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Appareil pour le refroidissement d'une matière solide, notamment de clinker de ciment La présente invention a pour objet un appareil pour le refroidissement d'une matière solide, par exemple d'une matière évacuée à une température élevée hors d'un four, notamment du clinker de ciment de Portland chaud.
On connaît des. appareils pour le refroidissement du clinker de ciment dans lesquels on fait circuler le clinker chaud vers le bas sur une série de grilles fixes et mobiles, étagées et perforées, disposées de façon alternée, à travers lesquelles l'air de refroidissement 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 appareil, chaque grille mobile, au cours de son mouvement vers l'avant, refoule la matière chaude le long de la surface et par-dessus 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 comme une butée ou un poussoir fixe pour pousser la matière le long de la surface des grilles se déplaçant vers l'arrière et pardessus le nez de ces dernières, sur la grille fixe inférieure immédiatement suivante. De cette façon, le clinker chaud est progressivement déplacé vers le bas sur les grilles inclinées étagées, tout en étant simultanément soumis à l'effet de refroidissement de l'air passant à travers elles.
Les appareils refroidisseurs de clinker de ciment de type connu ont été utilisés de façon étendue et se sont révélés très efficaces pour le refroidissement 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 élevée, ou que l'appareil 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'avalanche et pour faire revenir les particules ainsi désagrégées en vue d'un refroidissement supplémentaire.
La présente invention a pour objet un appareil dans lequel les grilles fixes et mobiles alternées sont disposées en une série horizontale.
La réduction de hauteur d'ensemble obtenue par l'agencement des grilles fixes et mobiles alternées en une série horizontale permet une économie d'espace et de matériaux de construction, en particulier en ce qui concerne la quantité de briques réfractaires nécessaires pour former l'enveloppe située au-dessus des grilles. Cet agencement empêche également 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 lit.
L'appareil selon la présente invention est caractérisé par le fait que les grilles fixes et mobiles sont disposées de façon alternée et de manière à se re-
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couvrir partiellement, ladite série de grilles étant disposée horizontalement, la surface supérieure de chaque grille étant inclinée vers le haut et vers l'avant, la matière à refroidir étant introduite à l'une des extrémités de ladite série de grilles, les grilles mobiles étant actionnées par un dispositif leur imprimant un mouvement de va-et-vient, le tout étant agencé de telle sorte que, dans leur mouvement,
les grilles mobiles poussent chacune la matière sur la grille fixe adjacente placée en aval, la matière formant ainsi une couche horizontale s'étendant d'une extrémité à l'autre de ladite série de grilles.
Les dessins annexés représentent, à titre d7exem- ple, une forme d'exécution de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale d'une extrémité d'un appareil pour le refroidissement de clinker de ciment ; la fig. la est une vue analogue de l'autre extrémité de cet appareil; la fig. 2 est une coupe verticale, à plus grande échelle, de l'appareil représenté sur les fig. 1 et la, suivant la ligne 2-2 de la fig. la;
la fig. 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 des grilles, et la fig. 4 est une vue analogue à la fig. 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 travers laquelle on fait passer la matière à refroidir, et une partie inférieure 3 constituant une chambre de soufflage. Les parties supérieure et inférieure de l'appareil sont séparées par un ensemble 4 de grilles de refroidissement, décrit plus complètement ci-après.
Une extrémité de l'enveloppe supérieure 2 (fig. la) présente un orifice d'admission 5 destiné à recevoir la matière à refroidir. Cet orifice d'admission peut être situé au-dessous de l'extrémité d'évacuation d'un four à ciment pour recevoir le clinker chaud directement à partir du four. Directement au-dessous de l'orifice d'admission 5 se trouve un plateau 6 de réception de la matière sur lequel tombe le clinker chaud.
Lorsque les particules de clinker se sont accumulées sur le plateau 6 et qu'elles y ont formé un tas présentant un angle de repos déterminé, les particules suivantes tombant sur le tas s'écoulent à partir de ce dernier sur l'extrémité adjacente de l'ensemble de grilles de refroidissement 4.
L'ensemble de grilles de refroidissement comprend des grilles fixes 7 et des grilles mobiles 8 alternées, disposées à recouvrement et agencées en une série horizontale. Chacune des grilles fixes est montée sur une plaque de support inclinée 9 (fig. 3), et est supportée par cette plaque, tandis que chacune des grilles mobiles est montée sur une plaque de support inclinée 10 et est 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 par des extrémités 7c et 8c, respectivement, s'étendant vers le bas. Ces extrémités sont inclinées, à partir de leur bord inférieur, vers le haut et vers l'arrière par rapport au sens de mouvement du lit de matière le long de l'ensemble 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 toutes munies de perforations 11 destinées au passage de l'air provenant de la chambre 3 à travers le lit de clinker de ciment chaud se trouvant au-dessus.
Chacune des plaques de support 10 de grille mobile est fixée par des éléments 12, de chaque côté de l'appareil, à des bâtis mobiles 13. Ces bâtis présentent la forme de poutres en I et portent des roues à rebord 14, 15 et 16. Chacune des roues est montée de manière à pouvoir rouler le long de rails inclinés 17, 18 et 19, supportés par des éléments de bâti 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 manivelles et de bielles 27 à un arbre 28 monté dans des paliers 28' fixés à des éléments de bâti 29. L'arbre 28 est commandé par l'intermédiaire d'une transmission 30 à chaîne et pignons à partir d'un dispositif d'entraînement classique à vitesse variable 31.
La rotation de l'arbre 28 communique un mouvement de va-et-vient aux bielles 27 qui, à leur tour, communiquent 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 déplacé vers l'avant et vers le haut, les parties antérieures 8c des grilles mobiles se déplacent vers l'avant pardessus les parties postérieures 7a des grilles fixes et poussent le clinker chaud sur les grilles fixes situées en avant.
Le clinker chaud se trouvant sur la partie la plus antérieure des grilles fixes est déversé pardessus le nez de ces grilles sur la grille mobile suivante située en avant. La poursuite du mouvement de va-et-vient des grilles mobiles provoque ainsi un mouvement progressif vers l'avant de la matière.
L'angle d'inclinaison vers l'avant des rails 18, 19 et 20 est le même que l'angle d'inclinaison vers l'avant des parties postérieures des grilles 7 et 8, de sorte que les parties antérieures des grilles mobiles conservent toujours leur position parallèle et espacée par rapport aux parties postérieures des grilles fixes.
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De l'air sous pression provenant d'une source appropriée est introduit dans la chambre 3 par l'intermédiaire d'un collecteur d'air 32, de conduits d'amenée 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 du conduit d'amenée 35.
L'air provenant de la chambre 3 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'intermédiaire des espaces compris entre les parties antérieures des grilles mobiles et les parties postérieures des grilles fixes se trouvant au- dessous d'elles.
L'air, après son passage à travers le lit de clin- ker 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 42 et 43, et l'enveloppe peut comporter des orifices d'observation 44.
Le clinker refroidi quittant l'extrémité de la série de grilles de refroidissement passe par-dessus une plaque 45, puis descend sur un tamis 46 pourvu d'un dispositif de nettoyage 47. Les particules fines passent à travers le tamis 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 travers le tamis sont dirigées vers un concasseur de clinker 49 entraîné par un moteur 49a.
Le concasseur est d'une construction classique et est muni de marteaux fixés à un rotor qui tourne dans le sens sinistrorsum. Ces marteaux, en frappant les particules de grande dimension, les désagrègent et rejettent les fragments vers l'extrémité de la série de grilles de l'appareil pour un refroidissement supplémentaire. Les fragments qui peuvent être projetés vers le haut sont déviés vers la grille de refroidissement par un déflecteur 50. Les particules fines provenant du concasseur descendent le long d'un 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 fragments de clin- ker 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 52.
Une certaine quantité des particules fines provenant du lit de matière soumis au refroidissement passe à travers les grilles et tombe dans la chambre 3. Elles tombent sur un transporteur 54 à chaînes 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 chaînes passe sur des poulies 55 et 56, et son brin supérieur est supporté par des roues folles 57.
La poulie 55 est entraînée par un moteur 58 par l'intermédiaire d'engrenages 59.
En vue d'une application plus efficace de l'air pour le refroidissement du clinker chaud, la chambre de soufflage 3 est divisée en trois compartiments au moyen de parois d'extrémité 61 et 62 et de cloisons intermédiaires 63 et 64. L'air est introduit dans ces compartiments par les orifices d'admission. 36, 37 et 38, respectivement. Des joints étanches à l'air 65, 66 et 67 sont disposés aux endroits où le transporteur passe à travers la partie inférieure des cloisons 63 et 64 et des parois d'extrémité 61 et 62.
Pour fermer hermétiquement les compartiments à l'extrémité supérieure des cloisons 63 et 64, à l'endroit où les éléments mobiles 13 les traversent, une plaque d'étanchéité 68 est fixée à chacun des éléments mobiles 13. Ces plaques s'étendent 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.
Les conduites d'amenée de l'air 33, 34 et 35, peuvent être munies de- registres 70, 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-dessus de chaque compartiment.
La matière chaude admise dans l'appareil est progressivement déplacée vers l'avant par le 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 des éléments. 13, leur partie antérieure 8c agit comme un piston pour refouler la matière sur la partie antérieure 7b des grilles fixes le long des surfaces et pardessus le nez des grilles fixes sur la grille mobile suivante située en avant et au-dessous.
Lors du mouvement vers l'arrière des grilles mobiles, les parties antérieures des grilles fixes agissent comme des 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 l'ensemble de
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grilles, est poussée vers le. haut.
Au cours de ce mouvement, les particules tendent à se déplacer 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 toute la largeur des grilles jusqu'à ce qu'elle soit retenue par les. parois latérales de l'appareil, ce qui se traduit par un mouvement longitudinal uniforme de la matière sur toute la largeur de l'appareil.
En répartissant ainsi la matière chaude uniformément sur toute la surface des grilles, tout point chaud est évité attendu qu'aucune zone locale n'est surchargée d'un amas profond de clinker, ni privée simultanément de son air de refroidissement par la résistance accrue offerte par un amas plus épais de la matière.
L'inclinaison vers le haut et vers l'avant de la surface des grilles offre également moins de risque que des zones statiques locales de la matière se forment au-dessus des grilles fixes au cours du mouvement vers l'arrière des grilles mobiles. A mesure que les grilles mobiles se déplacent vers l'arrière, la face antérieure des extrémités 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 supérieure.
Ce retrait des grilles mobiles découvre progressivement les surfaces supérieures des parties postérieures des grilles fixes. Ces surfaces, lorsqu'elles sont découvertes, sont immédiatement recouvertes, partiellement par la matière se trouvant sur la partie antérieure 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 du mouvement 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 à tout moment.
Attendu que les perforations 11 s'étendent à travers 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 l'arrière dans la matière en cours d'avance, en l'agitant ainsi davantage sans avoir tendance à souffler ou à soulever la matière vers l'évacuation.
En se référant aux fig. 3 et 4, on notera que les extrémités des grilles respectives sont inclinées vers l'arrière par rapport à la verticale. Ceci empêche l'air de se diriger directement vers le haut le long d'une paroi verticale 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 l'appareil, le lit de matière est constamment soumis à un tassement et à une dilatation relatifs. Lors, du mouvement vers l'avant des grilles mobiles, la matière est poussée en avant à l'encontre de la résistance offerte par la pesanteur et par l'inclinaison vers le haut des grilles fixes suivantes situées en avant. Ceci produit un degré de tassement local de la matière en avant des extrémités des grilles mobiles, comme dans les zones a sur la fig. 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 extrémités 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 extrémités, les grilles mobiles entraînent la matière à l'écart des extrémités arrière des grilles fixes adjacentes, et les parties postérieures des grilles mobiles, qui, précédemment, se trouvaient au-dessous de la partie antérieure des grilles fixes, sont progressivement mises à découvert. La zone ainsi mise à découvert, en raison du mouvement de la matière à l'écart des extrémités arrière des grilles fixes,
est couverte d'une façon peu tassée par la matière se déversant par-dessus le nez des grilles fixes sur les parties postérieures exposées des grilles mobiles. Cet ameublissement répété de la matière en avant des extrémités des grilles fixes, et le remplissage de l'espace intermédiaire d'une façon peu tassée à l'aide de matière, diminuent 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 extrémités avant des grilles fixes,
entre les extrémités de ces grilles et les surfaces supérieures des grilles mobiles adjacentes situées en avant, tandis qu'une quantité moindre d'air est simultanément fournie entre les extrémités avant des grilles mobiles et les grilles fixes adjacentes situées, en avant. Ceci provoque une aération intense d'une bande de matière en avant de chacune des grilles fixes. Cette bande est indiquée en b sur la fig. 3 et présente une longueur correspondant à peu près à la moitié de la longueur d'une grille, et elle s'étend sur toute la largeur de la grille.
Lors du mouvement vers l'arrière des grilles mobiles, une partie de la matière peu tassée située au voisinage de leurs parties arrière est progressivement tassée par les extrémités avant des grilles fixes adjacentes situées en arrière et agissant comme des butées fixes, ces extrémités empêchant un mouvement appréciable de la matière vers l'arrière avec les grilles mobiles.
De cette façon, la circulation de l'air à travers cette zone de la matière est réduite, et l'on obtient une réduction de l'aération intensive de la bande b.
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Simultanément à la course 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 fixes, en avant des extrémités avant des grilles mobiles. Cet ameublisse- ment du lit permet progressivement une augmentation du débit de l'air juste en avant des extrémités avant des grilles mobiles et achève le cycle de fonctionnement.
La fig. 4 représente le tassement et l'ameu- blissement de la matière à la fin de la course vers l'arrière des grilles mobiles. Sur cette figure, la référence c indique la zone de tassement de la matière contre les extrémités des grilles fixes, tandis, que d indique la zone 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 susmentionné des débits de l'air d'un groupe de zones à un autre empêche des variations de pression extrêmes dans la chambre de soufflage, attendu que la résistance d'ensemble de la totalité du lit à la circulation d'air n'est pas altérée de façon sensible par la transition.
La période pendant laquelle une bande donnée de matière est extrêmement aérée dépend de la durée de l'agencement correspondant 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 constamment soit en formation, soit en cours de destruction à mesure que le mouvement des grilles ameublit ou tasse, respectivement, la matière dans cette région. Une bande extrêmement aérée commence à se former lorsque le mouvement des. grilles commence à ameublir la matière dans la région correspondante, 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'augmentation et la réduction de l'aération en raison des caractéristiques de la matière, et de la variation de la vitesse des grilles lorsqu'elles se trouvent près des extrémités de leurs courses.
Au cas où l'on traite un clinker généralement fin, l'aération maximum des bandes du lit peut produire 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 spectaculaire et ne produit pas cette fluidisa- tion. Lorsqu'une matière est fluidisée dans l'appareil, elle se trouve dans un état de mouvement relativement turbulent.
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 tombant à travers les grilles ou glissant à partir du bord des grilles sur leurs surfaces jusqu'à ce qu'elles se trouvent de façon générale au voisinage immédiat des limites inférieures du lit.
Attendu que les particules de plus grande dimension sont les plus lentes à se refroidir, les particules les plus difficiles à refroidir reçoivent l'air le plus froid lorsqu'elles se trouvent dans la bande d'aération extrême.
A mesure que la matière divisée de la bande se déplace vers l'avant à l'écart de la zone d'aération extrême, elle conserve une grande partie de sa nature divisée tandis qu'elle passe en regard des trous d'air des grilles, ce qui prolonge partiellement la différence de refroidissement des particules en faveur des plus grandes particules.
Cette différence de refroidissement susmentionnée, tout en facilitant le refroidissement des particules de plus grande dimension, ne compromet pas le taux de refroidissement des particules fines. Ces dernières présentent des diamètres plus petits à travers lesquels la chaleur doit être transmise à partir du noyau et par conséquent se refroidissent plus rapidement que les grandes particules pour la même différence de température. A mesure que la différence de température 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 conséquence, 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 séparation des particules de dimensions différentes est en grande partie éliminée mais est de nouveau établie, dans chaque moitié d'un mouvement entier de va-et-vient. Ce déversement de la matière assure de façon supplémentaire 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 de l'appareil ou sur une grande partie de ce dernier.
On a constaté, au cours du fonctionnement de l'appareil, que des particules extrêmement grandes, qui nécessitent des périodes de séjour plus importantes dans. la zone de refroidissement, sont retenues dans la zone des gaz de refroidissement pendant des périodes de temps plus longues que les particules plus petites simultanément introduites avec elles. Il semble que ceci soit dû à la création des zones de matière extrêmement aérées sur les grilles, attendu qu'une matière peu tassée aérée ne peut exercer une force adéquate sur de telles particules de plus grande dimension pour les déplacer tant que leur friction de particule à particule n'a pas été suffisamment augmentée par tassement.
De même, pendant le tassement, une partie de la matière peut s'échapper latéralement entre les extrémités avant des grilles mobiles et les particules de très grande dimension, auquel cas
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l'effet de la course d'une grille mobile donnée peut être en grande partie dissipé dans le tassement de la matière meuble, une fraction seulement de la force fournie restant pour s'exercer contre les particules de plus grande dimension.
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Apparatus for cooling a solid material, in particular cement clinker The present invention relates to an apparatus for cooling a solid material, for example a material discharged at a high temperature out of a furnace, in particular hot Portland cement clinker.
We know of. apparatus for cooling cement clinker in which the hot clinker is circulated downwards on a series of fixed and movable, stepped and perforated grids, arranged alternately, through which the cooling air coming from a chamber blow mold below is forced upward into and through the material being moved. In such an apparatus, each movable grid, during its forward movement, pushes the hot material along the surface and over the nose of the fixed grid above which it moves and onto the grid. next lower mobile.
In its backward movement, the heel of the grid immediately above it acts as a stopper or a fixed pusher to push material along the surface of the backward moving grids and over the noses of these. last, 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.
Known type cement clinker coolers have been used extensively and have been found to be very effective for the rapid cooling of cement clinker. However, the downwardly inclined arrangement of the stepped racks requires that the discharge end of the oven be substantially elevated, or that the apparatus 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. As 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 as an avalanche and to return the particles thus broken up. for additional cooling.
The present invention relates to an apparatus in which the alternating fixed and movable grids are arranged in a horizontal series.
The reduction in overall height obtained by the arrangement of the fixed and movable grids alternately in a horizontal series allows a saving of space and construction materials, in particular as regards the quantity of refractory bricks necessary to form the envelope located above the grids. This arrangement also prevents the cascading or avalanche descent of certain types of material, particularly large pieces or particles over the surface of the bed of discharged material, which provides more complete and efficient cooling of the material. total material forming the bed.
The apparatus according to the present invention is characterized by the fact that the fixed and movable grids are arranged alternately and so as to re-position each other.
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partially cover, said series of grids being arranged horizontally, the upper surface of each grid being inclined upward and forward, the material to be cooled being introduced at one end of said series of grids, the movable grids being actuated by a device giving them a back and forth movement, the whole being arranged so that, in their movement,
the movable grids each push the material onto the adjacent fixed grid placed downstream, the material thus forming a horizontal layer extending from one end to the other of said series of grids.
The accompanying drawings show, by way of example, one embodiment of the invention.
Fig. 1 is a vertical section of one end of an apparatus for cooling cement clinker; fig. 1a is a similar view of the other end of this apparatus; fig. 2 is a vertical section, on a larger scale, of the apparatus shown in FIGS. 1 and 1a, following line 2-2 of FIG. the;
fig. 3 is a detail view on a larger scale, showing the arrangement of the fixed and movable grids, with overlap, at la. end. of the forward travel of the mobile grids, and showing the state of settlement of the material at various points of the grids, and fig. 4 is a view similar to FIG. 3, the mobile grilles being at the end of their rearward travel.
Referring to the drawings, 1 denotes a cooling chamber. This chamber comprises an upper casing 2 formed by refractory bricks, through which the material to be cooled is passed, and a lower part 3 constituting a blowing chamber. The upper and lower parts of the apparatus are separated by a set 4 of cooling grids, described more fully below.
One end of the upper casing 2 (fig. La) has an inlet orifice 5 intended to receive the material to be cooled. This inlet port may be located below the outlet end of a cement kiln to receive hot clinker directly from the kiln. Directly below the inlet 5 is a plate 6 for receiving the material on which the hot clinker falls.
When the clinker particles have accumulated on tray 6 and formed therein a heap with a determined angle of repose, the following particles falling on the heap flow from it onto the adjacent end of the heap. 'cooling rack set 4.
The set of cooling grids comprises fixed grids 7 and movable grids 8 alternating, arranged overlapping and arranged in a horizontal series. Each of the fixed grids is mounted on an inclined support plate 9 (Fig. 3), and is supported by this plate, while each of the movable grids is mounted on an inclined support plate 10 and is supported by the latter.
The fixed and movable grids each include rear parts 7a and 8a, respectively, and 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 end with ends 7c and 8c, respectively, extending downward. These ends are inclined, from their lower edge, upwards and backwards with respect to the direction of movement of the bed of material along the set of grids. 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 3 through the bed of hot cement clinker located above. .
Each of the movable grid support plates 10 is fixed by elements 12, on each side of the apparatus, to movable frames 13. These frames have the form of I-beams and carry flanged wheels 14, 15 and 16. Each of the wheels is mounted so as to be able to roll along inclined rails 17, 18 and 19, supported by horizontally inclined frame members 20, 21 and 22 and by vertical frame members 23, 24 and 25.
The wheels 16 are mounted on a shaft 26 which is connected by a set of cranks and connecting rods 27 to a shaft 28 mounted in bearings 28 'fixed to frame elements 29. The shaft 28 is controlled by the intermediary a transmission 30 with chain and pinions from a conventional variable speed drive device 31.
The rotation of the shaft 28 communicates a reciprocating motion to the connecting rods 27 which, in turn, communicates a reciprocating motion to the movable frame 13, causing the wheels 14, 15 and 16 to roll inward. up and down along their angled support rails. As the frame 13 moves forwards and upwards, the front parts 8c of the movable grates move forward over the rear parts 7a of the fixed grates and push the hot clinker onto the fixed grates located in front. .
The hot clinker on the foremost part of the fixed grates is poured over the nose of these grids onto the next movable grate located forward. The continuation of the back-and-forth movement of the mobile grids thus causes a progressive forward movement of the material.
The forward tilt angle of the rails 18, 19 and 20 is the same as the forward tilt angle of the rear parts of the grids 7 and 8, so that the front parts of the movable grates keep always their position parallel and spaced with respect to the posterior parts of the fixed grids.
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Pressurized air from a suitable source is introduced into chamber 3 through an air manifold 32, intake ducts 33, 34 and 35 and intake ports. air 36, 37 and 38.
The diameter of the air manifold can be gradually reduced in the direction of the supply duct 35.
The air coming from the chamber 3 rises through the perforations 11 of the grids in 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 spaces between the front parts of the mobile screens and the rear parts of the fixed screens located below them.
The air, after passing through the hot clincher bed and having cooled it, escapes through a chimney 39. The circulation of air through the chimney can be regulated by baffles or registers 40.
The casing 2 and the chamber 3 can be provided with access doors 42 and 43, and the casing may have viewing holes 44.
The cooled clinker leaving the end of the series of cooling screens passes over a plate 45 and then descends onto a screen 46 provided with a cleaning device 47. The fine particles pass through the screen and fall into a pit. 48 where they can be removed in any way desired. The particles whose size does not allow them to pass through the screen are directed to a clinker crusher 49 driven by a motor 49a.
The crusher is of conventional construction and has hammers attached to a rotor which rotates in the sinistrorsum direction. These hammers, by hitting the large particles, break them up and reject the fragments towards the end of the series of screens of the apparatus for further cooling. The fragments which can be thrown upwards are deflected towards the cooling grid by a deflector 50. The fine particles coming from the crusher descend along an 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 fragments of clinker 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 chain curtain 53 is suspended across the casing, just in front of the plates 52.
A certain quantity of the fine particles from the bed of material subjected to cooling pass through the screens and fall into chamber 3. They fall on a chain conveyor 54 and are transported by the latter to a point 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 strand is supported by idle wheels 57.
The pulley 55 is driven by a motor 58 through gears 59.
For the more efficient application of air for cooling the hot clinker, the blowing chamber 3 is divided into three compartments by means of end walls 61 and 62 and intermediate 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 where the conveyor passes through the lower part of the partitions 63 and 64 and the end walls 61 and 62.
To hermetically close the compartments at the upper end of the partitions 63 and 64, where the movable elements 13 pass through them, a sealing plate 68 is attached to each of the movable elements 13. These plates extend over the entire length. the width of the chamber and have I-shaped orifices so as to 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.
The air supply lines 33, 34 and 35, can be provided with registers 70, 71 and 72, respectively, so that the quantity of air introduced into the various compartments of the chamber to pass through the grids and the material covering them can be adjusted individually. With proper adjustment of the respective dampers, 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 apparatus is progressively moved forward by the reciprocating movement of the movable grates 8 above the fixed grids 7. As the movable grates move forward during the forward race of the elements. 13, their anterior part 8c acts as a piston to force the material on the anterior part 7b of the fixed grids along the surfaces and over the nose of the fixed grids on the next movable grid located in front and below.
During rearward movement of the movable grates, the front portions of the fixed grids act as fixed stops to prevent material lying on the movable grates. to move rearward with them, so that the material on each movable grate is forced over its nose onto the next fixed grate in front and below.
The inclination of the grids forward and upward causes the material, as it gradually moves along the set of
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grids, is pushed towards the. high.
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 grids until it is retained by them. side walls of the device, which results in uniform longitudinal movement of material across the width of the device.
By distributing the hot material in this way evenly over the entire surface of the grids, any hot spot is avoided, as no local area is overloaded with a deep clinker clump, nor simultaneously deprived of its cooling air by the increased resistance offered. by a thicker mass of matter.
The upward and forward tilting of the grids surface also offers less risk of local static areas of material forming above the fixed grids during the rearward movement of the movable grates. As the movable grates move rearwardly, the anterior face of the ends of the stationary grates immediately rearward prevents any significant rearward movement of the material on the surface of the movable grates, as previously noted, from so that the movable grids slide under the material on their upper surface.
This withdrawal of the movable grids gradually uncovers the upper surfaces of the posterior parts of the fixed grids. These surfaces, when uncovered, are immediately covered, partially by the material on the anterior part of these grids which slides back down on them, but mainly by the material which pours over the nose of the movable grids which move backwards thus causing a movement of the material forwards with respect to the movable grids.
The direction of movement of a certain amount of material is partially reversed between the forward strokes of the movable grids, and said material is therefore in motion at all times.
Whereas the perforations 11 extend through the surface of the grids perpendicular to them, and the surfaces of the grilles are tilted forward and upward, cooling air passing through these perforations is directed back into the advancing material, thereby further agitating it without tending to blow or lift the material towards the discharge.
Referring to Figs. 3 and 4, it will be noted that the ends of the respective grids are inclined backwards with respect to the vertical. This prevents air from going straight up along a vertical wall and ensures better penetration of air through the mass of hot material deeper at that point and, therefore, more efficient cooling of. the latter.
During operation of the apparatus, the material bed is constantly subjected to relative settlement and expansion. During the forward movement of the movable grates, the material is pushed forward against the resistance offered by gravity and by the upward tilt of the following fixed grids located in front. This produces a degree of local settlement of the material in front of the ends of the movable grids, as in areas a in FIG. 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 ends of the grids. 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 forward of their ends, the movable grates drive the material away from the rear ends of the adjacent fixed grilles, and the posterior parts of the grilles. movable gates, which previously were located below the front part of the fixed gates, are gradually being exposed. The area thus exposed, due to the movement of the material away from the rear ends of the fixed grids,
is covered loosely by material flowing over the nose of the fixed screens on the exposed posterior parts of the mobile screens. This repeated loosening of the material in front of the ends of the fixed grids, and the filling of the intermediate space in a loosely packed manner with material, gradually decreases the resistance of the material to the circulation of air in it. this area, so that large volumes of air are thus supplied through the rear parts of the movable grilles and from below the front ends of the fixed grilles,
between the ends of these grilles and the upper surfaces of the adjacent movable grilles situated in front, while a less quantity of air is simultaneously supplied between the front ends of the movable grilles and the adjacent fixed grilles situated, in front. This causes an intense aeration of a strip of material in front of each of the fixed grids. This band is indicated at b in fig. 3 and has a length corresponding to approximately half the length of a grid, and it extends over the entire width of the grid.
During the rearward movement of the mobile grids, a part of the loosely packed material located in the vicinity of their rear parts is progressively compacted by the front ends of the adjacent fixed grids located behind and acting as fixed stops, these ends preventing a appreciable movement of the material backwards with the movable grids.
In this way, the air circulation through this area of the material is reduced, and a reduction in the intensive aeration of the band b is obtained.
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Simultaneously with the backward travel of the movable grates, the material is poured over the nose of the movable grates and falls sparsely on the rear parts of the fixed grates, in front of the front ends of the movable grates. This loosening of the bed gradually allows an increase in the air flow just in front of the front ends of the movable grilles 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 reference c indicates the area of settlement of the material against the ends of the fixed grids, while, d indicates the area in which the material is loosened due to the withdrawal of the front part of the movable grids along the rear part of the fixed grilles.
The aforementioned gradual change in air flow rates from one group of zones to another prevents extreme pressure variations in the blast chamber, as the overall resistance of the entire bed to air flow does not occur. is not significantly altered by the transition.
The period during which a given strip of material is extremely ventilated depends on the duration of the corresponding low density arrangement of. particles in this region, and in, part of the physical characteristics of matter. 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 airy band begins to form when the movement of. grates begins to loosen material in the corresponding region, and progresses to the end of the next run of the grids.
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 increasing and reducing aeration due to the characteristics of the material, and the variation in the speed of the screens when they are near the ends of their strokes.
In the case of processing generally fine clinker, maximum aeration of the bed bands can produce fluidization. In the case of dealing with particles other than those included in the ranges capable of being fluidized, the maximum aeration is not so spectacular and does not produce this fluidization. When material is fluidized in the apparatus, it is in a state of relatively turbulent motion.
In the case of a material that 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 falling through the grids. or sliding from the edge of the grids on their surfaces until they are generally in the immediate vicinity of the lower limits of the bed.
Whereas the larger particles are the slowest to cool, the more difficult particles to cool receive the cooler air when they are in the extreme aeration band.
As the divided web material moves forward away from the extreme aeration area, it retains much of its divided nature as it passes past the air holes in the grilles. , which partially prolongs the difference in particle cooling in favor of larger particles.
This aforementioned cooling difference, while facilitating the cooling of the larger particles, does not compromise the cooling rate of the fine particles. The latter have smaller diameters through which heat must be transmitted from the core and therefore cool faster than large particles for the same temperature difference. As the temperature 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 smaller they are. compensate for the difference adequately.
As the material of the displaced web is dumped over the noses of the subsequent screens, the separation of the different sized particles is largely eliminated but is again established, in each half of an entire back-and-forth motion. - comes. This discharge of the material further ensures 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 bed. the device or a large part of it.
It has been found, during operation of the apparatus, that extremely large particles, which require longer periods of residence in. cooling zone, 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 of extremely ventilated material on the grids, as loosely packed aerated material cannot exert adequate force on such larger particles to displace them as long as their particle friction occurs. particle size was not sufficiently increased by settlement.
Likewise, during compaction, part of the material may escape laterally between the front ends of the movable grids and the very large particles, in which case
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the effect of the stroke of a given movable grid can be largely dissipated in the settling of the loose material, only a fraction of the force supplied remaining to act against the larger particles.