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Paul BATAILLE,.
Gaurain-Ramecroix. Dispositif de préchauffage des mélanges argilo-calcaires pour la fabrication du ciment par voie sèche au four rotatif.
La présente invention concerne la fabrication du ciment par voie sèche su four rotatif.
Lorsqu'on réalise,, dans un four rotatif de lon- gueur moyenne, le réchauffage, la décarbonatation et la clinkérisation du mélange arilo-calcaire préparé en poudre fine pour la fabrication du ciment., il est impossible d'ob-
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tenir un bon rendement thermique.
Pratiquement, si on utilise des foursde 50 à 60 mettes delongueur et qu'on veuille obtenir une bonne pro- duction, il n'est pas possible d'amener les fumées au bout du four à une température inférieure à 500 . La températu du four une température inférieure 500 . La température généralement constatée dare ce cas varie entre 500 et 8000 et s'établit en moyenne vers 650 .
La masse des gaz sortant du four à température aussi élevée comprend non seulement les gaz provenant de la combustion du charbon insufflé dans le four, mais aussi tout le C02 chassé de la matière et qui représente environ 55 % du poids de clinker produit. Cette masse de gaz emporte avec elle à la cheminée une quantité de chaleur très impor- tante .
Pour réduire la perte par les gez allant à. la. che- minée, on a adopté diverses dispositions qui tout en réali- sant une amélioration sur le four normal de longueur moyen- ne, ne permettent pas cependant une'récupération complète et économique des chaleurs disponibles.
On a notamment préc oni sé l'allongement du four rotatif.
On est arrivé dans cette voie, à. construire des fours de plus en plus longs dont certains atteignent une longueur de 130 mètres. Outre que l'allongement anormal des fours est très onéreux, les dépenses de construction et d'entretien qu'ils occasionnent étant proportionnelle- ment plus élevées que pour des fours normaux, cette solu-
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tion entraîne une perte importante de chaleur par rayonne- ment de l'enveloppe du four au milieu ambiant.
En fait, l'allongementanormal des fours est une mauvaise solution, car si le four rotatif est un outil qu'on peut considérer comme parfait pour produire la clinkérisa- tion et la décarbonatation des matières argilo-calcaires, il est d'un rnauvais rendement quand il s'agit de chauffer la matière à partir de la température ambiante jusqu'à la température de 800 . En effets la clinkérisation et la dé- carbonatation exigent une température élevée, allant de 1450 à 900 , à laquelle les gaz agissent principalement par radiation et sont très actifs. On sait, en effet, que la chaleur transmise par radiation est proportionnelle à la 4 puissance de la température à laquelle se fait la trans- mission.
Les réactions à haute température s'effectuent donc rapidement et les zonesde clinkérisation et de décar- bonatation avec un four tenu à allure bien chaude, peuvent. être relativement courtes.
Il n'en est pas de même pour la zone de préchauf- àge de la matière,, où les gaz étant plus froids sont moins énergiques et transmettent une grande partie de leur cha- leur par convection. L'opération s'y fait donc plus lente- ment et les surfaces de contact étant limitées, il faut né- cessairement allonger très fort le four pour obtenir l'uti- lisation. aussi complète que possible des calories disponibles.
On a préconisé d'autre part la récupération des chaleurs perdues pour la production.de Tapeur.
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On peut arriver par ce procède à abaisser la tem- pérature des fumées à leur entrée à la cheminée jusque dans le voisinage de 150 , Biais @@ il est nécessaire pour cela de réaliser des installations coûteuses, tant pour la produc- tion de la vapeur que pour la transformation de la valeur en force motrice.
Les gaz sortant des fours à une température de 800 maximum, il faut pour obtenir une bonne récupération. installer des chaudières à grande surface de chauffe. Les surfaces sont 4 à 5 fois plus importantes pour une même production de vapeur que celles admisse pour des chaudières normales à chauffage direct par foyer à grille mécanique ou foyer au. charbon pulvérisé.
De plus, il est nécessaire que ces chaudières so@ent bien calorifugées pour réduire les pertes de chaleur et soient munies d'installations pour 3'enlèvement méthodi- que des poussières ehtrainées par les fumées sortant des fours.
Il faut, en outre, pour conduire ces installations un personnel spécialisé. pour ces raisons, la récupération des calories par production de vapeur de peut intéresser due les usines relativement importantes qui peuvent organiser un départe- ment spécial pour la. production de leur force motrice.
CI';) procédé n'estpas à envisager pour des usines de faible importance- ou pour celles qui peuvent acheter la force motrice dans de bonnes conditions, soit d'une centrale
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électrique thermique bien équipée, soit d'une centrale hydrau- lique.
On a préconisé également de transformer la poudre brute en granulés avec ajoute de 12 à 14% d'eau, et de l'in- troduiredans un four rotatif court,par l'intermédiaire d'une grille mécanique d'une certaine longueur, sur laquelle les granulés en tas sont chauffés progressivement en s'ache- minant vers le four rotatif,'au m oyen des fumées sortant de ce four vers 900 .
Si ce procédé présente certaine aspects intéres- sauts, il a par contre, l'inconvénient d'introduire dans la matière à cuire un pourcentage d'eau relativement élevé qu'il faut évaporer et chauffer jusqu'à la température de départ des fumées à la cheminée,
La présente invention a pour but de reméd.ier à ces inconvénients et de procurer un dispositif qui permette d'obtenir une meilleure utilisation d.e la chaleur entraînée par les gaz sortant des fours rotatifs de fabrication de ciments.
Dans, ce but, le dispositif objet de l'invention, est caractérisé en ce qu'il est constitué par un avant-fou r vertical- comportant intérieurement des tubes verticaux pour le mélange argilo-calcaire descendant par gravité, tandis que les gaz du four rotatif circulent en montant à l'exté- rieur des tubes pour s'échapper à, la cheminée.
Dans la réalisation pratique dé 'L'invention, l 'avant-four vertical repose sur une assise présentant des
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plans ii;cll:;.;Fs vers des rigole:- ser,,-:.:..<5 >. l'ëvacus.ticii. des
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matières vers le four rotatif.
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Les 0 fiaz sortant du four rotatif sont i;cl.,e;.;i;.:<ls par ces 0,; ménsp.é.s dans l'assise, vers 18 base des tubes verticaux et .;FIEIJ.étrer...t ei,tx e ces tubes pour être re- ,)¯jj.'is s.r des collecteurs ?. 1a partie superjeure.
Les tubes sont soiJs.lr.aàt:3 f; c.eier,. et: terre cu:t<- et en .; ;71.;. t 1 é #< refractaire et t s J r; su?cr?oGcs s îl J; .. cpt ordre du haut en bas de l'avant-four de e i ù ;>, i . i. é i, e 1.. ;,O é - sister à la température cl('8 gaz tout Hn aSSUl'2.11t au rn::i- mum ] ci. t i:' a 1.. si.ii - s 1 o ii de la c <.< a 1 ?u lh . à¯1 1 i i i-. e o 1 e ;i fo.ire COl1''pl'E);-.c11'G ')'l:',ve/.ton, on ei. doirmera ci-#,vi ès :iY; eXt-J:Í'(pl0 de réalisation..
La ± 1 jç , 1 est une oou'pc # ? n ;.. ,= i tL1 =î 1 r, 5. 2 C c1u four vurticsi pratiquée par '!'axe des vis s 3 :ir . fin Dosées s d ; ;r..
Jes rigoles Ô ' Ô "Y ;., C 'J éi, t 1 o r; , ja :i :t 5. çj , z est une vue en plan au #.> iv e a.u ù. e -vis sans f i La .fif?. représente une coupe verticale àJ;'éà<ii- g,J=5e par le plan III-III de lx, fj. m 4 montre une demi-vue e i: 1: 9J GrÁ 1:. ?''u. j=r g.r;:t échelle s. la pe-ytie supérieure dep tubes cuivant le ,..'lan IV-IV des fiGe 1 et 3 La ± 1 ç; . 5 indique une coupe faite par J8 :i"i.?.ri %cr<;5.cz!l v-v dans ]r, fir. 4.
La fi. représente une coupe fl. i ôc#el.le de la fige pratiquée =1,1' le plan- Vt-VI de 1.z riy;. 4.
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La fig. 7 est un détail de construction à grande échelle'de la partie inférieure du four,montrée à la fig. 3,
La fig. 8 montre une coupe faite par le plan VIII- VIII de la fig. 7.
Comme le montrent, ces figures, le four comporte à l'intérieur de maçonneries 1, des rangées 2 de tubes 3, chacune disposée verticalement du sommet à la base du four.
A la partie supérieure où la température est le plus.basse, les tubes sont en fer 4., Ces tubes s'emboîtent par une par- tie rétrécie dans des tuyaux en terre cuite emboîtement.
Les tubes en terre cuite 5 sont suivis en descendent de tubes en terre réfractaire 6.
Il est évident toutefois que l'on peut réaliser l.es tubes entièrement en métal, si l'on peut disposer d'a- ciers résistant aux températures envisagées.
Ces tubes, qui peuvent avoir une section de forme quelconque, laissent entre eux des intervalles libres 7 s'étendant par conséquent sur toute la hauteur du four.
Au sommet du four se trouvent des canalisations 8 recueillant les gaz qui se réunissent dans des conduits 9 débouchant dans des collecteurs latéraux 10 d'où ils se dirigent vers la'cheminée par un! canal d'évacuation 11.
Surplombant ces conduits 9 et collecteurs 10, se trouve un magasin 12 pouvant contenir une certaine quan- tité de matière première en réserve amenée dans une trémie d'alimentation 13 par une vis d'alimentation 14 tournant dans un canal 15 fixé. sur un plancher 16.
Un plancher de service 17 est prévu à la base du
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maga sin 12. D'autres passerelles 18 sont disposées diffé- rents niveaux du four vertical.
Du magasin 12, la matière est répartie dans les tubes 3 dans lesquels elle descend par gravité,
Le four repose sur une assise 19 comportant inté- rieurement deux piedroits 20 reliés l'un à l'autre par une paroi 21 qui forme avec une muraille 22 protégeant la sortie d'un four rotatif 23, un large canal 24 d'évacuation des gaz du four rotatif se dédoublant en deux branches 25 et 26 pour amener les gaz à la base des tubes 3.
Un passage 27 ouvert vers l'arrière du four permet en tout temps la visite et la surveillance de la marche du four per des reperds 28. D'autres regarda 29 sont prévus aux passerelles 18.
Les piédroits 20 sont raccordés à l'assise 19 par des voûtes 30 qui supportent des plans inclinés 31 dans les- quels débouchent de larges chenaux d'évacuation 32 raccordés
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à la base des ti7b8s en matière 'La2';?,C v:r 6.
Une voûte 33 relie les deux piédroits 20 et supporte également des plans inclinés 34 en sens inverse convergent avec les pians inclinés 31 vers deux rigoles 35 contenant cha- curie une vis sans fin 36 pour 1'évacuation.
Des registres 37 en matériaux réfractaires règlent l'écoulement des matières des plans inclinés 31 et 34 dans les rigoles 35. Des plans inclinés 31 et 34 sont séparés les uns des autres et constituent avec les voûtes qui les suppor- tent des éléments séparés par des intervalles 38 dans les-
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quels pénètrent les gaz du four pour se diriger entre les tubes 3,
Le dispositif de préchauffage construit de cette manière présente les caractéristiques suivantes données à titre d'exemple pour un four rotatif de 27 M. de longueur et de 3 M. de diamètre ayant une capacité de production de 10 tonnes à l'heure.
La trémie d'alimentation est établie pour conten@r par exemple 100 120 tonnes assurant une production pen- dant 6 à 8 heures de marche, tandis que les tubes contien- nent 333 à 360 tonnes soit la quantité nécessaire pour une production de 24 heures.
La température des gaz entrant dans le dispositif
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de lùbchauffage est de l'ordre de 1,000 à 1,050 tandis qu'a la sortie vers la cheminée, elle n'est plus que de 150
Les matières premières sont, d'autre part, intro- duites dans le four à la température ambiante.et en sortent à une température de 850 à 900 à l'entrée du four rotatif.
II n'est pas prévu de dépasser une température de 900 pour les produits à leur sortie du four vertical et de
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provoquer une déoarbonatation supérieure a 10 % dans ce four et cela pour plusieurs raisons
1 une trop grande quantité d'acide carbonique se dé- gageant à la base des tubes verticaux risquerait de troubler la marche du four,
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2 la déoarbonatation se faisant avec une grande ab" sorption de chaleur, il est préférable qu'elle soit réalisée
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presque exclusivement dans le four rotatif immédiatement après la zone de cuisson où les fumées ont encore une température d'environ 1,400 . La décarbonatation du Ca 003 s'effectuant avec une absorption de 360 à 380' calories par kilog.
de carbonate abaisse rapidement et sensiblement la température des fumées; de plus,elle augmente considérablement, par l'apport de tout le CO2 libéré, le volume des fum ées qui doivent servir à chauffer le four vertical,
3 la clinkérisation est un phénomène complexe qui né- cessite pour être complète une température élevée, mais qu i peut commencer en dessous de 1.0000 et il faut éviter que des parties concréfiées viennent contrarier la descente des produits dans les tubes et leur écoulement vers le four ro- tatif.
L'ensemble réalisé par le four vertical de pré- chauffage,, suivi d'un four rotatif court, donne un rendement thermique excellent principalement si on a dessein de réaliser au moyen d'un refroidisseur approprié, une bonne récupération des calories contenues dans les clinkers pour le chauffage de l'air nécessaire à la combustion dans le four :botatif.
Un four vertical de ce système peut s'installer également très avantageusement à l'extrémité de fours exi s- tants de longueur moyenne, travaillant suivant le procédé sec et laissant échapper leurs fumées à des températures variant entre 500 et 8000.
Dans ce cas, les dimensions du four vertical peu- vent être plus réduites et doivent faire il'objet d'un calcul spécial pour chaque cas qui se présente,
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Si on désire régler d'une façon méthodique l'ali- mentation régulière des tubes en farine brute au soummet du four, il suffit de placer au-dessus des tubes de chauffe des tubes plus gros à raison de 1 par 4, 9 ou 16 tubes de chauffe, Ces tubes (non représentés) peuvent avoir une longueur de 1 M. à 1 M.50 et un diamètre suffisant pour alimenter les 4 ou 9 ou 16 tubesqu'ils surmontent, A l'intérieur et sui- vant l'axe de ces tubes de gros diamètre peuvent être pla- cées des hélices distributrices à pas très court.
Toutes les hélices ont alors leur axe prolongé jusqu'au plancher supérieur d'où. elles sont commandées en séries, c'est-à- dire, que pour un four contenant 1.600 tubes de chauffe en 40 rangées de 40 tubes, si l'on installe un tube d'alimen- tation pour 16 tubes de chauffe, il faudra 100 tubes d'ali- mentation et il y apparaîtra au plancher supérieur 100 bouts d'axe en 10 rangées de 10 qu'on pourra commander en séries, soit par séries de 5 ou par séries de 10 au moyen de mou- vements de commandes à vitesse variable,
Grâce à ce dispositif, il est permis dans le cas de fabrication du ciment par voie sèche, de réaliser la cuisson du mélange de matières premières finement m oulu, sans ajoute d'aucune quantité'd'eau,
dans des conditions absolument économiques avec un rendement thermique qui n'a été atteint jusqu'ici par aucun système de cuisson,
Ce dispositif permet d'abaisser jusqutà une tem- pérature variant entre 100 et 150 la température des fu- mées déversées à la cheminée, alors qu'en réalisant la
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cuisson complètement dans un four rotatif, on arrive avec un four de longueur double de celle prévue pour le four annexé au four vertical, à laisser échapper les fumées à la cheminée à une température variant entre 500 et 800 soit en moyenne 650 .
Pour arriver avec un four rotatif travaillant seul, à abaisser la température des fumées jusqu'à 150 , il fau- drait installer un four rotatif de longueur anormale, co#- teux de construction et d'entretien et perdant beaucoup de chaleur par rayonnement,
Le dispositif, objet de l'invention apporte donc, 10--une grande économie de combustible résultant principalement :
a) de ce qu'il n'y a pas d'eau à évaporer, b) de ce que les fumées sont introduites à la che- minée à température très basse, c) d'une grande réduction des pertes par rayonne- ment des tôles du four rotatif, la longueur de ce dernier étant très réduite par rapport à celle des fours opérant seuls toute l'opération de la cuisson, ce qui permet d'abaisser la con- sommation de charbon jusqu'à 10 à 12% de la pro- duction de clinkers alors que pour les fours rotatifs ordinaires, elle est souvent de 24% et qu'avec les procédés les meilleurs mais plus compliqués employés jusqu'ici pour récupérer le chaleur, elle ne descend pas en dessous de 15%.
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2 une économie dans les frais d'installation, le coût d'une installation telle que décrite étant beaucoup moins élevé que celui d'une installation avec fours rotatifs très longs ou avec fours rotatifs de longueur moyenne suivis de chaudières de récupération des chaleurs perdues, '
3 une grande économie dans les frais d'entretien, @ car il ne comporte qu'un four rotatif très court roulant sur deux couronnes de galets seulement, plus facile à faire fonctionner et exigeant proportionnellement beaucoup moins de frais d'entretien que les fours plus longs., et un four stati- que vertical comportant très peu de pièces mécaniques qui occasionne peu de frais d'entretien.
4 une grande régularité dans la marche de l'instal- lation et dans la production de clinkers et cela du fait du peu de longueur du four rotatif et de la grande masse de matières premières en chauffage préalable dans le four verti- cal, En effet, le four rotatif étant très court et compor- tant peu de matériel mécanique .en mouvement; il est moins sujet à des arrêts causés par de petits accidents au matériel; d'un autre c8té; étant alimenté avec un produit déjà très chaud, il est plus facile d'y maintenir régulièrement dans la zone de cuisson la température nécessaire pour une clin- kérisation parfaite,
5 un moindre entraînement des poussières par les fumées se rendant à la cheminée, celles-ci n'étant en contact avec la matière que dans la traversée du four, rotatif.