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FOUR ROTATIF POUR.LA CALCINATION DES MINERAIS.
La présente invention se rapporte au traitement des minerais,et elle concerneplus particulièrement des perfectionnements aux fours rotatifs utilisés pour la calcination des divers minéraux utilisables dans la fabri- cation de la fonte, du ciment, et de nombreux autres produits.
L'un des buts principaux de l'invention est de permettre la réa- lisation d'un four de calcination grâce auquel il soit possible d'augmenter notablement la production de minerai.concentré de qualité supérieure, tout en.diminûant le rayonnement thermique et par suite en réalisant une économie de combustible. En outre,grâce à l'appareil et au procédé décrits ci-des- sous, on évite la perte de poussière de minerai concentré par l'appel d'air de la cheminée et sa dispersion, ce qui constitue non seulement une écono- mie,mais supprime une particularité gênante qui se manifestait jusqu'ici dans la manipulation des minerais et selon laquelle la poussière peut se répartir sur une surface importante tout autour de l'installation, ce qui cause un désagrément aux propriétaires voisins.
Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d'un four de calcination formé principalement par un four rotatif isolé de façon adéquate pour réduire le rayonnement thermique à une valeur négligeable et dans lequel sont disposés un certain nombre d'élévateurs hélicoïdaux au mo- yen desquels il est possible de contrôler ou de diriger le mouvement des ma- tériaux à travers le four pour ralentir le grillage des minerais avec un abaissement correspondant du degré d'oxydation,
ainsi que pour brasser con- stamment les matériaux en vue d'exposer une surface maximum desdits maté- riaux à l'action d'un brûleur dont les gaz se déplacent en sens inverse des matériaux à travers le fouro
L'invention a encore pour but de permettre la réalisation d'un four de calcination rotatif dans lequel sont montés des déflecteurs annu- laires espacés l'un de l'autre dont la fonction est d'empêcher les gaz chauds de venir directement au contact du minerai ayant atteint un état plastique à l'intérieur du four,ce qui évite ainsi la formation,dans l'intervalle se
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trouvant à une température critique et occupé par des matériaux à l'état plastique, d'un épais anneau de matériau en fusion ce qui, dans les fours du type habituel,
nécessite des arrêts périodiques et coûteux pour briser et enlever les dépôts et incrustations durcis.
Un autre but encore de l'invention est de permettre la réalisation d'un four de calcination rotatif formé par une enveloppe cylindrique en acier isolée intérieurement par des couches de matière réfractaire convenable aux- quelles est superposé un revêtement de graphite formant creuset, ayant pour propriété d'augmenter l'isolation de l'enveloppe, mais dont l'avantage prin- cipal est d'empêcher l'adhérence de la masse à l'état plastique sur la matiè- re réfractaire ainsi que de retarder l'effet d'érosion du matériau sur cette matière réfractaire.
L'invention est matérialisée, sous son aspect le plus général, dans un appareil du type considéré ainsi que dans les stades du procédé pour la calcination de matériaux de caractéristiques différentes consistant à pro- voquer le déplacement de ces matériaux le long d'une zone isolée en rotation tout en les soumettant à des températures élevées, à inverser et brasser pé- riodiquement la masse à l'état semi-plastique pour en exposer une surface - maximum à l'action de la chaleur, à ralentir le déplacement de la masse à l'état plastique et à la protéger de l'action directe de la chaleur, et en- fin à refroidir la masse à un état post-plastique tout en évacuant et en re- cueillant simultanément la poussière de fonte concentrée.
La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention.
La fig. 1 est une vue de profil d'un four de calcination construit suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue en perspective partielle du four obtenue par une coupe transversale.
La fig. 3 est une vue partielle du four en coupe longitudinale montrant les déflecteurs retardant l'acheminement du matériau.
La fig. 4 est une vue de détail d'extrémité de l'un des flasques de support des élévateurs.
La fig. 5 est une vue de profil correspondante.
La fig. 6 est une vue de détail de la chambre du four servant à la réception du matériau et de la cheminée, avec coupe verticale partielle, et montre également la manière suivant laquelle l'eau est pré-réchauffée pour séparer le minerai de l'argile avant la calcination.
La fig. 7 est une vue en perspective partielle de l'enveloppe du four avant la mise en place du revêtement isolant.
La fig, 8 est une vue en coupe transversale d'un cylindre de cal- cination montrant schématiquement l'action du minerai sans les élévateurs.
La fig. 9 est une vue analogue montrant les élévateurs et leur effet de culbutage ou de brassage du minerai.
Les figs. 10 et 11 sont des vues schématiques montrant le dépla- cement du matériau dans le four lorsqu'on supprime les élévateurs.
La fig. 12 est une vue schématique montrant le passage du matériau à traiter par les différents étages du four depuis son orifice d'entrée jus- qu'à son orifice de sortie.
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La fig. 13 est une vue en coupe de détail à travers le four mon- trant une variante.
Au cours de la description détaillée des figures qui va suivre., on se reportera tout d'abord à la fig. 1, sur laquelle la référence 10 dé- signe le four lui-même, qui va être maintenant décrit en détail, et qui peut avoir différentes longueurs et diamètres suivant la nature du matériau devant être traité. Le four est incliné, et son extrémité supérieure ou de chargement communique à pivotement avec une chambre fixe cylindrique 11 ser- vant à la réception du matériau, cette chambre communiquant à son tour avec une cheminée 12.
L'extrémité inférieure ou de déchargement du four communique tout en pouvant tourner avec un prolongement 13 porté par un carter 14 dans le- quel est logé un brûleur alimenté en combustible par un conduit 15. Le car- ter 14 conserve la chaleur de combustion du brûleur (non représenté), lequel peut être de tout type convenable mais est de préférence du type utilisant comme combustible du charbon pulvérisé. Le carter 14 forme également une surface d'arrêt pour le matériau lorsque celui-ci est déchargé du four dans un cylindre de refroidissement 16 auquel on se reportera plus en détail plus loin.
Le four est supporté entre ses extrémités par des colonnes 17.
Deux de ces colonnes 17 supportent des galets 18 sur chacun desquels repose une couronne 19 entourant le four, tandis que la colonne intermédiaire por- te un dispositif d'entraînement convenable capable d'entraîner le four en ro- tation par l'intermédiaire d'une couronne dentée 20.
Si l'on se reporte plus particulièrement au fouron considérera tout d'abord la fig. 7 sur laquelle on a montré l'enveloppe externe en acier portant la référence 10. Dans le four sont montés un certain nombre d'élé- vateurs formés par des plaques allongées 21, de préférence en acier au chrome à cause de sa forte résistance à la chaleur. Ces plaques sont chacune dispo- sées en hélicoïde et s'étendent sur toute la longueur du four d'une façon hélicoïdale. Le nombre de ces élévateurs et le pas de leurs spires détermi- nent la vitesse à laquelle le matériau est acheminé à travers le four..
On a représenté sur les figs. 4 et 5 un flasque 22 étudié pour supporter les élévateurs 21 avec un certain écartement par rapport à la face interne de l'enveloppe 10, afin de réduire à un degré aussi faible que possi- ble le transfert de la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur de l'envelop- pe par les élévateurs. Chaque élévateur 21 est supporté par un certain nom- bre de flasques 22. écartés l'un de l'autre-et formés chacun par un corps dont sont solidaires des oreilles parallèles entre lesquelles l'élévateur est logé et fixé en permanence, par exemple par soudure. Les flasques 22 sont fixés d'une manière analogue sur la face interne de la paroi de l'enve- loppe 10.
Il est par suite évident qu'un intervalle demeure entre l'arête inférieure de chaque élévateur 21 et l'enveloppe 10 entre chaque paire de flasques 22.
Contre la face interne de l'enveloppe 10 et sous les élévateurs 21 est appliquée une couche de matière plastique isolante 23. Cette matière isolante est coincée de manière à remplir les intervalles entre les éléva- teurs et l'enveloppe et est du type à auto-durcissement.
Sur la couche isolante plastique 23 est disposée une couche de briques réfractaires 24 recouvrant totalement sa surface. Ces briques ré- fractaires sont fixées au moyen de ciment réfractaire ou de toute autre ma- nière convenable pour le but envisagé et capable de résister pendant de longues périodes aux températures extrêmement élevées présentes à l'inté- rieur du four.
Sans les élévateurs 21, la masse de minerai forme un arc à l'in- térieur du four et en recouvre le fond sur toute la longueur du cylindre,
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qui peut être d'environ 90 mètres, ou bien supérieure ou inférieure. A l'ex- trémité de chargement du four, la masse de minerai dur va s'élever approxi- mativement à 90 cm sur la surface du revêtement réfractaire dans le sens de rotation du four avant que la masse revienne par glissement à sa position initiale Cette action de soulèvement et de ,glissement se poursuit simulta- nément sur toute la longueur du cylindre. Toutefois, une petite partie de la masse de minerai à la surface supérieure ou exposée de cette masse s'ébou- le et roule vers le bas jusqu'à la surface réfractaire avant que la masse ne commence à glisser vers le bas.
C'est cette surface supérieure ou exposée de la masse qui se trouve en contact direct avec le courant chaud à l'intérieur du cylindre. En conséquence, la transmission de chaleur de la surface externe vers la partie interne de la masse de minerai est lente par suite de la sur- face relativement réduite de la masse de minerai qui se trouve exposée au courant chaud.Par suite de l'effet de soulèvement et de glissement vers le bas et du lent acheminement de la masse vers l'extrémité de déchargement du four, la partie inférieure du minerai n'atteint généralement la surface su- périeure ou exposée à la chaleur que quand la masse s'est déplacée d'envi- ron 30 mètres vers la zone chaude du four.
La pyro-réaction qui se produit au sein de la masse de minerai est par suite fortement ralentie et il en résulte finalement un moindre degré de concentration en fer du minerai.
Lors de l'acheminemen@t de la masse de minerai vers la partie in- férieure du four, elle parvient dans une zone de températures progressive- ment croissantes. On a proposé plusieurs formules pour déterminer la vitesse de réaction pour des températures croissantes. Toutefois, ces formules ne concordent pas, mais le fait demeure qu'il se produit une augmentation im- portante de la vitesse de réaction pour une élévation de température. Si le minerai devant être traité dans un cas particulier est par exemple de la sidérite ou un carbonate de fer, le but désiré est la 'séparation du carbo- nate ou C03 du minerai, d'où l'importance d'exposer la plus grande surface possible de la masse de minerai pour accélérer la réaction pyro-chimique pen- dant le déplacement de la masse de minerai vers la zone chaude du four.
Lorsqu'il atteint sensiblement une température de 955 C, le mine- rai se rapproche du début d'un stade d'amollissement. Si la température aug- mente jusqu'à 1038 C, le minerai devient plus mou et cet étant du minerai est connu sous la dénomination d'état pré-plastique. Entre 1038 et 1093 C, le minerai se trouve dans le premier stade de la zone plastique, qui s'étend sensiblement sur 9 mètres. Celle-ci est dénommée la zone chaude du four de calcination et est voisine de l'extrémité de déchargement du four où est monté l'ajutage du brûleur, auquel on fait arriver par le conduit 15 les com- bustibles nécessaires pour obtenir la chaleur désirée.
Toutefois, la tempéra- ture indiquée plus haut de 1093 0 ne constitue pas la température la plus élevée à obtenir. Des minéraux différents nécessitent l'utilisation de tem- pératures différentes pour l'obtention des résultats désirés. On peut obte- nir les températures désirées en réglant l'arrivée de combustible et d'agent oxydant. Après que la masse de-minerai est passée par l'état plastique, elle parvient à l'état post-plastique ou de refroidissement et pénètre dans la zo- ne de modulation ou de pulvérisation, en direction de l'extrémité de déchar- gement du four de calcination.
En l'absence d'élévateurs 21, lorsque le minerai atteint l'état plastique, la masse de minerai molle continue à se soulever et à retomber comme dans la zone pré-plastique. La pyro-réaction du minerai entraîne une concentration progressive en métal depuis l'extrémité de chargement du four jusqu'à l'extrémité de déchargement.Dans la zone plastique, leminerai a at- teint son plus grand degré de mollesse. Le poids de la masse en ce point, par suite de son déplacement vers le haut puis vers le bas, provoque l'adhérence de la surface du minerai mou ou à l'état plastique sur la face des briques réfractaires Il* et, en peu de jours, le fonctionnement du four entraîne la formation d'un anneau de fer recouvrant la périphérie du cylindre.
Lorsque cet anneau a atteint une certaine épaisseur, il se forme diverses saillies coniques entraînant une grande irrégularité du processus de calcination. A
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ce moment, il faut interrompre le fonctionnement du four pour enlever les dé- pôts de fer formés, qui peuvent atteindre une épaisseur allant de 30 à 46 cm.
Cette formation d'un anneau provoque un arrêt du fonctionnement durant deux à cinq jours. Cet arrêt se produit deux à trois fois par mois.
Pour éviter ces interruptions forcées, les élévateurs 21 prévus dans la zone plastique éliminent les glissementsvers le haut et vers le bas de la masse de minerai, cet effet se répétant également sur toute la lon- gueur du four. Chaque élévateur soulève une partie de la masse de minerai au-dessus du niveau supérieur de cette masse et permet au minerai de retom- ber progressivement sur ladite massePar suite, on obtient l'exposition d'une surface beaucoup plus grande de minerai à l'action de la chaleur de combustion. De cette manière, la production d'un minerai concentré devient une opération continue et la pyro-réaction est rendue plus efficace. En con- séquence,,le minerai concentré présente une teneur plus élevée en fer par rapport à la masse de minerai.
Il est important également de réduire autant que possible les ef- fets de l'abrasion par suite du glissement du minerai sur les briques réfrac- taires. Les élévateurs 21 suppriment la plus grande partie de l'érosion en éliminant l'effet de glissement du minerai., ce qui prolonge par suite la du- rée de la couche réfractaireo
De plus, pour empêcher l'érosion des briques réfractaires 24, une couche de graphite 25 est appliquée à la surface de ces briques réfractaires pour produire une surface formant creuset et s'opposant avec une grande ré- sistance à l'adhérence du minerai à l'état plastique.
Le graphite est pratique- ment du carbone pur qui ne peut brûler sauf aux températures extrêmement éle- véesa Cette substance, ayant une bonne conductibilité électrique, résistant aux acides et aux températures élevées, est un milieu exceptionnellement satis- faisant pour l'obtention d'un revêtement non fusible formant creuset pour le four et y est appliqué au moyen de chalumeaux acétyléniques.
Au cours de son déplacement le long du four rotatif, le matériau atteint la zone plastique, et afin d'éviter la formation de cet état de sol colloïdal ou plastique, ce qui est un processus délicat et dépend dans une grande mesure de la dispersion parfaite des constituants du minerai réduit, des organes doivent être utilisés pour dévier le courant chaud et former une dérivation pour la zone plastique. On parvient à ce résultat en isolant ou en séparant de la zone plastique les zones pré-plastique et post-plastique du fouro Deux déflecteurs annulaires de hauteur prédéterminée sont prévus dans le four. Ces déflecteurs sont montrés sur la figo 3 et chacun d'eux est formé d'une enveloppe métallique 26 présentant une pente progressive a et une surface opposée abrupte b.
Les enveloppes 26 des déflecteurs ne sont pas en contact thermique avec l'enveloppe 10 du four par suite de l'interposition d'une matière isolante 27 et de la présence de flasques d'ancrage 28 servant à fixer les déflecteurs sur la face interne de l'enveloppe 10.
La pente progressive ou douce a des déflecteurs servant d'éléva- teurs a pour effet de ralentir l'écoulement du matériau lors de sa pénétra- tion dans la zone plastique ménagée entre ces déflecteurs, ce qui provoque une accumulation ou un épaississement de la masse de minerai sur le déflec- teur.
Ce ralentissement et cet épaississement de la masse de minerai va, dans une certaine mesure, durcir les nodules de minerai. Vers l'extrémi- té de déchargement, leninerai retombe brusquement le long de la surface b dans la zone plastique et se déplace en direction de l'extrémité de celle-ci.
A l'extrémité de la zone plastique dirigée vers la partie inférieure du four'$ le déflecteur associé muni d'une surface de sdulèvement positif b va déchar- ger le produit et par des variations de longueur, va déterminer l'épaisseur du lit de matériau pour l'adapter aux conditions de fonctionnement désirées, et il va décharger le minerai vers l'extrémité inférieure du fouro Les varia-
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tions de longueur des déflecteurs du four ou le fait de parvenir aux surfaces de déchargement de ces déflecteurs assurent la commande de l'épaisseur du lit ou de la masse de minerai et la longueur du lit de matériau à l'état post- plastique au cours du processus tout entier.
Le déflecteur de déchargement, qui est le plus rapproché de l'extrémité de déchargement du four, est disposé de manière'telle que sa face inclinée a fasse dévier la chaleur provenant de l'ajutage du brûleur en pro- voquant son soulèvement et dirige cette chaleur, correspondant habituellement en ce point du four à une température de 1093 C, au-dessus de la zone plasti- que vers la partie supérieure du four, afin qu'elle parvienne par brassage dans la zone d'oxydation ou pré-plastique du four sans perte calorique sur le minerai de la zone plastique ménagée entre les déflecteurs.
Etant donné que la zone plastique est courte, c'est-à-dire a de 9 à 10,5 mètres dans un four de 90 mètres, le minerai va s'écouler vers le bas de la surface de soulève- ment en direction de l'extrémité de déchargement et va se déplacer le long de la zone plastique sans acquérir une plasticité suffisante pour provoquer la formation d'un anneau épais dans l'espace critique de la zone plastique.
Une fois le second déflecteur passé, le minerai ne présente plus de problème tel que celui consistant dans la formation de dépôts de fer et nécessitant pour leur enlèvement des arrêts coûteux du four.
On peut provoquer un autre ralentissement du minerai avant qu'il ne soit déchargé du fouren disposant un autre déflecteur à l'extrémité du cylindre pour augmenter l'épaisseur de la masse de minerai.' Cette brève réten- tion à l'extrémité de déchargement du four provoque une séparation ou dis- persion additionnelle des éléments indésirables dans le minerai, et l'analyse montre en définitive un accroissement du pourcentage de fer métallique dans le minerai calciné par rapport au minerai traité par les méthodes habituelles..
On a représenté sur la figure. 1 un cylindre de refroidissement dans lequel le produit est déchargé par le four. Ce dispositif de-refroidisse- ment, considéré plus haut, est formé par un cylindre incliné 16 monté à pivo- tement sur des colonnes 28 et dans lequel sont montés une série de rubans 29 dont le rôle est analogue à celui des élévateurs 21 du four 10, c'est-à-dire servant à modifier constamment la position du minerai déjà calciné et à expo- ser une surface maximum de ce minerai à l'action des parois du cylindre sur lesquelles tombe constamment en pluie del'eau provenant d'une série d'orifi- ces 30 répartis sur la longueur d'un conduit 31 Lors de sa sortie du cylin- dre 16,lê minerai est déposé sur un transporteur (non représenté) en vue de son traitement ultérieur.
Quand le minerai de couleur rouge vif est déchargé du four 10 dans le cylindre de refroidissement 16, la température est' approximativement de 843 C. C'est la température à laquelle commence le ramollissement du mine- rai enfourné dans la zone pré-plastique du four. Le but du dispositif de re- froidissement est par suite de réduire cette températurejusqu'en dessous de 39 C, afin de pourvoir acheminer le minerai à un .entrepôt ou à un poste de chargement en camions.La qualité d'absorption de- chaleur de l'eau froi- de qui ruisselle sur le cylindre 16 en une couche continue et le facteur K élevé de l'enveloppe en acier nu assure la transmission de chaleur par con- duction du minerai chaud µ l'eau.
Cette action produit une contraction brus- que du minerai, ce qui a pour effet de détacher de très fines particules de minerai formant dans le cylindre de refroidissement un nuage de carbonate de fer. Un grand volume d'air est introduit dans le cylindre de refroidisse- ment 16 au moyen d'un ventilateur 32, cet air absorbant la chaleur du mine- rai et étant envoyé à travers le cylindre 16 en entraînant avec lui la pous- sière indiquée ci-dessus, laquelle se dépose en définitive dans un carter récepteur (non représenté) à l'extrémité de déchargement du cylindre de re- froidissement.
Des moyens convenables peuvent être prévus pour précipiter et recueillir la poussière .afin d'empêcher son échappement par la cheminée comme
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cela se produit dans les conditions actuelles et sa répartition à partir de cette cheminée sur les propriétés entourant l'installation, en provoquant parfois des dommages pouvant être la cause d'une action en justice. La pous- sière recueillie et retenue de la manière décrite a une valeur bien définie et est utilisée dans l'industrie pour des applications particulières. Par suite, ce qui était considéré jusqu'ici comme un produit perdu est transfor- mé en une source de revenu utilisable.
Comme autre caractéristique économique, l'invention évite la per- te de la chaleur mise en oeuvre dans le processus de traitement. Les gaz de combustion, l'air en excès sur la poussière et l'azote sont portés de 371 à 427 C en s'élevant dans la cheminée et s'échappent dans l'atmosphère, ce qui est une perte pouvant être empêchée.
Avec l'élimination de la poussière de fer et de l'excès d'air pro- venant du cylindre de refroidissement 16, on peut utiliser avantageusement les produits de la combustion habituellement perdus pour le chauffage de l'eau dans un serpentin 33 (Fige 6) logé dans le cylindre de chargement 11 en arriè- re de la goulotte de chargement 34. La forme de ce serpentin est telle qu'il ne gêne pas d'une façon notable l'appel d'air du four de calcination.
L'eau pénétrant dans le serpentin 33 par le conduit peut attein- dre une température d'environ 79 C, et un conduit 36 isolé de façon convenable est prévu pour l'acheminement de l'eau chaude à un cône distributeur et à un tamis à secousses (non représentés). D'ordinaire, on utilise de l'eau froide pour séparer les corps étrangers du. minerai, mais des recherches ont montré que l'on peut obtenir des résultats nettement meilleurs en utilisant de l'eau chaude. L'eau froide produit la contraction de l'argile de la sidérite et des autres corps étrangers et les fait adhérer étroitement au minerai devant être traité ou lavé.
Cette argile a une faculté d'adhérence très prononcée et l'eau froide ne peut pas détacher toute l'argile du minerai.En chauffant l'eau au moyen de la chaleur du four de calcination,l'argile adhérant au minerai se di- late, elle se détache et permet ainsi l'introduction d'un minerai plus propre ' dans le four de calcination par la goulotte de chargement 34. Le pourcentage de fer métallique est accru environ de 63 à au moins 65 % par rapport aux pro-, cédés habituels.
Il va de soi que l'on peutapporter des modifications au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
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1. Four de calcination comportant un cylindre rotatif incliné,iso- lé pour empêcher le rayonnement thermique et dans lequel sont montés un cer- tain nombre d'élévateurs radiaux disposés de façon hélicoïdale, chaque éléva- teur s'étendant sans interruption d'une extrémité à l'autre du cylindre, des moyens prévus pour maintenir ces élévateurs hors de contact thermique avec ce cylindre, et des déflecteurs à surface unie écartés l'un de l'autre disposés à la périphérie' du cylindre et délimitant la zone d'intensité calorique '.3 ma- ximum,
ces déflecteurs étant conformés de manière à dévier l'énergie de rayon- nement de la flamme d'un brûleur monté vers l'extrémité de déchargement du cylindre vers l'axe de ce cylindre sur toute la zone correspondante pendant le passage du matériau à travers la zone plastique de ce four, lequel est combiné à un cylindre de chargement prévu à une extrémité et à un cylindre de refroi- dissement rotatif prévu à l'extrémité de déchargement du four.