Brevet FR2691377A1 — publié le 19931126

La présente invention concerne un four tournant renfermant au moins un tube creux fonctionnant à très haute température utilisable pour y faire des réactions chimiques à l'intérieur du tube. Par des conditions appropriées on génère à l'intérieur du ou des tubes fabriqués en acier réfractaire une couche protectrice d'alumine dont la durée de vie peut être très longue et qui permettra au cours des réactions effectuées à l'intérieur d'un tube d'éliminer certaines réactions parasites qui jusqu'à présent s'effectuaient lors du contact des réactifs chimiques avec les éléments métalliques du tube A titre d'exemple d'utilisation on peut citer la fabrication des nitrures. L'originalité du four selon l'invention repose sur l'utilisation d'un tube en alliage spécifique, de type acier réfractaire haute température à base de fer, de chrome et d'aluminium (par exemple à 22 % poids en chrome, 5,8 % en aluminium, le complément en fer). Dans des conditions oxydantes appropriées (avec par exemple balayage d'air à 600 1 000 C ou à titre d'autres exemples balayage avec des mélanges H 2/H 20, I 12/02, CO/H 2, à plus ou moins forte teneur en H 2) on génère une couche d'alumine, au moins en partie à l'intérieur du tube. En outre, il est possible de déposer sur la paroi interne du tube avant ou après avoir révélé la couche d'oxyde un film d'alumine en surface ou un film d'un autre matériau, par exemple d'une silice ou de silice alumine ou de zircone ou le zircone oxyde d'yttrium etc ou d'un tamis moléculaire (zéolite) Ce film pourra être déposé par toute méthode connue, imprégnation par barbottine, projection par plasma, par flamme, pulvérisation, etc Les tubes selon l'invention, conviennent ainsi qu'écrit plus haut pour la synthèse des nitrures En effet, la synthèse des nitrures s'effectue généralement à partir d'une charge pulvérulente composée d'au moins un oxyde métallique traitée sous atmosphère d'ammoniac à haute température Cependant, la décomposition de l'ammoniac en hydrogène est catalysée par les matériaux en acier réfractaire généralement utilisés pour la fabrication des tubes de four. Le dépôt d'alumine obtenu par oxydation appropriée du tube selon l'invention permet ici d'annihiler la réaction catalytique du fer ou d'autres métaux sur l'ammoniac (donc d'annihiler la décomposition d'ammoniac) et de réaliser la réaction dans de bien meilleures 1 i O conditions que dans un tube ne comportant pas de couche protectrice. L'utilisation comprend (voir figure unique) au moins un tube tournant en acier spécial Fe Cr Al, un moufle ( 2) équipé d'éléments par exemple en C Si (carbone de silicium) assurant une température dans le produit de 1 350 C par exemple. un système ( 4) de régulation sur la température de peau de tube, un système de mesure des températures au sein du lit réactionnel généralement poudre ou matériel pulvérulent (lit de poudre à l'intérieur de la zone réactionnelle (tube)). un groupe d'entraînement assurant une rotation de 1 (valeurs données à titre d'exemples). des boitiers ( 3) de rotation étanches de chaque côté du tube et assurant une étanchéité aux gaz tels que NH 3 et H 2, un système d'alimentation et de déchargement en continu du tube assurant un débit par exemple de 50 à 500 G/h. un chassis ( 6) L'invention concerne donc un four à tube tournant fonctionnant de 600 'C jusqu'à 1 400 'C (de préférence 600-1350 'C voire 800- 1 350 'C) et étanche aux gaz (air, N 2, NH 3, H 2) Le tube tournant est constitué d'au moins un alliage spécial Fe Cr Al qui peut fonctionner en atmosphère réductrice ou oxydante, moyennant certaines précautions de mise en route Le tube du four tourne sur lui-même le long de son axe longitudinal La réaction chimique est réalisée à l'intérieur du tube La température maximale d'utilisation côté éléments chauffants est de 1 400 'C, ce qui fixe la température maximum du procédé à quelques dizaines de degrés en dessous ( 1 350 C environ). A titre d'exemple, avec un taux de remplissage d'environ 15 % (fourchette générale préférée de remplissage: 5 à 25 %, en volume) et un temps de séjour de par exemple 60 minutes, les débits d'une poudre de densité 0 5 par exemple seront de l'ordre de moins G/h dans un four de diamètre de 50 mm ou d'environ 4 KG/h dans un four de diamètre de 200 mm. Les paramètres de réglage du four sont la vitesse de rotation (RPM de l'angle d'inclinaison (a) qui permettent d'ajuster les conditions opératoires en fonction des spécifications des produits recherchés. Le tube tournant est équipé à chaque extrémité d'un boitier rotatif assurant l'étanchéité, par exemple à 20 RPM, jusqu'à 5 Bar, avec les dispositifs d'alimentation et de soutirage. Le moufle électrique ( 2) du four est équipé de une ou plusieurs zones chauffées par des résistances à base par exemple de bisiliciure de molybdène dont les caractéristiques électriques et mécaniques permettent leur utilisation jusqu'à près de 1 700 'C. Le profil de température obtenu dans le tube de four dépendra du nombre de zone de régulation, mais aussi des paramètres opératoires: débit de charge poudre et gaz, compositions chimiques, réaction, endothermique, exothermique. Le contrôle des températures dans les réactifs à l'intérieur de la zone réactionnelle ( 5) s'effectue par l'intermédiaire de capteurs installés sur les internes du tube tournant et reliés en partie arrière à un ensemble rotatif d'indicateurs de température autonomes. 1 i O Le chassis de l'appareil ( 6) comporte un moto-réducteur à vitesse variable de 1 à 20 RPM ou 1 à 5 encore, toujours à titre d'exemple), transmettant par l'intermédiare d'une chaîne et d'un jeu de roues dentées, la rotation au tube de four Un système de secours sur batterie ou courant secouru et un groupe d'entraînement séparé assureront le maintien de la rotation du tube en cas de coupure électrique pendant toute la période de refroidissement du tube tournant En outre, un détecteur de rotation sera relié à la centrale d'alarmes de l'atelier ou du laboratoire Le chassis comporte en outre éventuellement des vis de calage qui serviront à ajuster l'angle d'inclinaison cc, dont la mesure sera effectuée par l'intermédiaire d'un niveau à eau installé avec deux réglettes graduées sur le chassis. REVENDICATIONS 1 Appareil pour réaction chimique comportant au moins un tube tournant sur lui-même le long de son axe longitudinal, la réaction chimique s'effectuant à l'intérieur du tube, appareil caractérisé en ce que le tube tournant est réalisé en un acier spécial à base de fer, de chrome et d'aluminium et en ce que préalablement à son utilisation, l'intérieur du four a été soumis 1 i O à des conditions oxydantes appropriées de façon à révéler une couche d'alumine à l'intérieur d'une partie au moins du tube. 2 Appareil selon la revendication 1 dans lequel ledit acier renferme en poids environ 22 % de chrome, 5,8 % d'aluminium et le complément en fer. 3 Appareil selon l'une des revendications 1 et 2 dans lequel avant ou après révélation de la couche d'alumine révélé, on crée un film d'alumine ou d'un composé équivalent. 4 Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le tube tournant fonctionne entre 600 et 1400 'C et est étanche aux gaz, pouvant en outre fonctionner en atmosphère réductrice ou oxydante. Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le taux de remplissage d'un tube est compris entre 5 et % en volume, (remplissage d'une poudre réactionnelle ou de matériel pulvérulent réactionnel). 6 Appareil selon l'une des revendications 1 à 5 comportant au moins un tube tournant au moins un moufle un système de régulation sur la température de peau de tube un système de mesure des températures au sein du lit réactionnel à l'intérieur de la zone réactionnelle (tube) un groupe d'entraînement des boitiers de rotation étanches de chaque côté du tube un système d'alimentation et de déchargement en continu du tube. 7 Utilisation de l'appareil selon l'une des revendications 1 à 6 dans la synthèse des nitrures.