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La présente invention concerne des perfectionnements à la fabrication de la chaux à partir de pierre à chaux et dans un four rotatif perfectionné pour calciner la pierre à chaux.
On produit actuellement la chaux en calcinant la pierre à chaux dans des fours rotatifs et dans des fours verticaux. Dans les procédés les plus anciens, on calcinait des fournées de pierre à chaux dans des fours verticaux et on a découvert plus tard que l'on pouvait produire une meilleure qualité de chaux dans des fours rotatifsmais à un prix un peu plus élevé que celle obtenue dans les fours verticaux.
On a apporté quelques perfection- nements à l'emploi des fours relatifs afin d'abaisser le prix de revient et
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il eh est rs1ilté que les f'6ùrs'; 'ôtaifs" "sont 'devenus de plus é-n ,p:J11s longs jusqu'à ce que certains d'entre eux aient atteint une longueur de 120 mètres ou davantage.,
On a procédé à ces augmentations de longueur des fours à chaux rotatifs afin de réduire la température des gaz qui les parcourent en réduisant ainsi la dépense globale de carburant pour effectuer la calcination de la pierre à chaux. Cependant, tandis que l'on augmentait la longueur des fours rotatifs, certains inconvénients apparaissaient et, parmi eux, 1' augmentation de la chaleur rayonnée à travers la garniture. et l'enveloppe du four.
On a constaté aussi que, même avec ces longs fours, les gaz qui s'en échappent sont encore à des températures relativement élevées: Un autre inconvénient réside dans la formation d'anneaux de laitier dans le four.
La présente invention se propose en conséquence notamment : - de., remédier aux difficultés précitées et de réaliser une installation d'éléments en corrélation et de fournir un procédé pour la production de la chaux, comportant l'utilisation d'un four rotatif qui permet de réduite beaucoup le prix de revient par rapport à ceux précédemment obtenus ; - de fournir un procédé prefectionné de fabrication de la chaux à partir de pierre à chaux, dans lequel la chaleur dégagée dans le four pour calciner la chaux est conservée et utilisée efficacement ;
- de réaliser un four rotatif perfectionné pour calciner la pierre à chaux pour en faire de la chaux, conçu de telle façon que l'on puisse utiliser un four relativement petit au lieu des longs fours rotatifs utilisés précédemment pour la calcination de la pierre à chaux.
Suivant l'invention, l'installation et le procédé perfectionné pour produire de la chaux à partir de pierre à chaux comprennent des moyens de broyage pour broyer la pierre à chaux à une dimension relativement petite et sensiblement uniforme, un transporteur pour emmener la pierre à chaux broyée du broyeur jusqu'à des moyens de classification de la pierre broyée, ces moyens amenant la pierre broyée à la dimension convenable à une trémie d'alimentation d'où elle est transportée à un séchoir rotatif où l'excès d'humidité est enlevé.Dans ce séchoir rotatif, la pierre à chaux broyée circule à contre-courant par rapport à des gaz chauds qui servent à la fois à sécher la pierre à chaux broyée et à enlever la poussière de pierre à chaux.
La pierre à chaux séchée et broyée est transportée jusqu' à un appareil de chauffage préalable, dans lequel elle est chauffée à une température relativement élevée par des gaz chauds prélevésdans le four rotatifde l'installation. La pierre à chaux broyée et chauffée préalablement est ensuite envoyée dans le four rotatif, dans lequel elle traverse plusieurs zones d'échange de chaleur disposées d'une façon spéciale, de façon à amener la pierre à chaux broyée à calciner à une température extrêmement élevée avant qu'elle n'entre dans la zone de calcination du four rotatif.
La pierre chaux calcinée sort par l'extrémité chauffée du four pour entrer dans un échangeur de chaleur et un puits de mûrissage dans lequel tous les éléments de la pierre à chaux calcinée se stabilisent et sont amenés à un état sensi-
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blement uniforme de calcination. On fait mûrir ou stabilise dans le puits de mûrissage la pierre à chaux calcinée, après quoi on la refroidit au contact de l'air.
Dans une construction préférée, le four rotatif a une longueur de seulement 24 mètres à 43 mètres environ et comporte au moins deux zones d'échange de chaleur faisant partie intégrante du four et dont chacune comprend au moins deux tubes eh acier, et de préférence trois, disposés en parallèle et garnis de briques réfractaires. Le four rotatif comportant au moins deux de ces zones d'échange de chaleur est incliné d'environ 40mnà 3ommparmètre, chaque zone d'échange de chaleur constituant une capacité permettant de chauffer approximativement trois fois la quantité qui serait normalement chauffée dans la même longueur de la partie cylindrique du four.
En outre, les échangeurs de chaleur tubulaires disposés en parallèle dans chaque zone sont décalés par rapport aux échangeurs de chaleur tubulaire des zones adjacentes. Cette disposition permet une utilisation efficace de la totalité du courant de gaz chaude qui circulent dans la partie cylindrique du four, étant donné que dans chaque zone d'échange de chaleur les gaz passent dans les tubes en parallèle. Les échangeurs de chaleur tubulaires créent aussi dans le four une turbulence qui augmente l'apport de chaleur à la pierre à chaux broyée.
Le procédé et l'appareil perfectionnés de la présente invention pour la fabrication de la chaux à partir de pierre à chaux comportent d'autres caractéristiques et avantages décrite en détail ci-dessous en se référant aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples. non limitatifs et sur lesquels : les figures lA et 1B disposées côte à côté constituent une vue schématique en élévation d'une installation de la fabrication de la chaux selon l'invention.
- la figure 2 est une coupe de l'une des zones d'échange de chaleur du four rotatif, faite suivant la ligne 2-2 de la figure 1A, la figure 3 est une coupe longitudinale des zones tubulaires d'échange de chaleur du four rotatif représenté à la figure lA, et faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
En se référant aux figures lA et 1B , la pierre à. chaux telle qu'elle arrive de la carrière est déchargée dans un broyeur rotatif 10, sur la couche de la figure 1A, dans lequel la majeure partie de la pierre à chaux est broyée à la grosseur désirée pour la calcination, la pierre à chaux broyée tombant dans un puits 12 d'où elle est reprise par un élévateur à godets 14 puis déversée sur un crible incliné vibrant 16. Le crible 16 a une grosseur de mailles choisie en correspondance avec la grosseur maximum de la pierre à chaux convenable pour la calcination, les particules plus fines étant déversées par une goulotte 17, tandis que les morceaux trop gros tombent du crible vibrant 16 par une goulotte 13 oui les ramène au broyeur 10.
La pierre à chaux broyée degrosseur convendble débitée par le crible vibrant est conduite par une goulotte dans une trémie 22 de pierre broyée.
Afin d'enlever le plus de poussière possible dès le début du processus, on recouvre le crible vibrant 16 d'un capot 23 relié par un conduit d'échappement 24 à un ventilateur 25 entraîné par un'moteur 26. Le ventilateur 25 aspire de l'air à travers le crible vibrant 16, ramasse la poussière, et la refoule par un conduit d'évacuation 27 dans l'atmosphère ou dans un séparateur du type cyclone pour récupérer la poussière de pierre à chaux.
La trémie d'emmagasinage 22 de li pierre à chaux broyée est très grande et elle est munie de plusieurs volets 28 qui, lorsqu'on les abaisse, permettent de faire tomber de la pierre broyée à la vitesse désirée sur le transporteur à courroie 29 qui emmène la pierre broyée, par une goulotte, dans un séchoir rotatif 30.
Ce séchoir, de même que li plupart des éléments représentés aux figures 1A et 1B, est représenté schématiquement, mais il
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peut avoir une longueur de 6 à 9 mètres et être entraîné en rotation de la façon habituelle, de telle sorte que la pierre qui le traverse soit débar- rassée de tout excès d'eau et d'humidité, la pierre à chaux-séchée obtenue étant conduite, par une goulotte fermée 31, à la partie inférieure d'un élévateur à godets 32 fermé, d'où la pierre broyée est déversée à la partie supérieure sur un crible vibrant 33. Le crible vibrant est disposé au-dessus d'une trémie à pierre 34 disposée juste au-dessus d'un dispositif vertical de chauffage préalable 35.
Le crible vibrant 33 est conçu pour éliminer, par des moyens semblables à ceux du crible 16, les fines particules de pierre à chaux qui peuvent encore rester, tandis que la pierre à chaux qui sort du crible 33 entrer dans la trémie 34 par une goulotte 36. L'air est aspiré à travers le crible 33 dans un capot 37 et évacué par un conduit 38 dans un séparateur-cyclone 39 pour la séparation de la poussière.
La trémie 34 et le dispositif de chauffage préalable 35 font partie de la tour supportée par des éléments de charpente comme représenté et qui abrite aussi une chambre de réception 40 des gaz chauds qui sortent de l'extrémité d'entrée d'un four rotatif 41, la chambre de réception 40 étant reliée à une cheminée 43 par un conduit 42 s'étendant latéralement et réglé par un registre.
L'extérieur de l'échangeur de chaleur 35 est de préférence en briques, tandis que l'intérieur comprend une série de cornières horizontales 44 qui se chevauchent et sur lesquelles circule la pierre broyée pendant qu'elle est préalablement chauffée par des gaz chauds aspirés dans la partie inférieure du dispositif de chauffage préalable à partir de la chambre 40 à travers un conduit 45. Les gaz chauds passent sous les cornières 44 et montent à travers la pierre à chaux broyée qui se déverse sur elles A la partie supérieure du dispositif de chauffage préalable, on extrait les gaz chauds par un conduit 46 pour les envoyer dans un séparateur-cyclone 39.
La partie supérieure de sortie du séparateur-cyclone 39 est reliée par un conduit d'aspiration 46' à l'entrée d'un ventilateur 47 qui débite dans la cheminée 43 par un conduit 48. On retire à la base du séparateur -cyclone 39 la poussière qui s'y rassemble. L'air et la poussière aspirés par le conduit 38 à partir du capot 37 par l'aspiration appliquée au séparateur 39 sont envoyés dans'ce séparateur.
On utilise une partie des gaz chauds admis dans la chambre de réception 40 pour sécher la pierre à chaux broyée qui se trouve dans le transporteur rotatif et séchoir 30, ces gaz étant amenée par un,conduit 50 dans l'extrémité de sortie du séchoir 30, de sorte que les gaz passent à contre-courant par rapport au cheminement de la pierre broyée qui le traverse. Les extrémités du séchoir 30 sont fermées, de sorte que les gaz et la poussière humide rassemblés par les gaz dans le séchoir rotatif 30 sont dirigés par un conduit 51 dans un séparateur-cyclone 52 dans lequel la poussière se sépare des gaz. On peut évacuer les gaz directement du séparateur 52 dans l'atmosphère, mais il est préférable de les aspirer par un ventilateur à travers un conduit (non représenté) pour les envoyer dans la cheminée 43.
Les gaz chauds qui sortent du four rotatif 41 et qui entrent dans la chambre de réception 40 rencontrent une plaque de chicane 53 qui les dévie vers le bas dans la chambre, de sorte que la majeure partie de la poussière qui s'y trouve se rassemble dans la partie inférieure en forme d'entonnoir de la chambre pour en être retirée.
La partie inférieure du dispositif'de chauffage préalable 35 est reliée à une trémie 54 et à une goulotte inclinée 54' qui en part et qui se termine dans l'extrémité d'entrée du four 41. Un dispositif d'alimentation d'un type connu (non représenté) est disposé au-dessus de la trémie 54 à la base de l'échangeur de chaleur 35 pour amener la pierre à chaux préalablement chauffée dans la trémie et le four à une vitesse prédéterminée. fendant que le four 41 tourne, la pierre à chaux avance dans celui-ci, tandis qu'il se produit un mélange de chaleur entre celle-ci et les gaz à haute température produits à l'extrémité de sortie du four.
Dans cette opération,
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la pierre à chux avance à travers une paire de zones d'échange de chaleur 55 et 56 comprenant plusieurs tubes courts en parallèle ou chambres cylindriques qui font partie intégrante du four, ces chambres ayant la structure représentée aux figures 2 et 3. Pendant la rotation du four, le pierre à chaux broyée venant de l'extrémité d'entrée entre dans les chambres tubulaires de la zone d'échange de chaleur 55 lorsque ces chambres approchent respectivement le point bas de leur cycle de rotation. Les mêmes phénomènes se produisent avec la zone 56.
La pierre à chaux qui avance dans la partie inférieure du four 41 est calcinée à très haute température et amenée dans un capot fixe 57 monté sur un dispositif de chauffage préalable 53, de sorte que la pierre à chaux calcinée tombe directement dans ce dispositif. La chaleur nécessaire à la cabcination de la pierre à chaux est fournie par la flamme d'un brûleur 59 qui traverse le capot 57 dans l'extrémité du four 41 et dans lequel on envoie du charbon pulvérisé, de l'huile ou du gaz dans un jet d'air chaud, tandis qu'on envoie l'air secondaire nécessaire à la combustion autour de ce brûleur de la façon habituelle.
La pierre à chaux calcinée, ou chaux, est envoyée à l'échangeur de chaleur 58 à une température d'environ 1200 C et une partie importante de 1^ masse de chaux est maintenue dans la partie supérieure du dispositif de chauffage préalable, de sorte que la totalité de 1a masse peut mûrir et prendre une température uniforme, bien qu'il puisse y avoir de légères différences de température dans les diverses pprtions de la chaux fournie par le four. En atteignant une température uniforme, la chaux acquiert une composition et un degré de calcination sensiblement uniformes. L'échangeur de chaleur 58 a, de préférence, une capacité suffisante pour permettre à toutes les parties de la pierre à chaux calcinée d'y rester pendant deux à trois heures.
L'échangeur de chaleur 58 est en briques et comporte des chicanes en fers cornières alternées du type représenté dans le dispositif de chauffage préalable 35, et la partie inférieure de l'échangeur de chaleur comporte un mécanisme d'alimentation d'un type connu, tel qu'un poussoir (non représenté) pour décharger la chaux à la vitesse désirée, la chaux déchargée tombant sur un transporteur à courroie 60 qui emmène la chaux refroidie à l'extrémité inférieure d'un élévateur à godets 61 qui déverse la chaux dans une trémie de réserve 62.
On effectue le refroidissement de la pierre à chaux calcinée dans l'échangeur de chaleur 58 au moyen d'air débité par un ventilateur 63 à travers un conduit 64 d'un côté de l'échangeur de chaleur. L'air circule à travers la partie inférieure de l'échangeur de chaleur autour des chicanes qui s'y trouvent et à travers la chaux. L'air chaud sort de l'échangeur de chaleur par un conduit 65 et il est dirigé, avec la poussière de chaux qu'il peut contenir, dans un séparateur-cyclone 68. La sortie d'air 67 du séparateur-cyclone est reliée à un ventilateur 68 qui aspire dans le séparateur 66, le conduit 65 et l'échangeur de chaleur 58. L'air chaud provenant du séparateur 66 est avantageusement conduit au brûleur 59 avec le charbon pulvérisé ou l'huile ou le gaz qui y sont amenés.
La poussière séparée dans le séparateur 66 se rassemble dans un conduit 69 et est déversée par intervalles, au moyen d'une paire d'obturateurs qui s'y trouvent, sur le transporteur à courroie 60 pour être emmenée, avec la chaux qui est dessus, dans l'élévateur 61 et la trémie 62.
Le four 41, ainsi que-d'autres éléments de l'installation,sont représentés schématiquement sur les figures lA et 1B, et il est entendu que le four 41 et le séchoir rotatif 30 sont munis de viroles et de galets de support convenables et de moyens pour assurer leur rotation suivant la pratique habituelle.
Les zones d'échange de chaleur 55 et 56 du four rotatif, comme
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représenté en détail aux figures 2 et 3, comportent chacune trois tubes ou chambres cylindriques, la zone 55 comportant des chambres régulièrement espacées 70, 71 et 72, tandis que la zone 56 comporte des chambres 73, 74 et 75. La partie principale du four rotatif 41 comporte une enveloppe d'acier
76, tandis que chacune des chambres 70 à 75 est munie d'une enveloppe en acier 77 reliée à lnveloppe 76 par des segments d'extrémité en acier 78 et
79 curvilignes en forme de croissants.
Les extrémités respectives des cham- bres de chaque zone d'échange de chaleur sont également reliées à des plaques d'extrémité 80 dentelées ou en forme de trèfle ayant un- diamètre égal à celui de l'enveloppe 76 et fixées sur elle. Chaque plaque d'extrémi- té est obtenue en découpant des segments de cercle aont les axes sont espa- cés de 120 et dont le diamètre est égal à celui des enveloppes 77, les pla- ques d'extrémité 80 étant soudées ou fixées de toute autre façon, sur les extrémités des enveloppes 77 dans les mêmes plans que les segments respectifs 78 et 79.
Dans la réalisation des figures 2 et 3, les enveloppes 77 des ,chambres 70 à 75 ont un diamètre un peu supérieur au rayon de l'enveloppe 76 et les périphéries intérieures des enveloppes 77 sont légèrement espa- cées de l'axe de l'enveloppe 76, de sorte que les parties extérieures des périphéries des enveloppes 77 font saillie par rapport à l'arc de l'enveloppe 76 de la quantité de segmente 78 et 79 qui sont prévus pour chaque enveloppe et qui sont soudés ou fixés de toute autre façon sur les enveloppes 77 respectives et l'enveloppe 76.
L'enveloppe 76 est garnie de briques réfractaires 82 de la façon habituelle, et il en est de même des enveloppes 77 et des plaques d' extrémité 80 et des segments 78 et 79 associés avec elles. Les zones d'échange de chaleur 55 et 56 espacées l'une de l'autre sont de préférence situées près de l'extrémité d'entrée du four 41. On peut utiliser deux de ces zones ou davantage, séparées par une courte partie de l'enveloppe 76, comme représenté,
Pendant la rotation du four, les chambres de chaque section reçoivent alternativement de la pierre à chaux préalablement chauffée à partir de l'extrémité d'entrée du four à mesure qu'elles passent respectivement par le point bas de leur cycle.
Pendant cette opération,, la pierre à chaux se déverse dans la chambre d'échange de chaleur sur le revêtement de briques réfractaires recouvrant le segment d'extrémité incurvé 78, comme représenté à la partie inférieure de gauche de la figure 3. Chacun des tubes 70 à 75 déverse une partie de sa charge de pierre à chaux au fur et à mesure qu'il se rapproche du point haut de'son cycle de rotation, la pierre déversée tombant sur les extrémités des autres chambres de la zone corres- pondante, à travers les gaz chauds qui y circulent.
Les tubes de la zone d'échange de chaleur 55 sont décalés de 60 par rapport aux tubes de la zone d'échange de chaleur 56, de sorte que les gaz chauds qui passent dans les tubes de la zone d'échange de chaleur 56 s'écoulent directement contre la paroi d'extrémité dentelée en face de la plaque 80 de la zone 55 et sont déviés et agités dans la partie intermédiaire de l'enveloppe 76 avant de passer dans les tubes de la zone d'échange de chaleur 55. On augmente encore la turbulence dans les deux zones d'échange de chaleur du fait des décalages formés par les segments incurvés 78 et 79. Le courant de gaz chauds qui circule dans la partie inférieure du four est également agité et brisé avant d'entrer dans la première zone d'échange de chaleur 56, par la paroi en trèfle en face la plaque d'extrémité 80.
Pendant le fonctionnement de l'installation de la présente invention, la pierre à chaux broyée sort du four 41 à une température très élevée, par exemple au blanc ou au rouge vif. Cette caractéristique, jointe à l'utilisation des zones d'échange de chaleur 55 et 56, amène la pierre à chaux broyée à un état de calcination peu après qu'elle a quitté la zone
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d'échange de chaleur 56. Etant donné que les zones d'échange de chaleur traitent de très grandes quantités de pierre à chaux et accroissent dans de grandes proportions les échanges de chaleur, il est possible d'utiliser un four de longueur très réduite par comparaison à celle qui serait nécessaire normalement.
Par exemple, il est possible de produire une chaux excellente avec un four rotatif de 24 mètres à 30 mètres de longueur, bien que dans certains cas on puisse utiliser des fours de 43 à 46 mètres de longueur.
Les zones d'échange de chaleur sont de préférence relativement courtes et n'ont pas plus d'environ 3 à 5 mètres de longueur.
L'utilisation d'au moins deux zones dans lesquelles les tubes des zones respectives sont décalées angulairement l'un par rapport à 1' autre, comme représenté aux figures 2 et 3, offre de très grands avantages.
En outre, les tubes doivent avoir une dimension telle que les plaques d'extrémité 80 aient une résistance et une surface largement calculées pour produire une turbulence et telles que les plaques incurvées d'extrémité, ou parois à l'intérieur des plaques d'extrémités 78 et 79, aient une surface suffisante pour retenir une grande quantité de pierre à chaux broyée et pour accroître la turbulence des gaz chauds qui circulent dans le four.
Pour mettre en oeuvre le procédé perfectionné pour la production d'une chaux de haute qualité, on a constaté que le broyage de la pierre à chaux à une grosseur sensiblement uniforme constitue un facteur important, En outre, l'enlèvement de la poussière et de l'humidité, avant d'envoyer la pierre à chaux broyée au dispositif de chauffage préalable-35;
contribue dans une large mesure au rendement et au fonctionnement satisfaisant de l'installation. Le séchage de la pierre à chaux dans le four rotatif 30 absorbe une grande quantité de chaleur, mais cette opération séparée de séchage, distincte de celle de l'opération de chauffage conduite dans le dispositif de chauffage préalable 35, contribue dans une large mesure au rendement de l'installation, étant donné qu'elle évite la présence de toute matière boueuse, produite à partir de la poussière, dans l'échangeur de chaleur 35. L'enlèvement de l'humidité dans le séchoir rotatif 30 élimine également une partie importante de la poussière et fournit une pierre à chaux broyée sèché qui est criblée et classée plus efficacement par le crible vibrant 33 qu'il ne serait autrement possible.
Dans la calcination de la pierre à chaux- dans le four rotatif 41, il se produit nécessairement beaucoup de poussière à la fois par la pierre à chaux et par la cendre du charbon pulvérisé dans le cas où l'on utilise ce dernier comme combustible. Le fait de prévoir la chicane 53 faci,lite beaucoup la séparation de cette poussière dans la chambre 40, en évitant ainsi une cortamination excessive de la pierre à chaux dans le dispositif de chauffage préalable 35.
Le procédé de la présente invention permet d'obtenir de la chaux d'une qualité particulièrement élevée et sous un débit qui rend la production économique et avantageuse.