Brevet FR2296676A1 — publié le 19760730

Il est bien connu que la fabrication des lectrodes en graphite destinées à équiper les furs électriques nécessite une opération délicate de cuisson préalable de la matière de baie utilise à savoir certains charbons en vue de leur faire acquérir des caractéristiques physico-chimique bien déterminées. la matière première utilisée, en général l'anthracite en grains doit Entre portée k une forte température pouvant atteindre 1600 dans certains cas. L'opération s'effectue en général dans un four à cuve vertical chauffé par un arc électrique ce qui implique une consommation d'énergie élevée nécessitée par le séchage et la aise en teapéra- ture des produits à traiter. Le rendement global de l'opération n'est pas excellènt du fait des pertes correspondant à la chaleur sensible des gaz distillés et des matières extraites, ainsi que des pertes du four par rayennesent. Les charbons du type anthracite utilisés dans ce traitement ont une teneur en matières volatiles comprise entre 3 et 6 % cons- tituées en très grande partie daydrogène et de méthane. Pour un charbon titrant 4,5 % de matières volatiles dont 20% d'hydrogène et 80 % de méthane en poids, le pouvoir calorifique inférieur correspondant de ces matières volatiles est do l'ordre de 650 thermies par tonne de combustible, cette chaleur potentielle n'est pas utilisée dans l'opération, elle est perdue étant éliminée sous forme de gaz par une cheminée. I1 ressort de l'établissement du bilan thermique de l'opération de calcination que la combustion de ces gaz avec de l'air, si elle pouvait Titre eifectuée en des peints judicieusement déterminés dans le four permettrait d'assarer 1- la mise en teipérature de-la charge sans faire appel à l'énergie électrique habituellement utilisée pour obtenir ce résultat. Le départ des matières volatiles d'un charbon du type anthra- cite s'effectue entre 250 et 1000. la majorité n'étant éliminée en général qu'au dessus de 6000. I1 en résulte que les nombreux essais effectués pour brûler ces matières volatiles se heurtent à la nécessité de développer une température élevée au point de combustion, ce qui a pour résultat de déplacer les isothermes dans le four et de rûler une partie du carbone fixe. Le procédé suivant l'invention consiste à récolter les satiè- res volatiles en ttte du four sous forme de gaz, et à les réintro duire dans la partie basse du four avec une quantité d'air appropriée par l'intermédiaire de brûleurs spéciaux assurant leur combustion. La quantité d'air introduite étant inférieure à la quantité stochiométrique requise, compte tenu de la quantité de gaz réintroduit. L'hydrogène et le méthane brayant préférentiellement au carbone fixe, c'est la combustion partielle de ces matières volatiles qui assure la mise en température de la charge. Dans la partie supérieure du four la chaleur sensible des fumées produites assure successivement l'élimination des matières volatiles du combustible puis le départ de l'humidité contenue. L'opération s'effectue de manière régulière, la température pouvant être atteinte par le charbon à traiter peut dépasser 1.0000 Les produits peuvent alors outre introduits directement dans un four électrique qui permettra de les porter à la température nécessaire pour leur transformation : 1.5500 par exemple. Four les températures indiquées il en résultera une cosommation de KWH réduite des deux tiers. Dans certains cas de fabrication de matières de base, il ntest pas nécessaire d'atteindre des températures aussi élevées et le niveau de 1.350 peut titre suffisant. Il est alors possible de procéder à l'opération de montée en température maximum dans un seul four vertical. Le principe de fonctionnement de ce four présente une certaine analogie aveo celui du fonctionnement de four à cuve du type ERI > f ayant fait l'objet de dépits de brevets antérieurs. La différence proviendra essentiellement du niveau de température visé 1400 à 1500 au lieu de 900 à 10000. Les moyens à mettre en oeuvre pour atteindre ce résultat seront essentiellement les suivants Le gaz produit au gueulard et constitué par un mélange de fumées de combustion et de matières volatiles sera traité pour éliminer la vapeur d'eau contenue et tout ou partie du C02 il sera alors divisé en trois parties en proportions inégales. Dans la z8ne médiane du four seront disposés des brlurs gazair ou gaz- air oxygéné, la quantité d'air imjectée correspondra à la quantité de calories k développer pour combustion avec le gaz combustible pour porter la matière dans le four k la température requise. La quantité de gaz injectée sera toujours supérieure à la quantité stochionétrique requise afin que d'une part la flamme obtenue ne contienne pas d'oxygène libre et que sa température corresponde à la valeur visée. Le gaz excédentaire par sa présence ayant une action endothermique permettant d'atteindre ce résultat. À la base du four on injecte du gaz froid qui traversera la masse des produits calcines. Il se réchauffera en les retroi- dissant. Le gaz ehaud arrivant dans la sine médiane du four se mélangera aux fumées provenant des brûleurs et contribuera lui aussi par sa chaleur sensible à assurer les opérations de dévela- tilisation et de séchage des matières crues chargées dans la partie supérieure du four. Il contribuera de plus à maintenir une atmosphère réductrice dans toute la cuve. Il restera enfin une certaine quantité de gaz disponible peur d'autres utilisations éventuelles. L'important volume gazeux circulant dans la cuve sera un élément fondamental de régularisation des températures de la charge caractéristique particulièrement recherchée par les fabricants de pates à électrodes. Etant donné les températures développées dans la cuve du four la nature des garnissages réfractaires devra dès lors titre bien adaptée pour assurer un long service 3 pisés extra alumineux avec revêtement de carbone comme dans les cuves de hauts-fourneaux. À titre vindicatif le procédé peut tre mis eu oeuvre suivant les indications des figures 1 et 2. D'après la figure 1 le four électrique habituel de iabrication est surmonté d'un four à cuve rempli des matières à traiter. Les produits s'écoulent par gravité à travers les deux fours. Dans le four à cuve supérieur on a disposé des brtleurs mixtes air-gaz (1) alimentés par un ventilateur k air (2) et par un ventilateur à gaz (3) le gaz étant prélevé au gueulard(8) et ayant subi une opération de lavage, refroidissement et décarbonatation préalable éventuellement (4). Des injecteurs d'air dtappoint(5) permettent de régler la température sur une certaine hauteur du four. Les matières préchauffées en (6) s'écoulent par gravité dans le four électrique où elles sont portées à la température iinale requise par les moyens habituellement utilisés. Les matières volatiles subsistant qui finissent de se dégager dans le four électrique peuvent outre évacuées par la cuve du four supérieur en compensant éventuellement les pertes calorifiques subies par la matière et susceptibles de se produire pondant le passage entre les deux fours. La consommation globale de Kwh se trouve considérablement réduite à moins que l'on préfère augmenter la capacité nominale de production de l'installation. Dans la figure 2 l'appareillage mis en oeuvre se résume k un four à cuve vertical du type de celui indiqué à la figure 1, mais prolongé à la partie inférieure d'une certaine longueur. Les brtleurs (1) utilisés doivent Outre prévus pour assurer la combustion d'un mélange de gaz et d'air (2) ou dair oxygéné (7) pour permettre de développer de la température de flamme plus élevée 1.300 à 1.600. À la base du four on injecte par l'intermédiaire d'un ventilateur (3) dugsz prélevé au gueulard (8), ce gaz ayant subi les opérations de lavage et décarbonatation nécessaires en (4). La disposition de la figure 2 peut dans certains cas faire l'objet d'applications autres que l'utilisation prévue dans le brevet. Citons par exemple la dévolatilisation de combustibles divers, cette opération étant suffisamment poussée pour assurer une élimination du soufre contenu dans le combustible dans une proportion élevée. REVENDICATIONS 1 - Procédé de calcination d'anthracite dans un four k cuve carac péris par le fait que les calories nécessaires à l'opération sont obtenues par la combustion d'une partie des matières volatiles dégagées au gueulard et réintroduites en mélange avec de l'air dans la partie médiane de la cuve. La proportion air-gaz étant dosée de telle manibre que l'on ne soit jamais en présence d'un excès d'air par rapport au gaz. 2 - Procédé suivant revendication 1 caractérisé par le fait que des bradeurs appropriés assurent ne combustion réductrice air-gaz dans la zone médiane du four permettant d'atteindre dans la masse une température comprise entre 900 et 1.0000. 3 - Procédé suivant revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que les grains dtanthracite peuvent titre remplacés en tout ou par tie par des fines d'anthracite agglondrdes sous ferme de boulets k l'aide d'un liant carboné. 4 - Procédé suivant revendications 1 et 2 permettant d'assurer un écoulement continu par gravité du combustible pré chauffé dans un deuxième four à cuve chauffé électriquement et permettant d'atteindre des températures de 1.508 1.600e. 5 - Procédé suivant revendications 1-2-3 caractérisé par le fait que la substitution au fluide comburant l'air d'un fluide constitué d'oxygène ou d'air oxygéné permet d'atteindre un niveau supérieur de température comprises entre 1300 et 1600 centigrades assurant alors une calcination convenable des grains d'anthracite sans nécessiter l1adjenction en série d'un four électrique les produits récoltés étant de plus à basse température. 6 - Procédé suivant revendications 1 à 5 caractérisés par le fait que le garnissage réfractaire de la cuve est traité en pisé extra- alumineux revêtu de briques ou de pisé de carbone pour ne pas subir de dégradations dues aux températures développées. 7 - Procédé suivant revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que l'important volume de gaz réducteur circulant à contre-courant dans la use remplie de matières à traiter contribue à régulariser les températures et à éliminer les zones éventuelles de surchauffe 8 - Procédé suivant revendication 1 à 7 caractérisé par le fait que les hautes températures atteintes sssurent sur les combustibles une dévolatilisation très poussée avec élimination de soufre