L'invention se rapporte à un four rotatif utilisé dans la fabrication en continu de silicates solides alcalins.
Généralement, I'obtention de silicates alcalins est fondée sur la fusion du sable quartzeux (silice) avec le carbonate du cation alcalin correspondant, la fusion pouvant être réalisée dans des fours à cuve, dans des fours à creuset, ou bien, récemment, par fabrication en continu avec l'emploi de fours rotatifs tubulaires cidessus cités.
Dans le mémoire descriptif suivant, on se réfère préférablement à la fabrication du silicate dont le cation est le sodium, parce que le procédé lui-même est similaire pour les autres silicates (de potassium, de lithium, etc.) se distinguant uniquement par leurs températures de fusion, lesquelles sont déterminées par les diagrammes binaires correspondants et par la relation molaire existant entre l'anhydride silicique et l'oxyde du cation correspondant.
Lors de la formation du silicate de sodium dans des fours tubulaires rotatifs, la réaction pricipale qui a lieu est la suivante:
n SiO2 + Na2CO3 < n SiO2-Na20 + CO2, dans laquelle n peut prendre normalement une valeur quelconque comprise entre 2 et 4, conduisant ainsi à une série de silicates de sodium dont la relation molaire est distincte, avec des caractéristiques et des propriétés spécifiques appropriées aux applications envisagées.
Afin que la fusion soit parfaite, il est nécessaire que les matériaux avancent à l'intérieur du four à une vitesse uniforme, sans interruption et en formant une couche mince, de façon à demeurer le temps le plus court possible à l'intérieur du four, et que la quantité de matériau présente à l'intérieur du four soit toujours égale au minimum indispensable, afin que le processus de fusion ait lieu progressivement entre l'entrée et la sortie du four. I1 se produit alors une série de phases successives, à savoir la phase de mélange, la phase de compacité, la phase de réaction, la phase de dissolution, la phase liquide et la phase de déchargement;
durant ce processus, le compactage de la silice et du carbonate commence entre 750" et 8000 C, tandis qu'à partir de 8006 C commence la formation d'une phase liquide (mélange eutectique) composée par du disilicate et du quartz (silice), à environ 880"C les grains de quartz se revêtent d'une couche de métasilicate et de disilicate en produisant un grand dégagement d'anhydride carbonique.
Dans cette phase, la réaction est très rapide et l'anhydride carbonique entraîne une partie du carbonate et du quartz en formant une fine couche de scorie qui flotte sur la masse du liquide fondu; à environ 1000"C, la scorie (carbonate et quartz) se dissout progressivement dans le liquide qui est formé par du métasilicate et du disilicate, et, finalement, entre 1100 et 1200"C, le dégagement d'anhydride carbonique s'arrête 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 de l'existence de divers types de silicates ayant des viscosités différentes à l'état fondu, de sorte que, 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 le processus de parcourir successivement les phases mentionnées ci-dessus. Si, par contre, la masse fondue a une très grande viscosité, son écoulement du four
sera ralenti, augmentant ainsi l'épaisseur de la masse à l'intérieur
du four, ce qui rendra difficile le mélange des matières et conduira à un produit imparfait.
Pour éviter ces inconvénients, I'invention propose un 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, installé avec
une inclinaison comprise entre 0,5% et 2%, et pouvant tourner à
une vitesse comprise entre 1/4 et I t/mn, ce corps tubulaire étant
pourvu à son extrémité supérieure d'une ouverture servant au chargement des matériaux qui avancent ensuite le long du corps tubulaire, et comportant au moins un trou de coulée qui sert au déchargement du produit fondu et qui est pratiqué dans la paroi du corps tubulaire, à proximité immédiate de son extrémité inférieure, chacun des trous de coulée étant pourvu d'une buse en matériel réfractaire interchangeable,
afin de pourvoir adapter la section de déchargement à la viscosité du produit fondu.
Le four peut de préférence comprendre plusieurs trous carrés ou rectangulaires pratiqués dans l'extrémité de la paroi latérale du four, le nombre de ces trous pouvant varier de 1 à 8. Dans ces trous peuvent être disposées, engagées par l'extérieur, des buses interchangeables en matériel réfractaire présentant différentes sections de passage. Si l'on dispose de plusieurs jeux de buses, on peut alors utiliser celui qui est le plus approprié à la viscosité de la masse fondue, afin d'obtenir une évacuation constante et uniforme du four. Cela présente l'avantage supplémentaire de pouvoir effectuer le changement des buses au moment du changement du type de silicate à fabriquer, sans la nécessité de laisser refroidir le four.
L'invention sera maintenant illustrée en se rapportant au dessin ci-joint, à titre d'exemple, par la description d'un mode de réalisation.
La fig. I est une section longitudinale schématique d'un tel four rotatif;
la fig. 2 est une vue en plan d'une buse, et
la fig. 3 est une section à travers une buse montée.
Le four rotatif représenté dans la fig. I est constitué par un corps tubulaire métallique pourvu d'un revêtement intérieur (2) en matériel réfractaire, dont la longueur est de 6 à 8 fois le diamètre intérieur utile, qui, lui-même, dépend de la capacité de production prévue du four. Ledit corps tubulaire (1) porte à son extérieur des bandages de roulement (3) par l'intermédiaire desquels il s'appuie sur des paires de rouleaux de support (4) et par ailleurs un troisième bandage (5) qui est denté et au moyen duquel le four est mis en rotation au moyen d'une transmission appropriée, non représentée. Sa vitesse de rotation est faible, c'est-à-dire approximativement entre 1/4 et lt/mn.
Le four est monté avec une légère inclinaison de son axe, cette inclinaison variant entre 0,5% et 2%. A son extrémité supérieure, le four comporte une grande ouverture (6) servant au chargement des matériaux, qui s'effectue par des moyens connus représentés schématiquement en 7. L'extrémité opposée ou inférieure du four 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). Près de son extrémité inférieure le four présente dans sa paroi latérale quelques ouvertures carrées ou rectangulaires (10) dont le nombre varie de 1 à 8, et qui servent au coulage du produit fondu en une lingotière (11) de plaques métalliques dans laquelle le produit se solidifie.
Vu la faible inclinaison du four et sa faible vitesse de rotation, la masse traitée forme une fine couche à la périphérie du four et avançant en direction de la zone de déchargement. On peut ainsi obtenir que le temps de séjour du produit à l'intérieur du four soit au minimum compris entre V2 h et 1 V2 h. Ce temps est réglé par l'inclinaison et la vitesse du four ainsi que par les ouvertures de coulée.
Ces ouvertures de coulée (10) présentent, dans la moitié intérieure de l'épaisseur de la paroi (2) du four, une forme convergente en forme d'entonnoir (12) et, dans la moitié extérieure, elles forment une mortaise prismatique (13) dont les deux parties forment un rebord (14). Dans cette mortaise (13) sont enchâssées des buses interchangeables (15) en matériel réfractaire, ayant une teneur élevée en AkO3 afin d'éviter leur usure, ces buses présentant à leur extérieur une forme et des dimensions identiques afin de pouvoir être engagées dans la mortaise (13) en s'appuyant, d'une part, par leur extrémité contre le rebord (14) et, d'autre part, contre la surface du corps (1), au moyen d'un rebord périphérique (16).
Ces buses (15) sont pourvues d'une ouverture centrale (17) qui a également une forme carrée ou rectangulaire, de dimensions variables, de façon que, si on dispose de plusieurs jeux de telles buses présentant des sections de passage (17) différentes, on peut utiliser les buses les plus convenables pour la viscosité du silicate qu'on veut fabriquer.
Quoique les buses (15) puissent être d'une pièce, elles seront de préférence composées de deux moitiés, comme représenté dans les fig. 2 et 3. Cela facilite leur montage et leur démontage et permet, dans le cas d'une détérioration partielle, de ne remplacer qu'une seule de leurs moitiés et de réaliser ainsi une économie.
Le maintien en place des buses (15) peut être effectué de différentes manières, par exemple au moyen de crampons maintenus par des tiges filetés (19), ce qui facilite le montage et le démontage. Les buses étant engagées dans leurs mortaises par l'extérieur, on peut leur en substituer d'autres ayant des sections de passage (17) différentes au moment de fabriquer un autre type de silicate distinct, et ce sans devoir laisser refroidir le four.
The invention relates to a rotary kiln used in the continuous manufacture of solid alkali silicates.
Generally, the obtaining of alkali silicates is based on the melting of quartz sand (silica) with the carbonate of the corresponding alkaline cation, the melting being able to be carried out in shaft furnaces, in crucible furnaces, or else, recently, by continuous production using the above-mentioned rotary tube furnaces.
In the following specification, reference is preferably made to the manufacture of the silicate whose cation is sodium, because the process itself is similar for other silicates (of potassium, lithium, etc.) which are distinguished only by their melting temperatures, which are determined by the corresponding binary diagrams and by the molar relationship between silicic anhydride and the oxide of the corresponding cation.
When forming sodium silicate in rotary tube furnaces, the main reaction that takes place is as follows:
n SiO2 + Na2CO3 <n SiO2-Na20 + CO2, in which n can normally take any value between 2 and 4, thus leading to a series of sodium silicates whose molar relationship is distinct, with specific characteristics and properties appropriate for the intended applications.
In order for the fusion to be perfect, it is necessary that the materials advance inside the furnace at a uniform speed, without interruption and forming a thin layer, so as to remain as short as possible inside the furnace. , and that the quantity of material present inside the furnace is always equal to the essential minimum, so that the melting process takes place progressively between the entry and the exit of the furnace. A series of successive phases then occurs, namely the mixing phase, the compacting phase, the reaction phase, the dissolution phase, the liquid phase and the unloading phase;
during this process, the compaction of silica and carbonate begins between 750 "and 8000 C, while from 8006 C begins the formation of a liquid phase (eutectic mixture) composed of disilicate and quartz (silica) , at about 880 ° C the quartz grains become coated with a layer of metasilicate and disilicate, producing a large evolution of carbon dioxide.
In this phase, the reaction is very rapid and carbon dioxide entrains part of the carbonate and quartz, forming a thin layer of slag which floats on the mass of the molten liquid; at about 1000 "C, the slag (carbonate and quartz) gradually dissolves in the liquid which is formed by metasilicate and disilicate, and, finally, between 1100 and 1200" C, the evolution of carbon dioxide stops because that all the carbonate has been used up.
If, previously, the quantity of quartz has been calculated according to the
indicated temperature, it will completely dissolve in the liquid and
the silicate will be obtained from the calculated molar relation. But one must take into account the existence of various types of silicates having different viscosities in the molten state, so that, if they are silicates with a very fluid melt, the output of the molten material by the unloading opening of the furnace could be excessively fast and prevent the process from going through the above-mentioned phases successively. If, on the other hand, the melt has a very high viscosity, its flow from the furnace
will be slowed down, thus increasing the thickness of the mass inside
oven, which will make it difficult to mix the materials and lead to an imperfect product.
To avoid these drawbacks, the invention proposes an oven
rotary for the continuous manufacture of solid alkali silicates, characterized in that it comprises a tubular body whose
length is 6 to 8 times the effective internal diameter, installed with
an incline of between 0.5% and 2%, and which can turn
a speed between 1/4 and I rpm, this tubular body being
provided at its upper end with an opening serving for loading the materials which then advance along the tubular body, and comprising at least one tap hole which serves for discharging the molten product and which is made in the wall of the tubular body, to immediate proximity to its lower end, each of the tap holes being provided with a nozzle in interchangeable refractory material,
in order to adapt the discharge section to the viscosity of the molten product.
The oven can preferably include several square or rectangular holes made in the end of the side wall of the oven, the number of these holes being able to vary from 1 to 8. In these holes can be arranged, engaged from the outside, nozzles. interchangeable in refractory material with different passage sections. If several sets of nozzles are available, then the one which is most suitable for the viscosity of the melt can be used, in order to obtain a constant and uniform discharge from the furnace. This has the additional advantage of being able to change the nozzles when changing the type of silicate to be produced, without the need to allow the furnace to cool.
The invention will now be illustrated with reference to the accompanying drawing, by way of example, by the description of an embodiment.
Fig. I is a schematic longitudinal section of such a rotary kiln;
fig. 2 is a plan view of a nozzle, and
fig. 3 is a section through a mounted nozzle.
The rotary kiln shown in fig. I consists of a metallic tubular body provided with an internal lining (2) of refractory material, the length of which is 6 to 8 times the useful internal diameter, which itself depends on the expected production capacity of the furnace . Said tubular body (1) carries on its exterior treads (3) through which it rests on pairs of support rollers (4) and, moreover, a third tire (5) which is toothed and on the other hand. means of which the furnace is rotated by means of a suitable transmission, not shown. Its speed of rotation is low, that is to say approximately between 1/4 and lt / min.
The furnace is mounted with a slight inclination of its axis, this inclination varying between 0.5% and 2%. At its upper end, the furnace has a large opening (6) for loading the materials, which is effected by known means shown schematically at 7. The opposite or lower end of the furnace is closed and has a central conical opening ( 8) in which is housed a nozzle or other suitable heating element, represented by the arrow (9). Near its lower end, the furnace has in its side wall a few square or rectangular openings (10), the number of which varies from 1 to 8, and which are used for pouring the molten product into an ingot mold (11) of metal plates in which the product solidifies.
Considering the low inclination of the furnace and its low speed of rotation, the treated mass forms a thin layer at the periphery of the furnace and advancing towards the unloading zone. It is thus possible to obtain that the residence time of the product inside the oven is at least between V2 h and 1 V2 h. This time is regulated by the inclination and speed of the furnace as well as by the pouring openings.
These pouring openings (10) have, in the inner half of the thickness of the wall (2) of the furnace, a converging funnel-shaped shape (12) and, in the outer half, they form a prismatic mortise ( 13) whose two parts form a rim (14). In this mortise (13) are embedded interchangeable nozzles (15) made of refractory material, having a high AkO3 content in order to avoid their wear, these nozzles having on their exterior an identical shape and dimensions in order to be able to be engaged in the mortise (13) by resting, on the one hand, by their end against the rim (14) and, on the other hand, against the surface of the body (1), by means of a peripheral rim (16).
These nozzles (15) are provided with a central opening (17) which also has a square or rectangular shape, of variable dimensions, so that, if there are several sets of such nozzles having different passage sections (17) , you can use the most suitable nozzles for the viscosity of the silicate that you want to manufacture.
Although the nozzles (15) may be in one piece, they will preferably consist of two halves, as shown in Figs. 2 and 3. This facilitates their assembly and disassembly and makes it possible, in the event of partial deterioration, to replace only one of their halves and thus to achieve savings.
The nozzles (15) can be held in place in different ways, for example by means of crampons held by threaded rods (19), which facilitates assembly and disassembly. As the nozzles are engaged in their mortises from the outside, it is possible to replace them with others having different passage sections (17) when manufacturing another type of distinct silicate, and this without having to allow the oven to cool.