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EMI1.1
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"Méthode et appareil pour l'obtention de températures élevées de fusion"
La présente invention a pour objet une méthode et un appareil pour obtenir continuellement des températu- res de combustion élevées dans des conditions convenables pour la fusion de matériaux et pour d'autres applications.
Elle est spécialement établie et particulièrement adaptée pour la fusion continuelle de matériaux céramiques réfrac- taires ayant une température de fusion élevée, tels que par exemple : argilesréfractaires, kaolins, bauxite, cya- nite, etc... qui tous ont une température de fusion supé- rieure à 1595 C et pour l'utilisation du produit fondu en vue de la fabrication de fibre réfractaire améliorée, pro- duits réfractaires fondus et coulés, grogs et autres sem- blables.
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Les matériaux ayant une température de fusion su- périeure à 1595 C avaient été jusqu'à présent en fait, au point de vue industriel, fondus dans des fours électriques, mais, en raison de l'immobilisation du capital considéra- ble, du rendement relativement faible et des frais d'opéra- tion élevée, cet appareil au point de vue industril pratique ne convient pas quand il s'agit de fondre de grosses quanti- tés de matériaux à utiliser dans des produits de prix rela- tivement faible.
En outre, l'atmosphère dans la zone de fu- sion d'un four de fusion à arc électrique est, par sa nature même, réductrice, ce qui empêche d'employer un appareil de ce genre pour la fusion de tous les matériaux qui nécessitent une atmosphère neutre ou réductrice dans la zone de fusion ou pour lesquels une atmosphère de ce genre présente des avantages.
Quelques matériaux réfractaires tels que ceux qui sont la.rgement employés dans l'industrie pour la fabrication du verre ou de la laine de scories par exemple peuvent être facilement fondus dans un four à cubilot en les mélangeant et en les brulant avec du coke par suite de la température de fusion relativement basse de ces matériaux, température allant généralement de 815 à. 1370 .C. Lorsque la matière pre- mière a une température de fusion comprise dans la partie haute de cette échelle de température, on a l'habitude d'a- jouter des quantités variables d'un fondant tel que le cal- caire, la dolomie, le spath-fluor ou le feldspath pour abais- ser jusqu'à la valeur qu'on désire, le point de fusion du mé- lange qui en résulte.
Dans des conditions de ce genre, on peut arriver à une marche continue pendant de longues pé- riodes et avec des vitesses de production de produits fondus intéressantes. La masse fondue s'écoule du four cubilot à une température qui est comprise généralement entre 1150 et 1425 C en formant un courant qui peut être rétréci jusqu'à l'épaisseur d'une fibre en utilisant différentes méthodes telles que l'injection d'air ou de vapeur à très grande vi- tesse dans le courant, de façon à amincir la matière fondue
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en lui donnant la forme de fibres de diverses longueurs.
Le produit du four à cubilot peut être modifié dans une certaine mesure en faisant varier le rapport coke de la charge , mais ceci comporte une perte de plusieurs heures avant que le résultat soit obtenu.
Un des principaux emplois de la laine minérale du type décrit consiste à préparer des matériaux isolants au point de vue calorifique. La limite supérieure de tempéra- ture d'emploi de ce matériau est déterminée par la tempéra- ture à laquelle la recristallisation se produit avec une ampleur suffisante pour rendre les fibres cassantes et di- minuer leur résistance. A cette température connue sous le nom de température de "dévitrification" le matériau perd son aspect vitreux pour prendre une structure cristalline.
Des essais effectués sur les marques de laines minérales les plus connues dans le commerce et qu'on peut trouver ac- tuellement sur le marché ont montré qu'aucune d'elles ne se trouve plus dans un état satisfaisant après avoir été expo- sée pendant 24 heures à 7300 C par suite de la recristalli- sation excessive à cette température. Les limites supérieu- res de température que recommande le fabricant pour l'emploi de ces laines minérales sont donc limitées à l'intervalle compris entre les températures de 480 à 650 C.
Le but général de la présente invention consiste donc à réaliser un procédé et un appareil pour fondre d'une façon continue des matériaux à haute température et plus particulièrement des matériaux réfractaires formés de sili- cates d'alumine tels que les argiles réfractaires, les kao- lins, le bauxite, le cyanite, le sillimanite et le topaze, ayant un point de fusion compris entre les limites de 1595 et 1845 C.
Un autre objet de l'invention est encore la réa- lisation d'un procédé et d'un appareil pour fondre les ma- tériaux du caractère spécifié ci-dessus, permettant un con- trôle rapide et efficace de la température, de la viscosité et de la composition chimique du produit fondu. Un autre
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objet de l'invention, est la réalisation d'un four de fusion et d'une méthode de travail pour y maintenir constamment les températures de la flamme pour la combustion d'un com- bustible fluide relativement bon marché, entre les limites de température pour lesquelles:,.on avait employé jusqu'ici des fours chauffés électriquement.
Un autre objet spécifique de l'invention est la réalisation d'un appareil pour charger continuellement des matériaux réfracta.ires céramiques, maté- riaux ayant une température de fusion dépassant 1595 C. en fondant ces matériaux dans des conditions de fusion sen- siblement uniformes, soit en atmosphère oxydante, soit en atmosphère réductrice, et en déchargeant les matériaux fon- dus d'une façon plus ou moins complète (à un état plus ou moins liquide) cette décharge s'effectuant d'une façon sen- siblement continue.
Un autre objet spécifique de cette invention est la réalisation d'une méthode et d'un appareil pour fabriquer d'une façon continue une laine minérale s'accomodant de températures d'utilisation supérieure à 1095 C, ayant une teneur en alcalis très faible, une flexibilité et une résis- tance élevées, une conductibilité faible pour la chaleur et une forte résistance à l'attaque de la vapeur d'eau à des températures élevées.
Un autre objet spécifique de cette invention est la réalisation d'une méthode et d'un appareil pour fabriquer de éléments de grog et de formes réfractaires fondues et moulées présentant une forte résistance à la charge à chaud et une stabilité de volume améliorée entre de larges limites de températures.
Un autre objet spécifique de cette invention est la réalisation d'une méthode et d'un appareil pour fabriquer du grog à température élevée avec des matériaux céramiques bruts tel que le minerai de pays cyanite ayant ordinairement une grosseur de grain beaucoup trop faible pour la fabrica- tion du grog.
Les différentes nouveautés qui caractérisent l'in-
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vention sont précisées d'une façon plus particulière dans les revendications annexées à cette description dont elles font du reste partie. Pour mieux comprendre l'invention, les avantages que présente la marche de l'opération et les ré- sultats spécifiques que l'invention permet d'obtenir, on se reportera aux dessins ci-joints et à la description, dans lesquels a été représentée et décrite une forme d'application préférée de l'invention.
Dans les dessins:
La fig. 1 est une représentation un peu schématique d'une forme préférée de l'appareil tel qu'il est utilisé pour la fabrication de la laine minérale;
La fig. 2 est une coupe verticale agrandie du pot de fusion et une partie du four tournant représenté schéma- tiquement dans la fig. 1.
La fig. 3 est une section verticale de l'appareil représenté dans la fig. 2 suivant la ligne 3-3 des fig. 2 et 4 ;
La fig. 4 est une coupe en plan prise suivant la ligne 4-4 de la fig. 3;
La fig. 5 est un graphique montrant le rapport théorique entre l'air de combustion préchauffé et la tempé- rature de la flamme pour du fuel oil n 2 avec 100 % d'air total et la fig. 6 est un graphique montrant les températu- res réelles du four à différents degrés de préchauffage de l'air.
Les appareils pour préchauffer l'air de combustion sont généralement logés sur le trajet des gaz d'échappement et de la plupart des gros appareils consommant du combusti- ble, tels qu'une chaudière à vapeur pour améliorer le ren- dement thermique total de l'appareil, pour faire revenir dans la chambre de combustion la chaleur récupérée de cette maniè- re. On a généralement reconnu que ce préchauffage de l'air de combustion a également pour effet une augmentation des tem- pératures dans la chambre de combustion. Cependant, l'augmen-
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tation de la température de la flamme est relativement fai- ble car, en général, le maximum qu'on peut obtenir pour la température de l'air est de l'ordre de 205 à 315 C.
Les préchauffeurs d'air à tube métallique et à plaque sont limi- tés dans tous les cas par la limite de température-pression des métaux utilisés dans leur construction et, même avec les alliages métalliques très résistants aux hautes températures, les préchauffeurs d'air fournissent rarement de l'air à des températures dépassant 655 C. On arrive à obtenir des tem- pératures d'air supérieures avec des tuyaux de préchauffage formés de matériaux réfractaires tels que le carbure de silicium ou l'oxyde d'aluminium, mais il est difficile de maintenir l'étanchéité aux gaz dans un appareil de ce genre même avec des pressions modérées.
On peut cependant arriver à préchauffer l'airune température élevée avec des pré- chauffeurs d'air du type à régénération dans lesquels les gaz de chauffage et l'a.ir passent sur une surface réfractai- re échangeuse de chaleur relativement fixe et cela suivant des cycles alternés. Les inconvénients d'un appareil de ce genre consistent dans son encombrement, dans les grosses fluctuations de températures de sortie de l'air, dans la né- cessité d'avoir des soupapes à retour dans des endroits très chauds et dans les problèmes à résoudre au point de vue de l'étanchéité.
Suivant l'invention, on peut maintenir une tempé- rature de flamme uniforme, sensiblement au-dessus de 1650 C, et cela au moyen d'une construction spéciale composée d'un four de fusion en y brulant un combustible fluide bon marché en présence de la quantité d'air de combustion que l'on dé- sire à une température élevée uniforme, réglable.
La source de l'air préchauffé à haute température est, de préférence, un ensemble de chauffage à combustible fluide du type repré- senté dans la fige 1 ci-après et comprend un caisson étanche au gaz garni de matière réfractaire à haute température, cais. son comprenant une chambre de chauffage du dessus 10 remplie normalement en partie d'une masse mobile d'un matériau 11 perméable aux gaz et servant au transport de la chaleur,
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adapté de façon a être chauffé par les gaz à haute tempéra- ture pendant qu'ils passent et une chambre de chauffage 12 reliée au précédent et placée au dessous pour absorber la chaleur ou pour le chauffage par fluide,
cette chambre étant normalement complètement remplie d'une masse mobile du maté- riau réfractaire chauffé à partir de la chambre supérieure qui est utilisée pour chauffer l'air à utiliser pour la com- bustion dans le four de fusion associé à ces dispositifs et ceci à une température fixée d'avance? Un dispositif d'alimen- tation 15 et un élévateur 16 reçoivent le matériau réfractai- re refroidi venant de la chambre inférieure 12 et le ramenant à la partie supérieure de la chambre de dessus. On utilise un système de contrôle réglable pour régler la pression dans la marche de l'opération aussi bien dans la chambre de dessus que dans la chambre de dessous.
Les chambres du dessus et celle du dessous sont reliées par une partie verticale étran- glée 17 ne devant pas se boucher et d'un diamètre réduit, nor- malement rempli du matériau qui sert à transporter la chaleur.
Le matériau réfractaire qui sert ainsi à ce trans- port de la chaleur se présente, de préférence, sous forme de petites billes ou boulets sphériques d'un diamètre variant entre 12,5 et 6 millimètres et formés d'une composition cui- te suffisamment dure pour résister à l'usure et très résis- tante aux chocs thermiques ou autres. La composition de ces billes doit être suffisamment réfractaire pour qu'il ne se produise pas de ramollissement ou de commencement de fusion dans la chambre du dessus, ce qui provoquerait un tassement et un engorgement du lit mobile. La kaolin, la mullite et l'alumine à 85% ont tous été employés avec succès comme cons- tituant de base de la composition des billes.
Ces billes sont fabriquées en comprimant dans une filière un mélange réfractaire sous forme plastique, de fa- çon à en former une sorte de cylindre que l'on découpe, après quoi on donne à ces morceaux la forme sphérique, on sèche et on cuit au four les billes obtenues. Il faut environ 30 à 50 minutes pour qu'une bille fasse le tour complet de l'ensemble
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et l'on peut du reste modifier cette vitesse en réglant les vitesses de l'appareil d'alimentation et de l'élévateur pour contrôler de cette façon la, température du fluide à chauffer.
La masse des billes dans la chambre de dessus est chauffée en amenant le combustible venant d'une canalisa- tion d'alimentation 16 et l'air de combustion fourni par un ventilateur 20 et un tuyau 18 contrôlé par une soupape et conduisant à un ou plusieurs bruleurs 21 qui débouchent tan- gentiellement dans une chambre de combustion annulaire 22 placée autour et déchargeant les gaz de chauffage dans la partie basse de la chambre du dessus. Les gaz de chauffage se propagent de bas en haut à travers la masse des billes jusqu'à un carneau allant à la cheminée 23 dans lequel se trouve un registre de contrôle 24.
Un second tuyau d'alimen- tation d'air contrôlé par soupape 25, relié au ventilateur 20, amène l'air sous une certaine pression constante à une chambre d'arrivée d'air 26 entourant l'extrémité basse de la chambre du dessous d'où il s'écoule de bas en haut au travers de la masse des billes portée à une température élevée qui est continue jusqu'à une chambre de sortie 27 de l'air préchauffé entourant la partie étranglée 17. Un tuyau de décharge d'air 28 à chemise réfractaire contrôlé par une soupape conduit l'air à une température élevée au four ou pot de fusion 30 qui est décrit plus loin.
Des mo- yens convenables de contrôle sont disposés pour assurer une alimentation ininterrompue d'air à une température éle- vée, déterminée d'avance, et à une certaine pression cons- tante au tuyau 28.
Voici des chiffres concernant la marche d'une opé- ration avec un appareil de préchauffage d'air du type qui vient d'être décrit: - Température d'entrée de l'air en C. 40 - Température de sortie de l'air en C. 1.195 - Poids d'air préchauffé en Kgs et à l'heure 815 - Calories en conbustible par heure 443.550 - Poids de gaz de combustion en Kgs et par heure 1.014 -Circulation des billes en Kgs et par heure 975
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- Température de sortie du gaz de combustion en C 420
La capacité d'un appareil de préchauffage d'air du type décrit pour amener d'une façon continue de fortes quan- tités d'air préchauffé à une vitesse uniforme et à une tempé- rature élevée permet de maintenir une température de flamme uniforme élevée dans une chambre de combustion associée au préchauffeur d'air.
Dans la fig. 5 l'on a représenté les tem- pératures de flamme théoriques que l'on peut obtenir avec un fuel oil n 2 et une combustion à 100 % d'air en utilisant de l'air préchauffé à différentes températures. Le graphique est basé sur des calculs tenant compte des corrections pour l'a- baissement de la température de la flamme dû à la dissocia- tion des produits de combustion.
La fig. 6 représente une courbe de températures relevées obtenue dans un four réfractaire chauffé au pétrole, du type décrit plus loin quand on utilise de l'air de combus- tion préchauffé à plusieurs températures différentes. La par- tie supérieure de cette courbe est en pointillé pour indiquer que l'équilibre n'avait pas été établi car il était nécessai- re dans cet essai de fermer le four quand la température mon- tait à un niveau élevé pour éviter des dégâts à la voute du four qui était en alumine réfractaire.
La température du four qui en résulte avec de l'air préchauffé à 983 C. par exemple et qui est voisine de 2040 C convient pour fondre rapidement des argiles réfractaires, des kaolins, de la cyanite, de la mullite, de la bauxite et beaucoup d'autres matériaux et s'approche de la température nécessaire pour opérer la fusion de l'alumine (2.050 C).
Le four ou pot de fusion 50 est porté par des sup- ports convenables 31 et, comme le représentent les figures 2 à 4, il se compose d'une chemise extérieure 32 en section d'acier de coupe horizontale circulaire, renfermant une cham- bre de fusion 34 de section circulaire horizontale sensible- ment circulaire qui est limitée par des parois épaisses de matériaux réfractaires résistant à des températures élevées, une partie de ces parois étant refroidies par de l'eau pour les maintenir en bon état.
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La construction du pot représenté est établie spé- cialement en vue de la fusion des kaolins et, dans ce but, les parois donnant à l'intérieur sont formées surtout de blocs d'alumine 36 recouverte sur leur face externe de blocs de brique réfractaire isolante 37 qui ont une température de service allant jusqu'à 1650 C. La surface du fond exposée est formée de blocs 38, de forme concave de kaolin damé, au dessous duquel se trouve une couche de blocs d'alumine 36 portée par plusieurs couches de briques réfractaires isolan- tes 37 résistant à des températures élevées.
Une ouverture de fusion 40 de section perpendiculaire rectangulaire allon- gée suivant la verticale est limitée par une paire de blocs latéraux 41 moulés, affilés, mais d'une façon inverse, en oxyde de chrome avec le fond ou arête par laquelle se fait la coulée limité par un bloc de carbure de silicium 43 sur le- quel coule le matériau fondu.
Des blocs 44 de zircone sont disposés de façon à porter le bloc 43 dans une position in- clinée. Un tuyau de refroidissement par eau portant des raccords convenables pour l'alimentation et l'évacuation est noyé dans le matériau réfractaire limitant les côtés de l'ouverture de fusion 40 pendant qu'un tuyau 46 à refroidis- sement par eau est noyé dans la masse réfractaire le long des trois côtés du pot de fusion au niveau de la coulée.
Comme le représente la fige 4, la sortie du produit fondu 40 est placée symétriquement le long de la ligne du centre du pot de fusion..
Sur le côté opposé de la chambre de fusion, sensi- blement décalé par rapport à sa ligne du centre et d'une fa- çon semblable par rapport la sortie de coulée 40, est pla- cée une ouverture de brûleur 50 limitée par un réfractaire d'alumine et refroidie par un tuyau à eau 51 en forme d'U noyé dans la masse réfractaire, tout près de l'ouverture in- férieure ou de décharge du brûleur incliné.
Un corps de brûleur à combustible 53 refroidi par l'eau s'étend dans le trou du brûleur 50, se trouvant placé cependant en majeure partie dans une chambre à air 54 limi- tée par une chemise 55 de brûleur à revêtement réfractaire.
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Au traers de l'extrémité inférieure de cette chemise dépas- se le corps du brûleur. Le tuyau de décharge d'air 28 à re- vêtement réfractaire communique avec un des cotés de la che- mise du brûleur 55¯ mettant en communication avec le disposi- tif d'ensemble pour le préchauffage de l'air.
Une ouverture 57 est placée au sommet de la chambre de fusion pour introduire le matériau à chauffer et pour éva- cuer à travers cette ouverture les produits gazeux de combus- tion venant de la chambre de combustion. Comme cela est re- présenté dans les figs. 2 et 3, l'ouverture 57 a une coupe transversale rectangulaire avec son axe principal parallèle et du côté opposé à la ligne de centre de la chambre à partir de l'axe de la tuyère du brûleur. L'ouverture 57 est refroi- die par de l'eau au moyen d'un tuyau d'eau 58 qui l'entoure de tous les côtés et avec sa face intérieure recouverte d'un produit réfractaire plastique à base de minerai de chrome.
Avec la construction ainsi décrite, le matériau à fondre est amené dans un étât déterminé d'avance par l'ouver- ture d'alimentation 57 et tombe sur la section de rôle 38.
Avec le préchauffeur d'air en marche comme il a été décrit, de l'air à une température élevée et du combustible sont dé- chargés par le trou du bruleur 50 avec un rapport déterminé air de façon à réaliser les conditions de combustion combustible optima et obtenir l'atmosphère de fusion que l'on désire.
Le courant de combustible qui brûle balaye tout autour la chambre de fusion au niveau de l'ouverture de coulée 40 et de bas en haut en une spirale convergente jusqu'à l'ouvertu- re 57 à travers laquelle les produits gazeux de la combustion sont évacués en contact avec le matériau qui arrive et qui doit être chauffé. La disposition relative.du trou du brû- leur 50, de l'ouverture de coulée 40 et de l'ouverture de sor- tie 57 du gaz donne à la flamme une certaine longueur de par- cours assurant la température de fusion élevée que l'on veut obtenir dans le pot de fusion, empêche la masse de s'accu- muler à l'ouverture de coulée et complète dans une large me- sure la combustion du combustible à l'intérieur du pot de fusion.
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Il est avantageux que le matériau à fondre soit amené dans la chambre de fusion après avoir été chauffé préa- lablement d'une façon convenable et, dans ce but, un four rotatif 60 est associé au fonctionnement du pot de fusion 30.
Ce four 60 est construit en matériaux réfractaires d'une fa- çon bien connue et il est porté de façon à prendre une posi- tion légèrement inclinée par des galets 61; il est actionné par l'intermédiaire d'un engrenage annulaire 62 au moyen d'un moteur électrique 63 de façon à tourner assez lentement.
La matière à fondre est amenée à la partie supérieure du four 60 au moyen d'un plan incliné 65 refroidi par de l'eau et qui reçoit le matériau d'un élévateur 66 et d'un transpor- teur 67. La partie supérieure du four tournant est imperméa- ble aux gaz avec un côté d'une chambre de dépôt 68 allongée verticalement à travers laquelle passe le plan incliné 65.
La chambre 68 a une porte 69 pour le nettoyage à sa partie inférieure et une ouverture latérale 70 vers le milieu de sa hauteur ouvrant sur un raccord allant à une cheminée 71, placée le long de la chambre de dépôt. Comme cela est indi- qué dans la f ig. 3, la ligne du centre du four rotatif 60 est légèrement décalée par exemple de 10 centimètres par rap- port à la ligne du centre du pot de fusion dans un sens oppo- sé au sens de rotation du four. Cette disposition compense le déplacement angulaire donné au matériau en déchargement et assure son dépôt dans à peu près le centre de la section formant la sôle du four de fusion.
Un raccord sensiblement imperméable aux gaz est disposé entre le four rotatif 60 et le pot de fusion fixe 30 constitué par un couvercle fixe 75 porté au somment du pot de fusion. Comme le représentent les figs. 3 et 4, ce couvercle est formé d'une chemise en acier 76 imperméable aux gaz, doublée d'un revêtement 77 en briques réfractaires aux températures élevées et d'un béton à haute température 78 moulé de façon à ménager un trou de brûleur 79 ayant son axe sensiblement en alignement avec l'axe du four 60. Une chemise de brûleur 80 s'applique au trou 79 et est disposée
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de façon a être alimentée par l'air de combustion venant du ventilateur 20 par le tuyau 18 et un tuyau latéral 81 réglé au moyen d'une soupape.
Une buse de brûleur 82 dépasse en traversant le revêtement 80 pour pénétrer dans le trou 79.
Le côté du couvercle qui se trouve contre le four rotatif est raccordé à ce dernier pendant sa rotation d'une façon sensiblement imperméable aux gaz. Le raccordement est obtenu en partie par une cornière circulaire fixe 84 refroidie par l'eau et dans laquelle vient s'appliquer l'extrémité adjacen- te du four rotatif formée de briques réfractaires aux hautes températures. Le secteur du bas de la cornière 84 est garni d'un réfractaire 85 plastique à base de minerai de chrome.
Le fond du couvercle 75 a une forme telle qu'il s'applique à l'ouverture rectangulaire 57 du pot de fusion.
Un trou de piquage 86 est ménagé près de ces ouver- tures de communication pour permettre à un ouvrier d'enlever les matières qui tendraient à obstruer les ouvertures.
Pour faire fonctionner l'appareil décrit, on met d'abord en marche l'ensemble servant au préchauffage de l'air et l'air préchauffé qu'il fournit est envoyé au pot de fu- sion 30 avant qu'on y fasse passer du matériau à f ondre. A mesure que la température de l'air augmente, la température du pot de fusion s'accroît d'une façon correspondante. Lors- que les parois du pôt réfractaire ont atteint sensiblement le rouge, on introduit un combustible fluide, tel que le fuel oil n 2 au moyen de la buse 53 du brûleur et on le fait brûler en suspension dans la chambre de fusion, la flam- me suivant le parcours qui a été indiqué. Les produits ga- zeux de combustion ou les gaz de chauffage venant de la cham- bre de combustion passent en sortant à travers l'orifice 57, et, en traversant le four tournant 60, vont au carneau de cheminée 71.
On peut mettre en marche si l'on veut le brû- leur auxiliaire 82 pour compléter l'effet de chauffage dans le four tournant des gaz venant du pot à fusion. Quand la température du pot de fusion a atteint une valeur fixe, le matériau à fondre qui peut être à l'état brut ou calciné., mais de préférence en petits morceaux ou boulets, est amené
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par le transporteur 67 à l'élévateur 66 et, en passant par le plan incliné 65, à l'extrémité supérieure du four tour- nant 60. Au fur et à mesure que la matière descend en tra- versant le four et en allant vers l'orifice d'évacuation, elle subit un traitement thermique préliminaire important qui porte sa température à une valeur de plusieurs centaines de degrés au dessous de sa température de fusion.
Cette ma- tière en petits morceaux tombe de l'extrémité inférieure du four rotatif dans la surface centrale du pot de fusion et est amenée rapidement à la température de fusion. La chambre de fusion est maintenue à une légère pression constante de telle sorte qu'une partie des gaz de chauffage s'échappera par le trou de coulée pour le maintenir chaud, tandis que le sommet du pot, le four tournant, la chambre de dépôt et la cheminée sont maintenues à une certaine dépression réglée par un re- gistre dans le raccord de la cheminée. L'orifice de sortie 40 est obstrué au début jusqu'à ce que la masse en fusion dans la chambre de fusion ait atteint les proportions et la température voulues, après quoi on brise le barrage et on décharge la matière par dessus le rebord 43.
On règle l'ali- mentation en matière et les vitesses de fusion de façon à obtenir une coulée continue de masse en fusion se déchargeant du pot. Cette matière en fusion est ensuite traitée comme on le décrira plus loin.
Le kaolin est un produit réfractaire qui constitue une matière première éminemment propre à ce travail en raison de sa grande pureté relative du fait qu'elle fond en donnant un produit blanc et qu'on peut d'autre part se le procurer à un prix relativement peu élevé. Les kaolins ont une tempéra- ture de fusion d'environ 1.785 C. et on a constaté qu'un kaolin de Géorgie par exemple correspondait sensiblement à la composition suivante: silice 45,30 alumine 39,14 oxyde de titane 1,54 oxyde de fer 0,27 chaux 0,13
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magnésie 0,04 potasse 0,15 s oude 0,10 perte au feu 13,71.
Quand on emploie le kaolin comme matière à fondre dans l'opération qui a été décrite, la matière est amenée soit à l'état brut, soit sous forme de grog fritté et on la chauffe à une température supérieure à 1555 C dans le four tournant d'où il soirt sous forme de petits morceaux de 1,5 à 2,5 centimètres au maximum. Avec cette matière la tempéra- ture de la chambre de combustion sera continuellement main- tenue entre les températures de 1890 et 8000 C. Dans une opération normale la quantité de matière amenée au four ro- tatif et la vitesse de fusion sont réglées de façon à fournir une évacuation sensiblement continuelle de kaolin fondu pen- dant de longues périodes dépendant du traitement que l'on doit faire subir ensuite à la matière fondue.
Des essais de laboratoire pour fondre du kaolin dans un creuset en graphite placé dans un four électrique à induction n'ont pas donné de résultats parce que la silice (810) se volatilisait sous forme de fumées laissant dans le creuset un résidu de couleur rouge brun.
Avec le procédé de fusion au fuel oil qui vient d'être décrit, le kaolin fondu a, au contraire, la consistan- ce ou la viscosité d'une crème épaisse.
Le kaolin ou les autres produits réfractaires fon- dus au moment où on les évacue du pot de fusion peuvent être avantageusement utilisés pour la fabrication de divers pro- duits réfractaires à hautes températures. On a constaté que le kaolin fondu est particuliètement avantageux à transformer en une laine minérale à haute température par exemple en se servant d'un injecteur 90 disposé sous le pot de fusion dans une position lui permettant d'injecter un courant d'air ou de vapeur à grande vitesse au travers du kaolin fondu pour dilacérer la masse en donnant des fibres de différentes lon- gueurs et les fibres produites se déposent dans une chambre
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92 où elles se rassemblent comme indiqué.
Alors que le kao- lin fondu quand il est refroidi lentement forme un aggrégat de verre mullite-silice, lorsqu'il est mis rapidement en contact avec de l'air ou de l'eau, il donne un verre trans- parent ou translucide non cristallin. On a constaté que les fibres de kaolin fondu qu'on trouve dans la chambre 92 cor- respondent à la composition chimique suivante: A1203 45,5 %
310ê 50,5
Feê O3 0,6
Tl Oê 2,1
CaO + MgO 0,4
P2O5 0,4
En teneur élevés en alumine et la teneur extrême- ment faible en alcalis sont particulièrement avantageuses dans la laine minérale par le fait qu'elles augmentent la température maxima à laquelle on peut soumettre la fibre quand on l'utilise particulièrement dans un milieu corrosif, du fait de sa forte résistance à la lixivration par les so- lutions avec lesquelles elle vient en contact.
Contrairement à la laine obtenue dans un cubilot, la laine de kaolin dé- crite est en outre caractérisée par le fait qu'elle ne con- tient pas de carbone. La laine de kaolin produite conformé- ment à la méthode décrite est une matière blanche, fibreuse, floconneuse ayant l'aspect d'un coton absorbant, mais un peu plus rèche et cassante.
Les essais concernant les propriétés de la laine de kaolin au point de vue de son application comme matière isolante de la chaleur ont été effectués par un laboratoire industriel indépendant. Ils ont montré que ce produit est tout-â-fait supérieurvingt marques commerciales différen- tes de matériaux fibreux isolants précédemment soumis aux essais. Les fibres de laine de kaolin ne furent pas attaquées par la vapeur deau à hautes températures qui attaque sé- rieusement la plupart des autres matériaux fibreux isolants.
On peut se rendre compte du fait qu'une température d'utili- sation de plus de 355 pouvant être autorisés, température
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supérieure à celles qu'on peut appliquer aux meilleures mar- ques commerciales de fibres pour hautes températures. On cons- tate aux essais qu'une enveloppe isolante pour la chaleur avec de la laine de kaolin de 47,65 centimètres d'épaisseur donnait la même température de surface froide (85-90 C) avec une surface à température chaude de 555 C. que deux enve- loppes de 7,65 centimètres d'épaisseur d'isolant "Fiberglas" ("Fiberglas" étant le nom commercial pour les fibres de verre fondu, filé ou étiré).
Des plaques flexibles de laine de kaolin à utiliser des températures élevées peuvent être employées avantageuse- ment en utilisant des mailles de fil d'acier pur résistant à haute température sur la surface intérieure chaude de la plaque combinée à un tissu d'amiante sur la face froide avec de la laine de kaolin bourrée à l'intérieur à une densité d'environ 4 Kgs 500 pour 30 centimètres cubes.
Des essais comparatifs entre le "Fiberglas" et la laine de kaolin ont donné les résultats suivants:
EMI18.1
<tb> Propriété <SEP> "Fiberglas" <SEP> laine <SEP> de <SEP> kaolin
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> en <SEP> microns <SEP> 3-7 <SEP> 2-4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Module <SEP> de <SEP> Young <SEP> moyen(exprimé
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> en <SEP> OKg.450 <SEP> par <SEP> 6,5 <SEP> cmê <SEP> 6,64 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 12,9 <SEP> x <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> coefficient <SEP> de <SEP> flexibilité <SEP> 1,99 <SEP> x <SEP> 10-ê <SEP> 2,39 <SEP> x <SEP> 10-ê
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> résistance(charge <SEP> de <SEP> rupture
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> exprimée <SEP> en <SEP> OKg <SEP> 450 <SEP> par <SEP> 6,5 <SEP> cm <SEP> 132.000 <SEP> 308.
<SEP> 000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Perméabilité <SEP> avec <SEP> une <SEP> vitesse <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> l'air <SEP> de <SEP> 900 <SEP> mètres <SEP> par <SEP> mnute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bourrée <SEP> à <SEP> 3 <SEP> Kgs <SEP> par <SEP> 30 <SEP> dm
<tb>
<tb>
<tb> chûte <SEP> de <SEP> pression <SEP> en <SEP> eau <SEP> 8,25 <SEP> 19,75
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bourrée <SEP> à <SEP> 4,5 <SEP> Kgs <SEP> par <SEP> 30 <SEP> dm3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> en <SEP> eau <SEP> 15 <SEP> 28,
25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> d'emploi <SEP> permise
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> une <SEP> longue <SEP> durée <SEP> 550 <SEP> C <SEP> 1110
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> une <SEP> courte <SEP> durée <SEP> 665 <SEP> C <SEP> 1278
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> fusion <SEP> en <SEP> C <SEP> environ <SEP> 1000 <SEP> 1755
<tb>
Pour les essais concernant le module de Young, le coefficient de flexibilité et la résistance calculée, on a suivi le procédé décrit dans un article intitulé "La résis-
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tance des fibres de verre" parties 1 et 2 par J.B. Murga- troyd, Journal de la Society of Glass Technology, Dec. 1944).
Le poids spécifique des fibres de kaolin était d'à peu près 2,62. On a constaté que l'indice de réfraction était compris entre 1,550 et 1,345. On réchauffa des échantillons de laine de kaolin à différentes températures jusqu'à 1778 C.
Il ne se produisit pas de recristallisation au dessous de 1450 C. A des températures situées entre 1305 et 1450 C le matériau subit quelque changement car les fibres plus lourdes devinrent visibles sous des prismes de Nicol croisés mais on ne nota pas de recristallisation. Une recristallisa- tion bien définie se produisit lorsqu'on chauffa à 1450 C, mais les cristaux étaient trop petits pour qu'on put les identifier. La fusion se produisit lorsqu'on chauffa les fi- bres à 1778 C et on constata la présence de gros cristaux de mullite. Les fibres furent soumises à des essais de fle- xion et l'on constata qu'elles conservaient encore leur bonne élasticité aprës chauffage à une température aussi élevée que 1835 C pendant cinq heures.
Les essais ci-dessus mon- traient que les fibres étaient du kaolin sensiblement pur refroidi brusquement. Avec les propriétés qui viennent d'être décrites, ces fibres peuvent être employées avec sécurité pendant de courtes périodes (par exemple 5 à 6 heures) à des températures allant jusqu'à 1278 C et pendant des périodes beaucoup plus longues à des températures allant jusqu'à 1110 C en ce qui concerne l'isolement thermique sonore et élec- trique et pour d'autres applications.
Le procédé et l'appareil décrits permettent de faire une excellente laine de mullite convenant pour des tem- pératures élevées de l'ordre indiqué pour la laine de kaolin.
Dans ce cas là, on se sert d'une composition de mullite sem- bla,ble à la suivante : Bauxite de Guinée hollandaise calcinée (48 mailles) 25,68Kgs grog de kaolin calciné (40 mailles) 14,5 Kgs Kaolin brut 9 Kgs
Cette composition fut envoyée au pot de fusion.
Etant donné qu'on peut négliger les impuretés dans le mé-
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lange, les proportions ci-dessus fourniront une mullite don- nant à l'analyse les résultats suivants: A1203 68,1 %
8102 26,5 % Fe08 2,1
T10ê 2,7
La laine de mullite parut être légèrement plus fi- ne et plus douce que la laine de kaolin.
On a aussi constaté que le kaolin fondu pouvait être également employé avantageusement dans la fabrication des blocs réfractaires fondus et coulés tels que les blocs des fours à bassin pour le verre. A cet effet, le courant de kaolin fondu est dirigé dans un moule qui peut'ou bien un moule métallique refroidi par de l'eau ou bien un moule en sable et, immédiatement après, on l'enterre dans une matière constituant un isolant thermique convenable tel que le Sil- o-cel (produit terreux à base de diatomées) soit avec le mou- le, soit âpres l'avoir enlevé du moule. Les blocs de kaolin fondu fabriqués comme on vient de la décrire ont, comme on l'a constaté, une densité de 73 Kgs par 30 décimètres cubes et un point de fusion de 1778 C. La composition chimique en est similaire à celle qu'on a trouvée pour la laine de kao- lin.
Lorsqu'on désire imiter les produits réfractaires moulés par fusion qu'on obtient au four électrique, on peut ajouter avec soin une petite quantité, par exemple 2 % de car- bone à la masse fondue dans la chambre de fusion. On a cons- taté, également que l'addition d'oxydes réfractaires tel que l'oxyde de chrome a une tendance à augmenter le point de fu- sion et la résistance à l'érosion par le verre fondu des blocs que l'on obtient ainsi. Des essais sur des fours à bas- sin pour le verre en blocs de kaolin et les autres marques commerciales de blocs moulés par fusion ont montré que les blocs de kaolin coulé sont bien supérieures au point de 'loue économique aux autres marques connues de produits réfractai- res utilisés dans ce but.
Les blocs moulés formés de bauxite fondue et aussi d'une composition de cyanite, tout en ne
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présentant pas des qualités supérieuresau point de vue de l'usage par rapport aux blocs de kaolin moules possédaient, comme on l'a constaté, des limites de température plus éle- vées au point de vue de l'emploi et représentaient une sta- bilité en volume un peu meilleure.
Le procédé et l'appareil décrits peuvent être employés avantageusement dans la fabrication du grog à uti- liser comme liant dans les formes réfractaires moulées. Une application de ce genre est ainsi la fabrication du grog de cyanite à partir de la cyanite du pays. Contrairement à la cyanite des Indes par exmmple, la cyanite de pays telle qu'el- le sort de la mine a une teneur beaucoup plus forte en impu- retés et doit être réduite à une finesse de 25 mailles ou au dessous et ensuite traitée pour éliminer les impuretés. Avec une finesse de ce genre, le minerai de cyanite peut être utilisé dans le mortier par exemple, mais elle est beaucoup trop fine pour être utilisée comme grog dans la fabrication des briques.
Avec cet appareil et ce procédé, le minerai de cyanite peut être fondu dans le pot à fusion et la masse coulée en lingots qui sont ensuite broyés de façon à obtenir un grog de la grosseur que l'on désire pour être employé dans la fabrication des briques de cyanite ou tels autres blocs de forme moulés.
Les avantages de la méthode qui consiste à utili- ser un grog dans la fabrication des blocs de forme rêfrac- taires coulés, tels que briques et blocs, que l'on obtient en fondant, en coulant et ensuite en broyant un matériau ré- fractaire jusqu'à une grosseur désirée est représentée dans les résultats d'essais comparatifs du tableau suivant où l'on compare deux séries d'échantillons d'essai ayant la même com- position mais différant par les formes de grogs utilisés.
La colonne I indique les résultats obtenus aux essais de résistance en cuisant un mélange de kaolin calciné au four tournant de grains abrasifs d'alumine et ke kaolin brut à une température de cuisson de 1690 C. La colonne B indique les résultats des essais sur des spécimens ou le grog utili- sait du kaolin fondu coulé et broyé conformément à la présen-
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te invention.
La colonne C représente les résultats des essais dans lesquels on employait un grog plus riche en alumine, préalablement fondu, coulé et broyé comme cela a été décrit en remplacement des grogs précédemment décrits
EMI22.1
<tb> A <SEP> B <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> kaolin <SEP> calciné <SEP> au <SEP> four
<tb>
<tb> rotatif <SEP> (-4M) <SEP> 70% <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kaolin <SEP> fondu <SEP> coulé <SEP> (-4M)- <SEP> 70 <SEP> % <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bauxite <SEP> d'Enfaula <SEP> fondue
<tb>
<tb> coulée <SEP> (-4M) <SEP> - <SEP> - <SEP> 70 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> rain <SEP> abrasif <SEP> à <SEP> 94% <SEP> d'alumine
<tb>
<tb>
<tb> (-60M)
<SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kaolin <SEP> brut <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> température <SEP> de <SEP> cuisson <SEP> en <SEP> C <SEP> 1690 <SEP> 1690 <SEP> 1690
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> retrait <SEP> à <SEP> la <SEP> cuisson <SEP> % <SEP> 3,1-3,8 <SEP> 0,3-0,4 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> dilatation <SEP> à <SEP> la <SEP> cuisson% <SEP> " <SEP> - <SEP> 0-0,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> changement <SEP> cumulatif <SEP> dans
<tb>
<tb> les <SEP> préchauffages <SEP> à <SEP> 1650 <SEP> CA% <SEP> L <SEP> %AV <SEP> % <SEP> AL <SEP> %AV <SEP> %il <SEP> %AV
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1er <SEP> réchauffage <SEP> 5h. <SEP> -1,6 <SEP> -5,3 <SEP> +0,1 <SEP> 0-0,05 <SEP> + <SEP> .15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2ème <SEP> réchauffage <SEP> 5h.
<SEP> -2,1 <SEP> -6,4 <SEP> + <SEP> 0,1 <SEP> -,5 <SEP> +0,05 <SEP> + <SEP> .05
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3ème <SEP> réchauffage <SEP> 5h. <SEP> -1,8 <SEP> -4,8 <SEP> -0,2 <SEP> -1,0 <SEP> 0,0 <SEP> +.85
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Essai <SEP> de <SEP> charge
<tb>
<tb> % <SEP> déformation <SEP> linéaire <SEP> à <SEP> 1585 <SEP> 6,1 <SEP> 2,9 <SEP> 0,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> " <SEP> " <SEP> à <SEP> 16400 <SEP> 0,5 <SEP> -1,0)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> analyse <SEP> chmique <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SiOê <SEP> 43,3 <SEP> 43,5 <SEP> 28,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> AlêO3 <SEP> 52,7 <SEP> 53,2 <SEP> 67,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> TiOê <SEP> 1,8 <SEP> 1,9 <SEP> 2,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe203 <SEP> 1,1 <SEP> 0,8 <SEP> 1,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaO <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,
1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> alcali <SEP> 0,3 <SEP> 0,3 <SEP> 0, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
Les résultats d'essais ci-dessus montrent que les échantillons d'essais avec grogs fondus préalablement avaient une stabilité linéaire et en volume sensiblement meilleure, de même qu'une résistance à la charge à chaud plus grande que les spécimens utilisant du grog fabriqué de la façon or- dinaire. D'après ces résultats, les produits du type repré- senté dans les colonnes B et C seraient à recommander pour
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des emplois comportant des limites de température plus éle- vées que ceux de la colonne A.
D'autres essais ont été faits en cuisant des spé- cimens d'essais de la composition indiquée dans la colonne C à une température de cuisson de 1722 C. La vitesse de cuisson plus grande eut pour résultat une structure plus du- re qui donna zéro de déformation avec les essais de charge décrits, une dilatation de cuisson de zéro à 0,1 % et sensi- blement pas de changement en réchauffant aux températures d'essai, permettant une limite de température d'emploi enco- re plus grande que les spécimens de la colonne C.