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La présente invention concerne un appareil d'é- change de chaleur, et en particulier un tel appareil des- 'tiné au refroidissement de particules individuelles de matière par le refroidissement rapide à l'air de matières évacuées à une température élevée hors de fours et analo- gues, telles que du clinker de ciment de Portland chaude
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique de Douglas, N 2 137 158 du 16 Novembre 1938, décrit un dispositif de refroidissement de clinker de aiment dans lequel on fait circuler le clinker chaud vers le bas sur une série de grilles fixes et mobiles, étalées et perforées, disposées de façon alternée,
à bravers lesquelles l'air de refroidis- sement provenant d'une chambre de soufflage située au-dessous est refoulé vers le haut dans et à travers la matière en cours de déplacement. Dans un tel refroidisseur, chaque grille mobile, au cours de son mouvement vers l'avant.
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refoule la matière chaude le long de la surface et par-des- sus le nez de la grille fixe au-dessus de laquelle elle se déplace et sur la grille mobile inférieure suivante.
Lors de son mouvement vers l'arrière, le talon de la grille situé immédiatement au-dessus agit à titre ae butée ou poussoir fixe pour pousser la matière le long de la surface des grilles se déplaçant vers l'arrière et par-aessus le nez de ces dernières, sur la grille fixe inférieure immé- diatanent suivante. De cette façon, le clinker chaud est progressivement déplacé vers le bas sur les grilles incli- nées étagées tout en étant simultanément soumis à l'effet de refroidissement de l'air passant à travers elles.
Les refroidisseurs de clinker de ciment du type décrit dans le brevet précité ont été appliqués de façon étendue et se sont révélés très efficaces pour le refroidis- sement rapide de clinker de ciment. Toutefois, l'agencement incliné vers le bas des grilles étagées nécessite que l'extrémité d'évacuation du four soit sensiblement élevee, ou que le refroidisseur soit situé dans une fosse relativement profonde, hors de laquelle la matière refroidie doit être ultérieurement élevée. L'inclinaison des grilles vers le bas permet également quelquefois la descente en cascade ou sous forme d'avalanche de certains types de matière, en particulier lorsqu'elle est sous forme de gros morceaux ou particules, par-dessus le lit de matière.
Attendu que de tels gros morceaux ou particules nécessitent un plus grand effet de refroidissement que les particules plus -fines, il est quelquefois nécessaire de prévoir un dispositif spécial pour désagréger ces gros morceaux tombant sous forme d'ava- lanche et pour j'aire retenir les particules desagrégées en vue d'un refrodissement supplémentaire.
La présente invention envisage le refroidissement d'une matière dans un dispositif de refroidissement du
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type général décrit dans le brevet de Douglas précité, mais dans lequel les grilles fixes et mobiles alternées sont disposées en une série horizontale.
La réduction de.hauteur d'ensemble obtenue par 11 agencement des grilles fixes et mobiles alternées en une série horizontale permet une économie d'espace et de ma- tières de structure, en particulier en ce qui concerne la quantité de briques réfractaires nécessaires pour l'en- veloppe située au-dessus des grilles.
Elle ernpêche égale- ment la descente en cascade ou sous forme d'avalanche de .certains ,types de matière, en particulier des gros morceaux ou particules par-dessus la surface du lit des matières évacuées, ce qui assure un refroidissement plus complet et plus efficace de la matière totale formant le lite
Plus particulièrement, le dispositif de refroidis- sement de la présente invention comprend une série de grilles perforées fixes et mobiles, disposées de façon al- ternée, à travers lesquelles'l'air de refroidissement est refoulé pour refroidir la matière se trouvant sur ces der- nières. Ces grilles sont disposées en une série horizontale, à recouvrement, et les surfaces supérieures de chaque jeu de grilles sont inclinées vers le haut et vers l'avant.
Lorsque du clinker de ciment ou autre matériau, est disposé sur un tel agencement des grilles, il constitue un lit ho- rizontal, et à mesure que les grilles mobiles se déplacent vers l'avant par-dessus les grilles fixes, chaque grille mobile pousse la matière sur la grille fixe suivante située en avant, par-dessus laquelle, elle se déplace vers le haut le long de sa surface inclinée et par-dessus son nez sur la grille mobile suivante située en avant. Ainsi, même si la matière à refroidir est maintenue sous forme d'un lit
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horizontal, elle est progressivement déplacée vers l'avant jusqu'à ce qu'elle atteigne l'extrémité d'avacuation de la srie de grilles.
Pour mieux comprendre l'invention, on se référera aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale, partiellement en élévation, d'une extrémité d'un refroidisseur de matiè- re d'un type destiné à refroidir du clinker de ciment,
La figure la est une vue analogue de l'autre ex- trémité du refroidisseur;
La figure 2 est une coupe verticale, à plus grande échelle, du refroidisseur représenté sur les figures 1 et suivant la ligne 2-2 de la figure la;
' La figure 3 est une vue de détail à plus grande échelle, représentant l'agencement des grilles fixes et mobiles, à recouvrement, à la fin de la course vers l'avant des grilles mobiles, et montrant l'état de tassement de la matière en différents points du lit ; La figure 4 est une vue analogue à la figure 3, les grilles mobiles se trouvant à la fin de leur course vers l'arrière.
- En se référant aux dessins, 1 désigne une chambre de refroidissement. Cette chambre comprend une enveloppe supérieure 2 constituée par des briques réfractaires, à tra- vers laquelle on fait passer la matière à refroidir, et une partie inférieure 3 sous forme d'une chambre de soufflage.
Les parties supérieure et inféricure du refroidisseur sont séparées par une structure 4 de grilles de refroidissement, décrite plus complètement ci-après.
Une extrémité de l'enveloppe superieure 2 (figure la) présente un orifice d'admission 5 destin à la manière à refroidir. Cet orifice d'admission peut être situé au-
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dessous de l'extrémité d'évacuation d'un four à ciment pour recevoir le clinker chaud directement à partir du four. birectement au-dessous de l'orifice d'admission 5 se trouve un plateau 6 de réception de la matière sur lequel tombe le clinker chaud. Après que les particules de clinker se soient accumulées sur le plateau 6 et qu'elles y aient formé un angle de repos naturel, les parti.cules suivantes tombant sur le tas s'écoulent à partir de ce dernier sur l'extrémité adjacente de la grille de refroicissement 4.
La structure de grilles de refroidissement coin- prend des grilles fixes 7 et des grilles mobiles 8 alter- nées, disposées à recouvrement, agencées en une série horizontale. Chacune/des grilles fixes est montée sur une plaque de support inclinée 9 de grilles, fixe, et supportée par ces dernières, tandis que chacune des grilles mobiles est montée sur une plaque de support inclinée 10 de grille, mobile, et supportée par cette dernière. Les grilles fixes et mobiles comprennent chacune des parties postérieures
7a et 8a, respectivement, et des parties antérieures 7b et
8b, respectivement, qui sont inclinées vers le haut et vers l'avant à un degré supérieur à celui des parties 7a et 8a.
Les parties antérieures 7b et 8b se terminent en des parties de pointe 7c et 8-Ci respectivement, s'étendant vers le bas.
Ces parties de pointe sont inclinées vers le haut et vers l'arrière par rapport au sens de mouvement du lit de matiè- re le long de la structure de grilles. La raison de cette disposition sera donnée ci-après.
Les parties postérieures 7a et 8a des grilles et les parties antérieures 7b et 8b de ces dernières sont tou- tes munies de perforations 11 destinées au passage de l'air provenant de la chambre dans le lit de clinker de ciment chaud se trouvant au-dessus.
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Chacune des plaques de support 10 de grille mobile est fixée par des éléments 12,. de chaque côte du refroidisseur,, à des bâtis mobiles 13. Ces bâtis peuvent . présenter la forme de poutres en I et porter des roues à rebord 14,, 15 et 16.Chacune des roues est montée pour rouler le'long de rails inclinés 17,, 18 et 19, supportés par des éléments de bâtis horizontalement inclinés 20,21 et 22 et par des éléments de bâti verticaux 23,24 et 25.
Les roues 16 sont montées sur un arbre 26 qui est relié,, par un ensemble de manivelle et de vilbrequin '27 à un arbre 28 monté dans des paliers 28' fixés à 1'.un des éléments de bâti 29.. L''arbre 28 est commandé par l'in- termédiaire d'un engrenage 30 à chaîne et pignons à partir d'un ensemble de commande et de transmission classique à vitesse variable 31.
La rotation de l:"arbre 28 communique un mouve- ment de va-et-vient au vilbrequin 27 qui, à son tour, com- manique un mouvement de va-et-vient au bâti mobile 13, faisant rouler les roues 14,, 15 et 16 vers le haut et vers le bas le long de leurs rails de support inclinés. A mesure que le bâti 13. se déplace vers 1''avant et vers le haut, les parties antérieures 8c des grilles mobiles se déplacent vers l'avant par-dessus les parties postérieures 7a des gri.lles fixes et poussent le clinker chaud sur les grilles fixes situées en avant. Le clinker chaud se trouvant sur la partie la plus antérieure aes grilles fixes est déversé par-dessus,le nez de ces grilles sur la grille mobile sui- vante située en. avant.
La poursuite du mouvement de va-et- vient des sections de grilles mobiles provoque ainsi un mouvement progressif vers l'avant de la matière du lit.
L"angle d'inslinisou vers 1''avant des rails 18, 19 et 20 est le même gxe 1''angle d'inclinaison vers l'avant des
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parties posterieures des grilles 7 et 8 de sorte que les parties antérieures des grilles mobiles conservent tou- jours leur position parallèle et espacée par rapport aux parties postérieures des grilles fixes.
De l'air sous pression provenant de toute source appropriée est introduit dans la chambre 3 par l'intermédiai- re d'un collecteur d'air 32, de dispositifs d'évacuation 33, 34 et 35 et d'orifices d'admission d'air 36, 37 et 38.
Le diamètre du collecteur d'air peut être progressivement diminué en direction de l'évacuation 35.
L'air provenant de la chambre monte à travers les perforations 11 des grilles dans le lit de clinker de ciment chaud situé sur ces dernières afin d'y exercer une action de refroidissement. Une certaine quantité d'air passe'également dans le lit de clinker chaud par l'inter- médiaire de l'espace compris entre les parties antérieures des grilles mobiles et la partie postérieure des grilles fixes se trouvant au-dessous d'elles.
L'air, après son passage à travers le lit de clinker chaud et après l'avoir refroidi, s'échappe par une cheminée 39. La circulation de l'air par la cheminée peut être réglée par des chicanes ou registres 40.
L'enveloppe 2 et la chambre 3 peuvent être pourvues des portes d'accès habituelles 42 et 43, et l'en- veloppe peut comporter des orifices d'observation 44.
Le clinker refroidi quittant l'extrémité de la grille de refroidissement passe par-dessus une plaque 45, puis descend sur un tamis 48 pourvu d'un dispositif de nettoyage 47. Les particules :fines passent à travers le trunis et tombent dans une fosse 48 d'où elles peuvent être retirées de toute façon désirée. Les particules dont la dimension ne leur permet pas de passer à bravers le
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tamis sont dirigées vers un concasseur de clinker 49 entrât- né par un moteur 49a.
Le concasseur est d'une construction classique et est muni de marteaux fixes à un rotor qui tourne dans le sens sinistrorsum. Ces marteaux, en frap- pant les particules de grande dimension, les désagrègent et rejettent les fragments dans la section du refroidisseur pour un refroidissement supplémentaire. Les fragments qui peuvent être projetés vers le haut sont devins vers la grille de refroidissement par un déflecteur 50. Les parti- cules fines provenant du concasseur descendent le long du plan incliné 51 et tombent dans la fosse 48.
La voûte et les côtés de l'extrémité antérieure de l'enveloppe 2 sont chemisés à l'aide de plaques d'acier 52 pour les protéger des froments de clinker qui peuvent être projetés contre cette partie de l'enveloppe. Pour protéger davantage la voûte de briques réfractaires de la partie principale de l'enveloppe 2, un rideau de chaînes 53 est suspendu en travers de l'enveloppe, juste en avant des plaques.
Une certaine quantité des particules fines pro- venant du lit de matière soumis au refroidissement passe à travers les grilles et tombe dans la chambre 2. Elles tombent sur un transporteur 54 à chaînes de raclage et sont transportées par ce dernier vers un point situé au-dessus de la fosse 48 où elles peuvent tomber dans cette dernière pour être retirées avec la partie principale de la matière refroidie.
Le transporteur à chaines passe sur des poulies 55 et 56, et son brin supérie ur cst supporte par des roues folles 57. La poulie 55 est entraînée par un moteur 58 par 1'intermédiaire d'un engrenage approprie 59.
En vue d'une application plus efficace de l'air
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pour le refroidissement du clinker chaud, ,la chambre de soufflage est divisée en trois compertiments au moyen de parois d'extrémité 61 et 62 et de cloisons 63 et 64. L'air est introduit dans ces compartiments par les orifices d'admission 36, 37 et 38, respectivement. Des joints étan- ches à l'air 65, 66 et 67 sont prévus aux endroits où le' transporteur passe à travers la partie inférieure des cloi- sons 63 et 64 et des parois d'extrémité 61 et 62.
Pour fermer hermétiquement les compartiments à l'extrémité su- périeure des cloisons 63 et 64, à l'endroit où. l'élément mobile 13 les traverse, une plaque d'étanchéité 68 est fixée à chacun des éléments mobiles 13. Ces plaques s'éten- dent sur toute la largeur de la chambre et présentent des orifices' en forme de I de façon à se conformer étroitement au profil des éléments 13. Les extrémités inférieures des plaques 68 glissent contre la surface supérieure de plaques
69. Ces dernières sont inclinées vers l'avant et vers le haut suivant le même angle que les rails 18, 19 et 20, de sorte que les plaques 68 et 69 sont toujours en contact afin de fournir un joint coulissant.
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Les conduites- d'C-vacuetîon de l'air, 33 34 et 35, peuvent être munies de registres 'la, 71 et 72, respectivement, de sorte que la quantité d'air introduite dans les divers compartiments de la chambre pour passer à travers les grilles et dans la matière qui les recouvre peut être réglée individuellement. Grâce à un réglage correct des registres respectifs, on peut atteindre la quantité d'air nécessaire pour obtenir le refroidissement ou l'aération optimum, ou les deux,de la matière, se trouvant au-aessus de chaque compartiment.
La matière chaude admise dans le refroidisseur est progressivement déplacée vers l'avant par le
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mouvement de va-et-vient des grilles mobiles 8 au-dessus des grilles fixes '7. A mesure que les grilles mobiles se déplacent vers l'avant lors de la course vers l'avant de l'élément 13, leur partie antérieure 8c agit à titre de piston pour refouler la matière sur la partie antérieure 7b des grilles fixes le long des surfaces et par-dessus le nez des grilles fixes sur la grille mobile suivante située en -avant et au-dessous.
Lors du retour ou du mouvement vers l'arrière des grilles mobiles, les parties antérieures des grilles fixes agissent à titre de butées fixes pour empêcher la matière se trouvant sur les grilles mobiles de se déplacer vers l'arrière avec elles, de sorte que la matière se trouvant sur chaque grille mobile est refoulée par-dessus son nez sur la grille fixe suivante située en avant et au-dessous.
-L'inclinaison des grilles vers l'avant et vers le haut fait en sorte que la matière, à mesure qu'elle se déplace progressivement le long de la structure de grilles, est poussée vers le haut par rapport au lit. Au cours de ce mouvement, les particules tendent à se deplacer latéralement à l'écart de la résistance offerte par le plan incliné jusqu'à ce qu'elles rencontrent une force égale ou supérieure. Ceci fournit une répartition latérale presque immédiate de la matière sur la largeur du refroidisseur jusqu'à ce qu'elle soit retenue par les parois latérales de ce dernier, ce qui se traduit par un mouvement longitu- dinal uniforme de la matière sur toute la largeur du refroidisseur.
En répartissant ainsi la matière chaude' uniformément sur la surface du refroidisseur, tout point chaud est évité dans l'ensemble des grilles, attendu qu'au- aune zone locale n'est surchargée d'un amas profond de clinker, ni privée simultanément de son air de -
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refroidissement par la résistance accrue offerte par un amas plus épais de la matière* .(* L'inclinaison vers l'avant ou pente négative de la surface des grilles offre également moins de risque que des zones statiques locales'de la matière se L'ormant au- dessus des grilles fixes au cours du mouvement vers l'ar- rière des grilles, mobiles.
A mesure que les grilles mobi- les se déplacent vers l'arriere, la face antérieure des pointes des grilles fixes situées immédiatement en arrière empêche tout mouvement important vers l'arrière de la matière se trouvant sur la surface des grilles mobiles, comme précédemment indiqué, de sorte que les grilles mobiles glissent sous la matière située sur leur surface supérieu- re. Ce retrait des grilles mobiles découvre progressive- ment les surfaces supérieures des parties postérieures des grilles fixes.
Cette surface, lorsqu'elle est découver- te, est immédiatement recouverte, partiellement par la ma- ti ère se trouvant sur la surface inclinée vers l'avant de ces grilles qui glisse en arrière vers le bas sur celles- ci, mais principalement par la matière qui se déverse par- dessus le nez des grilles mobiles qui reculent en provoquant ainsi un mouvement de la matière vers l'avant par rapport aux grilles mobiles. Le sens d'une certaine quantité de la matière est partiellement inversé entre les courses vers l'avant des grilles mobiles, et ladite matière est par conséquent en mouvement sensiblement à tout moment.
Attendu que les perforations 11 s'étendent à tra- vers la surface des grilles perpendiculairement à celles-ci, et que les surfaces des grilles sont inclinées vers l'avant et vers le haut, l'air de refroidissement passant à travers' ces perforations est dirigé vers 1 arrière dans la matière en cours d'avance, en agitant ainsi davantage le lit sans
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avoir tendance à souffler ou à soulever la matière vers 1'évaluation*
En se référant aux figures 3 et 4, on notera que les pointes des grilles respectives sont inclinées vers l'arrière par rapport à la verticale.
Ceci empêche l'air d'être court-circouté vers le haut le long d'une paroi ver- ticale et assure une meilleure pénétration de l'air à travers la masse de matière chaude plus profonde en ce point et, par conséquent, un refroidissement plus efficace de cette dernière.
Pendant le fonctionnement de la grille, le lit de matière est constamment soumis, à un tassement et à une dilatation relati fs. Lors du mouvement vers l'avant des grilles mobiles, la matière est poussée en avant à l'encon- tre de la résistance offerte par la pesanteur et par l'in- clinaison vers le haut des grilles fixes suivantes situées en avant. Ceci produit un degré de tassement local de la matière en avant des pointes se déplaçant vers l'avant des grilles mobiles, comme dans les zones ou bandes sur la figure 3.
Ce tassement augmente la résistance de la matière en question à la circulation de l'air passant à travers elle et, du fait qu'il est progressif, il diminue progressivement le débit de l'air s'écoulant au-delà des pointes des grilles mobiles jusqu'à ce que le débit de l'air atteigne son minimum au point extrême du déplacement vers l'avant des grilles mobiles.
Simultanément au mouvement vers l'avant des grilles mobiles et à la diminution progressive du débit de l'air en avant de leurs pointes, les grilles mobiles entrai- nent la matière à l'écart des pointes dos grilles fixes adjacentes situées en arrière, et les parties postérieures des grilles mobiles, qui précédement se trouvaient au-
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dessous de la partie antérieure des grilles fixes sont progressivement mises à découvert.
La zone mise à décou- vert en raison du. mouvement de la matière à l'écart des pointes des grilles' fixes est couverte d'une facon lâche par lamatière se déversant par-dessus le ne des grilles fixes sur les parties postérieures exposées des grilles mobiles.
Cet ameublissement répété de la matière en avant des pointes des grilles fixes, et le remplissage de l'espace intermédiaire d'une façon peu tassée à 1!aide de matière, diminue progressivement la résistance de la matière à la circulation de l'air dans cette zone, de sorte que des volumes importants d'air sont ainsi fournis à travers les parties postérieures des grilles mobiles et en provenance du dessous des pointes des grilles fixes, entre les poin- tes de ces grilles et les surfaces supérieures des grilles mobiles adjacentes situées en avant, tandis qu'une quantité moindre d'air estsimultanément fo urni e entre les pointes des grilles mobiles et leurs grilles, fixes adjacentes situées en avant. Ceci provoque une aération intense d'une bande (lE matière en avant de chacune des grilles fixes.
Cette bande est indiquée en b sur la figure ;5 et présente une longueur correspondant à peu près à la moitié d'une grille, de l'avant à l'arrière des grilles, et elle s'étend sur
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toute la largeur du rti'ioidiseur.
Lors du UlOUVGIf1.lSLt vers l'arrière durs grilles i,iobi- les, une partie de la matière peu tassée située au voisinage
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de leurs surfaces supérieures est progressivcmmt tassée par les pointes des grilles fixes suivantes situees le plus en arrière agissant comme des buttes fixes, un empêehant un
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mouvement appréciable de la mut,i ère VL,X'S l'[1.1'1'l01'0 aVtJc 1(-.s grilles mobiles. D(, coLLc I'c;or, 1,v ciruulaHon de l'air à travers ce;,U;o 4onc de la lUt 12ILiJl'c do 1'ccouv.r'eWLu't est
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réduite, et l'on obtient une élimination de l'aération intensive de la bande b.
Simultanément à la coursede retour ou vers l'arrière des grilles mobiles, la matière est déversée par dessus le nez des grilles mobiles et tombe d'une façon éparse sur les parties postérieures des grilles fi- xes, en avant des pointes des grilles mobiles. Cet ameu- blissanent du lit permet progressivement une augmentation du débit de l'air juste en avant des pointes des grilles mobiles et achève le cycle de fonctionnement. La figure 4 représente le tassement-et l'ameublissement de la matière à la fin de la course vers l'arrière des grilles mobiles.
Sur cette figure, la zone ou bande c indique le tassement de la matière contre les pointes des grilles fixes, tandis que indique la zone ou bande dans laquelle la matière est ameublie en raison du retrait de la partie antérieure des grilles mobiles le long de la partie postérieure des grilles fixes.
Le passage progressif sus-mentionné des débits de l'air d'un groupe de zones ou bandes à un autre empêche des variations de pression extrêmes dans la chambre de soufflage, attendu que la résistance d'ensemble de la to- talité du lit à la circulation d'air n'est pas altérée de façon sensible par la transition.
La période ou durée d'une bande donnée de matière extrêmement aérée dépend de la durée de l'agencement cor- respondant peu dense des particules dans cette région, et en partie des caractéristiques physiques de la matière. Les bandes en question ne sont pas statiques mais sont constam- ment soit en formation soit en cours de destraction à mesu- re que le mouvement des grilles ameublit ou tasse, respecti- vement, la matière dans cette région. Une bande extrêmement
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aérée commence à se former lorsque le mouvement des grilles commence à ameublir la matière dans la régi.on, et progresse jusqu'à la, fin de la course suivante des grilles.
La bande est alors progressivement détruite à mesure que les grilles atteignent l'extrémité d' un trajet linéaire et commencent une course en sens inverse. Il peut exister un certain retard dans l'aération et dans la désaération en raison des caractéristiques d'aération et- de désaération de la matière, et du ralentissement et du repos linéaire-de la commande du vilbrequin lorsqu'elle se trouve près de ses extrémités linéaires.
Au cas où l'on traite un clinker généralement fin, ou en cas d'une répartition de dimension avantageuse, l'aération maximum des bandes du lit peut prendre la forme d'une fluidisation. Au cas où l'on traite des particules autres que celles comprises dans les gammes susceptibles d'être fluidisées, l'aération maximum n'est pas aussi spec- tacula.ire et ne confère pas la totalité des caractéristi- ques hydrauliques qu'on constate habituellement dans des lits fluidisés. Lorsqu'une matière est fluidisée sur le refroidisseur, elle se trouve dans un état relativement violent, comparé à ce qu'on peut appeler Lui lit tranquille.
Dans le cas d'une matière soit fluidisée soit non fluidisée, la mobilité des particules entre elles, dans une bande extrêmement aérée, est augmentée de telle façon que lesdites particules sont séparées selon leur dimension, les plus grosses particules bombant à les surfaces de plaques ou glissant à partir du bord sur lesdites sur- faces jusqu'à ce qu'elles se trouvent de façon g@@érale au voisinage immédiat des limites inférieures du lit.
Attendu que les particules de plusgrande dimensino sont les plus
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lentes à se refroidir, les particules les plus difficiles à refroidir reçoivent l'air le plus froid alors qu'elles se trouvent dans la zone de bande d'aération extrême. mesure que la matière divisée de la bande se déplace versai'avant à l'écart de l'air en excès, elle conserve une grande partie de sa nature divisée tandis qu'elle passe en regard des trous d'air multiples des sur- faces supérieures des grilles, ce qui prolonge partielle- ment la différence de refroidissement des dimensions parti- culaires en faveur des plus grandes particules,,
Cette différence de refroidissement sus-mentionnée, tout en facilitant le refroidissement des particules de plus grande dimension, ne compromet pas le taux de refroidis..
sement des particules fines. Ces dernières présentent des diemetres plus petits à travers lesquels la chaleur doit être transmise à partir du noyau et par conséquent se re- froidissent plus rapidement que les grandes particules pour la même différence de température. A mesure que la diffé- rence thermique existant entre la particule fine et le gaz de refroidissement est réduite, le taux de transfert à partir de la surface de particule fine est réduit. En consé- quence, l'air chauffé par son contact précédent avec de grandes particules ne refroidit pas les surfaces des fines particules aussi rapidement que s'il était à la température d'admission, mais plus les rayons des fines particules sont petits, plus ils compensent la différence de façon adéquate.
A mesure que la matière de la bande déplacée est déversée par-dessus le nez des grilles ultérieures, la sépa- ration est en grande partie éliminée mais est de nouveau établie dans une moitié d'un mouvement entier de va-et-vient, ou une course directionnelle unique des grilles mobiles.
Ce déversement de la matière assure de façon supplémentaire
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,un mélange et une agitation parfaite du lit, de sorte qu'une séparation'incomplète, se produisant pour une raison quelconque dans une bande, n'est pas nécessairement maintenue'sur l'ensemble de la longueur du refroidisseur ou sur une grande partie de ce dernier.
On a constaté, au cours du fonctionnement du re- froidisseur, que des perticules extrêmement grandes, qui nécessitent des périodes de séjour plus importantes dans la zone de refroidissement en raison d'un transfert de chaleur moins efficace entre leur surface et leur noyau qu'entre leur surface et un gaz les entourant, sont retenues dans la zone des gaz de refroidissement pendant des pério- des de temps plus longues que les particules plus petites simultanément introduites avec elles.
Il semble que ceci soit dû à la création des zones ou bandes de matière extrê- mement aérées sur la largeur du refroidisseur, attendu qu'une matière peu tassée aérée ne peut exercer une force adéquate sur de telles particules de plus grande dimension pour les déplacer jusqu'à ce que leur friction de particule à particule soit suffisamment augmentée par tassement.
De même, pendant le tassement, une partie de la matière peut s'échapper latéralement d'entre les pointes des grilles mobiles et les particules de très grande dimension, auquel cas l'effet de la course d'une grille mobile donnée peut être en grande partie dissipé dans le tassement de la matiè- re meuble, une fraction seulement 'de la force fournie res- tant pour s'exercer contre les particules de plus grande dimension.
Bien qu'on ait décrit l'invention en particulier en se référent à un refroidisseur destiné à refroidir du clinker de ciment chaud, il estévident que cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple et que l'invention est
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applicable au refroidissement de toute matière sous forme de particules individuelles; de même, l'appareil est sus- ceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention.
Résumé.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to a heat exchange apparatus, and in particular to such an apparatus for cooling individual particles of material by the rapid air cooling of material discharged at an elevated temperature from furnaces and. analogues, such as hot Portland cement clinker
Douglas U.S. Patent No. 2,137,158 of November 16, 1938, describes a clinker cooling device in which hot clinker is circulated downward over a series of fixed and movable grates, spread out and perforated, arranged alternately,
through which the cooling air from a blow chamber located below is forced upwardly into and through the moving material. In such a cooler, each mobile grid during its forward movement.
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forces hot material along the surface and over the nose of the stationary grate above which it moves and onto the next lower movable grate.
In its rearward movement, the heel of the grate immediately above acts as a fixed stopper or pusher to push the material along the surface of the grids moving backwards and over the nose. of these, on the lower fixed grid immediately following. In this way, the hot clinker is gradually moved downward over the stepped inclined grates while simultaneously being subjected to the cooling effect of the air passing through them.
Cement clinker coolers of the type disclosed in the aforementioned patent have been widely applied and have been found to be very effective for the rapid cooling of cement clinker. However, the downwardly sloping arrangement of the stepped racks requires that the discharge end of the oven be substantially elevated, or that the cooler be located in a relatively deep pit, out of which the cooled material is to be subsequently raised. The inclination of the grids downwards also sometimes allows the descent in cascade or in the form of an avalanche of certain types of material, in particular when it is in the form of large pieces or particles, over the bed of material.
Since such large pieces or particles require a greater cooling effect than finer particles, it is sometimes necessary to provide a special device to break up these large pieces falling in the form of an avalanche and to retain the disaggregated particles for further cooling.
The present invention contemplates cooling a material in a device for cooling the material.
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general type described in the aforementioned Douglas patent, but in which the alternating fixed and movable grids are arranged in a horizontal series.
The reduction in overall height obtained by arranging the fixed and movable grids alternately in a horizontal series allows a saving of space and structural materials, in particular as regards the quantity of refractory bricks necessary for the construction. 'envelope located above the grids.
It also prevents the cascade or avalanche descent of certain types of material, especially large lumps or particles over the surface of the bed of the discharged material, which provides more complete cooling and greater cooling. effective total material forming the lite
More particularly, the cooling device of the present invention comprises a series of fixed and movable perforated grids, arranged in alternate fashion, through which the cooling air is forced to cool the material on them. - nières. These grids are arranged in a horizontal, overlapping series, and the top surfaces of each set of grids slope upward and forward.
When cement clinker or other material is placed on such an arrangement of the grids, it forms a horizontal bed, and as the movable grates move forward over the fixed grates, each movable grate pushes. material on the next fixed grid in front, over which it moves upward along its sloping surface and over its nose on the next movable grid in front. Thus, even if the material to be cooled is kept in the form of a bed
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horizontal, it is gradually moved forward until it reaches the discharge end of the series of screens.
To better understand the invention, reference is made to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a vertical sectional view, partially in elevation, of one end of a material cooler of a type intended for cooling cement clinker,
Figure la is a similar view of the other end of the cooler;
Figure 2 is a vertical section, on a larger scale, of the cooler shown in Figures 1 and taken along line 2-2 of Figure 1a;
Figure 3 is a detailed view on a larger scale, showing the arrangement of the fixed and movable, overlapping grids at the end of the forward stroke of the movable grates, and showing the state of settlement of the material at different points of the bed; FIG. 4 is a view similar to FIG. 3, the mobile grids being at the end of their rearward travel.
- Referring to the drawings, 1 denotes a cooling chamber. This chamber comprises an upper casing 2 made up of refractory bricks, through which the material to be cooled is passed, and a lower part 3 in the form of a blowing chamber.
The upper and lower parts of the cooler are separated by a structure 4 of cooling grids, described more fully below.
One end of the upper casing 2 (FIG. La) has an inlet port 5 intended for the manner to be cooled. This inlet port may be located at the
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below the discharge end of a cement kiln to receive hot clinker directly from the kiln. birectly below the inlet 5 is a plate 6 for receiving the material on which the hot clinker falls. After the clinker particles have accumulated on tray 6 and formed a natural angle of repose there, subsequent particles falling onto the pile flow from it onto the adjacent end of the pile. cooling grid 4.
The corner cooling grid structure consists of fixed grids 7 and movable grids 8 alternating, overlapping, arranged in a horizontal series. Each / of the fixed grids is mounted on an inclined support plate 9 of the grids, fixed, and supported by the latter, while each of the movable grids is mounted on an inclined support plate 10 of the movable grids, and supported by the latter. . The fixed and movable grids each include rear parts
7a and 8a, respectively, and the front parts 7b and
8b, respectively, which are inclined upward and forward to a greater degree than that of parts 7a and 8a.
The front parts 7b and 8b terminate in tip parts 7c and 8-Ci respectively, extending downward.
These tip portions are inclined upward and backward with respect to the direction of movement of the bed of material along the grid structure. The reason for this provision will be given below.
The rear parts 7a and 8a of the grids and the front parts 7b and 8b of the latter are all provided with perforations 11 intended for the passage of the air coming from the chamber into the bed of hot cement clinker located above. .
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Each of the movable grid support plates 10 is fixed by elements 12 ,. on each side of the cooler ,, to movable frames 13. These frames can. have the shape of I-beams and carry flanged wheels 14, 15 and 16. Each of the wheels is mounted to roll along inclined rails 17, 18 and 19, supported by horizontally inclined frame members 20, 21 and 22 and by vertical frame elements 23, 24 and 25.
The wheels 16 are mounted on a shaft 26 which is connected by a crank and crankshaft assembly 27 to a shaft 28 mounted in bearings 28 'attached to one of the frame members 29. shaft 28 is controlled by means of a chain and pinion gear 30 from a conventional variable speed control and transmission assembly 31.
The rotation of the shaft 28 communicates a reciprocating motion to the crankshaft 27 which, in turn, commutes a reciprocating motion to the movable frame 13, causing the wheels 14 to roll. , 15 and 16 up and down along their inclined support rails. As the frame 13 moves forward and upward, the front parts 8c of the movable grids move upward. 'front over the rear parts 7a of the fixed grips and push the hot clinker on the fixed grids located forward. The hot clinker on the most anterior part of the fixed grates is poured over, the nose of the these grids on the next movable grate located in front.
The continued back-and-forth movement of the movable grid sections thus causes a progressive forward movement of the bed material.
The angle of inclination towards the front of the rails 18, 19 and 20 is the same as the angle of inclination towards the front of the rails.
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rear parts of the grids 7 and 8 so that the anterior parts of the movable grids always retain their position parallel and spaced with respect to the rear parts of the fixed grids.
Pressurized air from any suitable source is introduced into chamber 3 through an air manifold 32, exhaust devices 33, 34 and 35 and inlet ports. air 36, 37 and 38.
The diameter of the air collector can be gradually reduced in the direction of the exhaust 35.
The air from the chamber rises through the perforations 11 of the grids into the bed of hot cement clinker located thereon in order to exert a cooling action therein. A certain quantity of air also passes into the bed of hot clinker through the space between the anterior parts of the movable grates and the rear part of the stationary grates below them.
The air, after passing through the hot clinker bed and after having cooled it, escapes through a chimney 39. The circulation of air through the chimney can be regulated by baffles or registers 40.
The envelope 2 and the chamber 3 can be provided with the usual access doors 42 and 43, and the envelope can have observation ports 44.
The cooled clinker leaving the end of the cooling grid passes over a plate 45, then descends on a screen 48 provided with a cleaning device 47. The particles: fine pass through the trunis and fall into a pit 48 from where they can be removed in any way desired. Particles whose size does not allow them to pass through the
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screens are directed to a clinker crusher 49 driven by a motor 49a.
The crusher is of a conventional construction and is equipped with fixed hammers with a rotor which turns in the sinistrorsum direction. These hammers, by striking large particles, break them up and throw the fragments back into the cooler section for further cooling. The fragments which can be thrown upwards are passed towards the cooling grid by a deflector 50. The fine particles coming from the crusher descend along the inclined plane 51 and fall into the pit 48.
The arch and the sides of the front end of the casing 2 are lined with steel plates 52 to protect them from clinker wheat which may be thrown against this part of the casing. To further protect the refractory brick vault of the main part of the casing 2, a curtain of chains 53 is suspended across the casing, just in front of the plates.
A certain quantity of the fine particles from the bed of material subjected to cooling passes through the screens and falls into the chamber 2. They fall on a conveyor 54 with scraping chains and are transported by the latter to a point situated at the top. above the pit 48 where they can fall into the latter to be removed with the main part of the cooled material.
The chain conveyor passes over pulleys 55 and 56, and its upper end is supported by idle wheels 57. Pulley 55 is driven by a motor 58 through a suitable gear 59.
For more efficient air application
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for cooling the hot clinker,, the blowing chamber is divided into three compartments by means of end walls 61 and 62 and partitions 63 and 64. The air is introduced into these compartments through the intake ports 36, 37 and 38, respectively. Airtight seals 65, 66 and 67 are provided at the places where the conveyor passes through the lower part of the partitions 63 and 64 and the end walls 61 and 62.
To hermetically seal the compartments at the upper end of partitions 63 and 64, where. the movable member 13 passes through them, a sealing plate 68 is attached to each of the movable members 13. These plates extend over the entire width of the chamber and have I-shaped orifices so as to fit. conform closely to the profile of the elements 13. The lower ends of the plates 68 slide against the upper surface of the plates
69. The latter are inclined forward and upward at the same angle as the rails 18, 19 and 20, so that the plates 68 and 69 are always in contact to provide a sliding seal.
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The air discharge lines 33, 34 and 35, may be provided with registers 1a, 71 and 72, respectively, so that the amount of air introduced into the various compartments of the chamber to pass through the grids and in the material covering them can be adjusted individually. By proper adjustment of the respective registers, the amount of air necessary to achieve optimum cooling or ventilation, or both, of the material above each compartment can be achieved.
The hot material admitted into the cooler is gradually moved forward by the
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back and forth movement of the movable grids 8 above the fixed grids' 7. As the movable screens move forwards during the forward stroke of the element 13, their anterior part 8c acts as a piston to force the material onto the anterior part 7b of the fixed screens along the sides. surfaces and over the nose of the fixed grilles on the next movable grate located in front and below.
During the return or rearward movement of the movable grates, the front portions of the fixed grates act as fixed stops to prevent material on the movable grates from moving rearward with them, so that the material on each movable grid is forced back over its nose onto the next fixed grid in front and below.
-The tilting of the grids forward and upward causes the material, as it gradually moves along the grid structure, to be pushed upward relative to the bed. During this movement, the particles tend to move sideways away from the resistance offered by the inclined plane until they encounter an equal or greater force. This provides an almost immediate lateral distribution of the material across the width of the cooler until it is retained by the side walls of the cooler, resulting in uniform longitudinal movement of the material across the width. cooler.
By distributing the hot material in this way uniformly over the surface of the cooler, any hot point is avoided in all the grids, since no local area is overloaded with a deep clinker mass, nor simultaneously deprived of his air of -
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cooling by the increased resistance offered by a thicker mass of the material. * (* The forward tilt or negative slope of the surface of the grates also offers less risk of local static areas of the material becoming lying above the fixed grids during the backward movement of the movable grates.
As the moving grids move rearward, the anterior face of the fixed grate tips located immediately behind will prevent significant rearward movement of material on the surface of the movable grates, as previously indicated. , so that the movable grids slide under the material on their upper surface. This removal of the movable grids gradually uncovers the upper surfaces of the rear parts of the fixed grids.
This surface, when uncovered, is immediately covered, partially by the material on the forwardly inclined surface of these grids which slides back downward on them, but mainly by the material which pours over the nose of the moving grids which move back thereby causing movement of the material forwards relative to the movable grates. The direction of a certain amount of material is partially reversed between the forward strokes of the movable grates, and said material is therefore in motion at substantially all times.
Whereas the perforations 11 extend through the surface of the grates perpendicular to them, and the surfaces of the grids slope forwards and upwards, the cooling air passing through these perforations is directed backward through the material being fed, thereby further agitating the bed without
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tend to blow or lift the material towards the evaluation *
Referring to Figures 3 and 4, it will be noted that the tips of the respective grids are inclined rearwardly relative to the vertical.
This prevents air from being short-circuited upward along a vertical wall and ensures better penetration of air through the mass of hot material deeper at that point and, therefore, a more efficient cooling of the latter.
During operation of the grid, the material bed is constantly subjected to relative compaction and expansion. During the forward movement of the movable grids, the material is pushed forward against the resistance offered by gravity and by the upward inclination of subsequent fixed grids located in front. This produces a degree of local compaction of the material ahead of the forward moving tips of the movable grids, as in the areas or bands in Figure 3.
This settlement increases the resistance of the material in question to the flow of air passing through it and, because it is gradual, it gradually decreases the flow of air flowing past the tips of the screens. movable until the air flow reaches its minimum at the extreme point of the forward displacement of the movable grilles.
Simultaneously with the forward movement of the movable grilles and the gradual decrease in the air flow in front of their points, the movable grates drag the material away from the points of the adjacent fixed grilles situated behind, and the rear parts of the mobile grilles, which were previously located at the
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below the anterior part of the fixed grilles are gradually exposed.
The area exposed due to the. movement of the material away from the tips of the fixed grids is loosely covered by the material pouring over the tip of the fixed grates on the exposed posterior parts of the movable grates.
This repeated loosening of the material in front of the points of the fixed screens, and the filling of the intermediate space in a loosely packed manner with the aid of material, gradually decreases the resistance of the material to the circulation of air in it. this zone, so that large volumes of air are thus supplied through the rear parts of the movable grilles and from below the tips of the fixed grilles, between the tips of these grilles and the upper surfaces of the adjacent movable grilles located in front, while a lesser quantity of air is simultaneously supplied between the tips of the movable grilles and their adjacent fixed grids situated in front. This causes intense aeration of a strip (the material in front of each of the fixed grids.
This strip is indicated at b in figure; 5 and has a length corresponding to approximately half of a grid, from the front to the back of the grids, and it extends over
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the entire width of the rti'ioidiseur.
When UlOUVGIf1.lSLt backwards hard grids i, iobi- les, part of the loosely packed material located in the vicinity
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of their upper surfaces is progressively compacted by the spikes of the following fixed grids situated furthest behind acting as fixed ridges, preventing a
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appreciable movement of the mut, 1st VL, X'S l '[1.1'1'l01'0 aVtJc 1 (-. s movable grids. D (, coLLc I'c; or, 1, v ciruulaHon of air through ce;, U; o 4onc of lUt 12ILiJl'c do 1'ccouv.r'eWLu't is
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reduced, and elimination of the intensive aeration of the band b.
Simultaneously with the return or rearward course of the movable grates, the material is poured over the nose of the movable grates and falls sparingly on the rear parts of the fixed grids, in front of the tips of the movable grates. This softening of the bed gradually allows an increase in the air flow just in front of the tips of the movable screens and completes the operating cycle. FIG. 4 shows the compaction and loosening of the material at the end of the rearward travel of the mobile grids.
In this figure, the area or band c indicates the settlement of the material against the points of the fixed grids, while the area or band in which the material is loosened due to the retraction of the anterior part of the movable grids along the rear part of the fixed grilles.
The above-mentioned gradual passage of the air flows from one group of zones or bands to another prevents extreme pressure variations in the blowing chamber, since the overall resistance of the entire bed to air circulation is not significantly affected by the transition.
The period or duration of a given strip of extremely aerated material depends on the duration of the corresponding sparse arrangement of particles in that region, and in part on the physical characteristics of the material. The bands in question are not static but are constantly either forming or destroying as the movement of the grids loosens or compacts, respectively, the material in that region. An extremely
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Aeration begins to form when the movement of the grates begins to loosen the material in the region, and progresses to the end of the next run of the grates.
The web is then gradually destroyed as the grids reach the end of a linear path and begin a reverse stroke. There may be some delay in aeration and deaeration due to the aeration and deaeration characteristics of the material, and the slowing down and linear rest-of the crankshaft drive when it is near its linear ends.
In the case where a generally fine clinker is treated, or in the case of an advantageous size distribution, the maximum aeration of the strips of the bed can take the form of fluidization. When dealing with particles other than those included in the ranges capable of being fluidized, the maximum aeration is not as spectacular and does not provide all of the hydraulic characteristics that are usually seen in fluidized beds. When a material is fluidized on the cooler, it is in a relatively violent state, compared to what may be called a quiet bed.
In the case of a material which is either fluidized or non-fluidized, the mobility of the particles between them, in an extremely ventilated strip, is increased so that said particles are separated according to their size, the larger particles bulging at the surfaces of the plates. or sliding from the edge on said surfaces until they are generally in the immediate vicinity of the lower limits of the bed.
Whereas the particles of the largest dimension are the most
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Slow to cool, the hardest to cool particles receive the cooler air while in the extreme air band area. As the divided material of the web moves forward away from the excess air, it retains much of its divided nature as it passes through the multiple air holes of the surfaces. upper grids, which partially prolongs the difference in cooling of the particle sizes in favor of larger particles ,,
This aforementioned cooling difference, while facilitating the cooling of the larger particles, does not compromise the cooling rate.
removal of fine particles. The latter have smaller diemeters through which heat must be transmitted from the nucleus and therefore cool faster than large particles for the same temperature difference. As the thermal difference existing between the fine particle and the cooling gas is reduced, the transfer rate from the fine particle surface is reduced. As a result, the air heated by its previous contact with large particles does not cool the surfaces of the fine particles as quickly as if it were at inlet temperature, but the smaller the radii of the fine particles, the more they make up the difference adequately.
As the material of the displaced web is dumped over the noses of subsequent screens, the separation is largely eliminated but is again established in one half of a full back and forth motion, or a unique directional stroke of the movable grids.
This discharge of the material further ensures
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, perfect mixing and agitation of the bed, so that incomplete separation, occurring for some reason in a strip, is not necessarily maintained over the entire length of the cooler or over a large portion of the last.
It has been found, during operation of the cooler, that extremely large particles, which require longer residence periods in the cooling zone due to less efficient heat transfer between their surface and their core than. between their surface and a gas surrounding them are retained in the cooling gas zone for longer periods of time than the smaller particles simultaneously introduced with them.
This appears to be due to the creation of areas or bands of extremely ventilated material across the width of the cooler, as loosely packed aerated material cannot exert adequate force on such larger particles to move them. until their particle-to-particle friction is sufficiently increased by settling.
Likewise, during compaction, part of the material may escape laterally between the tips of the movable grids and the very large particles, in which case the effect of the stroke of a given movable grate may be in effect. much dissipated in the settling of the loose material, only a fraction of the force supplied remaining to act against the larger particles.
Although the invention has been described in particular with reference to a cooler for cooling hot cement clinker, it is obvious that this description is given only by way of example and that the invention is
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applicable to the cooling of any material in the form of individual particles; likewise, the apparatus is capable of receiving various variants coming within the scope and spirit of the invention.
Summary.
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