permet d'éva cuer les résidus formés dans la chambre la. Placée sous le creuset 3-1, une chambre 44, entourée par une paroi étanche 5a, est munie d'une porte étanche 35 et d'un conduit 45 relié à une pompe à vide.
On voit aisément que, grâce à la pompe 19a, le même vide peut être réalisé dans les condenseurs 9a, la chambre la et l'espace 3a. Ainsi, la partie de la paroi de la chambre la qui est chauffée à haute température, n'est pas soumise à une différence de pression sur ces deux faces, la différence entre la pression atmosphérique et la pression intérieure étant entièrement supportée par la paroi froide 7a. En vue de mieux assurer l'égalité des pressions des deux côtés de la paroi 6a, des trous peuvent être prévus dans cette paroi et l'on évite ainsi sa distorsion. Un autre avan tage du vide réalisé est que la chaleur créée dans la chambre la ne s'échappe pas par con vection à travers l'espace 3a.
Le fonctionnement du four est le suivant: Le matériel à traiter a été au début de l'opération chargé dans le four la au moyen de la trémie 54, la vanne étanche 52 et la valve 58 étant ouvertes. On referme ensuite la vanne 52 et la valve 53. On ouvre, par exemple, la vanne 29 de droite comme cela est représenté à la fig. 3. On ouvre la valve 17a de droite et la valve 18a, on ferme la valve 17a de gauche ainsi que la valve M de droite. On met la pompe 19a en action. (quand un vide suffisant est atteint à la fois dans l'espace 3a, le condenseur 9a de droite et la chambre la, on fait passer le courant dans les résistances 2a.
La réaction se produit, le métal volatil est libéré et vaporisé et les va peurs métalliques ainsi formées se conden sent dans le condenseur 9a de droite. Quand ce dernier contient une quantité suffisante de métal condensé et qu'on veut l'évacuer, on met tout d'abord le condenseur 9a de gauche en communication avec la chambre la en ouvrant les valves 29 et 17a et en fermant la valve 36.A ce moment-là, dans le conden- seur de droite, les valves 29 et 17a sont fer mées et la valve 36 est ouverte.
Le conden- seur de droite est alors isolé de la chambre la, et le liquide peut être coulé dans le réci pient 33 au moyen de la valve 34. On agira de la même façon pour retirer le métal formé dans le condenseur de gauche, etc. Il est évident que les deux condenseurs peu vent être mis simultanément en communica tion avec la chambre de réaction la, c'est seulement lorsque le métal est enlevé d'un condenseur qu'il est nécessaire d'isoler celui-ci.
Comme on le voit, l'extraction du métal formé peut être opérée de manière continue, sans qu'il soit nécessaire d'arrêter le fonc tionnement de la chambre la. On peut éga lement, sans arrêter ni gêner ce fonctionne ment, introduire des corps réagissants dans la chambre ou évacuer les scories formées dans cette chambre.
Pour le chargement de matériel en cours d'opération, la chambre 54 ayant été préala blement remplie, on ouvre la vanne 53. Le matériel tombe dans la chambre 40 et la rem- plit. On referme la vanne 53. On réalise dans la chambre 40, par le moyen du conduit 46, un vide égal à celui qui existe dans la chambre la. On ouvre alors la vanne 5? et le matériel tombe dans la chambre la. On ferme la vanne 5? et on arrête l'action de la pompe à vide sur le conduit 46. Lorsqu'on désire évacuer les scories, on commence par réaliser dans la chambre 44 le même vide que dans la chambre la, au moyen du conduit 15: on ouvre alors la vanne 3? au moyen de la tige 43.
On referme ensuite 3? et on arrête l'ac tion de la pompe à vide sur le conduit 45. On retire les scories de la chambre 44 après avoir ouvert la porte étanche 35.
Le four représenté aux fig. 3 et 4 permet donc le traitement continu de matières réa- gissantes en quantités considérables; l'extrac tion du métal formé, l'amenée des matières réagissantes et l'évacuation des scories sont en effet réalisées sans qu'il soit nécessaire d'interrompre le fonctionnement du four, grâce à des moyens formant sas.
Metallurgical furnace. The present invention relates to a metallurgical furnace for reactions under vacuum at high temperature, in particular for the extraction of volatile metals, for example magnesium or aluminum, more especially, for such extraction under a high vacuum and at high temperature.
The furnace according to the invention is a metallurgical furnace with a heated reaction chamber and a condenser, which is characterized in that the reaction chamber is surrounded by an airtight envelope, leaving a space between it and the wall of the reaction chamber, and in that it is established so as to allow a vacuum to be created both in the reaction chamber and in the space which surrounds it, and so that said envelope is subjected to the atmospheric pressure and is calorically insulated from the key device for heating the reaction chamber and the heated part of this chamber,
in order to remove the high temperature parts from the mechanical action of atmospheric pressure. The metallic vapor condenser is placed either inside the reaction chamber or, preferably, outside this chamber and it is advantageously cooled to a temperature which no longer allows spontaneous ignition of the metal. in contact with air. This latter arrangement makes it possible to extract the metal without it being necessary to stop the heating of the furnace.
It is possible to give the retort or reaction chamber of the furnace a very flattened section and place the materials to be treated there in a small thickness, in order to accelerate the reaction.
The accompanying drawing shows, by way of example, two embodiments of the oven according to the invention.
In this drawing: fig. 1 is a vertical longitudinal section of a first form of construction; fig. 2 is a longitudinal vertical section of a particular device for constructing a condenser capable of being used with the above oven; fig. 3 is a vertical section of a vertical furnace also according to the invention; fig. 4 is a plan view of a section through _A-.4 of the oven of FIG. 3.
The oven shown in fig. 1 comprises a closed metal chamber 1, the middle part of which is surrounded by an electric heating resistor 2. Said chamber 1. and the resistor \? are, in turn, surrounded by an envelope comprising the walls 7, 5 and 4, connected together in a sealed manner and creating around the chamber 1 a space 3 separated from the atmosphere in a perfectly gas-tight manner. In the middle part of the oven, the wall 7 comprises a part 7b, which is not gas-tight. Between the wall 4 of the capacity 3 and the wall <B> 71) </B> is a layer 8 of insulating refractory material which prevents the heat inside the furnace from weakening the mechanical strength of the wall 4.
The lining 8 in question and the frustoconical walls 5 protrude from the. electrical resistance \? an amount such that the walls 7, located beyond the parts â, are maintained at a sufficiently low temperature not to be weakened by the heat released inside said oven and in chamber 1. Said chamber 1 and the wall 7 are joined to one another at the two ends of the oven.
A frustoconical enclosure 9, open at each of its ends, is placed at each end of the chamber 1 and its distance from the heated part of said chamber is such that said enclosures 9 are relatively cold compared to the temperature prevailing in the other <B> rie </B> part of the chamber 1. Lids 10 each provided with an outlet opening 11, closed by a valve 12, close the outer end of the spaces 9.
The electric current for the heating resistor 2 is supplied to this resistor by insulated conductors 13 and-, 14. The chamber 1 and the capacitor 3 are both connected by respective conduits 15, 16 provided with taps 17, 18 and by a three-way valve 19b, to a vacuum pump 19 driven by a motor \ Z0.
The oven operates as follows; the material to be treated and which is capable of releasing a volatile metal is charged (through, through one of the spaces 9, after the corresponding cover 10 has been removed) in the part of the chamber 1 which is heated by the heating resistor 2; the cover is then closed again, from. even due to the taps 12, if they were open.
The taps 17 and 18 are open and the pump 19 is set in motion. When a sufficient vacuum has been reached in both chamber 1 and in capacity 3, current is passed through the heating resistor ?; the. The reaction takes place in the material contained in chamber 1, thanks to the high heat which results from this heating, and the volatile metal is liberated and becomes porous.
The metallic vapors which are thus given off are. condensed, in the form of liquid metal, for the most part in the spaces 9 forming condensers, because the part of the wall 6 which is in the same section perpendicular to the axis as the orifice of each of these condensers is still at a temperature markedly higher than that of the condensation of the metal, while the condenser, even in the part adjacent to this orifice,
is at a temperature below this condensation temperature. The middle region of the wall 6 is in fact brought to high temperature by the resistance ?. The two ends of the. wall 6 are at low temperature, due to their proximity to the lids 10 and the fact that between these ends ci- the middle part thus debossed. there is. a region of a certain length where this wall does not receive heat from the. resistance 2.
As the condensers are each connected to the wall 6 only at the point where it is at low temperature, it follows that they are practically heat insulated from the high temperature region of this wall.
Consequently, the condensation practically does not take place in the part of the chamber 1 to be found in the vicinity of the wall 6, but it occurs as soon as the vapors enter the condenser. It is on the lids 10, which are, by many, the coldest part, that the condensation will be the most intense. Some of the metallic vapors are also liable to condense on the exterior wall of the condensers 9, but the liquid metal resulting from this condensation flows and collects on the horizontal wall 6. of the furnace and, in contact with the heated part, it vanishes again.
In the end, therefore, only liquid metal remains inside the condensers, from which it is extracted through the outlet orifices 11 and the taps 12.
It will be noted that the suction openings (going to the conduits 15 and 16) are set back from the inlet of the condensers.
Suppose that we are dealing, for example, with aluminum vapors, obtained by means of the reaction: FeS -I- A1203 = FeO -I- SO '+ 2 Al On the right side of the apparatus, there there is no call of the gas mixture by a vacuum pump. The aluminum vapors entering the condenser 9 condense there, particularly against the cover 10- which is the coldest.
If we now consider the left part of the oven according to fig. 1, we are in the presence of a condenser, surrounded by an annular space placed in communication, near its end located furthest to the left, with a suction pump. The speed of the mixture of aluminum vapor and SO2 vapor, when it arrives at the right end of the condenser considered is very low.
If we assume that the furnace is at the start of its operation and that the rate of release of the mixture of aluminum vapors and SO 'is very low and that this mixture occurs with this very low speed at the mouth of the condenser, vapors forming part of the gaseous mass considered will come into contact with the cooled wall of the condenser and will condense under the conditions described above.
The tension of the aluminum vapors in the layer of gas mixture which adjoins said wall will decrease; the partial tension equilibrium will tend to re-establish itself by diffusion between the zone which is close to the condensation wall and the zone which is located beyond to the right, that is to say that aluminum vapors coming from of the gaseous mass which is on the right will move towards the left to go to condense in their turn and so on.
As the pressure cannot increase in the condenser, this means that a corresponding proportion of SO 'of the mixture located in the condenser will come out of the latter. The rate of release of the gaseous mixture in the reaction chamber may be low enough that substantially all of the aluminum vapors move to the condenser and, as a result of the separation thus produced, occurs. the pump absorbs almost only SOz.
It is advantageous, before the extraction of the liquid metal through the outlet ports <B> II </B> and the taps 12, to stop the current in the resistor 2 for a certain time, so that the collected liquid metal in the condenser is cold enough not to ignite spontaneously when it comes into contact with the atmosphere.
Before opening the taps 12, the vacuum is simultaneously removed in chamber 1 and in space 3 by means of the three-way tap 19b. The stopping of the current in resistor 2 is not necessary when the condensers 9 are so killed far enough from the middle part of the chamber 1 so that the liquid metal is naturally cold enough to be able to be extracted without risk of taking. fire.
Thanks to these means, the part of the wall of the chamber 1 which is heated to high temperature is not subjected to a pressure difference, the atmospheric pressure being fully supported by the cold wall 4. In order to ensure a better pressure balance on the two faces of the wall 6 at its heated part, openings can be provided in said wall. In this way, the wall 6 cannot be deformed.
Another advantage of the oven described is that the heat from the chamber 1 cannot be transmitted to the outside by convection through the space 3, which helps to improve the efficiency of the oven. The pressure in the. chamber 1 and in the container 3 is, for example, lowered to 10 and even \? mm of mercury and high temperature up to 1200-1800 C; the released aluminum vapors condense in the enclosures 9 where the metal is extracted, in liquid form.
The condensers 9 can be constructed as shown in fig. 2. In this case, the condenser comprises a receptacle 21 located at the end of the chamber 1 and open at its upper part. This container is surrounded by a wall ?? which forms a space 23. Said wall 22 is surrounded by the interior wall 24 of a space 25, closed at both ends and communicating, on the one hand, by a duct 26 with fan? î and, on the other hand, by a conduit 28 with the atmosphere.
A high vacuum is transmitted from the pump 19 (not shown in fig. 2) to the chamber 1 through the space 23 and to the space 3 by means of orifices not shown in fig. 2, made in the wall 6, to equalize the pressure on the two faces of this wall, that is to say between 1 and 3. A refractory insulating material fills the frustoconical part 5 so as to prevent as much as possible the transmission of heat from the oven to the condenser.
The metal is collected in liquid form in the container 21. Indeed, the container 21 is calorically insulated from the actual reaction chamber (it does not touch the wall 6 brought to high temperature) and, therefore, the temperature in this container 21, significantly lower than. that of the walls 22 is sufficiently low for condensation to occur there. The metal vapors pass above the container 21, because the passage located between the lower wall of this container and the wall 6 is provided with a cover 45a, and the metal vapors come to condense in this container 21. This container is in continued removed by opening the cover 10.
One could also provide the cover 10 with a conduit and a valve, as indicated at 11 and 12 on fi-. 1, to allow the easy extraction of the condensed metal on the inside face of the cover 10 in relation. cold of the fact. of its contact with the atmosphere.
In fig. 3 and 4 is shown a vertical oven which comprises the same main arrangements as those shown in FIGS. 1 and 2. This furnace is specially intended for the continuous treatment of large quantities of material to be treated. Indeed. when one wishes to treat considerable quantities of material forming a compact mass, heated from the outside, one comes up against the following difficulty: the reaction first takes place on the outside, then progresses towards the outside. inside the mass, but very slowly.
For example, when the operation is carried out at a temperature of 1300 ° C., the reaction simply progresses one centimeter per hour towards the interior of the mass. It is therefore necessary to avoid having too great a thickness of reactants. As, moreover, it is desired to operate on a large quantity of material, the apparatus a. been lengthened transversely as shown in FIG. 4, the heating means being arranged along the allon - ed sides of the apparatus.
The oven shown in Figs. 3 and 4 com carries a reaction chamber limited by a refractory rnalière envelope 6a. The upper wall 4a is also made of refractory materials.
The chamber 1a has a very elongated shape and two series of electric resistors 2fi are placed along the most elongated walls of this chamber and over the entire height of this chamber where the reacting bodies are located. The chamber 1a and the electrical resistors 2a are surrounded by an outer metal wall 7a which is tight against gays.
A space 3a is thus formed between the walls 6a and 4a of the chamber 1a and the outer wall Îa. This. space 3a is filled by means of a layer 8a of refractory material which prevents the. heat inside the furnace to weaken the mechanical strength of the wall 7a.
Two condensers 9a are provided capable of being respectively placed in communication with the chamber la by means of valves 29 controlling conduits 30. The condensers 9a and space 3a are connected by respective conduits 15a and 16a provided valves 17a, 18a and, through a three-way net valve 21a, to a vacuum pump 19a operated by a motor 20a.
A valve 36 or "vacuum breaker" is provided for each of the condensers. The latter are provided with a tap 34, allowing the condensed liquid to flow into a receptacle 33. The valves 29 are actuated by means of rods 3.7 passing through the wall of the condenser through a stuffing box 44.
A loading hopper 54 is provided at the top of the oven. It is for view of a valve 53 and a cover 55. Below the valve 53 is located a sealed valve 52, and the space between this valve 52 and the valve 53, provides an airlock 40, provided a conduit 46 connected to a vacuum pump and making it possible to obtain in this airlock a vacuum as high as that created in the chamber 1a.
The chamber is terminated at its lower end by a crucible 31. A valve 32 actuated by a rod 43 allows the eva ction of the residues formed in the chamber. Placed under crucible 3-1, a chamber 44, surrounded by a sealed wall 5a, is provided with a sealed door 35 and a duct 45 connected to a vacuum pump.
It can easily be seen that, thanks to the pump 19a, the same vacuum can be produced in the condensers 9a, the chamber 1a and the space 3a. Thus, the part of the wall of the chamber 1a which is heated to high temperature is not subjected to a pressure difference on these two faces, the difference between the atmospheric pressure and the internal pressure being entirely supported by the cold wall. 7a. In order to better ensure the equality of the pressures on both sides of the wall 6a, holes can be provided in this wall and its distortion is thus avoided. Another advantage of the vacuum produced is that the heat created in the chamber 1a does not escape by convection through the space 3a.
The operation of the furnace is as follows: At the start of the operation, the material to be treated was loaded into the furnace 1a by means of the hopper 54, the sealed valve 52 and the valve 58 being open. The valve 52 and the valve 53 are then closed. The valve 29 on the right is opened, for example, as shown in FIG. 3. We open the valve 17a on the right and the valve 18a, we close the valve 17a on the left as well as the valve M on the right. The pump 19a is put into action. (when a sufficient vacuum is reached in both space 3a, the condenser 9a on the right and the chamber 1a, the current is passed through the resistors 2a.
The reaction takes place, the volatile metal is liberated and vaporized and the metallic vapors thus formed condense in the condenser 9a on the right. When the latter contains a sufficient quantity of condensed metal and we want to evacuate it, we first put the left condenser 9a in communication with the chamber la by opening the valves 29 and 17a and closing the valve 36. At this time, in the right condenser, valves 29 and 17a are closed and valve 36 is open.
The right condenser is then isolated from the chamber 1a, and the liquid can be poured into the vessel 33 by means of the valve 34. The same procedure will be taken to remove the metal formed in the left condenser, etc. . It is obvious that the two condensers can be simultaneously brought into communication with the reaction chamber 1a, it is only when the metal is removed from a condenser that it is necessary to isolate the latter.
As can be seen, the extraction of the metal formed can be carried out continuously, without it being necessary to stop the operation of the chamber 1a. It is also possible, without stopping or hindering this operation, to introduce reactants into the chamber or to evacuate the slag formed in this chamber.
For loading material during operation, chamber 54 having been filled beforehand, valve 53 is opened. Material falls into chamber 40 and fills it. The valve 53 is closed. In chamber 40, by means of conduit 46, a vacuum equal to that which exists in chamber 1a is produced. Do we then open valve 5? and the material falls into the room there. Do we close valve 5? and the action of the vacuum pump on the pipe 46 is stopped. When it is desired to evacuate the slag, one begins by producing in the chamber 44 the same vacuum as in the chamber 1a, by means of the pipe 15: one then opens valve 3? by means of the rod 43.
Then we close 3? and the action of the vacuum pump on the conduit 45 is stopped. The slag is removed from the chamber 44 after opening the sealed door 35.
The oven shown in Figs. 3 and 4 therefore allow the continuous treatment of reactant materials in considerable quantities; the extraction of the metal formed, the supply of the reacting materials and the evacuation of the slag are in fact carried out without it being necessary to interrupt the operation of the furnace, thanks to means forming an airlock.