Brevet FR2258605A1 — publié le 19750818

La présente invention se rapporte à des fours rotatifs horizontaux utilisés dans la fabrication en continu de silicates solides alcalins, et, dit plus concrètement, l'invention a pour objet un four rotatif de ce type équipé, d'un dispositif amélioré de déchargement pour le produit résultant. Généralement, ltobtention de silicates alcalins est basfe sur la fusion du sable quartzeux (silice) avec le carbonate du cation alcalin correspondant, la fusion pouvant être réalisée dans des fours bassin (à cuve), dans des fours à creuset, ou bien, récemment, par un procédé en continu avec l'emploi de fours rotatifs tubulaires. Ces fours rotatifs consistent en un corps tubulaire métallique recouvert intérieurement de matériau réfractaire, dont la longeur est de 6 à 8 fois le diamètre intérieur, et qui tourne lentement avec une légère inclinaison, de façon que les matières premières soient chargées par ltextrémité supérieure ouverte, avancent par effet de la rotation du four, et soient déchargées par l'extrémité inférieure dans laquelle il est déposé, en outre, le brûleur ou le caléfacteur du four. Dans le mémoire descriptif suivant on se rapporte préférablement à la fabrication du silicate dont le cation est sodium, parce que le procédé lui-même est.similaire pour les autres silicates (de potassium, de lithium, etc.), se différenciant unique ment par les températures de fusion, lesquelles sont déterminées par les diagrammes binaires correspondants et par la relation molaire existante entre l'anhydride silicique et lsoxyde du cation correspondant. Se rapportant, partant, à la formation du silicate de sodium dans des fours tubulaires rotatifs, la réaction principale qui a lieu est la suivante n SiO2 + Na2CO3 n SiO2. Na2O + CO2, dans laquelle n peut prendre normalement une valeur quelconque comprise entre 2 et 4, en obtenant ainsi une série de silicates de sodium dont la relation molaire est distincte, avec des caractéristiques et des propriétés spécifiques appropriées pour les applications auxquelles ils sont destinés. Afin que la fusion soit parfaite, il est nécessaire que les matériaux avancent à l'intérieur du four à une vitesse uniforme, sans interruptions, en formant une couche mince, et de telle façon qu'ils demeurent dans l'intérieur du four le temps le plus court possible et que la quantité présente des matériaux dans l'intérieur du four soit à chaque instant le minimum indispensable, afin que le processus de fusion se développe dans une forme progressive entre l'entrée et la sortie du four, suivant une série de phases successives, c'est-à-dire la phase de mélange, phase de compacité, phase de réaction, phase de dissolution, phase liquide et phase de déchargement ; durant ce processus, de 750-8000C le pelotonnement de la silice et du carbonate commence, tandis qu a partir de 8000C commence la formation d'une phase liquide (mélange eutectique) composée par du disilicate et du quartz (silicate), environ 88onc les grains de quartz se revêtissent d'une couche de métasilicate et de disilicate en se produisant un grand dégagement d'anhydride carbonique ; dans ladite phase la réaction est très rapide et l'anhydride carbonique en traAlne une partie du carbonate et du quartz en formant une couche fine de scorie qui flotte sur la masse du liquide fondu ; à environ 1.0000C la scorie (carbonate et quartz) se dissout progressivement dans le liquide qui est formé par du métasilicate et du disilicate, et, finalement, entre 1.100 et l.2000C se termine le dégagement d'anhydride carbonique parce que tout le carbonate a été usé. Si, préalablement, on a calculé la quantité de quartz selon la température indiquée, il se dissoudra totalement dans le liquide et on obtiendra le silicate de la relation molaire calculée. Mais on doit tenir compte qulil existe des types divers, de silicates lesquels ont des viscosités différentes à 11 état fondu ; à telle fin, s'il s'agit de silicates dont la masse fondue est très fluide, la sortie du matériel fondu par l'ouverture de déchargement du four pourrait être excessivement rapide et empêcher que le développement du processus ait cours d'après les phases mentionnées antérieurement, tandis que si, contrairement, la masse fondue a une très grande viscosité, son écoulement du four trat- nera en augmentant l'épaisseur de la masse dans l'intérieur du four, ce qui rendra difficile le mélange des matières et il en résultera un produit imparfait. En conséquence, l'invention présente a pour obJet un four rotatif pour la fabrication en continu de silicates alcalins solides, pourvu d'un dispositif de déchargement qui rend possible la régulation de l'écoulement du~produit fondu par ladite sortie de déchargement du four, de façon que dans chaque cas particulier le produit s'écoule à la vitesse précise pour que le processus de fusion se développe dans les conditions optimales ci-dessus exposées. Pour arriver à ce but, et d'accord avec l'invention, pour accompliP ltécoulement du silicate produit, le four comprend plusieurs trous carrés ou quadrangulaires pratiqués à l'extrémi- té de la paroi latérale du four, le nombre de ces trous, qui est variable, étant de un à huit, et dans ces trous sont disposées, appliquées par l'extérieur, des buses en matériau réfractaire, qui présentent différentes sections de passage et qui sontinterchangeables, c'est-à-dire qu'en disposant de plusieurs jeux de buses, on peut utiliser celui qui est le plus approprié à la fluidité ou viscosité de la masse fondue, afin d'y achever une évacuation constante et uniforme du four, avec l'avantage qu'on peut effectuer le changement des buses au moment où il faudra changer le type de silicate à fabriquer, sans la nécessité de laisser refroidir le four. On décrira ci-après le four objet de l'invention en se rapport aux dessins ci-joints, dans lesquels on a représenté un exemple non limitatif de la mise en oeuvre de cet exemple. La figure 1 est une section longitudinale schématique d'un four rotatif suivant ltinvention présente. Les figures 2 et 3 sont, respectivement, une vue en plan en élévation d'une coupe d'une des buses utilisées, et son montage. Le four rotatif représenté dans la figure 1 est constitué par un corps tubulaire métallique 1 pourvu d'un revêtement intérieur 2 en matériau réfractaire, dont la longueur est de 6 à 8 fois le diamètre intérieur utile qui, à son tour, dépend de la capacité de production prévue du four. Ledit corps tubulaire importe à son extérieur des bandages de roulement 3 au moyen de chacun desquels il s'appuie sur des paires de rouleaux de support 4, et, de plus, il porte un troisième bandage 5 qui est denté, au moyen duquel le four est mû dans le sens giratoire à travers d'une transmission appropriée non représentée, à une petite vitesse, approximativement de 1/4 à 1 révolution par minute. Le four est installé avec une légère inclinaison, variable, de son axe, cette inclinaison oscillant entre 0,5 % et 2 %, et à son extrémité supérieure il présente une grande ouverture 6 qui sert pour le chargement des matériaux, qui s' effectue par des moyens conventionnels représentés schématiquement par 7, tandis que l'extrémité opposée ou inférieure est fermée, et présente une ouverture conique centrale 8 dans laquelle est logé un bec ou un autre élément de chauffage approprié, représenté par la flèche 9, et tout près de son extrémité inférieure il présente dans sa périphérie ou paroi latérale quelques ouvertures carrées ou rectangulaires 10 dont le nombre varie de I à 8, et qùi permettent la coulée du produit fondu et la coulée en une lingotière 11 de plaques métalliques articulées, dans laquelle le produit se solidifie. Dû à la petite inclinaison dont le four est doué par effet de son montage et à sa petite vitesse de rotation, la masse réactionnelle forme une fine couche qui enveloppe la périphérie du four et avance en direction de la zone de déchargement, en obtenant ainsi que le temps de séjour du produit dans l'intérieur du four soit un minimum compris entre 1/2 et 1 1/2 heures. Ce temps est réglé par l'inclinaison et la.vitesse de même que-par les ouvertures de sortie de déchargement. Ces ouvertures de déchargement ou de coulee 10 présentent dans la moitié intérieure de l'épaisseur de la paroi 2 du four une forme convergente en forme dtun entonnoir 12, et dans la moitié extérieure elles présentent une entaille prismatique 13 dont les deux parties forment un gradin 14 ; dans cette entaille 13 des buses interchangeables 15 en matériel réfractaire sont enchâssées, qui ont une teneur élevée en Aï203 afin d'éviter leur usure ; ces buses présentent à leur extérieur une forme et des dimensions égales pour tre engagées dans ventaille 13 citée en s'appuyant par leur extrémité contre le gradin 14 et contre la surface du corps 1 par moyen d'un rebord périphérique 16. Ces buses 15 sont pourvues d'une ouverture centrale 17 qui a aussi la forme carrée ou rectangulaire, et dont les dimensions sont différentes, de façon que si on dispose de plusieurs jeux de telles buses de différentes sections de passage 17 on peut y introduire les buses les plus convenables pour la viscosité du silicate qu T on veut fabriquer. Quoique lesdites buses 15 puissent consister en une seule pièce, on les fait, préférablement, divisées en deux moitiés, comme on a représenté dans les figures 2 et 3, en envisageant la finalité de faciliter leur montage et démontage et de permettre, dans le cas d'une détérioration partielle, de substituer une seule de leurs parties, en obtenant l'économie conséquente. La fixation des buses 15 dans leur logement peut être effectuée par des moyens convenables quelconques, par exemple, au moyen de crampons 18 assujettis par des boulons filetés 19 qui permettent d'effectuer le montage et le démontage avec facilité, de façon que, grâce à la mise en place des buses par la partie extérieure du four, on peut y substituer d'autres de section de passage 17 différente au moment qu'il y a besoin de fabriquer un autre type de silicate distinct sans y avoir nécessité de laisser refroidir le four. REVENDICATIONS 1. Four rotatif pour la fabrication en continu de silicates solides alcalins, caractérisé par le fait qu'il comprend un corps tubulaire dont la longueur est de 6 à 8 fois le diamètre intérieur utile, et qui est installé avec une légère inclinaison de l'ordre 0,5 % à 2 % > qui peut tourner à une petite vitesse comprise entre 1/4 et 1 révolution par minute,et et qui est pourvu à son extrémité supérieure dtune ouverture qui sert au chargement des matériaux qui avancent le long dudit corps tubulaire, et au moins d'un trou de coulée qui sert au déchargement du produit fondu dans le four, pratiqué dans la paroi dudit corps tubulaire du four, à proximité de leur extrémité la plus basse, chacun des trous de coulée étant pourvu d'une buse en matériau réfractaire dont la section de passage est une fonction de la viscosité de la masse fondue du produit. 2. Four rotatif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la section des'trous de coulée du four et du passage des buses est quadrangulaire. 3. Four rotatif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le nombre de trous de coulée est compris entre 1 et 8. 4. Four rotatif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les buses des trous de coulée sont interchangeables et présentent des sections différentes de passage afin de régler la vitesse de coulée en fonction de la viscosité du silicate alcalin qu'on est en train de fabriquer. 5. Four rotatif suivant les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que les buses sont appliquées aux trous de coulée à l'extérieur du corps tubulaire du four et sont enchâssées sur des sièges appropriés formés par lesdits trous et en ce que le four comprend des moyens de fixation desdites buses sur leurs sièges disposés autour de la périphérie du corps du four et qui permettent le changement des buses sans effectuer le refroidissement du four. 6. Four rotatif suivant les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que l'inclinaison, la vitesse de rotation du four et la section des trous de coulée sont réglées de telle façon que le temps de séjour du produit dans l'intérieur du four soit un minimum, ce temps étant en tout cas compris entre une demi-heure et une heure et demie.