EP0336864A1 - Procédé de construction de fours à chambres ouvertes permettant d'éviter leur déformation - Google Patents

Procédé de construction de fours à chambres ouvertes permettant d'éviter leur déformation Download PDF

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EP0336864A1
EP0336864A1 EP89420130A EP89420130A EP0336864A1 EP 0336864 A1 EP0336864 A1 EP 0336864A1 EP 89420130 A EP89420130 A EP 89420130A EP 89420130 A EP89420130 A EP 89420130A EP 0336864 A1 EP0336864 A1 EP 0336864A1
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prestressing
chambers
concrete
oven
furnace
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Aristide Valassopoulos
Jean-Claude Thomas
Christian Dreyer
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Rio Tinto France SAS
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Aluminium Pechiney SA
Pechiney SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • 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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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • 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
    • F27B13/08—Casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs

Definitions

  • the invention relates to a method of constructing ovens with open chambers, also called “rotary fire ovens” or “fire advancement ovens” mainly intended for cooking carbon anodes for the production of aluminum by electrolysis according to the Hall process. -Héroult.
  • This type of furnace generally comprises two parallel spans, the total length of which can reach nearly two hundred meters.
  • Each span comprises a succession of chambers, separated by transverse walls and open at their upper part to allow the loading of raw anodes (or other carbonaceous blocks) and the unloading of cooled cooked anodes.
  • Each chamber comprises, arranged parallel to the major axis of the oven, a set of hollow partitions, with relatively thin walls in which the hot gases ensuring cooking will circulate, these partitions alternating with cells in which the baking anodes which are embedded are stacked. in carbonaceous dust (coke, anthracite, or any other powdery packing material).
  • carbonaceous dust coke, anthracite, or any other powdery packing material
  • the chambers of a span are contained in a concrete casing formed by a horizontal raft and two vertical sails.
  • the concrete is protected from temperature, inside, by thermal insulation.
  • the entire oven is housed in a building supporting the rolling tracks of handling equipment.
  • the ovens are buried or semi-buried, which simplifies operation, handling and reduces investment costs.
  • Concrete casing walls are subjected to three types of force: - horizontal thrust on the sails by the refractory which constitutes the chambers, from the inside to the outside.
  • the object of the invention is therefore a method of constructing the concrete casing of a chamber furnace which very greatly reduces the deformations due to the differential thermal expansion between the various elements of the furnace and to the thrusts of all kinds which are exerted on the walls.
  • the invention consists of a method of constructing an oven with open chambers intended for cooking carbonaceous blocks, this oven consisting of a plurality of chambers arranged in series on one or two parallel spans, each chamber being contained in a concrete casing formed by a raft and concrete side sails, characterized in that there is on the external face of each sail a plurality of vertical buttresses which are put under prestress in the direction vertical.
  • the prestressing is applied by means of at least one fixed steel cable, at the two ends on a metal plate coming to bear at the base and at the top of each buttress.
  • the upper part of the transverse walls which separate the different chambers of the oven is held in place with a tie rod on which an adjustable tension is applied between 0 and 200 kN.
  • FIG. 1 we see the partitions 1 connected at their upper part, by nozzles 2, to the pipe 3 itself connected to the general manifold 4.
  • the suction and blowing pipes are connected to the ports of the chambers according to our FR patent 2,535,834.
  • the baffles 7 of the heating partitions are intended to lengthen the path of the hot gases and to homogenize the temperature in the partition.
  • the openers 8 allow the installation, in correlation with the advancement of the fire, of the blowing, suction and burner pipes.
  • the successive chambers are separated by transverse walls 9.
  • the successive partitions of the various chambers are brought into communication by openings 10, located at the upper part of the transverse wall.
  • the main axis of the furnace is indicated by the line XX ′.
  • Figure 2 which is a very simplified cross section, we has shown, in thickened lines, the concrete webs 11 which constitute the framework of the furnace, which is supported by a raft 12 resting on piles 13, the depth of which depends on the nature of the terrain T.
  • the prestressing is carried out by insertion over the entire height of the buttress, of prestressing cables 15, coated with a protective sheath 16, injected after tensioning the cables, and bolted at their two ends on plates 17, which are supported on the upper and lower ends of each buttress 14.
  • a shutter device installed inside the partition such as for example the deployable shutter which is the subject of our French patent application 87-08564, filed on June 9, 1987, it is then possible to remove the transverse wall outlet 10 A and to achieve communication between the rooms by an opening 10 A, which no longer constitutes a weak point of the wall, and which can be closed thanks to the deployable shutter introduced by the opening 8A closest to the corresponding partition.
  • the deployable shutter introduced by the opening 8A closest to the corresponding partition.
  • FIG. 6 it becomes possible to energize the upper part of the wall 9, by means of at least one tie rod 21 arranged horizontally, and anchored on two steel plates 22 placed in abutment on the two ends of the wall 9.
  • the tension is adjustable between 0 and 200 kN by spring and / or "Belleville" washer, or any other equivalent means.
  • the invention was implemented during the reconstruction of an oven with rooms with two parallel spans, with a total width of 25 meters.
  • the side sails 11 have a height of 5 meters, a length of 10 meters and are reinforced by 5 buttresses put under prestressing as shown in FIG. 5 by means of two steel cables surrounded by a metal protective sheath.
  • the prestressing force applied was fixed at 600 kN by cable.
  • the upper part of the transverse walls has been tensioned by means of a metal tie 21 adjusted so that the maximum force exerted during the passage of the fire is equal to 140 kN. After one year of uninterrupted operation, it was found that the maximum range of movement of the veil in the upper part during the passage of the light did not exceed 25 mm.

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Abstract

Procédé de construction d'un four à chambres ouvertes destiné à la cuisson des blocs carbonés, 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 (11) 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 (15) fixé, aux deux extrémités, sur une plaque métallique (17) venant en appui à la base et au sommet de chaque contrefort (14).
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

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • L'invention concerne un procédé de construction des fours à chambres ouvertes, également appelés "fours à feu tournant" ou "fours 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 TECHNIQUE
  • Ce type de four comporte généralement deux travées parallèles dont la longueur totale peut atteindre près de deux cents mètres. Chaque travée comporte une succession de 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 relati­vement minces dans lesquelles vont circuler les gaz chauds assurant la 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 chauf­fantes séparant 6 alvéoles. Lors de la cuisson, la température maximale atteinte est de l'ordre de 1200°C.
    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 thermi­que. L'ensemble du four est abrité par un bâtiment supportant les chemins de 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'exploi­tation, 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'observation 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'inté­rieur 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 désorgani­sation du briquetage qui "s'épanouit" dans l'espace agrandi et l'applica­tion d'une force plus ou moins grande sur le bâtiment lorsque les voiles arrivent à son contact, notamment au niveau des poteaux supportant la charpente métallique.
    La présente invention se propose de remédier à cet état de fait.
    • OBJET DE 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.
    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 transversaux qui séparent les différentes chambres du four, est maintenue à l'aide d'un tirant sur lequel on applique une tension réglable comprise entre 0 et 200 kN.
    • DESCRIPTION DE L'INVENTION
  • Les figures 1 à 6 illustrent l'invention.
    • . La figure 1 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 sous tension par un tirant de la partie supérieure des murs transversaux.
  • Sur la figure 1, on voit les cloisons 1 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 disposées les anodes à cuire 6, visibles sur l'écorché de la partie gauche de la figure 1.
  • Les chicanes 7 des cloisons chauffantes ont pour but d'allonger le trajet des gaz chauds et d'homogénéiser la température dans la cloison. A la partie supérieure des chambres, les ouvreaux 8 permettent la mise en place, en corrélation avec l'avancement du feu, des pipes de souffla­ge, 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 figure 2 qui est une coupe transversale très simplifiée, on 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 hauteur du contrefort, de câbles de précon­trainte 15, enrobés d'une gaine protectrice 16, injectée après mise en 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 à leur partie supérieure d'ouvreaux 10A 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 notre demande de brevet français 87-08564, déposée le 9 Juin 1987, 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.
    • EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE
  • 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.

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 contre­forts 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.
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.
EP89420130A 1988-04-08 1989-04-06 Procédé de construction de fours à chambres ouvertes permettant d'éviter leur déformation Expired - Lifetime EP0336864B1 (fr)

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NO170363C (no) 1992-10-07
DE68900741D1 (de) 1992-03-05
FR2629906A1 (fr) 1989-10-13
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