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"Four cylindrique".
L'affinage des métaux, notamment du cuivre, comprend une série d'opérations dont il faut tenir compte dans la construction du four pour pouvoir les exécuter convenablement.
Ces opérations comprennent le chargement, la fusion, l'évacua- tion de la scorie, l'oxydation du bain par soufflage, la ré- duction de l'excès d'oxydes par perchage et la coulée du métal.
Les fours employés jusqu'ici présentent différents défauts, car on n'arrive pas à accommoder simultanément à tous les dési- derata la construction du four. Ces défauts ont trait partie à la conservation de la maçonnerie du four, partie à la rapi- dité du traitement de la charge.
Ainsi, dans les fours à sole fixe, on opérait jus- qu'ici l'oxydation du bain de cuivre en introduisant dans le bain des tuyaux d'acier et en soufflant dans le cuivre de
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1-'air comprimé. Ces tuyaux s'oxydent eux-mêmes très rapidement et il faut les remplacer fréquemment. D'autre part il est mau- vais d'employer un trop grand nombre de tuyaux, car les parois et la voûte sont fortement abimées par le cuivre projeté dans toutes les directions. Pour obvier à cet inconvénient, on a déjà proposé d'employer des fours cylindriques rotatifs dans lesquels l'air est soufflé par une série de tuyères, sensible- ment comme dans un convertisseur.
En outre on a constaté que ces fours sont beaucoup plus durables, étant donné qu'en raison de la forme strictement annulaire de la maçonnerie du four entier on peut employer exclusivement des briques de magnésie, tandis que jusqu'ici il était inadmissible d'em- ployer des briques de magnésie pour la voûte, ces briques s'affaissant et s'écaillant trop facilement. Toutefois ces fours cylindriques présentaient d'autres inconvénients qui les rendaient inutilisables dans la pratique courante. Ainsi, il était impossible de charger ces fours mécaniquement d'une façon convenable. L'évacuation de la scorie présentait égale- ment des difficultés et pour le perchage le foyer était un obstacle et empêchait de voir l'intérieur du four en entier.
En outre il était presque impossible de couler le métal au moyen d'une machine à couler, car on manquait de place pour celle-ci. Aussi n'employait-on jusqu'ici dans la pratique ces fours cylindriques que lorsqu'on voulait fondre de peti- tes charges, de l'ordre de 10 à 20 tonnes, tandis que les grandes unités, c'est-à-dire les fours dont la charge est de 100 tonnes et plus, comportent encore dans tous les cas de pratique courante une sole fixe.
D'autre part on a aussi proposé, après la fusion du cuivre, de l'introduire à l'état liquide dans un four rotatif où on n'opère que l'oxydation et de réintroduire ensuite dans @
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un four d'affinage ordinaire le cuivre oxydé. Toutefois cette proposition n'a pu non plus être réalisée, car l'accélération obtenue pour l'oxydation était compensée par la difficulté du transport aller et retour.
Finalement on trouve encore dans la littérature la description d'un four à fondre les métaux monté sur un dispo- sitif rotatif semblable à un disque. Dans ces fours, toutefois, les gaz brûlés étaient conduits dans l'enveloppe du four, et ces fours étaient destinés'à traiter seulement depetites quan- tités de métal pour l'usage des fonderies. Naturellement, dans ce cas, on ne peut pas utiliser avec profit les gaz brûlés, car à chaque pivotement la communication entre la sortie de gaz brûlés du four et le conduit d'évacuation est coupée.
L'invention a pour objet un four pour l'affinage du cuivre, qui peut tourner autour de l'axe horizontal et de l'a.xe vertical et dont l'entrée et la sortie de gaz de chauf- fe sont disposées dans l'axe central. Ce four diffère des fours connus à passage des gaz de chauffe suivant l'axe central en ce qu'il peut tourner autour de l'axe vertical et il se distingue des petits fours cylindriques montés surun dispositif pivotant par le fait que les gaz de chauffe y entrent et en sortent dans l'axe central. Grâce à cette combinaison on arrive à imprimer à un four même de grandes dimensions une rotation autour de l'axe central allant jusqu'à 3600 et à conduire néanmoins les gaz continuellement dans le carneau, éventuelle- ment en vue d'utiliser les gaz brûlés.
Précisément en raison du fait que le four peut pivoter autour de l'axe vertical, il devient possible de travailler le contenu du four en y accédant non pas par des ouvertures latérales mais suivant l'axe longi- tudinal du four, de manière que le bain entier soit visible.
Par suite, ce n'est que grâce à la combinaison suivant l'inven-
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tion qu'il devient possible de construire des fours de grandes dimensions pour l'affinage du cuivre, qui conviennent pour les installations modernes. Bien qu'une rotation du four d'un angle de 3600 procure des conditions particulièrement avantageuses au point de vue de la transmission de chaleur des briques de la paroi au cuivre, on reste cependant encore dans le cadre de l'invention lorsque le montage rotatif permet seulement un mouvement oscillant du four, car dans ce cas aussi on profite déjà de la plupart des avantages réalisables.
De préférence, la cheminée est pourvue de plusieurs ouvertures à la fois pour l'entrée des gaz, de sorte qu'on peut opérer sur le four orienté dans plusieurs positions, pendant un temps relativement long, sans craindre que les gaz brûlés sortent dans les locaux de l'installation.
Sur les dessins annexés une triple entrée de gaz est prévue à la cheminée. Cette forme d'exécution n'est donnée qu'à titre d'exemple. Dans la plupart des cas pratiques deux entrées de gaz suffiront.
En outre, il est avantageux de pouvoir incliner légè- rement le four sur l'horizontale pour faciliter l'évacuation complète de la scorie du bain. Cette aptitude du four à s'in- cliner sur l'horizontale n'est d'ailleurs également qu'une forme d'exécution avantageuse, facilitant certaines opérations exé- cutées à l'intérieur du four. Quand pour des raisons économi- ques, c'est-à-dire pour réduire au minimum le coût de la cons- truction, on s'abstient de rendre le four inclinable, on peut le faire sans sortir du cadre de l'invention.
Pour décrire la construction du four, on se référera ci-après au dessin annexé, dans lequel
Fig. 1 est une coupe longitudinale du four,
Fig. 2 en est une vue en plan prise d'au-dessus et
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1 est l'enveloppe du four tapissée de maçonnerie 2.
Le chauffage est opéré par l'antichambre 3 au moyen du brû- leur 4. Comme pour les fours d'affinage connus, on peut em- ployer à cet effet des combustibles solides, liquides ou gazeux, c'est-à-dire qu'on peutavoir une flamme d'huile, de gaz ou de charbon pulvérisé. Le four lui-même ne comporte que les ouvertures 5 et 6 qui servent respectivement d'entrée et de sortie des gaz de flamme, aucune autre grande ouverture n'étant prévue dans le four. Il y a une série de tuyères 7 par lesquelles on envoie le vent dans le bain. On peut naturelle- ment faire abstraction de la série de tuyères, et au lieu de souffler le vent dans le bain on peut l'introduire de la ma- nière usuelle au moyen de tuyaux en acier raccordés à des conduites flexibles.
Toutefois, dans certains cas, la série de tuyères permet de réduire le temps de soufflage, car on assure de cette manière un contact plus énergique et plus uniforme de l'air et du cuivre fondu. Quand on emploie des tuyères, il faut lors de la fusion veiller à ce que le four ne puisse plus tourner d'un angle complet de 360 . Dans ces cas on emploie de préférence une transmission à renversement de marche qui imprime au four un mouvement oscillant de va-et- vient.
Sur la Fig. 3, où le four est représenté en coupe transversale, on voit que le vent est amené aux différentes tuyères à travers la boîte à vent 8. Un compresseur refoule le vent de soufflage nécessaire par une conduite flexible, non représentée. 9 est le métal fondu à affiner, 10 est le carneau menant les gaz à la cheminée ; peut intercaler de la manière usuelle un dispositif de récupération des chaleurs perdues, par exemple une installation de chaudières à vapeur.
Le four lui-même est monté à rotation, au moyen des cercles de roulement 11, sur des galets 12 et il repose sur le siège 13. n -
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Les galets et le siège sont eux-mêmes fixés sur une plaque tournante 14 qui à son tour est inclinable au moyen d'un dispositif 15.
En service on procède par exemple de la manière suivante:
Pour charger le four, on le tourne dans la position A-A1 ou B-B1 représentée en pointillés sur la Fig. 2. Dans la position B-B1 on peut opérer un chauffage supplémentaire, car dans cette position l'ouverture de sortie 6 est raccordée au carneau de cheminée. Après avoir chargé le four à moitié dans la position A-A1 ou B-Bl., on le tourne de 180 autour de son axe vertical,de sorte que l'ouverture de sortie 6, qui était au point A1 ou B1, vient alors au point A ou B. Dans cette position on achève le chargement en remplissant l'autre moitié du four et on replace ensuite le four dans la position C-C1.
Alors commence la fusion et on profite encore de l'avantage spécial qu'après la fusion on peut imprimer de nouveau un pi- votement de 180 à la moitié du four orientée vers le brûleur, de telle manière que la sortie 6 du four qui était en C1, vienne en regard du brûleur où la partie non encore fondue du métal est exposée à l'action directe de la flamme.
Lorsque la charge est complètement fondue, on replace le four dans la position B-B1 pour évacuer la scorie. On met profit pour cette évacuation la possibilité d'incliner le four sur l'horizontale, permise par le dispositif 15, et on incline le four jusqu'à ce que la scorie commence presque à déborder. Quand l' évacuation de la scorie est terminée, on replace le four dans la position C-C1 et on levait tourner ensuite autour de son axe horizontal jusqu'à ce que les ori- fices des tuyères viennent en-dessous du niveau du bain. En même temps on raccorde les tuyères à la conduite de vent et on souffle dans lebain de l'air comprimé. Dans cette position, on
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peut chauffer le charge continuellement pendant le soufflage.
Quand il s'est formé suffisamment de scorie, on tourne le four dans la position B-B1 et on évacue de nouveau la scorie.
Même dans cette position on peut au besoin continuer l'oxyda- tion ou interrompre celle-ci si on le désire, car l'ouverture de sortie 6 est encore raccordée à la cheminée en B1, de sorte que les gaz qui se forment peuvent sans difficulté partir par la cheminée.
Après l'achèvement de l'oxydation on procède au perchage dans la position B-B1 ou D-D1 et dans ces deux posi- tions on peut encore évacuer directement dans la cheminée les gaz produits par le perchage, sans incommoder l'entourage.
Après l'achèvement du perchage, on tourne de nouveau le four dans la position C-C1 et on coule le cuivre, en main- tenant constante l'inclinaison du four, sur la machine à cou- ler 16 dont les détails étant usuels, ne sont pas décrits.
Le cuivre s'écoule du four par le trou de coulée 17. Etant donné que dans cette position le chemin parcouru par le cuivre jusqu'à la machine à couler est relativement long, on peut aussi prévoir la possibilité de couler dans la position B-B1 ou A-A1. Dans ces cas il est avantageux de situer à un autre endroit le trou de coulée, par exemple en 171. La coulée dans la position B-B1 présente comparativement à la position A-A1 l'avantage qu'on peut procéder à un chauffage supplémentaire continu. Ceci peut être exécuté avantageusement en disposant sur un rail non représenté la tête de brûleur 3 et le brûleur 4, de manière qu'on puisse les déplacer de la position C dans la position B.
Il ressort de la description des différentes opéra- tions qu'une installation de four d'affinage telle que décri- te ci-dessus présente une série d'avantages qui la distinguent
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de toutes les constructions employées jusqu'ici. Ainsi, en pre- mier lieu, du fait qu'on a supprimé complètement les ouvertu- res de l'enveloppe de la partie cylindrique du four, à l'excep- tion des tuyères et des petits trous de coulée qui ne sont ou- verts que pendant la vidange du four, on assure à celui-ci la possibilité de tourner complètement de 360 . Par suite, on peut faire tourner le four autour de l'axe horizontal déjà pendant la fusion et assurer ainsi une meilleure transmission de chaleur directe aux parties non encore fondues de la charge.
En effet, comme on le sait, précisément la fusion du cuivre reposant sur la sole refroidie demande la majeure partie du temps requis pour la fusion. En outre, on favorise tout par- ticulièrement la fusion du fait qu'on peut faire pivoter com- plètement le four, de manière que la partie de la charge ad- jacente à la sortie des gaz puisse venir directement en regard de la flamme du brûleur. Grâce à ces deux possibilités on ar- rive à une fusion notablement plus rapide que dans les fours d'affinage connus.
On facilite également l'évacuation des scories en comparaison des fours à sole fixe ainsi que des fours cylin- driques employés jusqu'ici. Le pivotement du four dans la position B-B1 permet le travail dans l'axe longitudinal et assure par conséquent une bonne visibilité, tandis que l'in- clinaison légère qu'on peut imprimer au four permet en même temps de maintenir constamment le niveau du bain à la hauteur précise des ouvertures d'évacuation de lascorie.
L'oxydation au moyen de tuyères de soufflage s'opère en un temps beaucoup plus court que dans les fours à sole fixe. En comparaison des petits fours cylindriques, il y a encore l'avantage que tout le four est tapissé d'une maçonne- rie strictement annulaire. On évite les interruptions de tra- vail qui jusqu'ici étaient nécessaires et on assure au four,
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blement plus longue.
Au lieu de maçonnerie four, on peut aussi procéder par damage, pour réduire davantage encore le coût de la cons- truction.
Le perchage et la coulée du métal correspondent sensiblement aux opérations courantes.
En résumé, on réduit ainsi notablement la durée des différentes phases de travail, de sorte que soit on obtient un débit plus élevé par unité de temps, soit on peut employer à égalité de débit un four de dimensions plus réduites. De plus, on assure une plus grande durabilité et, de ce fait, un ren- dement encore accru.
R E V E N@D I C A T 1 0 N S
1.- Four cylindrique pour l'affinage du cuivre, capa- ble de tourner autour de son axe horizontal et de son axe ver- tical,caractérisé en ce que l'entrée et la sortie des gaz de chauffage sont disposées dans l'axe central du four.
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"Cylindrical oven".
The refining of metals, especially copper, comprises a series of operations which must be taken into account in the construction of the furnace in order to be able to perform them properly.
These operations include charging, smelting, slag removal, oxidation of the bath by blowing, reduction of excess oxides by perching, and metal casting.
The ovens employed heretofore have various faults, since it is not possible to simultaneously accommodate all the desired construction of the oven. These faults relate partly to the conservation of the masonry of the furnace, partly to the speed of treatment of the load.
Thus, in fixed hearth furnaces, the oxidation of the copper bath was carried out until now by introducing steel pipes into the bath and blowing the copper with
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1-compressed air. These hoses oxidize on their own very quickly and need to be replaced frequently. On the other hand, it is wrong to use too many pipes, because the walls and the vault are badly damaged by the copper projected in all directions. To obviate this drawback, it has already been proposed to use rotary cylindrical furnaces in which the air is blown by a series of nozzles, much like in a converter.
In addition, it has been found that these ovens are much more durable, since due to the strictly annular shape of the masonry of the entire oven it is possible to use exclusively magnesia bricks, while until now it was inadmissible to em - bend magnesia bricks for the vault, these bricks sagging and flaking too easily. However, these cylindrical furnaces had other drawbacks which made them unusable in current practice. Thus, it was impossible to load these ovens mechanically in a suitable manner. The slag evacuation also presented difficulties and for the perching the hearth was an obstacle and made it impossible to see the entire interior of the furnace.
In addition, it was almost impossible to cast the metal by means of a casting machine, because there was insufficient space for it. So far, these cylindrical furnaces have thus far been used in practice only when small loads, of the order of 10 to 20 tonnes, were desired, while large units, that is to say furnaces with a load of 100 tonnes or more still include, in all cases of common practice, a fixed hearth.
On the other hand, it has also been proposed, after melting the copper, to introduce it in the liquid state into a rotary kiln where only the oxidation is carried out and then to reintroduce it into @
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an ordinary refining furnace oxidized copper. However, this proposal could not be realized either, because the acceleration obtained for the oxidation was compensated by the difficulty of the outward and return transport.
Finally, there is also a description in the literature of a metal melting furnace mounted on a rotating disc-like device. In these furnaces, however, the flue gases were conducted into the furnace casing, and these furnaces were intended to process only small amounts of metal for foundry use. Naturally, in this case, the burnt gases cannot be used profitably, because at each pivoting the communication between the burnt gas outlet of the furnace and the exhaust duct is cut off.
The object of the invention is a furnace for refining copper, which can rotate about the horizontal axis and the vertical axis and whose heating gas inlet and outlet are arranged in the furnace. central axis. This furnace differs from known furnaces with passage of the heating gases along the central axis in that it can rotate around the vertical axis and it differs from small cylindrical ovens mounted on a pivoting device in that the heating gases enter and exit in the central axis. Thanks to this combination it is possible to impart to a furnace, even of large dimensions, a rotation around the central axis of up to 3600 and nevertheless to drive the gases continuously into the flue, possibly with a view to using the burnt gases. .
Precisely due to the fact that the oven can pivot around the vertical axis, it becomes possible to work the contents of the oven by accessing them not through side openings but along the longitudinal axis of the oven, so that the entire bath is visible.
Consequently, it is only thanks to the combination according to the invention
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tion that it becomes possible to construct large-scale furnaces for copper refining, which are suitable for modern installations. Although a rotation of the furnace through an angle of 3600 provides particularly advantageous conditions from the point of view of the transfer of heat from the bricks of the wall to the copper, it nevertheless remains within the scope of the invention when the rotary assembly allows only an oscillating movement of the oven, because in this case too most of the achievable advantages are already realized.
Preferably, the chimney is provided with several openings at the same time for the entry of the gases, so that one can operate on the furnace oriented in several positions, for a relatively long time, without fear that the burnt gases exit in the premises of the installation.
In the accompanying drawings a triple gas inlet is provided at the chimney. This embodiment is given only by way of example. In most practical cases two gas inlets will suffice.
In addition, it is advantageous to be able to tilt the furnace slightly to the horizontal to facilitate the complete removal of the slag from the bath. This ability of the oven to tilt horizontally is moreover also only an advantageous embodiment, facilitating certain operations carried out inside the oven. When, for economic reasons, that is to say to reduce the cost of the construction to a minimum, the furnace is not made to tilt, this can be done without departing from the scope of the invention.
To describe the construction of the furnace, reference will be made hereinafter to the accompanying drawing, in which
Fig. 1 is a longitudinal section of the oven,
Fig. 2 is a plan view from above and
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1 is the oven shell lined with masonry 2.
Heating is carried out by the anteroom 3 by means of the burner 4. As with the known refining furnaces, solid, liquid or gaseous fuels can be used for this purpose, that is to say You can have an oil, gas or pulverized coal flame. The oven itself has only the openings 5 and 6 which respectively serve as the inlet and outlet of the flame gases, no other large opening being provided in the oven. There is a series of nozzles 7 through which the wind is sent into the bath. Of course, the series of nozzles can be ignored, and instead of blowing the wind into the bath, it can be introduced in the usual way by means of steel pipes connected to flexible conduits.
However, in some cases the series of nozzles makes it possible to reduce the blowing time, since this ensures a more vigorous and uniform contact of the air and the molten copper. When using nozzles, care must be taken during melting that the furnace can no longer rotate through a full 360 angle. In these cases, a reversing transmission is preferably employed which gives the oven an oscillating back and forth movement.
In Fig. 3, where the furnace is shown in cross section, it can be seen that the wind is brought to the various nozzles through the wind box 8. A compressor delivers the necessary blowing wind through a flexible pipe, not shown. 9 is the molten metal to be refined, 10 is the flue leading the gases to the chimney; can insert in the usual manner a waste heat recovery device, for example a steam boiler installation.
The oven itself is rotatably mounted, by means of the rolling circles 11, on rollers 12 and it rests on the seat 13. n -
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The rollers and the seat are themselves fixed to a turntable 14 which in turn is tiltable by means of a device 15.
In service, the procedure is for example as follows:
To load the oven, turn it to position A-A1 or B-B1 shown in dotted lines in Fig. 2. In position B-B1 it is possible to operate additional heating, because in this position the outlet opening 6 is connected to the chimney flue. After loading the oven halfway in position A-A1 or B-Bl., It is rotated 180 around its vertical axis, so that the outlet opening 6, which was at point A1 or B1, then comes at point A or B. In this position, loading is completed by filling the other half of the oven and then replacing the oven in position C-C1.
Then the melting begins and we still enjoy the special advantage that after the melting we can again print a pivot of 180 to the half of the furnace facing the burner, so that the outlet 6 of the furnace which was in C1, comes opposite the burner where the not yet molten part of the metal is exposed to the direct action of the flame.
When the load is completely melted, the furnace is returned to position B-B1 to remove the slag. For this evacuation, advantage is taken of the possibility of tilting the furnace to the horizontal, permitted by the device 15, and the furnace is tilted until the slag almost begins to overflow. When the slag removal is complete, the furnace is returned to position C-C1 and then lifted to rotate around its horizontal axis until the nozzle orifices come below the level of the bath. At the same time the nozzles are connected to the wind pipe and compressed air is blown into the bath. In this position, we
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can heat the load continuously while blowing.
When sufficient slag has formed, the furnace is turned to position B-B1 and the slag is discharged again.
Even in this position, the oxidation can be continued if necessary or interrupted if desired, because the outlet opening 6 is still connected to the chimney at B1, so that the gases which form can without difficulty leaving through the fireplace.
After the oxidation has been completed, the perching is carried out in position B-B1 or D-D1 and in these two positions it is still possible to evacuate the gases produced by the perching directly into the chimney, without disturbing the surroundings.
After the completion of the perching, the furnace is turned again to position C-C1 and the copper is poured, keeping the inclination of the furnace constant, on the casting machine 16, the details of which are usual, are not described.
The copper flows out of the furnace through the tap hole 17. Since in this position the path traveled by the copper to the casting machine is relatively long, it is also possible to provide the possibility of casting in the B- position. B1 or A-A1. In these cases it is advantageous to locate the taphole at another location, for example at 171. Casting in position B-B1 has the advantage compared to position A-A1 that additional heating can be carried out. continued. This can be carried out advantageously by arranging on a rail, not shown, the burner head 3 and the burner 4, so that they can be moved from position C to position B.
It emerges from the description of the various operations that a refining furnace installation as described above has a series of advantages which distinguish it.
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of all constructions hitherto employed. Thus, in the first place, because the openings in the casing of the cylindrical part of the furnace have been completely eliminated, with the exception of the tuyeres and the small tap holes which are not or- green that when emptying the oven, it is guaranteed the possibility of turning completely 360. As a result, the furnace can be made to rotate around the horizontal axis already during the melting and thus ensure better direct heat transmission to the not yet melted parts of the charge.
Indeed, as we know, precisely the melting of copper resting on the cooled hearth requires most of the time required for melting. In addition, the melting is particularly favored by the fact that the furnace can be completely pivoted so that the part of the charge adjacent to the gas outlet can come directly opposite the flame of the furnace. burner. Thanks to these two possibilities, a considerably faster melting is achieved than in known refining furnaces.
The slag removal is also facilitated in comparison with the fixed hearth furnaces as well as the cylindrical furnaces employed heretofore. The pivoting of the furnace in position B-B1 allows work in the longitudinal axis and therefore ensures good visibility, while the slight inclination that can be imparted to the furnace allows at the same time to constantly maintain the level. bath at the precise height of the ascorie drain openings.
The oxidation by means of blowing nozzles takes place in a much shorter time than in fixed hearth furnaces. In comparison with small cylindrical ovens, there is also the advantage that the whole oven is lined with strictly annular masonry. We avoid the work interruptions that were necessary until now and we ensure in the oven,
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much longer.
Instead of kiln masonry, it is also possible to use tamping, to further reduce the cost of construction.
The perching and the casting of the metal correspond substantially to the current operations.
To sum up, the duration of the various working phases is thus significantly reduced, so that either a higher flow rate per unit of time is obtained, or a furnace of smaller dimensions can be used at equal flow rate. In addition, greater durability is ensured and thus an even higher yield.
R E V E N @ D I C A T 1 0 N S
1.- Cylindrical furnace for refining copper, capable of rotating about its horizontal axis and its vertical axis, characterized in that the inlet and outlet of the heating gases are arranged in the axis central oven.