WO1994030032A1 - Four de fusion et d'affinage a micro-ondes - Google Patents

Four de fusion et d'affinage a micro-ondes Download PDF

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WO1994030032A1
WO1994030032A1 PCT/FR1994/000684 FR9400684W WO9430032A1 WO 1994030032 A1 WO1994030032 A1 WO 1994030032A1 FR 9400684 W FR9400684 W FR 9400684W WO 9430032 A1 WO9430032 A1 WO 9430032A1
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guide
waveguide
oven
pot
products
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PCT/FR1994/000684
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Xavier Berson
Alain Vivet
Eric Bertrand
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/023—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by microwave heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2206/00—Aspects relating to heating by electric, magnetic, or electromagnetic fields covered by group H05B6/00
    • H05B2206/04—Heating using microwaves
    • H05B2206/045—Microwave disinfection, sterilization, destruction of waste...
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S588/00—Hazardous or toxic waste destruction or containment
    • Y10S588/90—Apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a microwave melting and refining furnace for the treatment of solid products and products in solution.
  • a French patent application FR-A-2671 392 describes a microwave melting furnace for treating fluid products, such as industrial waste.
  • This oven comprises an upper oven body, a lower oven body, means for supplying the products to be treated arranged in the upper oven body and a crucible arranged in the lower oven body.
  • this furnace comprises means for detecting the position of the upper level of the material to be treated sent into the crucible and a control member for stopping the means for bringing the products to be treated by a detection signal from detection means.
  • This furnace allows the thermal treatment of waste by drying, calcination and fusion, but it does not make it possible to control the effective obtaining of the fusion of the treated waste. It may be necessary to treat a product with this device without it being fusible; this device does not systematically behave like a melting furnace. This configuration does not guarantee complete degassing of the products due to the lack of control of the state of the material.
  • the device described compels the operators to operate in stages with the microwave power stopped. Such a discontinuous method can result in the creation of layers of processed product and therefore the production of non-homogeneous and non-monolithic packages. In addition, this main treatment does not allow the refining of products. Finally, level control of this device does not make it possible to continuously check the filling of the element for receiving the treated materials.
  • the oven has the same operating drawbacks as the oven described in patent application FR-A-2 671 392.
  • a French patent application FR-A-2 674 939 describes a microwave melting furnace for vitrification and for the densification of materials.
  • This oven is equipped with two vertical parts respectively surmounted by a power supply and a wave reflector pad.
  • the two vertical parts are connected by a horizontal melting tank.
  • the materials to be melted and the microwaves are introduced through the first vertical part.
  • the melting tank has a constant section thanks to a horizontal upper wall, to favor the distribution of the power of the microwaves on the surface of the melting bath.
  • the second part can be provided with a piston allowing the regulation of the return of the non absorbed microwaves.
  • This melting furnace does not make it possible to refine the products melted by the action of the electromagnetic field of the microwaves.
  • the products which flow undergo a thermal quenching by default of a device for receiving and refining at controlled temperature of the molten products. Thermal quenching affects the quality of the final product (bursting of the fusion products, inability to recrystallize them, etc.).
  • the vertical parts which give the waveguide a curved U or J shape are equipped with refrigerated double envelopes so that when treating wastes rich in volatile elements (generally chlorides contained mainly in industrial wastes) these elements vaporized in the oven during processing, crystallize on the cold walls of the oven.
  • the furnace is supplied with power through an orifice placed on one of the upper parts of the waveguide.
  • Such an arrangement involves routing the material through an entire vertical part of the waveguide so that the tuning of the standing wave is constantly modified by the transfer of material. The distance traveled by matter is greater than the wavelength of electromagnetic radiation. This results in malfunctions of the microwave generator.
  • the molten material is poured through a hole large enough to allow the action of microwaves on the materials which flow from it; this implies a microwave leak outside the waveguide and jeopardizes the safety around the installation. This feature does not prevent thermal quenching of the fusion products.
  • the permanent retention of a volume of materials in the lower part of the oven can be penalizing in the case of the treatment of radioactive waste which thus constitutes a source of annoying radiation.
  • the object of the present invention is to solve the problems existing in these devices of the prior art, while allowing the refining of the molten products.
  • a microwave melting and refining oven for the treatment of products in solution or of solid products, comprising a waveguide, in inclined slope relative to the horizontal, traversed by a beam of microwave radiation generated by a generator coupled to a first end of the guide, this waveguide having at its upper part close to its first end and opposite the bottom wall inclined downward, an orifice material supply, characterized in that this guide comprises in its lower part close to its second end, an overflow lock of variable height which makes it possible to define a volume of retention of the materials, which have been gradually melted by continuous flow on along the bottom wall of the guide from the point where they are received in the guide.
  • the flow of materials and the flow of microwaves take place in the same direction within the waveguide, which results in maximum efficiency of the oven.
  • This design of the waveguide allows continuous drying, calcination, fusion and then refining operations on solid and liquid waste by means of a waveguide of original design connected to a single microwave source.
  • This design of the furnace guarantees the formation of a liquid phase corresponding to the melting of waste by the establishment, in the waveguide, of a melting chamber whose retention volume can be variable.
  • the guide has in its upper part close to its second end, a vapor and gas extraction duct and in its lower part a cooling circuit so as to avoid internal corrosion of the wall of the guide under the action of molten products.
  • the lower part of the guide located after the overflow lock has the shape of an elbow allowing the axis of the wave guide to be brought back to the vertical position.
  • the melting furnace advantageously comprises a second waveguide joined to the first by leaktight adjustment, allowing refining of the molten materials. This adjustment is made using a flange.
  • This second waveguide is formed by a pot for receiving and refining the fusion products constituting the terminal part of the furnace which contains a refractory crucible.
  • a cooling circuit is arranged around this second waveguide.
  • the melting furnace of the invention therefore makes it possible to continuously produce monolithic blocks of refined glass or of ceramic glass by placing a pot for receiving and refining the fusion products constituting the end of the guide. 'waves.
  • the receiving pot is brought into contact with the lower part of the first element of the oven by means of a flange whose two parts are perfectly surfaced and whose adjustment allows sufficient sealing to prevent microwave leakage, the contact of the two elements of the flange being effected by means of a spring exerting a vertical force oriented upwards, placed under the refining pot, the force exerted greater than the sum of the weight of the empty refining pot and that of the fusion products filling the pot and of the force necessary to obtain the seal at the flange, a jack making it possible to compress the spring in order to - release the receiving container and allow it to be replaced after it has been filled.
  • the force exerted by the spring is read by a reading device connected to a force sensor placed between the spring and the receiving pot so as to constantly control the filling of the latter.
  • Such a system makes it possible to continuously monitor the filling level of the pot receiving the fusion products, by means of force sensors.
  • FIG. 1 illustrates a microwave melting and refining oven according to the invention
  • FIG. 1 illustrates a product recovery system in the oven of the invention as shown in Figure 1.
  • the invention relates to a microwave melting and refining furnace for continuously or batchwise processing mineral products in solution or powdery solid products. These products can be, for example, industrial waste or nuclear waste.
  • the oven 10 is composed of two waveguide elements joined 11 and 12 by a sealed flange 13. Each element is traversed by a beam 14 of microwave radiation generated by a microwave generator 15 placed upstream of the oven.
  • Each element 11, 12 of different design makes it possible to carry out operations which are specific to it.
  • the first element 11 of the melting furnace 10 is composed of an inclined waveguide having a uniform or non-uniform slope forming an angle ⁇ preferably situated between 10 ° and 45 ° relative to the horizontal.
  • the upper part of this guide is equipped with a supply orifice or nozzle 17.
  • the product to be treated 18 is introduced into the first element of the furnace using, for example, an archimedean screw. 'it is a solid product or using a pump if it is a liquid.
  • the section of this waveguide can be rectangular square or round. The product introduced by gravity into this element of the oven crosses the section of the waveguide.
  • This type of feeding avoids clogging of the feeding, caused by drying or calcination of the products.
  • the path of the material by continuous flow along the sloping lower wall of the guide from the point of reception of the products in the guide, does not disturb the agreement of the incident wave given the short transfer distance .
  • the product introduced continuously or discontinuously undergoes heating, specific to its dielectric characteristics, by alternating rotations of its molecules under the effect of the magnetic field of the microwave radiation. According to the characteristics of the product, its heating causes its drying if it is wet, its possible calcination and its fusion.
  • the inclination of the waveguide in which the treated product is received allows a continuous flow 16 of the gradually melted products from the reception point to a retention volume 21 due to an overflow lock 20, of height adjustable by the intermediate of a screw 27, and which is placed near the end of the first element 11 of the furnace by means of a flange 9.
  • the flow on the inclined plane makes it possible to carry out a continuous and progressive melting in a thin layer optimizing absorption of microwave radiation and ensuring complete degassing of combustion products.
  • the retention volume 21 is defined by the height of the overflow lock.
  • the variation of the retention volume 21 of the molten products and therefore of their free surface makes it possible to regulate the quantity of energy intended for refining.
  • This amount of energy corresponds to the energy not absorbed by the molten product present in the retention of the first element of the furnace. Unabsorbed energy is directed to the second element of the melting furnace.
  • the lower end in the shape of an elbow, bringing the axis of this waveguide to a vertical position, is equipped on the upper wall with a chimney 22 allowing the extraction of vapors and gases 23.
  • the lower wall of this first inclined element comprises, between the reception of the products and the connection flange to the second element, a cooling circuit 24 making it possible to avoid internal corrosion of this wall, under the action of the molten products.
  • This circuit 24 has an inlet 25 and an outlet 26 for pressurized coolant.
  • the second element 12 of the melting furnace is composed of a waveguide formed by a pot 28 for receiving and refining the melting products constituting the terminal part of the furnace.
  • This receiving pot may optionally contain a refractory crucible 29.
  • a cooling circuit 32 which includes an inlet 30 and an outlet 31 for coolant is placed around this pot 28.
  • this second element is to receive the molten products flowing by gravity to refine them more or less quickly, depending on the viscosity of the products and thus avoid the presence of micro-bubbles. It also makes it possible to transform the amorphous structure of the products into a crystalline structure, by means of the addition of nucleating agents.
  • This refining consists in maintaining the product in the liquid state after it has melted and then in cooling it gradually. This operation is carried out by means of microwave energy not absorbed in the first element of the oven. The continuous flow of material received in the pot terminating the furnace defines the time for product refining. Refining is carried out gradually in a thin layer.
  • This waste is composed of simulated ash from the incineration of waste obtained in nuclear technology. The following elements are found in mass percentage:
  • This waste is treated at a rate of 3 kg / h under an incident power of 5 kw / H (at the generator).
  • the castings of molten products are obtained for viscosities lower than 200 poises, and at a temperature of 1100 ° C.
  • Waste N ° 3 II comes from the insolubilization of heavy metals. It is composed of a chemical mud whose solid elements are the following:
  • FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D represent a system for recovering molten products in which the pot 28 for receiving the molten products is secured by tight fitting on the lower part of the first element 11 of the oven 10. After filling, the pot 28 reception is replaced (35) by another pot by a ride not shown in the figures, in a manner known to those skilled in the art. Such a system allows continuous monitoring of the level of molten products.
  • the receiving pot 28 is brought into contact with the lower part of the first element 11 of the oven 10 by means of the flange 13, the two parts of which are perfectly surfaced and the adjustment of which allows sufficient sealing to prevent microwave leaks. .
  • the contact between the two elements of the flange is effected by means of a spring 37, exerting a vertical force oriented upwards placed under the refining pot.
  • the force exerted is greater than the sum of the weight of the empty refining pot, and that of the fusion products filling the pot and the force necessary to obtain the seal at the flange.
  • a jack 36 makes it possible to compress the spring in order to release the receiving pot and allow it to be replaced.
  • the force exerted by the spring is read by a reading device 38 connected to a force sensor 39 placed under the spring or under the lower part of the contact flange.
  • the force sensor initially measures the total force applied to the empty assembly. A calibration is then carried out, then, as filling is carried out, the reduction in the component is checked: force applied by the spring, weight of the assembly. This change is proportional to the weight of the molten product. It is thus possible to permanently control the filling of the refining pot.

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Abstract

La présente invention concerne un four de fusion et d'affinage à micro-ondes, pour le traitement de produits en solution ou de produits solides, comprenant un guide d'ondes (11) parcouru par un faisceau de rayonnement micro-onde (14) généré par un générateur (15) couplé à une première extrémité du guide (11). Ce guide d'ondes (11) possède à sa partie supérieure proche de sa première extrémité et en face de la paroi inférieure inclinée vers le bas un orifice d'alimentation (17) en matériaux (18) et comporte dans sa partie inférieure proche de sa seconde extrémité, une écluse de surverse (20) de hauteur variable qui permet de définir un volume de rétention (21) des matériaux qui ont été progressivement fondus par écoulement continu (16) le long de la paroi inférieure du guide, à partir du point de réception de ceux-ci dans le guide. Application notamment au domaine du retraitement de déchets industriels ou nucléaires.

Description

"FOUR DE FUSION ET D'AFFINAGE A MICRO-ONDES"
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un four de fusion et d'affinage à micro-ondes pour le traitement de produits solides et de produits en solution.
Le domaine de l'invention est notamment celui du retraitement de déchets industriels ou de déchets nucléaires
Etat de la technique antérieure
Une demande de brevet français FR-A-2671 392 décrit un four de fusion à micro-ondes pour traiter des produits fluides, tels que des déchets industriels. Ce four comporte un corps de four supérieur, un corps de four inférieur, des moyens d'amenée des produits à traiter disposés dans le corps de four supérieur et un creuset disposé dans le corps de four inférieur. Pour éviter le débordement du creuset, ce four comporte des moyens de détection de la position du niveau supérieur du matériau à traiter envoyé dans le creuset et un organe de commande pour arrêter les moyens d'amenée des produits à traiter par un signal de détection provenant des moyens de détection.
Ce four permet le traitement thermique de déchets par séchage, calcination et fusion, mais il ne permet pas de contrôler l'obtention effective de la fusion du déchet traité. On peut être amené à traiter un produit avec ce dispositif sans qu'il soit fusible ; cet appareil ne se comporte pas de manière systématique comme un four de fusion. Cette configuration ne permet pas de garantir le dégazage complet des produits du fait de l'absence de contrôle de l'état de la matière. Le dispositif décrit contraint les exploitants à opérer par étapes avec arrêt de la puissance micro-ondes. Une telle méthode discontinue peut avoir comme conséquence la création de strates de produit traité et donc la production de colis non homogènes et non monolithiques. De plus, ce principal de traitement ne permet pas l'affinage des produits. Enfin, le contrôle de niveau de ce dispositif ne permet pas de vérifier en continu le remplissage de l'élément de réception des matières traitées.
Une publication de C. Shibata et M. Tamai extraite de la revue J1 de "Microwave power and electromagnetic energy" (vol. 25, n° 2, 1990) fait description d'un four de fusion dont le guide d'ondes est incliné à son extrémité, constituant ainsi une cuve de fusion à volume constant.
Une telle configuration du guide ne permet pas de traiter en couche mince le produit, car ce dernier est introduit directement dans la cuve de fusion. La conception de ce four incliné ne permet pas d'effectuer un écoulement continu en couche mince des produits fondus.
De ce fait, le four présente les mêmes inconvénients d'exploitation que le four décrit dans la demande de brevet FR-A-2 671 392.
De plus, les mouvements de matière et de flux micro-ondes s'effectuent à contre-courant, de sorte que les produits introduits ne sont pas exposés à la zone de forte puissance (localisée au niveau de la surverse).
Le besoin d'énergie est pourtant très important au niveau de l'introduction, car c'est à cet endroit que s'effectuent les opérations de séchage, de calcination et de fusion. Enfin, il reste toujours une rétention de produit à l'intérieur du guide. Un démontage est obligatoire pour prélever le "hold-up" de l'appareil.
Une demande de brevet français FR-A-2 674 939 décrit un four de fusion à micro-ondes pour la vitrification et pour la densification de matériaux. Ce four est équipé de deux parties verticales respectivement surmontées d'une alimentation et d'un tampon réflecteur d'ondes. Les deux parties verticales sont reliées par une cuve de fusion horizontale. Les matériaux à fondre et les micro-ondes sont introduits par la première partie verticale. La cuve de fusion a une section constante grâce à une paroi supérieure horizontale, pour favoriser la répartition de la puissance des micro-ondes sur la surface du bain de fusion. La deuxième partie peut être munie d'un piston permettant le réglage du retour des micro-ondes non absorbées.
La conception de ce four de fusion ne permet pas d'affiner les produits fondus par action du champ électromagnétique des micro-ondes. Les produits qui s'écoulent, subissent une trempe thermique par défaut d'un dispositif de réception et d'affinage à température contrôlée des produits fondus. La trempe thermique affecte la qualité du produit final (éclatement des produits de fusion, impossibilité de les recristalliser....). Les parties verticales qui confèrent au guide d'ondes une forme recourbée en U ou en J sont équipées de doubles enveloppes réfrigérées de sorte que lorsqu'on traite des déchets riches en éléments volatils (généralement des chlorures contenus en majorité dans les déchets industriels) ces éléments vaporisés dans le four lors du traitement, cristallisent sur les parois froides du four. Il se constitue ainsi une rétention solide qui affecte le bon fonctionnement du four par modification de l'accord de l'onde stationnaire et par colmatage des orifices de sortie des gaz. L'alimentation du four est effectuée au moyen d'un orifice placé sur une des parties supérieures du guide d'ondes. Une telle disposition implique un cheminement de la matière dans toute une partie verticale du guide d'ondes de sorte que l'accord de l'onde stationnaire est constamment modifié par le transfert de matière. La distance parcourue par la matière est supérieure à la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique. Cela se traduit par des dysfonctionnements du générateur à micro-ondes.
La coulée des matériaux fondus s'effectue par un orifice suffisamment large pour permettre l'action des micro-ondes sur les matériaux qui s'en écoulent ; ceci implique une fuite de micro-ondes à l'extérieur du guide d'ondes et une mise en cause de la sécurité autour de l'installation. Cette particularité n'empêche pas la trempe thermique des produits de fusion.
En outre, la rétention permanente d'un volume de matériaux dans la partie inférieure du four peut être pénalisante dans le cas du traitement de déchets radioactifs qui constituent ainsi une source de rayonnements gênants.
Exposé de l'invention
La présente invention a pour objet de résoudre les problèmes existant dans ces dispositifs de l'art antérieur, tout en permettant de réaliser l'affinage des produits fondus.
Elle propose à cet effet une four de fusion et d'affinage à micro-ondes, pour le traitement de produits en solution ou de produits solides, comprenant un guide d'ondes, en pente inclinée par rapport à l'horizontale, parcouru par un faisceau de rayonnement micro-onde généré par un générateur couplé à une première extrémité du guide, ce guide d'ondes possédant à sa partie supérieure proche de sa première extrémité et en face de la paroi inférieure inclinée vers le bas, un orifice d'alimentation en matériaux, caractérisé en ce que ce guide comporte dans sa partie inférieure proche de sa seconde extrémité, une écluse à surverse de hauteur variable qui permet de définir un volume de rétention des matériaux, qui ont été progressivement fondus par écoulement continu le long de la paroi inférieure du guide à partir du point de réception de ceux-ci dans le guide. L'écoulement des matériaux et le flux de micro-ondes s'effectuent dans la même direction au sein du guide d'ondes, ce qui entraîne une efficacité maximaie du four.
Cette conception du guide d'ondes permet d'effectuer en continu des opérations de séchage, de calcination, de fusion, puis d'affinage sur des déchets solides et liquides au moyen d'un guide d'ondes de conception originale relié à une seule source de micro-ondes.
Cette conception du four permet de garantir la formation d'une phase liquide correspondant à la fusion de déchets par la mise en place, dans le guide d'ondes, d'une chambre de fusion dont le volume de rétention peut être variable.
Avantageusement le guide possède en sa partie supérieure proche de sa seconde extrémité, une cheminé d'extraction de vapeurs et de gaz et en sa partie inférieure un circuit de refroidissement de manière à éviter la corrosion interne de la paroi du guide sous l'action des produits en fusion. Avantageusement la partie inférieure du guide située après l'écluse de surverse a la forme d'un coude permettant de ramener l'axe du guide d'ondes en position verticale.
Le four de fusion comporte avantageusement un second guide d'ondes joint au premier par ajustement étanche, permettant de réaliser raffinage des matériaux fondus. Cet ajustement est réalisé à l'aide d'une bride. Ce second guide d'ondes est formé par un pot de réception et d'affinage des produits de fusion constituant la partie terminale du four qui contient un creuset réfractaire. Un circuit de refroidissement est disposé autour de ce second guide d'ondes. Le four de fusion de l'invention permet donc de produire en continu des blocs monolithiques de verre affiné ou de vitro céramique par la mise en place d'un pot de réception et d'affinage des produits de fusion constituant l'extrémité du guide d'ondes. Dans un système de récupération de produits dans un four tel que décrit précédemment, le pot de réception est mis en contact avec la partie inférieure du premier élément du four au moyen d'une bride dont les deux parties sont parfaitement surfacées et dont l'ajustement permet une étanchéité suffisante pour éviter les fuites de micro-ondes, le contact des deux éléments de la bride étant effectué au moyen d'un ressort exerçant une force verticale orientée vers le haut, placé sous le pot d'affinage, la force exercée étant supérieure à la somme du poids du pot d'affinage vide et celui des produits de fusion remplissant le pot et de la force nécessaire à l'obtention de l'étanchéité au niveau de la bride, un vérin permettant de comprimer le ressort afin de -libérer le pot de réception et de permettre le remplacement de celui-ci après que celui-ci ait été rempli. La force exercée par le ressort est lue par un dispositif de lecture connecté à un capteur de forces placé entre le ressort et le pot de réception de manière à contrôler en permanence le remplissage de ce dernier.
Un tel système permet de contrôler en continu le niveau de remplissage du pot réceptionnant les produits de fusion, au moyen de capteurs de forces.
Brève description des dessins
- La figure 1 illustre un four de fusion et d'affinage à micro-ondes selon l'invention ;
- la figure 2 illustre un système de récupération de produits dans le four de l'invention tel que représenté à la figure 1.
Exposé détaillé de modes de réalisation
L'invention concerne un four de fusion et d'affinage à micro-ondes permettant de traiter en continu ou en discontinu des produits minéraux en solution ou des produits solides pulvérulents. Ces produits peuvent être par exemple des déchets industriels ou des déchets nucléaires. Comme représenté sur la figure 1 le four 10 est composé de deux éléments guides d'ondes joints 11 et 12 par une bride étanche 13. Chaque élément est parcouru par un faisceau 14 de rayonnements micro-ondes généré par un générateur de micro-ondes 15 placé en amont du four. Chaque élément 11, 12 de conception différente permet d'effectuer des opérations qui lui sont propres.
Le premier élément 11 du four de fusion 10 est composé d'un guide d'ondes incliné ayant une pente uniforme ou non formant un angle α situé de préférence entre 10° et 45° par rapport à l'horizontale. La partie supérieure de ce guide est équipée par un orifice ou buse d'alimentation 17. Par cet orifice, on introduit dans le premier élément du four, le produit à traiter 18 à l'aide par exemple d'une vis d'archimède s'il s'agit d'un produit solide ou à l'aide d'une pompe si il s'agit d'un liquide. La section de ce guide d'ondes peut être rectangulaire carrée ou ronde. Le produit introduit par gravité dans cet élément du four traverse la section du guide d'ondes.
Ce type d'alimentation permet d'éviter le colmatage de l'alimentation, provoqué par le séchage ou la calcination des produits.
Le cheminement de la matière, par écoulement continu le long de la paroi inférieure en pente du guide à partir du point de réception des produits dans le guide, ne perturbe pas l'accord de l'onde incidente compte tenu de la faible distance de transfert. Le produit introduit de manière continue ou discontinue subit un échauffement, propres à ses caractéristiques diélectriques, par rotations alternées de ses molécules sous l'effet du champ magnétique du rayonnement micro-onde. Selon les caractéristiques du produit, son échauffement provoque son séchage si il est humide, sa calcination éventuelle et sa fusion.
L'inclinaison du guide d'ondes dans lequel est réceptionné le produit traité permet un écoulement continu 16 des produits progressivement fondus du point de réception jusqu'à un volume de rétention 21 dû à une écluse de surverse 20, de hauteur réglable par l'intermédiaire d'une vis 27, et qui est placée près de l'extrémité du premier élément 11 du four au moyen d'une bride 9. L'écoulement sur le plan incliné permet d'effectuer une fusion continue et progressive en couche mince optimisant l'absorption des rayonnements micro-ondes et assurant un dégazage complet des produits de combustion. Lorsque le produit de fusion atteint l'écluse de surverse 20, il a subi toutes les transformations liées à l'exposition sous le rayonnement micro-onde. Le volume de rétention 21 est défini par la hauteur de l'écluse de surverse.
Pour une quantité d'énergie fixe, la variation du volume de rétention 21 des produits fondus et donc de leur surface libre permet de réguler la quantité d'énergie destinée à l'affinage. Cette quantité d'énergie correspond à l'énergie non absorbée par le produit en fusion présent dans la rétention du premier élément du four. L'énergie non absorbée est dirigée vers le second élément du four de fusion.
L'extrémité inférieure, en forme de coude, ramenant l'axe de ce guide d'ondes en position verticale, est équipée sur la paroi supérieure d'une cheminée 22 permettant l'extraction des vapeurs et des gaz 23.
La paroi inférieure de ce premier élément incliné comporte, entre la réception des produits et la bride de raccordement au deuxième élément, un circuit de refroidissement 24 permettant d'éviter la corrosion interne de cette paroi, sous l'action des produits en fusion. Ce circuit 24 comporte une entrée 25 et une sortie 26 de liquide de refroidissement sous pression.
Le second élément 12 du four de fusion est composé d'un guide d'ondes formé par un pot 28 de réception et d'affinage des produits de fusion constituant la partie terminale du four. Ce pot de réception peut éventuellement contenir un creuset réfractaire 29. Un circuit de refroidissement 32 qui comprend une entrée 30 et une sortie 31 de liquide de refroidissement est disposé autour de ce pot 28.
La fonction de ce second élément est de réceptionner les produits fondus coulant par gravité pour les affiner plus ou moins rapidement, selon la viscosité des produits et éviter ainsi la présence de micro-bulles. Il permet également de transformer la structure amorphe des produits en une structure cristalline, moyennant l'ajout d'agents nucléants.
Cet affinage consiste à maintenir le produit à l'état liquide après sa fusion puis à le refroidir de manière progressive. Cette opération est effectuée au moyen de l'énergie micro-onde non absorbée dans le premier élément du four. Le débit continu de matière réceptionnée dans le pot terminant le four définit le temps d'affinage des produits. L'affinage est effectué graduellement en couche mince.
L'intérêt d'un tel type d'affinage est qu'il permet de valoriser l'énergie micro-onde non absorbée lors de l'étape de séchage-calcination-fusion. Cette étape permet également de produire, selon les produits traités, des monolithes de verre ou de vitrbcéramique 19. Ces monolithes n'ayant subits aucune trempe thermique, leur qualités physiques sont supérieures à celles des produits refroidis brutalement.
Différents types de déchets ont été traités par fusion au moyen du four à micro-ondes de l'invention. On va à présent considérer trois exemples différents de déchets ainsi traités :
- Déchet N° 1
Il s'agit de cendres volantes neutralisées, provenant d'un incinérateur d'ordures ménagères dont la composition chimique est la suivante (en poids)
Figure imgf000010_0001
Ce déchet subit une fusion continue à la température de 1050°C. Après traitement 80 % en poids du déchet est densifié par un facteur 6,4. - Déchet N" 2
Ce déchet est composé de cendres simulées issues de l'incinération de déchets obtenus en technologie nucléaire. On trouve en pourcentage massique les éléments suivants :
Figure imgf000011_0001
Ce déchet est traité à un débit de 3kg/h sous une puissance incidente de 5 kw/H (au générateur). Les coulées de produits en fusion sont obtenues pour des viscosités inférieures à 200 poises, et à une température de 1100°C.
- Déchet N° 3 II provient de l'insolubilisation de métaux lourds. Il est composé d'une boue chimique dont les éléments solides sont les suivants :
BaS04 29,4 % Diatomée 1,2 %
Fe (CN)Ni 6,4 % NaNO3 15,6 %
CoS 4,2 % NaKS04 1,2 %
H3BO3 24 % La fusion en continu est obtenue par chauffage aux micro-ondes à la température de 1300°C.
Les figures 2A, 2B, 2C et 2D représentent un système de récupération des produits fondus dans lequel le pot 28 de réception des produits fondus est solidarisé par ajustement étanche sur la partie inférieure du premier élément 11 du four 10. Après remplissage, le pot 28 de réception est remplacé (35) par un autre pot au moyen d'un manège non représenté sur les figures, de manière connue de l'homme de l'art. Un tel système permet un contrôle continu du niveau des produits fondus.
Le pot de réception 28 est mis en contact avec la partie inférieure du premier élément 11 du four 10 au moyen de la bride 13 dont les deux parties sont parfaitement surfacées et dont l'ajustement permet une étanchéité suffisante pour éviter les fuites de micro-ondes. Le contact les deux éléments de la bride est effectué au moyen d'un ressort 37, exerçant une force verticale orientée vers le haut placé sous le pot d'affinage.
La force exercée est supérieure à la somme du poids du pot d'affinage vide, et celui des produits de fusion remplissant le pot et de la force nécessaire à l'obtention de l'étanchéité au niveau de la bride.
Un vérin 36 permet de comprimer le ressort afin de libérer le pot de réception et de permettre son remplacement.
En configuration d'exploitation normale, la force exercée par le ressort est lue par un dispositif de lecture 38 connecté à un capteur de forces 39 placé sous le ressort ou sous la partie inférieure de la bride de contact.
Le capteur de force mesure au départ la force totale appliquée à l'ensemble vide. On effectue alors un tarage, puis on contrôle au fur et à mesure du remplissage la diminution de la composante : force appliquée par le ressort, poids de l'ensemble. Cette évolution est proportionnelle au poids de produit fondu. On peut ainsi contrôler en permanence le remplissage du pot d'affinage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Four de fusion et d'affinage à micro-ondes, pour le traitement de produits en solution ou de produits solides, comprenant un guide d'ondes (11) en pente inclinée par rapport à l'horizontale, parcouru par un faisceau de rayonnement micro-onde (14) généré par un générateur (15) couplé à une première extrémité du guide (11), ce guide d'ondes (11) possédant à sa partie supérieure proche de sa première extrémité et en face de la paroi inférieure inclinée vers le bas un orifice d'alimentation (17) en matériaux (18), caractérisé en ce que ce guide comporte dans sa partie inférieure proche de sa seconde extrémité, une écluse de surverse (20) de hauteur variable qui permet de définir un volume de rétention (21) des matériaux qui ont été progressivement fondus par écoulement continu (16) le long de la paroi inférieure du guide à partir du point de réception de ceux-ci dans le guide.
2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide (11) possède, en sa partie supérieure proche de sa seconde extrémité, une cheminée (22) d'extraction de vapeurs et de gaz.
3. Four selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le guide possède en sa partie inférieure un circuit de refroidissement (24) de manière à éviter la corrosion interne de la paroi du guide (11) sous l'action des produits en fusion.
4. Four selon l'un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guide d'ondes (11) a une pente uniforme ou non.
5. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie inférieure du guide (11) située après l'écluse de surverse a la forme d'un coude permettant de ramener l'axe du guide d'ondes en position verticale.
6. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un second guide d'ondes (12) joint au premier (11) par ajustement étanche, permettant de réaliser l'affinage des matériaux fondus.
7. Four selon la revendication 6, caractérisé en ce que cet ajustement est réalisé à l'aide d'une bride (13).
8. Four selon la revendication 6, caractérisé en ce que ce second guide d'ondes est formé par un pot (28) de réception et d'affinage des produits de fusion constituant la partie terminale du four.
9. Four selon la revendication 8, caractérisé en ce que ce pot de réception (28) contient un creuset réfractaire (29).
10. Four selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un circuit de refroidissement (32) est disposé autour de ce second guide d'ondes (12).
11. Système de récupération de produits dans un four tel que décrit dans l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé le pot de réception (28) est mis en contact avec la partie inférieure du premier élément (11) du four (10) au moyen d'une bride (13) dont les deux parties sont parfaitement surfacées et dont l'ajustement permet une étanchéité suffisante pour éviter les fuites de micro-ondes, le contact des deux éléments de la bride étant effectué au moyen d'un ressort (37), exerçant une force vertical orientée vers le haut, placé sous le pot d'affinage, la force exercée étant supérieure à la somme du poids du pot d'affinage vide et celui des produits de fusion remplissant le pot (28) et de la force nécessaire à l'obtention de l'étanchéité au niveau de la bride, un vérin (36) permettant de comprimer le ressort (37) afin de libérer le pot de réception (28) et de permettre le remplacement de celui-ci après que celui-ci ait été rempli.
12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la force exercée par le ressort (37) est lue par un dispositif de lecture 38 connecté à un capteur de forces (39) placé entre le ressort (37) et le pot de réception (28) de manière à contrôler en permanence le remplissage de ce dernier.
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