Brevet FR2468091A1 — publié le 19810430

l'invention concerne un appareillage pour fon- dre et raffiner en continu ou en semi-continu un métal dans un four à cuve verticale en mettant en contact les morceaux de métal avec de la chaleur produite par la com- bustion d'un mélange de combustible ayant une composition soigneusement contrôlée qui est brûlée et injectée dans le four à travers une pluralité d'ouvertures de braleur dans la paroi du four en briques réfractaires. Le métal Indu s'écoule au fond du four et sort du four à travers un trou de coulée en un courant substantiellement continu pour traitement ultérieur. Les fours à cuve verticale classiques pour fon- dre et raffiner un métal, tel que le cuivre, sont bien connus, et de nombreuses configurations de soles ont été utilisées dans ces fours pour diverses raisons. De tels fours verticaux et configurations de soles ont été décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 2 283 163, 3 199 977, 3 715 203, 3 788 623 et dans certains des bre- vets antérieurs cités dans lesdits brevets. Généralement, ces fours présentent une forme substantiellement cylindri- que et sont allongés dans une direction verticale. Le métal à fondre, tel que des morceaux de cathodes en cuivre, est chargé dans le four à partir d'une position élevée. Ces pièces chargées tombent vers le fond du four ou une pluralité de brûleurs logés dans les parois du four chauf- fent le four pour provoquer la fusion du métal. Le métal fondu s'écoule en continu hors du four par un trou de coulée et passe ensuite habituellement dans un four de maintien ou à une étape de traitement ultérieure telle qu'une opération de coulée continue. les parois réfractaires d'un four à cuve verti- cale classique ont une épaisseur qui augmente typiquement de la partie supérieure à la partie inférieure dudit four. Ceci forme souvent une chambre de fusion interne en forme d'entonnoir qui s'étend de la zone d'entrée de la charge à une zone adjacente au sommet de la sole. le réfractaire en forme d'entonnoir constitue un support continu pour les morceaux chargés à mesure qu'ils fondent, se rétrac- tent et descendent dans le four. Ce support convient ha- bituellement très bien pour des morceaux chargés de taille normale tels que des cathodes en cuivre. Toutefois, lors- que la charge est initialement plus petite que la portion la plus étroite de l'entonnoir, comme dans le cas de dé- chets de cuivre, d'agglomérats de soufflures, d'anodes usées, etc.; ou lorsque les morceaux chargés se rétrac- tent à une taille plus petite pendant la fusion continue, et en particulier durant les périodes à problèmes qui causent des démarrages et des arrêts répétés, le procédé à support en forme d'entonnoir est inefficace. Il en ré- sulte des morceaux de métal non fondus qui reposent di- rectement sur la sole, ce qui peut provoquer des diffi- cultés au cours du processus de fusionet de raffinage. Un problème rencontré avec les fours à cuve verticale de l'art antérieur et leur configurations de sole est que les ouvertures de brûleurs par lesquelles la chaleur pénètre dans le four peuvent devenir obstruées par les morceaux de métal qui atteignent la sole avant d'être complètement fondus. Un brûleur obstrué peut ne pas diriger la chaleur là o il faut, ce qui entraîne une fu- sion inefficace et peut provoquer une obstruction supplé- mentaire. Des brûleurs obstrués peuvent même pétarder, ce qui provoque souvent des dommages aux brûleurs et aux parties adjacentes. Si des morceaux de métal obstruent mécaniquement un brû^leur, il peut en résulter une combus- tion incomplète. Ceci est particulièrement indésirable parce que, spécialement dans le cuivre fondu, la teneur en oxygène est critique. Etant donné que le brûleur brûle un mélange de combustible et de gaz contenant de l'oxygène, une combustion incomplète fait que de l'oxygène en excès est injecté dans le four et que la teneur en oxygène dans le métal fondu pourrait être ainsi accrue au-delà des li- mites désirables ou acceptables. En outre, des masses stagnantes de métal fondu peuvent s'accumuler, permettant la formation ou la concentration de scories, ce qui, même si on y remédie rapidement, donne des produits de médiocre qualité car il n'est pas possible de redisperser uniformé- ment les particules de scories. Dans les cas extrêmes, l'arrêt, le nettoyage à froid et la reconstruction du four peuvent être nécessaires. Ces problèmes, et les complications qui en dé- coulent, provoquent des pertes économiques importantes en raison du cuivre de médiocre qualité produit, de la pro- duction compromise et des dépenses excessives de temps et d'argent nécessaires pour réparer les fours bouchés et endommagés. La présente invention résout ces problèmes en prévoyant un support direct légèrement au-dessus de la sole pour les morceaux chargés qui atteignent la région de la sole sans avoir été fondus. Une charge consistant de morceaux de métal tels que des cathodes en cuivre, des déchets de cuivre, des agglomérats de soufflures, des anodes usées, ou une combi- naison quelconque de ceux-ci, est amenée au sommet du four à cuve verticale d'une manière continue ou semi-continue. Lorsque c'est possible, le métal doit être chargé d'une manière irrégulière, non alignée et mixte pour former une charge non compacte avec des espaces entre les morceaux de métal, de manière à permettre une répartition uniforme de la chaleur et, ainsi, une vitesse de fusion accrue. A me- sure que le métal fond, il quitte souvent les morceaux solides et s'écoule vers le bas le long des parois réfrac- taires internes en forme d'entonnoir jusqu'à la sole et, de là, sort par le trou de coulée en direction d'une autre étape de traitement d'une manière continue ou semi-continue. En même temps, les morceaux de métal dans l'entonnoir for- mant support deviennent plus petits et descendent lentement dans l'entonnoir jusqu'à ce qu'ils soient complètement fondus ou jusqu'à ce qu'ils soient assez petits pour passer à travers la partie la plus étroite de l'entonnoir. Les morceaux qui atteignent cette taille sans être complètement fondus tombent alors sur la nouvelle sole à niveaux multi- ples de la présente invention. La sole à niveaux multiples est conçue pour sé- parer le métal fondu du métal solide. Le métal fondu s'é- coule jusqu'aux niveaux inférieurs de la sole qui mènent au trou de coulée adjacent au niveau le plus bas de la sole. Les niveaux supérieurs de la sole fournissent un support pour les morceaux solides et semi- solides de métal. La chaleur est ainsi répartie uniformément et efficacement autour des morceaux supportés et les réduit rapidement à l'état fondu. Ainsi, l'invention permet au métal fondu de s'écouler vers le bas du four puis de sortir d'un four sans être substantiellement gêné par des morceaux de métal solides. Le trou de coulée du four ne sera pas bouché par des morceaux de métal solides et le risque d'obstruction des brOleurs par le métal est grandement abaissé. Ainsi l'objet de la présente invention est de fournir des moyens pour supporter des morceaux de métal qui ont atteint la zone de la sole d'un four à cuve verti- cale classique pour la fusion et le raffinage du cuivre, sans avoir été complètement fondus. Un autre objet de l'invention est d'étendre l'utilité des fours à cuve verticale classiques en leur permettant de traiter des morceaux de métal irréguliers tels que des déchets de cuivre, des agglomérats de souf- flures, des anodes usées, etc. sans accroissement des pro- blèmes d'obstruction habituellement associés à la fusion et au raffinage de morceaux de charge relativement petits. Un autre objet de la présente invention est de permettre une répartition et une diffusion de chaleur uni- formes et complètes autour et à travers les morceaux de métal qui ont atteints la zone de la sole sans avoir été fondus de manière à assurer leur fusion rapide. Encore un autre objet de l'invention est d'éviter une limitation indue de l'écoulement par gravité du métal fondu du four à cuve verticale vers les zones de traitement extérieures en assurant que le métal reste capable de s'é- couler librement à travers la sole et que le trou de coulée ne devienne pas bouché par des morceaux de métal non fon- dus. Encore un autre objet de l'invention est d'éviter l'obstruction des brMleurs inférieurs du four à cuve ver- ticale et d'éviter ainsi une combustion incomplète du combustible et du gaz contenant de l'oxygène, ce qui per- met à son tour d'éviter que le produit résultant soit de médiovre qualité et que le four ne subisse des dommages par suite de retours de flamme ou de déviations dans b direc- tion d'application de la chaleur. Un objet supplémentaire de la présente invention est de permettre un contrôle plus précis de la vitesse de fusion d'un métal dans un four à cuve verticale afin d'ob- tenir l'écoulement continu et régulier de métal fondu qui est essentiel dans les processus intégrés o le métal est utilisé dans des opérations continues successives telles que la coulée continue et le laminage de barres. Encore un autre objet supplémentaire de l'inven- tion est d'améliorer la composition chimique du produit fini et de le rendre susceptible d'un contrôle plus étroit en améliorant l'uniformité et la reproductibilité du pro- cessus de fusion et de raffinage. La description qui va suivre en regard des des- sins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe de la partie inférieure d'un four à cuve verticale classique de l'art antérieur; La figure 2 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation préféré selon la présente invention; et La figure 3 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation préféré selon la présente invention. La figure 1 représente une sole 10 de four à cuve verticale classique de l'art antérieur. La sole 10 est habituellement en pente en direction du trou de coulée 11 et peut présenter une surface plane ou légèrement con- vexe. Cette sole 10 présente des variations de niveaux de surface qui sont insuffisantes pour former un support pour des morceaux de charge non fondus qui atteignent cette zone. Il faut un certain type de support pour empê- cher une limitation indue de l'écoulement de cuivre fondu et/ou le bouchage du trou de coulée 11. Comme les figures 2 et 3 le montrent, il existe diverses façons possibles de mettre en oeuvre la présente invention. Des combinaisons de divers profils de base: des dômes, des creux, des surfaces régulières et des pro- tubérances, sont utilisées pour construire les divers modes de réalisation. Dans toutes les variantes, le haut ou niveau supérieur de la sole est destiné au support de la charge, tandis que le bas ou niveau inférieur, est pour la décharge du métal fondu. La figure 2 représente un mode de réalisation préféré selon la présente invention qui est adapté à une sole en pente similaire à celle montrée par la figure 1. Il comprend de multiples dômes 20 et cuvettes 21 qui forment une sole à niveaux multiples. Les morceaux de métal non fondus sont maintenus audessus des cuvettes 21 par les dômes 20. A mesure que les morceaux de charge fondent sous l'effet de la chaleur apportée par une pluralité de brû- leurs 23 prévus dans les parois réfractaires 24 du four à cuve verticale, du métal fondu dévale du haut et autour des dômes 20, et s'écoule le long des cuvettes 21 vers le trou de coulée 11. La sole à multiples niveaux présente une pen- te générale de façon que le point 22, adjacent au trou de coulée 11, soit le niveau le plus bas de la sole à multi- ples niveaux pour assurer qu'il ne se forme pas d'accumu- lation de métal fondu à l'intérieur du four. La figure 3 représente un autre mode de réalisa- tion préféré selon la présente invention. Il est fondamen- talement formé de cuvettes 30 et d'une multiplicité d'élé- ments réfractaires en saillie 31 formant support pour la charge. Lorsque des morceaux de charge solides atteignent la sole 32 à niveaux multiples, les éléments 31 les sépa- rent du métal fondu en les maintenant au-dessus de la sur- face en forme de cuvettes 30 de la sole 32. A mesure que ces morceaux sont fondus par les braleurs 23, ils tombent dans les cuvettes 30. Les éléments en saillie 31 font obstacle au passage de ces morceaux de métal solides dans les cuvettes en pente 30 et à travers le canal 33 menant au trou de coulée 11, empochant ainsi que de gros morceaux non fondus n'atteignent et ne bloquent le trou de coulée. Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techni- ques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Four à cuve verticale pour la fusion et le raffinage de morceaux de métal, ce four étant du type pré- sentant une paroi de four extérieure délimitant une cham- bre de fusion verticale, une ouverture prévue à la partie supérieure du four pour l'introduction de la charge, une pluralité d'ouvertures de brûleurs prévues dans la surface intérieure de la paroi pour injecter de la chaleur dans la chambre pour fondre les morceaux de métal, et un trou de coulée prévu à la base de cette chambre pour décharger le métal fondu du four, caractérisé en ce qu'il comprend une sole à niveaux multiples incluant une pluralité d'éléments réfractaires en saillie (20) pour supporter la charge qui est descendue au bas de la chambre de fusion sans avoir été fondue. 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sole à niveaux multiples présente une surface relativement uniforme et régulière et est constituée par une multiplicité de d8mes, et en ce que cette sole présente une pente générale telle que le point adjacent au trou de coulée constitue le niveau le plus bas de ladite sole. 3. Four selon la revendication 2, caractérisé en ce que les multiples dômes et une paroi du four coopè- rent pour former un support pour le métal qui a atteint la sole sans avoir été fondu, le rayon de courbure des d8mes assurant l'écoulement par gravité du métal fondu vers les bords extérieurs desdits dômes et la pente générale de la sole assurant l'écoulement par gravité du métal fondu autour desdits d8mes vers le niveau le plus bas de la sole à niveaux multiples adjacent au trou de coulée. 4. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de support de la charge consistent en une sole à niveaux multiples dont la surface est rela- tivement uniforme et régulière, cette sole présentant de multiples dépressions en forme de cuvettes avec un ou plusieurs canaux en pente jusqu'à un point situé au bord de la sole et qui est le niveau le plus bas de la sole à niveaux multiples et est adjacent au trou de coulée. 5. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments réfractaires en saillie formant supports pour la charge sont adaptés pour supporter la charge qui a atteint la sole à niveaux multiples sans avoir été fondue et constituent des obstacles disposés dans le chemin des morceaux de charge solides pour limiter leur mouvement latéral vers le trou de coulée.