CA1333750C - Procede de construction de fours a chambres ouvertes permettant d'eviter leur deformation - Google Patents
Procede de construction de fours a chambres ouvertes permettant d'eviter leur deformationInfo
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- CA1333750C CA1333750C CA000594878A CA594878A CA1333750C CA 1333750 C CA1333750 C CA 1333750C CA 000594878 A CA000594878 A CA 000594878A CA 594878 A CA594878 A CA 594878A CA 1333750 C CA1333750 C CA 1333750C
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- F27B13/00—Furnaces with both stationary charge and progression of heating, e.g. of ring type, of type in which segmental kiln moves over stationary charge
- F27B13/06—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of this type
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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Abstract
Procédé de construction d'un four à chambres ouvertes destiné à la cuisson des blocs carbonés, ce four étant constitué d'une pluralité de chambres disposées en série sur une ou deux travées parallèles, chaque chambre étant contenue dans un cuvelage indépendant en béton formé d'un radier 12 et de voiles latéraux 11 en béton. On dispose sur chaque voile une pluralité de contreforts verticaux que l'on met sous précontrainte dans le sens vertical. Cette précontrainte est appliquée au moyen d'au moins un câble d'acier fixé, aux deux extrémités, sur une plaque métallique venant en appui à la base et au sommet de chaque contrefort. On peut, en outre, procéder à la mise sous tension des parties supérieures des murs transversaux au moyen d'au moins un tirant métallique disposé horizontalement et soumis à tension ajustable.
Description
PROCEDE DE CONSTRUCTION DE FOURS A CEAMBRES OUVERTES
PERMETTANT D'EVITER LEUR DEPORMATION
DOMAINE TECUNIQUE DE L'INV~NTION
L'invention concerne un procédé de construction des fours à chambres ouvertes, également appelés "fours à feu tournantn ou nfours à avancement de feu" principalement destinés à la cuisson des anodes carbonées pour la production d'aluminum par électrolyse selon le procédé Hall-Héroult.
ETAT DE LA TECENIQUE
Ce type de four comporte généralement deux travées parallèles dont la longueur totale peut atteindre près de deux cents mètres. Chaque travée comporteune successionde chambres, séparées par des murs transversaux et ouvertes à leur partie supérieure pour permettre le chargement des anodes (ou autres blocs carbonés) crues et le déchargement des anodes cuites refroidies. Chaque chambre comporte, disposées parallèlement au grand axe du four, un ensemble de cloisons creuses, à parois relati-vement minces dans lesquelles vont circuler les gaz chauds assurantla cuisson, ces cloisons alternant avec des alvéoles dans lesquelles on empile les anodes à cuire qui sont noyées dans une poussière carbonée (coke, anthracite, ou tout autre matériau de garnissage pulvérulent~.
Il y a, par exemple de 16 à 74 chambres et par chambre 7 cloisons chauf-fantes séparant 6 alvéoles. Lors de la cuisson, la température maximaleatteinte est de l'ordre de 1200C.
Les chambres d'une travée sont contenues dans un cuvelage en béton formé d'un radier horizontal et de deux voiles verticaux. Le béton est protégé de la température, côté intérieur, par une isolation thermi-que. L'ensemble du four est abrité par un bâtiment supportant les cheminsde roulement des engins de manutention.
Généralement, lorsque le niveau de la nappe phréatique ne s'y oppose pas, les fours sont enterrés ou semi-enterrés, ce qui simplifie l'exploi-tation, la manutention et réduit les coûts d'investissement.
Les parois de cuvelage en béton sont soumises à trois types d'efforts :
- poussée horizontale sur les voiles par le réfractaire qui constitue les chambres, de l'intérieur vers l'extérieur. Ces contraintes peuvent atteindre à la base des voiles un niveau de 400 kN par mètre linéaire.
- poussée du terrain, du fait du remblaiement, en sens inverse de cette première poussée.
- effet "bilame" (dilatation différentielle) du radier enterré ou semi-enterré et des voiles dû au gradient de température dans leur épaisseur.
Le remblaiement fait que les déformations échappent à l'observatlon directe et se manifestent à la longue de façons différentes suivant le niveau et le type de remblaiement:
- dans les fours enterrés, il y a fléchissement des voiles vers l'inté-rieur du four, ce qui gêne les manutentions d'anodes dans les alvéoles en déformant le réfractaire par compression: dans ce cas, la poussée du terrain est prépondérante.
- dans les fours semi-enterrés la poussée du réfractaire l'emporte et les voiles fléchissent vers l'extérieur; il en résulte une désorgani-sation du briquetage qui "s'épanouit" dans l'espace agrandi et l'applica-tion d'une force plus ou moins grande sur le batiment lorsque les voilesarrivent à son contact, notamment au niveau des poteaux supportant la charpente métallique.
La présente invention se propose de remédier à cet état de fait O W ~T D~ L'INVENTION
L'objet de l'invention est donc un procédé de construction du cuvelage en béton d'un four à chambres qui réduit très fortement les déformations dues aux dilatations thermiques différentielles entre les différents éléments du four et aux poussées de toutes natures qui s'exercent sur les parois.
De façon plus précise, l'invention consiste en un procédé de construction d'un four à chambres ouvertes destiné à la cuisson de blocs carbonés, ce four étant constitué d'une pluralité de chambres disposées en série sur une ou deux travées parallèles, chaque chambre étant contenue dans un cuvelage en béton formé d'un radier et de voiles latéraux en béton, caractérisé en ce que l'on dispose sur la face externe de chaque voile une pluralité de contreforts verticaux que l'on met sous précontrainte dans le sens vertical~
2a De préférence, la précontrainte est appliquée au moyen d'au moins un câble d'acier fixé, aux deux extrémités sur une plaque métallique venant en appui à la base et au sommet de chaque contrefort.
De plus la partie supérieure des murs tranaversaux qui séparent les différentes chambres du four, est de préférence maintenue à l'aide d'un tirant sur lequel on applique une tension réglable comprise entre 0 et 200 kN.
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-DESCRIPTION DE L'INVENTION
Les figures l à 6 illustrent l'invention.
La figure l rappelle pour la bonne compréhension de l'invention, la structure des chambres, des alvéoles et des murs transversaux.
La figure 2 schématise la direction de la poussée principale selon que le four est enterré ~à droite de la figure) ou semi-enterré (à
gauche de la figure) . La figure 3 schématise en vue de dessus, complétée par une élévation 3A, et la figure 4 en coupe transversale, la structure d'un cuvelage de four selon l'invention.
. La figure 5 représente le renforcement, par mise sous précontrainte, des contreforts des voiles.
. La figure 6 représente la mise 50US tension par un tirant de la partie supérieure des murs transversaux.
Sur la figure l, on voit les cloisons l reliées à leur partie supérieure, par des ajutages 2, à la pipe 3 elle-même raccordée au collecteur général 4 Les pipes d'aspiration et de soufflage sont raccordées aux ouvreaux des chambres selon notre brevet FR 2 535 834 Dans les alvéoles 5 sont 20 disposées les anodes à cuire 6, visibles sur l'écorché de la partie gauche de la figure l Les chicanes 7 des cloisons chauffantes ont pour but d'allonger le trajet des gaz chauds et d'homogénéiser la température dans la cloison.
25 A la partie supérieure des chambres, les ouvreaux 8 permettent la mise en place, en corrélation avec l'avancement du feu, des pipes de souffla-ge, d'aspiration et des brûleurs. Les chambres successives sont séparées par des murs transversaux 9. Les cloisons successives des différentes chambres sont mises en communication par des ouvertures 10, situées à la partie supérieure du mur transversal. Le grand axe du four est indiqué par la ligne XX'.
Sur la f-igure 2 qui est une coupe transversale très simplifiée, on v~ A -4 133375~
a représenté, en trait épaissi, les voiles en béton 11 qui constituent l'ossature du four, qui est supportée par un radier 12 reposant sur des pieux 13 dont la profondeur dépend de la nature du terrain T
Sur les figures 3, 3A et 4, les voiles 11 ont été, selon l'invention, munis de contreforts extérieurs 14, mis sous précontrainte.
Comme indiqué sur la figure 5, la mise sous précontrainte est effectuée par insertion sur toute la hauteuc du contrefort, de câbles de précon-trainte 15, enrobés d'une gaine protectrice 16, injectée après miseen tension des câbles, et boulonnés à leurs deux extrémités sur des plaques 17, qui sont en appui sur les extrémités haute et basse de chaque contrefort 14.
En complément de ce renforcement des voiles, on peut intervenir sur les murs transversaux 9. En effet, dans la conception classique des murs, ceux-ci sont munis a leur partie supérieure d'ouvreaux lOA destinées au passage des registres qui permettent d'établir ou d'interrompre la circulation des gaz de combustion dans les cloisons chauffantes 1 en fonction du cycle de chauffage.
Si l'on utilise un dispositif d'obturation mis en place à l'intérieur de la cloison tel que par exemple l'obturateur déployable faisant l'objet de la demande de brevet français 87-08564, publiée le 8 septembre 1988, il est alors possible de supprimer l'ouvreau de mur transversal 10 A et de réaliser la communication entre les chambres par une ouverture 10 A, qui ne constitue plus un point faible du mur, et que l'on peut obturer grâce à l'obturateur déployable introduit par l'ouvreau 8A
le plus proche de la cloison correspondante.
Dans ces conditions, comme illustré sur la figure 6, il devient possible de mettre sous tension la partie haute du mur 9, au moyen d'au moins un tirant 21 disposé horizontalement, et ancré sur deux plaques d'acier 22 placées en appui sur les deux extrémités du mur 9.
La tension est ajustable entre 0 et 200 kN par ressort et/ou rondelle -"Belleville", ou tout autre moyen équivalent. Le terme rondelle "Belleville" est un terme employé pour désigner une rondelle en tôle emboutie utilisée pour supprimer le jeu dans un organe ou pour jouer le rôle d'un ressort de compression. Ce terme du domaine public est généralement traduit en langue anglaise par Belleville washer.
EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE
lo L'invention a été mise en oeuvre lors de la reconstruction d'un four à chambres comportant deux travées parallèles, avec une largeur totale de 25 mètres.
Les voiles latéraux 11 ont une hauteur de 5 mètres, une longueur de 10 mètres et sont renforcés par 5 contreforts mis sous précontrainte comme indiqué sur la figure 5 au moyen de deux câbles en acier entourés d'une gaine métallique de protection.
La force de précontrainte appliquée a été fixée à 600 kN par câble. La partie supérieure des murs transversaux a été
mise sous tension au moyen d'un tirant métallique 21 réglé
de telle manière que la force maximum qui s'exerce lors du passage du feu soit égale à 140 kN.
Après un an de fonctionnement ininterrompu, on a constaté
que l'amplitude maximale de déplacement du voile en partie haute lors du passage du feu ne dépassait pas 25 mm.
~ A ~
PERMETTANT D'EVITER LEUR DEPORMATION
DOMAINE TECUNIQUE DE L'INV~NTION
L'invention concerne un procédé de construction des fours à chambres ouvertes, également appelés "fours à feu tournantn ou nfours à avancement de feu" principalement destinés à la cuisson des anodes carbonées pour la production d'aluminum par électrolyse selon le procédé Hall-Héroult.
ETAT DE LA TECENIQUE
Ce type de four comporte généralement deux travées parallèles dont la longueur totale peut atteindre près de deux cents mètres. Chaque travée comporteune successionde chambres, séparées par des murs transversaux et ouvertes à leur partie supérieure pour permettre le chargement des anodes (ou autres blocs carbonés) crues et le déchargement des anodes cuites refroidies. Chaque chambre comporte, disposées parallèlement au grand axe du four, un ensemble de cloisons creuses, à parois relati-vement minces dans lesquelles vont circuler les gaz chauds assurantla cuisson, ces cloisons alternant avec des alvéoles dans lesquelles on empile les anodes à cuire qui sont noyées dans une poussière carbonée (coke, anthracite, ou tout autre matériau de garnissage pulvérulent~.
Il y a, par exemple de 16 à 74 chambres et par chambre 7 cloisons chauf-fantes séparant 6 alvéoles. Lors de la cuisson, la température maximaleatteinte est de l'ordre de 1200C.
Les chambres d'une travée sont contenues dans un cuvelage en béton formé d'un radier horizontal et de deux voiles verticaux. Le béton est protégé de la température, côté intérieur, par une isolation thermi-que. L'ensemble du four est abrité par un bâtiment supportant les cheminsde roulement des engins de manutention.
Généralement, lorsque le niveau de la nappe phréatique ne s'y oppose pas, les fours sont enterrés ou semi-enterrés, ce qui simplifie l'exploi-tation, la manutention et réduit les coûts d'investissement.
Les parois de cuvelage en béton sont soumises à trois types d'efforts :
- poussée horizontale sur les voiles par le réfractaire qui constitue les chambres, de l'intérieur vers l'extérieur. Ces contraintes peuvent atteindre à la base des voiles un niveau de 400 kN par mètre linéaire.
- poussée du terrain, du fait du remblaiement, en sens inverse de cette première poussée.
- effet "bilame" (dilatation différentielle) du radier enterré ou semi-enterré et des voiles dû au gradient de température dans leur épaisseur.
Le remblaiement fait que les déformations échappent à l'observatlon directe et se manifestent à la longue de façons différentes suivant le niveau et le type de remblaiement:
- dans les fours enterrés, il y a fléchissement des voiles vers l'inté-rieur du four, ce qui gêne les manutentions d'anodes dans les alvéoles en déformant le réfractaire par compression: dans ce cas, la poussée du terrain est prépondérante.
- dans les fours semi-enterrés la poussée du réfractaire l'emporte et les voiles fléchissent vers l'extérieur; il en résulte une désorgani-sation du briquetage qui "s'épanouit" dans l'espace agrandi et l'applica-tion d'une force plus ou moins grande sur le batiment lorsque les voilesarrivent à son contact, notamment au niveau des poteaux supportant la charpente métallique.
La présente invention se propose de remédier à cet état de fait O W ~T D~ L'INVENTION
L'objet de l'invention est donc un procédé de construction du cuvelage en béton d'un four à chambres qui réduit très fortement les déformations dues aux dilatations thermiques différentielles entre les différents éléments du four et aux poussées de toutes natures qui s'exercent sur les parois.
De façon plus précise, l'invention consiste en un procédé de construction d'un four à chambres ouvertes destiné à la cuisson de blocs carbonés, ce four étant constitué d'une pluralité de chambres disposées en série sur une ou deux travées parallèles, chaque chambre étant contenue dans un cuvelage en béton formé d'un radier et de voiles latéraux en béton, caractérisé en ce que l'on dispose sur la face externe de chaque voile une pluralité de contreforts verticaux que l'on met sous précontrainte dans le sens vertical~
2a De préférence, la précontrainte est appliquée au moyen d'au moins un câble d'acier fixé, aux deux extrémités sur une plaque métallique venant en appui à la base et au sommet de chaque contrefort.
De plus la partie supérieure des murs tranaversaux qui séparent les différentes chambres du four, est de préférence maintenue à l'aide d'un tirant sur lequel on applique une tension réglable comprise entre 0 et 200 kN.
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-DESCRIPTION DE L'INVENTION
Les figures l à 6 illustrent l'invention.
La figure l rappelle pour la bonne compréhension de l'invention, la structure des chambres, des alvéoles et des murs transversaux.
La figure 2 schématise la direction de la poussée principale selon que le four est enterré ~à droite de la figure) ou semi-enterré (à
gauche de la figure) . La figure 3 schématise en vue de dessus, complétée par une élévation 3A, et la figure 4 en coupe transversale, la structure d'un cuvelage de four selon l'invention.
. La figure 5 représente le renforcement, par mise sous précontrainte, des contreforts des voiles.
. La figure 6 représente la mise 50US tension par un tirant de la partie supérieure des murs transversaux.
Sur la figure l, on voit les cloisons l reliées à leur partie supérieure, par des ajutages 2, à la pipe 3 elle-même raccordée au collecteur général 4 Les pipes d'aspiration et de soufflage sont raccordées aux ouvreaux des chambres selon notre brevet FR 2 535 834 Dans les alvéoles 5 sont 20 disposées les anodes à cuire 6, visibles sur l'écorché de la partie gauche de la figure l Les chicanes 7 des cloisons chauffantes ont pour but d'allonger le trajet des gaz chauds et d'homogénéiser la température dans la cloison.
25 A la partie supérieure des chambres, les ouvreaux 8 permettent la mise en place, en corrélation avec l'avancement du feu, des pipes de souffla-ge, d'aspiration et des brûleurs. Les chambres successives sont séparées par des murs transversaux 9. Les cloisons successives des différentes chambres sont mises en communication par des ouvertures 10, situées à la partie supérieure du mur transversal. Le grand axe du four est indiqué par la ligne XX'.
Sur la f-igure 2 qui est une coupe transversale très simplifiée, on v~ A -4 133375~
a représenté, en trait épaissi, les voiles en béton 11 qui constituent l'ossature du four, qui est supportée par un radier 12 reposant sur des pieux 13 dont la profondeur dépend de la nature du terrain T
Sur les figures 3, 3A et 4, les voiles 11 ont été, selon l'invention, munis de contreforts extérieurs 14, mis sous précontrainte.
Comme indiqué sur la figure 5, la mise sous précontrainte est effectuée par insertion sur toute la hauteuc du contrefort, de câbles de précon-trainte 15, enrobés d'une gaine protectrice 16, injectée après miseen tension des câbles, et boulonnés à leurs deux extrémités sur des plaques 17, qui sont en appui sur les extrémités haute et basse de chaque contrefort 14.
En complément de ce renforcement des voiles, on peut intervenir sur les murs transversaux 9. En effet, dans la conception classique des murs, ceux-ci sont munis a leur partie supérieure d'ouvreaux lOA destinées au passage des registres qui permettent d'établir ou d'interrompre la circulation des gaz de combustion dans les cloisons chauffantes 1 en fonction du cycle de chauffage.
Si l'on utilise un dispositif d'obturation mis en place à l'intérieur de la cloison tel que par exemple l'obturateur déployable faisant l'objet de la demande de brevet français 87-08564, publiée le 8 septembre 1988, il est alors possible de supprimer l'ouvreau de mur transversal 10 A et de réaliser la communication entre les chambres par une ouverture 10 A, qui ne constitue plus un point faible du mur, et que l'on peut obturer grâce à l'obturateur déployable introduit par l'ouvreau 8A
le plus proche de la cloison correspondante.
Dans ces conditions, comme illustré sur la figure 6, il devient possible de mettre sous tension la partie haute du mur 9, au moyen d'au moins un tirant 21 disposé horizontalement, et ancré sur deux plaques d'acier 22 placées en appui sur les deux extrémités du mur 9.
La tension est ajustable entre 0 et 200 kN par ressort et/ou rondelle -"Belleville", ou tout autre moyen équivalent. Le terme rondelle "Belleville" est un terme employé pour désigner une rondelle en tôle emboutie utilisée pour supprimer le jeu dans un organe ou pour jouer le rôle d'un ressort de compression. Ce terme du domaine public est généralement traduit en langue anglaise par Belleville washer.
EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE
lo L'invention a été mise en oeuvre lors de la reconstruction d'un four à chambres comportant deux travées parallèles, avec une largeur totale de 25 mètres.
Les voiles latéraux 11 ont une hauteur de 5 mètres, une longueur de 10 mètres et sont renforcés par 5 contreforts mis sous précontrainte comme indiqué sur la figure 5 au moyen de deux câbles en acier entourés d'une gaine métallique de protection.
La force de précontrainte appliquée a été fixée à 600 kN par câble. La partie supérieure des murs transversaux a été
mise sous tension au moyen d'un tirant métallique 21 réglé
de telle manière que la force maximum qui s'exerce lors du passage du feu soit égale à 140 kN.
Après un an de fonctionnement ininterrompu, on a constaté
que l'amplitude maximale de déplacement du voile en partie haute lors du passage du feu ne dépassait pas 25 mm.
~ A ~
Claims (4)
1. Procédé de construction d'un four à chambres ouvertes destiné à
la cuisson des blocs carbonés, ce four étant constitué d'une pluralité
de chambres disposées en série sur une ou deux travées parallèles, chaque chambre étant contenue dans un cuvelage indépendant en béton formé d'un radier 12 et de voiles latéraux 11 en béton, caractérisé
en ce que l'on dispose sur chaque voile 11 une pluralité de contre-forts verticaux 14 que l'on met sous précontrainte dans le sens vertical.
la cuisson des blocs carbonés, ce four étant constitué d'une pluralité
de chambres disposées en série sur une ou deux travées parallèles, chaque chambre étant contenue dans un cuvelage indépendant en béton formé d'un radier 12 et de voiles latéraux 11 en béton, caractérisé
en ce que l'on dispose sur chaque voile 11 une pluralité de contre-forts verticaux 14 que l'on met sous précontrainte dans le sens vertical.
2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que la précontrainte est appliquée au moyen d'au moins un câble d'acier 15 fixé, aux deux extrémités, sur une plaque métallique 17 venant en appui à
la base et au sommet de chaque contrefort 14.
la base et au sommet de chaque contrefort 14.
3. Procédé, selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise un dispositif d'obturation inséré à l'intérieur de la cloison dont on a supprimé les ouvreaux 10, et que l'on applique à la partie supérieure des murs 9 une force réglable comprise entre 0 et 200 kN.
4. Procédé, selon revendication 3, caractérisé en ce que la mise sous tension des parties supérieures des murs transversaux est réalisée au moyen d'au moins un tirant métallique 21 disposé horizontalement et soumis à tension ajustable.
Applications Claiming Priority (2)
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FR8805251 | 1988-04-08 |
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GB827896A (en) * | 1957-06-21 | 1960-02-10 | Edward David Bacheler Russell | Improvements in or relating to kilns for firing articles consisting of clay or brick-earth or the like |
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1988
- 1988-04-08 FR FR8805251A patent/FR2629906B1/fr not_active Expired - Lifetime
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1989
- 1989-03-23 US US07/327,703 patent/US4957428A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-03-28 CA CA000594878A patent/CA1333750C/fr not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-29 NO NO891324A patent/NO170363C/no unknown
- 1989-04-04 AU AU32433/89A patent/AU609961B2/en not_active Ceased
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