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Dispositif destiné à l'alimentation d'un four pour la fabrication du ciment Portland, de la chaux ou pour le traitement d'autres matières La présente invention a pour objet un dispositif destiné à l'alimentation d'un four pour la fabrication du ciment Portland, de la chaux et de produits analogues, pour sécher et traiter à chaud des minerais, des minéraux et d'autres matières, et pour traiter une matière solide sous forme de nodules, de granules, de poudre et autres particules au moyen d'un gaz.
L'invention concerne particulièrement la fabrication de scories vitreuses de ciment Portland dans un four rotatif.
Dans la fabrication du ciment Portland, les matières premières, minéraux calcaires et argileux, sont finement moulues, mesurées et mélangées, après quoi elles sont traitées à chaud jusqu'au point de fusion naissante, la température étant voisine de 1450 C, au moment où des réactions chimiques se produisent avec formation de nouveaux minéraux vitrifiés qui forment la base du ciment.
Deux méthodes sont normalement utilisées pour la préparation des matières premières : le procédé sec, dans lequel les matières sont d'abord séchées, puis broyées et mélangées à l'état sec pour former ce qu'on appelle une farine sèche ; et le procédé humide, dans lequel le broyage se fait en présence d'eau pour former une boue ou une suspension contenant ordinairement 40 1% d'eau. Le chauffage et la vitrification subséquents de la matière première peuvent se faire soit de la même manière soit de manières différentes dans les deux méthodes.
On reconnaît certains avantages au procédé humide, spécialement dans la préparation, le broyage et le mélange des matières, particulièrement des matières tendres comme la chaux, la marne, l'argile, etc. Cependant, la haute teneur en eau de la boue résultante, environ 40 %, présente des désavantages pratiques par suite de la quantité de combustible nécessaire pour sécher la boue, cette quantité étant presque aussi grande que celle nécessaire pour la vitrification.
Les échangeurs de chaleur connus comprennent une chambre présentant une base ou sole munie d'une ouverture centrale pour permettre la décharge de la matière séchée ou traitée et l'entrée des gaz chauds par lesquels la matière première est chauffée.
On a rencontré des difficultés pour obtenir un passage continu de la matière première qui est envoyée dans la chambre à travers l'ouverture commandée par une vanne à la partie supérieure de la chambre, de même que pour maintenir une vitesse proportionnellement uniforme de la décharge à partir de la sole, celle-ci devant rester efficace sur toute sa périphérie sans subir de chocs ni se boucher dans certaines de ses parties.
Le but de la présente invention est de fournir des moyens perfectionnés de décharge, de manière que la décharge de la matière se fasse uniformément et progressivement sur toute la circonférence de l'ouverture de décharge dans la sole ou la base de la chambre de séchage.
Le dispositif faisant l'objet de la présente invention comprend une chambre de traitement, des moyens d'alimentation pour charger la matière dans la partie supérieure de la chambre et la distribuer dans cette partie et sur une sole préparée disposée au fond de la chambre pour recevoir la matière provenant de celle-ci, la sole et la chambre présentant en-
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tre elles une liaison étanche aux gaz, une entrée agencée pour diriger des gaz chauds dans le fond de la chambre et -vers le haut à travers celle-ci, et un conduit d'échappement pour les gaz à la partie supérieure de la chambre.
II est caractérisé en ce que ladite chambre et ladite sole sont montées pour tourner autour d'axes verticaux, de manière à tourner en accord l'une avec l'autre et de manière qu'un d6pla- cement radial se produise entre une paroi de la chambre et la. sole lors de la rotation, pour assurer la décharge de la matière à partir de la sole.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux formes et des variantes d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale schématique d'une installation comprenant la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe selon II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe d'une variante correspondant à la fig. 1.
Les fig. 4 à 6 montrent des variantes d'un détail. La fig. 7 est une coupe partielle selon la ligne VII-VII de la fig. 8 de la seconde forme d'exécution.
La fia. 8 est une vue en plan de cette seconde forme d'exécution.
La fig. 9 montre un détail de cette seconde forme d'exécution.
L'installation représentée aux fig. 1 et 2 comprend un four rotatif K d'un type conventionnel monté à rotation sur des rouleaux de support P et alimenté en combustible à son extrémité inférieure par un brûleur B. Les gaz chauds de la combustion du combustible traversent le four et entrent dans un conduit vertical S qui est relié à son extrémité supét rieure à un dispositif A constituant un échangeur de chaleur annulaire vertical. Un plan incliné C est monté dans le conduit S de manière que des solides provenant de l'échangeur de chaleur, lors de leur décharge sur le plan incliné, soient automatiquement envoyés dans le four rotatif.
La matière première, qui peut être sous forme de nodules formés d'un gâteau de filtration boueux ou sous forme de farine, est chargée à la vitesse requise dans le dispositif A par une trémie D comprenant une écluse à air rotative E qui communique avec la section supérieure dudit dispositif.
Le dispositif A comprend un élément formé de deux parties : une partie inférieure 1 constituant la sole proprement dite, surmontée de la seconde partie constituant une chambre 2 fermée à sa partie supérieure par un toit fixe 3 à partir duquel les gaz de séchage, sont emportés à travers un collecteur 4 conduisant dans une cheminée H. Un ventilateur F monté dans le collecteur 4 facilite le tirage des gaz chauds et leur passage à travers une couche de nodules de matière première dans la chambre et sur la sole, comme on le verra plus loin.
La sole 1 est de forme annulaire et présente une ouverture centrale 5 pour la décharge de la matière première chauffée et séchée. Cette matière tombe à travers l'ouverture 5 dans le conduit S et, de là, sur le plan incliné C, avant de passer dans le four K. Une construction 6 entoure le four K à sa partie supérieure et comprend une plate-forme horizontale 7 dans laquelle le conduit vertical S est supporté cen- tralement. Une voie de roulement circulaire est montée sur la plate-forme 7 concentriquement à l'ouverture 5.
Elle est constituée par une série de rouleaux 9 de forme conique, ces rouleaux supportant la sole 1, cette dernière présentant à sa face inférieure un bandage d'acier 8 engageant ces rouleaux. Des rouleaux de butée 10 engagent la périphérie extérieure du bandage 8 et permettent de maintenir la sole correctement centrée par rapport à son axe de rotation x - x.
La chambre 2 présente une partie verticale 11 et des parties coniques 12 inclinées de manière opposée. Des consoles externes 13 sont fixées à la partie 11 et portent un rail de support 14 qui s'engage avec des rouleaux supérieurs et inférieurs 15 et 16 montés pour tourner autour de broches 17 portées par des montants verticaux 18 sur la plate-forme 7.
La chambre 2 est en outre maintenue correctement centrée par une série de rouleaux de butée 20 qui sont portés par les montants 18.
Il faut remarquer que la chambre 2 est maintenue correctement centrée par rapport à son axe de rotation y - y, cet axe étant décalé par rapport à l'axe de rotation x - x de la sole (fi-. 2). Les rouleaux de support 9 et les rouleaux de butée 10 pour la console 1 sont montés sur un bâti 27 qui peut être réglé latéralement dans son ensemble pour déplacer l'axe de rotation de la sole 1 par rapport à l'axe de la chambre 2, a;u moyen de broches 28 (fig. 1).
On peut aussi régler verticalement la chambre 2 et la sole 1 l'une relativement à l'autre. Des joints étanches à l'air (non représentés) sont montés en 35 entre les surfaces de ces deux parties qui sont en regard les unes des autres. Ce réglage est avantageux pour éviter tout transfert de la charge de la chambre à la sole qui pourrait produire un frottement excessif quand les deux parties se déplacent l'une par rapport à l'autre.
Un écran 21 formant une partie d'un dôme 22 est disposé dans la chambre 2, de manière qu'entre le dôme 22 et la partie conique supérieure 12 de la chambre soit ménagé un passage annulaire 24. Un échange de chaleur se produit dans la chambre entre les gaz chauds qui s'élèvent depuis le four K et la matière première qui descend.
La chambre 2 et l'écran 21 peuvent être construits en acier et sont revêtus sur leurs faces actives d'une couche de matière réfractaire 25 et d'une matière isolante 26 formant une voûte.
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Le dôme 22 est supporté sur trois consoles 26a qui comprennent des joints de dilatation glissants ou élastiques pour permettre une dilatation différente entre ces consoles et la chambre 2.
On voit à la fig. 1 que la sole 1 et la chambre 2 présentent des joints dans leurs zones de jonction respectivement avec le conduit S et le toit supérieur fixe 3.
Ces joints 30 et 31 peuvent être du type à contact élastique normal ou à cuvette de sable ou d'eau. Des entraînements mécaniques séparés font tourner la chambre 2 et la sole 1, soit au moyen d'engrenages, soit par des rouleaux de friction qui peuvent être également les rouleaux de support. Dans les conditions normales, on a trouvé suffisant de mettre en mouvement soit la sole 1 soit la chambre 2, l'autre partie suivant par suite de l'effet de frottement entre les deux parties et de la charge en matière première.
Dans la forme d'exécution représentée, on entraîne la sole 1 au moyen d'un moteur électrique N et d'un réducteur à engrenages R sur l'arbre de sortie duquel est monté un pignon 33 engrenant avec un anneau denté 34 monté à la périphérie de la sole 1.
En résumé, l'appareil décrit constitue une chambre d'échange de chaleur en deux parties comprenant une partie inférieure 1 formant la sole, avec une ouverture centrale de décharge, et une partie supérieure 2, les deux parties 1 et 2 étant entraînées en rotation sensiblement à la même vitesse et présentant en 35 un joint étanche à l'air au niveau de leur jonction.
Lors du fonctionnement, la matière première, par exemple sous forme de nodules, est chargée à l'intérieur du toit 3 de l'échangeur de chaleur à travers la trémie D et l'écluse à air rotative E. Elle tombe sur la partie inclinée du dôme 22, descend à travers le passage annulaire 24 et s'entasse graduellement sur la face supérieure 32 de la sole rotative 1 pour former un lit de matière tassée, la matière se déchargeant à travers l'ouverture centrale. La matière s'entasse jusqu'à ce qu'elle atteigne un niveau approximativement à mi-hauteur du passage annulaire 24 et est maintenue à ce niveau par équilibre entre la matière alimentée et la matière déchargée.
La sole 1 et la chambre 2 étant agencées pour tourner respectivement autour de leurs axes x - x et y - y, qui sont décalés l'un par rapport à l'autre, il se produit un déplacement relatif du plancher de la sole et de la chambre 2 d'où il résulte que la matière est poussée sur la partie de la sole 1 qui est opposée à l'aire excentrée maximum. On a obtenu des résultats satisfaisants avec deux axes décalés d'une faible quantité de l'ordre de 7,5 cm.
Dans la variante représentée à la fig. 3, l'échangeur de chaleur présente une chambre dont la paroi 36 est cylindrique et dont la structure centrale est supportée depuis le haut à l'aide d'un arbre vertical 37 suspendu dans des paliers 38 montés sur une traverse 39 s'appuyant sur les montants 18. Cette disposition permet de placer un collecteur de gaz 40 dans une zone proche de la périphérie du toit fixe 3.
Pour favoriser la décharge efficace depuis l'échangeur de chaleur, la sole présente une marche 41 (fig. 1) sur sa face supérieure, la distance mesurée entre les côtés diamétralement opposés de la marche étant approximativement égale au diamètre du bord intérieur au fond de la chambre 2, moins deux fois la valeur du décalage entre les axes verticaux de la sole et de la chambre. La hauteur de cette marche peut être comprise entre 2,5 et 15 cm, et l'on a trouvé qu'une hauteur de 7,5 cm est satisfaisante en pratique quand le diamètre du fond du four est de l'ordre de 5,5 m.
Dans des variantes, cette marche peut être inclinée (fig. 4), au lieu d'être verticale, ou encore la section centrale de la sole peut être conique (fig. 6) ou arrondie (fig. 5).
Il est clair que la vitesse de décharge à partir de l'échangeur de chaleur est proportionnelle à la distance du décalage entre les axes verticaux de la sole 1 et de la chambre 2 et à la vitesse de rotation. En conséquence, on peut faire varier la vitesse de décharge soit en montant les parties séparées de manière que le décalage des axes verticaux puisse être modifié, tout en gardant constante la vitesse de rotation, soit en faisant varier cette vitesse et en gardant le décalage constant, soit par les deux moyens ensemble.
Dans la seconde forme d'exécution représentée aux fig. 7, 8 et 9, la sole 1 comprend un anneau externe 45 à section en forme d'auge relié à une plate- forme 46 s'étendant vers l'intérieur et solidaire d'une couche 47 de matière de revêtement. Des brides 48 sont fixées à la paroi verticale de l'anneau 45 et portent des chevilles 49 qui constituent une crémaillère circulaire avec laquelle engrène une roue dentée 50 montée sur l'arbre de sortie d'une boîte de réduction entraînée par un moteur. La sole 1 comprend un bandage circulaire monté sur sa face inférieure et constituant une voie de roulement pour des rouleaux de support 51.
Ces rouleaux 51 sont montés sur des broches 52 s'étendant radialement qui sont montées pour tourner dans des paliers 53 portés par des consoles 54 fixées chacune sur un siège 55.
Les sièges 55 individuels, qui coïncident avec une série de plates-formes radiales 56, constituent des parties d'un plateau annulaire 63 pouvant être déplacé d'une pièce avec les sièges 55 des rouleaux de support sur des plateaux de guidage 67. Des vérins hydrauliques 57, 57' coopèrent avec deux sièges 55 diamétralement opposés, de sorte que la position du plateau. 63, et ainsi des rouleaux de support 51, peut être réglée latéralement à volonté.
S'il est nécessaire d'augmenter ou de diminuer le décalage relatif de la sole 1 et de la chambre 2, le mouvement est assuré par ces vérins. Dans la position représentée à la fig. 8, on voit que le vérin de gauche est rétracté et que le plateau 63 présente ap-
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proximativement son décalage maximum. En un point milieu entre les plates-formes 56 portant les vérins 57, le plateau 63 .présente des plats 63' destinés. à engager des guides 67' sur le plateau de guidage 67 associé.
Des rouleaux de butée 59 sont montés pour tourner autour d'axes verticaux 60 qui sont fixés à des supports 61. Ces derniers sont montés à glissement sur des plates-formes 62 portées par le plateau annulaire 63. On règle les supports 61 au moyen de vis de serrage 64, 65 vissées dans des cornières 66 internes et externes. Tout réglage des rouleaux de poussée 59 nécessaire par rapport à la sole se fait ainsi facilement à l'aide des vis 64, 65.
La paroi de la chambre 2 présente des parties coniques inférieure et supérieure 68, 69 s'étendant à partir d'une partie verticale 70. Des plateaux minces 71 formant consoles sont fixés à la partie 70. Ils portent un rail 72. Des rouleaux de support 73, 74 verticalement espacés engagent les côtés opposés du rail 72.
Des rouleaux de butée 75 engagent la face externe du rail 72. Ces rouleaux sont montés excentriquement sur des axes réglables 77, ce qui facilite le réglage des jeux entre la chambre 2 et chacun des rouleaux.
Les rouleaux 73 et 74 peuvent être réglés en direction verticale afin que la chambre 2 puisse être soulevée ou abaissée relativement à la sole 1. Les rouleaux tournent autour de broches 88 et chaque broche peut être réglée individuellement au moyen d'une fixation à came 76 représentée schématiquement à la fig. 9. Cette fixation est agencée de manière qu'en desserrant des écrous de blocage 89, la came puisse être tournée à l'aide d'une manette de commande pour déplacer la broche 88 vers le haut ou vers le bas.
Dans une variante, les broches peuvent être montées dans des paliers formant des blocs qui peuvent être portés à glissement dans des guides verticaux dans les montants 18 et soulevés ou abaissés au moyen de vérins mécaniques.
Un joint à eau est monté entre le conduit S conduisant au four K et la sole 1. Il comprend une cuvette annulaire constituée par une bride 80 sur la paroi externe du conduit S et dans laquelle se loge une bride 81 fixée à la face inférieure de la plate- forme 46 de la sole. Un joint à eau entre le toit fixe 3 de l'échangeur de chaleur et la chambre 2 est formé au moyen d'une bride semblable 80' du four coopérant avec une bride 81'. De l'eau est amenée dans le joint 80', 81' au moyen d'un tuyau 82, et l'eau est drainée à l'aide d'un tuyau de sortie 83 conduisant dans un canal d'évacuation 84.
Le contact étroit entre la face inférieure de la partie conique 68 de la chambre 2 et l'anneau 45 de la sole peut être maintenu par le réglage des rouleaux de support 73, 74 pour soulever ou abaisser la chambre, et on peut empêcher les gaz de s'échapper à l'aide d'un dispositif à presse-étoupe. A cet effet, la chambre 2 comprend un plateau horizontal 85 partiellement enfermé dans une bride verticale 86 sur l'anneau 45. Le dispositif comprend des joints annulaires 87 en amiante.
Dans certains cas, il peut être avantageux de coupler la chambre et la sole par un certain nombre de liaisons flexibles ou pivotantes pour assurer que les deux parties tournent ensemble sans glissement.