EP0742840B1 - Dispositif de repartition de matieres en vrac - Google Patents

Dispositif de repartition de matieres en vrac Download PDF

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EP0742840B1
EP0742840B1 EP95905127A EP95905127A EP0742840B1 EP 0742840 B1 EP0742840 B1 EP 0742840B1 EP 95905127 A EP95905127 A EP 95905127A EP 95905127 A EP95905127 A EP 95905127A EP 0742840 B1 EP0742840 B1 EP 0742840B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chute
rotor
pivoting
ring
axis
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95905127A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0742840A1 (fr
Inventor
Pierre Mailliet
Emile Lonardi
Gilbert Bernard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Paul Wurth SA
Original Assignee
Paul Wurth SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Paul Wurth SA filed Critical Paul Wurth SA
Publication of EP0742840A1 publication Critical patent/EP0742840A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0742840B1 publication Critical patent/EP0742840B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/18—Bell-and-hopper arrangements
    • C21B7/20—Bell-and-hopper arrangements with appliances for distributing the burden

Definitions

  • Such devices for distributing bulk materials are, for example, used in devices for loading ovens with vats, in particular blast furnaces.
  • the chute then distributes the loading material on a loading surface inside the shaft furnace.
  • the first rotor essentially imposes a rotation on the chute around a vertical axis.
  • the second rotor interacts with the chute so as to determine its angle of inclination relative to the vertical.
  • the second rotor is connected to the chute by a pivoting mechanism transforming a variation of the angular offset between the two rotors into a variation of the angle of inclination of the chute in its vertical pivot plane.
  • Document US-A-4,368,813 proposes a device of the type described in the preamble in which the rotor also comprises a toothed ring coaxial with the vertical axis of rotation of the chute.
  • This toothed ring cooperates with an input pinion with a vertical axis of a connecting rod-crank mechanism supported by the first rotor.
  • the rod of this mechanism is contained in the pivot plane of the chute and is articulated with its free end on the rear surface of the chute.
  • Document US-A-4,941,792 proposes two versions of a device of the type described in the preamble.
  • a pivoting lever supported by the first rotor is used so as to be able to pivot in the pivoting plane of the chute.
  • This pivoting lever is connected via a rod with ball joints to the second rotor.
  • the chute comprises two lateral suspension pins which are each provided with a crank.
  • a forked rod (a stirrup) connects the pivot rod to the two cranks of the chute.
  • the second rotor supports a toothed annular segment which cooperates with a toothed sector secured to a journal for lateral suspension of the chute.
  • Document US-A-5,022,806 proposes a device of the type described in the preamble, in which the chute comprises a lateral arm which slides by means of a shoe articulated on this arm in a guide groove.
  • This guide groove is defined by a curved element supported by the second rotor.
  • the center of curvature of the curved element defining the guide groove is located at the point of intersection of the pivot axis and the axis of rotation of the chute.
  • the object of the present invention is to improve in a device of the type described in the preamble the transmission of forces between the second rotor and the chute.
  • the pivoting ring generates, during a relative rotation in the plane of rotation defined by said guide means of the second rotor, a pivoting of the chute around the horizontal pivot axis of the latter.
  • the guide means force the pivoting ring, which is provided with a suspension of the Cardan type, to evolve strictly in a plane of inclined rotation defined in a reference attached to the second rotor.
  • These guide means thus impose on the axis of suspension of the pivoting ring, a variable inclination between - ⁇ and + ⁇ in a frame attached to the first rotor; which produces a variation in the angle of inclination of the chute in its pivoting plane.
  • the proposed device produces in the pivot plane of the chute a pivoting of the chute with an angular amplitude 2 ⁇ to return to its initial position.
  • the chute produces a moment around its pivot axis. This moment, which will be called the pivoting moment "of the chute, is proportional to the weight of the chute and to the horizontal distance which separates its center of gravity from the vertical plane containing its pivot axis. This distance is of course a function of the chute inclination angle in its pivot plane.
  • the guide means of the second rotor define in said inclined plane of rotation at least three points of contact with the pivoting ring. These are the reactions at these points of contact which oppose said moment of pivoting of the chute.
  • the pivoting ring constitutes a simple, but clever element for optimally taking up around the chute the reactions of said guide means and thus opposing a moment of reaction to said pivoting moment of the chute.
  • the number of contact points between the pivoting ring and the chute can be greater than three.
  • these contact points can also be contact surfaces.
  • the distribution of these contact points around the chute can be arbitrary, as long as the kinematic constraint in relation to said inclined plane of rotation is satisfied. There are therefore many possibilities for optimizing said contact points, in particular as a function of the contact pressures which must be transmitted.
  • the pivoting ring defines an ideal interface between the chute on one side and the second rotor on the other side, to resume with the second rotor said pivoting moment of the chute.
  • the pivoting ring involves, in the device according to the invention, a particularly important lever arm in the recovery of said pivoting moment of the chute. This naturally has a favorable influence on the importance of the forces to be transmitted in the device.
  • said guide means may for example comprise isolated supports circumferentially spaced around the second rotor. The latter then cooperate with a bearing surface of the pivoting ring to define said inclined plane of rotation in a frame attached to the second rotor.
  • isolated supports include, for example, roller or skid supports.
  • Said guide means may however also include bearing surfaces which cooperate with insulated bearings (for example rollers or pads) or with corresponding bearing surfaces of the pivoting ring.
  • said means for guiding the second rotor and the contact points associated therewith with the pivoting ring are preferably designed so as to transmit forces perpendicular to said plane of rotation inclined in two opposite directions. This is for example the case if two bearing surfaces are arranged so as to define a guide groove for elements in relative rotation in this groove.
  • said guide means comprise a large diameter suspension bearing.
  • the latter comprises two rings which are movable in rotation relative to each other while being able to transmit axial forces in two directions and overturning moments.
  • the first of these rings is secured to the pivot ring of the chute, and the second of these rings is secured to the second rotor so as to define said angle a for said inclined plane of rotation of the pivot ring.
  • the rolling elements arranged between the two rings of the bearing can be assimilated to multiple supports, which are distributed circumferentially around the trough and all actively contribute to the transmission in two directions of forces perpendicular to said inclined plane. of rotation. It will therefore be appreciated that all the rolling elements of the bearing participate in the resumption of said pivoting moment of the chute.
  • Another advantage of this embodiment resides in the fact that the bearing can be more easily protected against fouling by dust or smoke than bearings with rollers or insulated pads and their associated rolling surfaces.
  • the chute is advantageously fixed, in a rigid but removable manner, to a support plate provided with a central opening for the passage of the material to be distributed by the chute.
  • This support plate is then connected to the pivoting ring using a first pair of pivots so as to define the suspension axis around which the pivoting ring can pivot, and to the first rotor using 'a second pair of pivots so as to define the pivot axis of the chute.
  • This is a simple way of suspending the chute, which allows excellent transmission of said pivoting moment of the pivoting ring on the chute.
  • the support plate constitutes a kind of annular protective screen above the chute.
  • the chute can be disassembled without having to disassemble its suspension and that of the swivel ring.
  • Said first rotor and said second rotor are advantageously suspended in an external carcass which can be mounted in leaktight manner on an enclosure, for example a tank furnace.
  • a central feed channel then opens tightly into the external carcass and passes axially through said first and said second rotor and said central opening of the support plate of the chute.
  • the pivoting ring advantageously supports an insulation sheath coaxial with the axis of rotation which defines with an annular surface of the external carcass an air seal or annular slot.
  • the central supply channel is advantageously provided with a spherical bead which cooperates with the central opening of the support plate in which it is arranged, so as to define therein an air seal or slot annular.
  • the support plate is advantageously a disc limited by a spherical crown which cooperates with a central opening of the pivoting ring in which it is arranged so as to define therein an annular seal.
  • Figure 1 shows a section through a device for distributing bulk material according to the invention.
  • a device for loading a shaft furnace in particular a blast furnace.
  • This device comprises a chute 10 which can rotate around a substantially vertical axis 12 and whose inclination can be varied during its rotation.
  • the angle of inclination ⁇ of the chute with respect to the vertical can be varied while the chute rotates around the axis 12.
  • the reference 14 indicates a supply channel into which the bulk materials to be distributed are distributed by the chute 10.
  • This supply channel 14 is supported by an external carcass 16.
  • the carcass 16 is supported tightly on a shaft furnace, and the supply channel 14 is tightly connected to a hopper serving as a lock airlock upstream of the distribution or loading device (the shaft furnace and the hopper locks are not shown in the Figures).
  • the loading material flowing from the lock hopper then crosses the supply channel 14 to fall on the chute 10 and be guided by the latter towards the loading surface of the shaft furnace.
  • the point of impact of the loading material on the loading surface is varied by turning the chute around the axis of rotation 12 and / or by varying its angle of inclination ⁇ .
  • the chute In order to allow the chute to rotate around the axis 12, it is suspended from a first rotor 18, which forms a sort of rotary cage suspended using a first suspension bearing 20 in the carcass 16. It can be seen that the suspension bearing 20 is a large diameter bearing which surrounds the supply channel 14. A toothed crown 22 which is integral with the first rotor 18 and coaxial with the axis 12 is driven by a pinion 24. This pinion 24 makes it possible to give the first rotor 18 a rotational movement of speed ⁇ 1 around the axis 12. It will be noted that the rotor 18 surrounds the channel supply 14 and is provided at its lower part with two suspension flanges 28 and 28 'to support the chute 10.
  • the chute 10 is preferably rigidly fixed but easily removable on a support plate 30, which is provided with a central opening 32 for the passage of the supply channel 14.
  • This support plate 30 is then connected to the flanges of suspension 28 using a pair of pivots 32 'and 32 ", so as to define a pivot axis 33 for the chute 10.
  • this pivot axis 33 is horizontal, therefore perpendicular to the axis of rotation 12. In FIG. 1, this pivot axis 33 is perpendicular to the plane of the drawing.
  • a pivot ring 38 which generates the pivoting of the chute 10, is mechanically connected to the support plate 30 by means of a second pair of pivots or trunnions 34 and 34 'These are located in the pivot plane of the chute at two diametrically opposite points relative to the pivot axis 33 of the chute 10. They define for the pivot ring 38 a pivot axis 36 which is perpendicular and coplanar with the pivot axis 33 of the chute 10 and which forms with the chute 10, in the pivoting plane thereof, an angle ⁇ . It will be noted that the pivoting ring could now: 1) pivot around the axis 36; 2) pivot around the axis 33; 3) rotate around the axis 12. In other words, the pivoting ring 38 is equipped with a suspension of the Cardan type in rotation around the axis 12. It will however be seen below that some of these movements are limited by guide means supported by a second rotor which is generally identified by the reference 40.
  • the suspension and the drive of the second rotor 40 are produced in a similar manner to that described for the first rotor 18.
  • This second rotor in fact comprises a large diameter suspension bearing 42 and a toothed ring 44.
  • This toothed ring 44 is driven by a second pinion 46 to give the second rotor 40 a rotational movement of speed ⁇ 2 around the axis 12.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 can preferably be varied independently of one another.
  • the second rotor 40 is suspended from the bearing 42 and surrounds the first rotor 18. It is provided with an annular support flange 50 in an inclined plane making an angle a with a horizontal reference plane. It will be noted that in Figure 1 said inclined plane is perpendicular to the plane of the drawing.
  • a third suspension bearing 52 of large diameter is mounted with one of its two rings (for example with its outer ring) on this support flange 50.
  • the other ring of the bearing 52 (in FIG. 1 it is the inner ring) is on the other hand fixed to the pivoting ring 38.
  • the two rings of this bearing 52 are movable in rotation relative to each other while being able to transmit axial forces and enough overturning moments important in both directions.
  • the bearing 52 guides the pivoting ring 38 in a plane of rotation which forms with an horizontal reference plane an angle ⁇ . In the device shown in Figure 1 this angle ⁇ is approximately 25 °.
  • FIG. 2 is in principle identical to Figure 1.
  • the chute makes with the axis 12 an angle ⁇ of about 50 °. For the device shown, this is the maximum angle of inclination.
  • This angle of inclination ⁇ of the chute will remain constant as long as the first rotor 18 and the second rotor 40 rotate at the same speed; that is to say as long as there is no angular offset between the two rotors 40 and 18.
  • the angle of inclination ⁇ of the chute 10 increases again.
  • the chute 10 occupies the position shown in Figure 3 and for an angular offset of 360 ° the chute 10 is in the position shown in Figure 2.
  • the chute performs in its pivot plane (stationary in rotation) a pivoting of an amplitude of 2 ⁇ and of frequency ⁇ 2 / 60, where ⁇ 2 represents the speed of rotation in revolutions per minute of the second rotor 40.
  • the chute performs in a pivoting plane (this time turning with the first rotor 18) a pivoting of an amplitude of 2 ⁇ and of frequency ⁇ 1 / 60, where ⁇ 1 represents the speed of rotation in revolutions / minutes of the first rotor 18.
  • the angular offset between the two rotors 18 and 40 increases regularly and the chute 10 performs a movement of periodic pivoting between its maximum tilt position ( ⁇ max) and its minimum tilt position ( ⁇ min).
  • the pivoting ring 38 supports a cylindrical insulation sheath 54.
  • This insulation sheath 54 is coaxial with the axis of rotation 12 and forms with an annular surface 56 of the carcass 16 an annular air seal (or slot).
  • annular space 58 is delimited in the external carcass 16 which can be maintained under slight overpressure by injection of a gas.
  • the arrow 60 schematically represents means (for example pipes) for injecting such a gas. This reduces the penetration of dust and smoke into this annular space 58, in which are located in particular the bearings 20, 42, 52, the toothed rings 22, 44 and the pinions 24, 46.
  • this injected gas can be used when the device cools.
  • the insulation sheath 54 is advantageously provided with thermal insulation; while the annular surface 56 is advantageously cooled by a cooling liquid and, in the case of a blast furnace for example, provided with a protective coating against the thermal radiation of the loading surface. Such protection against thermal radiation is also advantageously applied or fixed below the pivoting ring 38 and the support plate 30.
  • the supply channel 14 is provided with a spherical bead 62 which is adjusted in the central opening 32 of the support plate 30.
  • This opening 32 includes a throttle section in which the bead 62 defines an annular air seal (or slot).
  • the plate support 30 is also advantageously a disk whose lateral surface 64 is a spherical ring which defines in the pivoting ring 38 an annular air seal (or slot).
  • the plate 30 could however also be rectangular and be adjusted in a rectangular opening in the ring of the pivoting ring 38. In this case it would be sufficient for the two lateral edges parallel to the axis 36 to take the form of a cylinder coaxial with the axis 36.
  • annular space 66 is created between the feed channel 14 and the rotor 40 which can be overpressured by injecting a pressurized gas into the carcass 16.
  • the annular spaces 58 and 66 are in direct communication with one another so as to avoid pressure differences inside the external carcass 16. Such pressure differences could indeed have a negative influence on the efficiency of the annular air seals (or slots) described above.
  • the bearing 52 is advantageously integrated in an annular cavity defined for example by the insulation sheath 54, the pivoting ring 38 and the annular flange 38 of the second rotor 40. In this way the bearing 52 is further protected further against excessive dust penetration and direct contact with hot or corrosive gases.
  • the first and the second rotor 18 and 40 are advantageously connected using a rotary connector to a cooling circuit (not shown). In this way, the main mechanical elements which are integral with either the first or the second rotor can be effectively cooled.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif de répartition de matières en vrac avec goulotte tournante à angle d'inclinaison variable. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de répartition de matières en vrac comprenant :
    • une goulotte de déversement pour les matières en vrac,
    • un premier rotor à axe de rotation sensiblement vertical, la goulotte étant suspendue audit premier rotor de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement sensiblement horizontal; et
    • un deuxième rotor, à axe de rotation sensiblement coaxial audit premier rotor.
  • De tels dispositifs de répartition de matières en vrac sont par exemple utilisés dans des dispositifs de chargement de fours à cuve, notamment de hauts fourneaux. La goulotte assure alors la distribution de la matière de chargement sur une surface de chargement à l'intérieur du four à cuve.
  • Dans le dispositif décrit dans le préambule, le premier rotor impose essentiellement une rotation à la goulotte autour d'un axe vertical. Le deuxième rotor interagit avec la goulotte de façon à déterminer son angle d'inclinaison par rapport à la verticale. A cette fin le deuxième rotor est connecté à la goulotte par un mécanisme de pivotement transformant une variation du décalage angulaire entre les deux rotors en une variation de l'angle d'inclinaison de la goulotte dans son plan de pivotement vertical.
  • Différentes variantes d'exécution ont proposées pour ce mécanisme de pivotement, qui génère le moment nécessaire pour pivoter la goulotte autour de son axe de pivotement horizontal et qui transmet ce dernier à la goulotte.
  • Le document US-A-3,766,868 propose un dispositif du genre décrit dans le préambule dans lequel une tringle située dans le plan de pivotement de la goulotte est articulée avec une extrémité sur la surface arrière de la goulotte. L'autre extrémité de cette tringle est guidée dans un chemin de guidage sinusoïdal du deuxième rotor.
  • Le document US-A-3,814,403 propose un dispositif du genre décrit dans le préambule dans lequel le deuxième rotor constitue un anneau denté coaxial à l'axe de rotation vertical. Cet anneau denté entraîne, par l'intermédiaire d'un premier pignon, une vis sans fin qui agit, par l'intermédiaire d'un deuxième pignon, sur un secteur denté. Ce dernier est fixé latéralement sur un tourillon de suspension de la goulotte.
  • Le document US-A-4,368,813 propose un dispositif du genre décrit dans le préambule dans lequel le rotor comprend aussi un anneau denté coaxial à l'axe de rotation vertical de la goulotte. Cet anneau denté coopère avec un pignon d'entrée à axe vertical d'un mécanisme bielle-manivelle supporté par le premier rotor. La bielle de ce mécanisme est contenue dans le plan de pivotement de la goulotte et est articulée avec son extrémité libre sur la surface arrière de la goulotte.
  • Le document US-A-4,941,792 propose deux exécutions d'un dispositif du genre décrit dans le préambule. Dans une première exécution on utilise un levier de pivotement supporté par le premier rotor de façon à pouvoir pivoter dans le plan de pivotement de la goulotte. Ce levier de pivotement est connecté par l'intermédiaire d'une tringle à articulations sphériques au deuxième rotor. La goulotte comprend deux tourillons de suspension latéraux qui sont munis chacun d'une manivelle. Une tringle fourchue (un étrier) connecte la tringle de pivotement aux deux manivelles de la goulotte. Dans une deuxième exécution le deuxième rotor supporte un segment annulaire denté qui coopère avec un secteur denté solidaire d'un tourillon de suspension latéral de la goulotte.
  • Le document US-A-5,002,806 propose un dispositif du genre décrit dans le préambule dans lequel le deuxième rotor est connecté à une manivelle solidaire d'un tourillon de suspension latéral de la goulotte à l'aide d'une tringle à articulations sphériques.
  • Le document US-A-5,022,806 propose un dispositif du genre décrit dans le préambule, dans lequel la goulotte comprend un bras latéral qui coulisse à l'aide d'un patin articulé sur ce bras dans une rainure de guidage. Cette rainure de guidage est définie par un élément courbe supporté par le deuxième rotor. Le centre de courbure de l'élément courbe définissant la rainure de guidage est situé au point d'intersection de l'axe de pivotement et de l'axe de rotation de la goulotte.
  • De façon générale, il importe de noter que le moment qui doit être transmis à la goulotte pour pivoter celle-ci autour de son axe de pivotement horizontal peut devenir très élevé, surtout si la goulotte est d'une construction très massive (comme c'est par exemple le cas sur un haut fourneau), et/ou si l'amplitude du pivotement est importante. ll s'ensuit que des efforts importants doivent être transmis par le mécanisme de pivotement qui lie le deuxième rotor à la goulotte.
  • L'objet de la présente invention est d'améliorer dans un dispositif du genre décrit dans le préambule la transmission des efforts entre le deuxième rotor et la goulotte.
  • Selon la présente invention cet objectif est atteint par un dispositif de répartition de matières en vrac comprenant
    • une goulotte pour le déversement des matières en vrac,
    • un premier rotor à axe de rotation sensiblement vertical, la goulotte étant suspendue audit premier rotor de façon à être entraînée en rotation par ce dernier et de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement sensiblement horizontal,
    • un deuxième rotor à axe de rotation sensiblement coaxial audit premier rotor,
    • une bague de pivotement connectée à la goulotte à deux endroits diamétralement opposés par rapport à l'axe de pivotement de la goulotte de façon à ce que cette bague de pivotement puisse pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de pivotement horizontal de la goulotte, et
    • des moyens de guidage qui sont supportés par le deuxième rotor et qui sont en contact en au moins trois points avec la bague de pivotement de façon à définir pour celle-ci, dans un repère attaché au deuxième rotor, un plan de rotation incliné qui forme avec un plan horizontal de référence un angle α.
  • La bague de pivotement engendre, lors d'une rotation relative dans le plan de rotation défini par lesdits moyens de guidage du deuxième rotor, un pivotement de la goulotte autour de l'axe de pivotement horizontal de celle-ci. En effet, lorsque les deux rotors sont en rotation relative l'un par rapport à l'autre, les moyens de guidage obligent la bague de pivotement, qui est munie d'une suspension du type de Cardan, à évoluer strictement dans un plan de rotation incliné défini dans un repère attaché au deuxième rotor. Ces moyens de guidage imposent ainsi à l'axe de suspension de la bague de pivotement, une inclinaison variable entre -α et +α dans un repère attaché au premier rotor; ce qui produit une variation de l'angle d'inclinaison de la goulotte dans son plan de pivotement. On vérifie notamment qu'en augmentant progressivement le décalage angulaire entre les deux rotors de 0° à 360°, le dispositif proposé produit dans le plan de pivotement de la goulotte un pivotement de la goulotte d'une amplitude angulaire 2α pour revenir dans sa position initiale.
  • II sera en premier lieu apprécié que le moyens utilisés pour produire ce pivotement, d'amplitude 2α et de période de 360°, de la goulotte dans son plan de pivotement sont en principe très simples.
  • Du point de vue transmission des efforts il sera d'abord noté que la goulotte produit un moment autour de son axe de pivotement. Ce moment, qui sera appelé moment de pivotement" de la goulotte, est proportionnel au poids de la goulotte et à la distance horizontale qui sépare son centre de gravité du plan vertical contenant son axe de pivotement. Cette distance est bien entendu fonction de l'angle d'inclinaison de goulotte dans son plan de pivotement.
  • Le moment de pivotement de la goulotte doit être entièrement repris par le deuxième rotor. A cette fin les moyens de guidage du deuxième rotor définissent dans ledit plan incliné de rotation au moins trois points de contact avec la bague de pivotement. Ce sont les réactions à ces points de contact qui s'opposent audit moment de pivotement de la goulotte.
  • La bague de pivotement constitue un élément simple, mais astucieux pour reprendre autour de la goulotte d'une façon optimale les réactions desdits moyens de guidage et pour ainsi opposer un moment de réaction audit moment de pivotement de la goulotte. Dans ce contexte il sera apprécié que le nombre de points de contact entre la bague de pivotement et la goulotte peut être supérieur à trois. Bien entendu ces points de contact peuvent aussi être des surfaces de contact. De plus, la répartition de ces points de contact autour de la goulotte peut être quelconque, aussi longtemps que la contrainte cinématique en rapport avec ledit plan de rotation incliné est satisfaite. On dispose par conséquent de nombreuses possibilités pour optimiser lesdits points de contact notamment en fonction des pressions de contact qui doivent être transmises. En conclusion, la bague de pivotement définit une interface idéale entre la goulotte d'un côté et le deuxième rotor de l'autre côté, pour reprendre avec le deuxième rotor ledit moment de pivotement de la goulotte.
  • Du point de vue transmission des efforts il convient encore de noter que la bague de pivotement fait intervenir, dans le dispositif selon l'invention, un bras de levier particulièrement important dans la reprise dudit moment de pivotement de la goulotte. Ceci a naturellement une influence favorable sur l'importance des efforts à transmettre dans le dispositif.
  • II sera noté que lesdits moyens de guidage peuvent par exemple comprendre des appuis isolés espacés circonférentiellement autour du deuxième rotor. Ces derniers coopèrent alors avec une surface d'appui de la bague de pivotement pour définir ledit plan incliné de rotation dans un repère attaché au deuxième rotor. De tels appuis isolés comprennent par exemple des appuis à galets ou à patins.
  • Lesdits moyens de guidage peuvent cependant aussi comprendre des surfaces d'appui qui coopèrent avec des appuis isolés (par exemple des galets ou patins) ou avec des surfaces d'appui correspondantes de la bague de pivotement.
  • II sera encore noté que lesdits moyens de guidage du deuxième rotor et les points de contact y associés de la bague de pivotement sont de préférence conçus de façon à transmettre des efforts perpendiculairement audit plan de rotation incliné dans deux sens opposés. Ceci est par exemple le cas si deux surfaces d'appui sont agencées de façon à définir une rainure de guidage pour des éléments en rotation relative dans cette rainure.
  • Dans une exécution préférentielle lesdits moyens de guidage comprennent un roulement de suspension à grand diamètre. Ce dernier comprend deux bagues qui sont mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre tout en pouvant transmettre des efforts axiaux dans deux sens et des moments de renversement. La première de ces bagues est solidaire de la bague de pivotement de la goulotte, et la deuxième de ces bagues est solidaire du deuxième rotor de façon à définir ledit angle a pour ledit plan incliné de rotation de la bague de pivotement. Ce mode d'exécution produit une répartition quasi optimale des efforts transmis entre le deuxième rotor et la bague de pivotement tout en assurant un frottement et une usure minimales. De plus, il sera noté que les éléments roulants agencés entre les deux bagues du roulement peuvent être assimilés à des appuis multiples, qui sont répartis circonférentiellement autour de la goulotte et contribuent tous activement à la transmission dans deux sens d'efforts perpendiculaires audit plan incliné de rotation. II sera dès lors apprécié que tous les éléments roulants du roulement participent à la reprise dudit moment de pivotement de la goulotte. Un autre avantage de cette exécution réside dans le fait que le roulement peut être plus facilement protégé contre un encrassement par des poussières ou des fumées que des appuis à galets ou à patins isolés et leurs surfaces de roulement associées.
  • La goulotte est avantageusement fixée, de façon rigide mais démontable, à une plaque de support munie d'une ouverture centrale pour le passage de la matière à répartir par la goulotte. Cette plaque de support est alors connectée à la bague de pivotement à l'aide d'une première paire de pivots de façon à définir l'axe de suspension autour duquel la bague de pivotement peut pivoter, et au premier rotor à l'aide d'une seconde paire de pivots de façon à définir l'axe de pivotement de la goulotte. ll s'agit d'un mode de suspension de la goulotte simple, qui permet une excellente transmission dudit moment de pivotement de la bague de pivotement sur la goulotte. De plus, la plaque de support constitue une sorte d'écran de protection annulaire au dessus de la goulotte. Enfin, la goulotte peut être démontée sans devoir démonter sa suspension et celle de l'anneau de pivotement.
  • Ledit premier rotor et ledit deuxième rotor sont avantageusement suspendus dans une carcasse extérieure qui peut être montée de façon étanche sur une enceinte, par exemple un four à cuve. Un canal d'alimentation central débouche alors de façon étanche dans la carcasse extérieure et passe axialement à travers ledit premier et ledit deuxième rotor et ladite ouverture centrale de la plaque de support de la goulotte.
  • Pour réduire la pénétration de poussières, de fumées, de gaz chauds etc., dans la carcasse extérieure du dispositif selon l'invention, on peut prévoir avantageusement plusieurs moyens d'isolement et/ou de compartimentage du dispositif.
  • Ainsi, la bague de pivotement supporte avantageusement une gaine d'isolement coaxiale à l'axe de rotation qui définit avec une surface annulaire de la carcasse extérieure un joint d'air ou fente annulaire.
  • De plus, le canal d'alimentation central est avantageusement muni d'un bourrelet sphérique qui coopère avec l'ouverture centrale de la plaque de support dans laquelle il est agencé, de façon à définir dans celle-ci un joint d'air ou fente annulaire.
  • Enfin, la plaque de support est avantageusement un disque limité par une couronne sphérique qui coopère avec une ouverture centrale de la bague de pivotement dans laquelle elle est agencée de façon à définir dans celle-ci un joint annulaire.
  • Il sera noté que l'efficacité de ces mesures d'isolement et de compartimentage est fortement améliorée si la carcasse extérieure est raccordée à une source de gaz pour la mettre en surpression.
  • En ce qui concerne la conception géométrique du dispositif selon l'invention, il sera noté que la goulotte forme avantageusement, dans son plan de pivotement, avec l'axe autour duquel la bague de pivotement peut pivoter un angle β tel que β = 90°-α. De cette façon la goulotte pivote entre une position dans laquelle elle est verticale et un angle d'inclinaison maximal de 2a par rapport à la verticale.
  • D'autres particularités et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel à l'aide des figures ci-annexées, dans lesquelles:
    • la Figure 1 représente une coupe à travers un dispositif de répartition de matière en vrac selon l'invention;
    • les Figures 2 à 4 représentent le dispositif de la Figure 1 pour différentes positions d'inclinaison de la goulotte.
  • La Figure 1 représente un coupe à travers un dispositif de répartition de matière en vrac selon l'invention. Dans l'exécution décrite ci-dessous à titre d'illustration exclusivement il s'agit par exemple d'un dispositif de chargement d'un four à cuve, notamment d'un haut fourneau.
  • Ce dispositif comprend une goulotte 10 qui peut tourner autour d'un axe sensiblement vertical 12 et dont l'inclinaison peut être variée pendant sa rotation. En d'autres termes, l'angle d'inclinaison θ de la goulotte par rapport à la verticale peut être variée pendant que la goulotte tourne autour de l'axe 12.
  • La référence 14 indique un canal d'alimentation dans lequel on déverse les matières en vrac à répartir par la goulotte 10. Ce canal d'alimentation 14 est supporté par une carcasse extérieure 16. Pour fixer les idées on admettra que la carcasse 16 est supportée de façon étanche sur un four à cuve, et que le canal d'alimentation 14 est raccordé de façon étanche à une trémie servant de sas d'éclusage en amont du dispositif de répartition ou de chargement (le four à cuve et la trémie d'éclusage ne sont pas représentés sur les Figures). La matière de chargement s'écoulant de la trémie d'éclusage traverse alors le canal d'alimentation 14 pour tomber sur la goulotte 10 et être guidée par celle-ci vers la surface de chargement du four à cuve. Le point d'impact de la matière de chargement sur la surface chargement est varié en tournant la goulotte autour de l'axe de rotation 12 et/ou en variant son angle d'inclinaison θ.
  • Afin de permettre la rotation de la goulotte autour de l'axe 12, celle-ci est suspendue à un premier rotor 18, qui forme une sorte de cage rotative suspendue à l'aide d'un premier roulement de suspension 20 dans la carcasse 16. On voit que le roulement de suspension 20 est un roulement de grand diamètre qui entoure le canal d'alimentation 14. Une couronne dentée 22 qui est solidaire du premier rotor 18 et coaxiale à l'axe 12 est entraînée par un pignon 24. Ce pignon 24 permet de conférer au premier rotor 18 un mouvement de rotation de vitesse Ω1 autour de l'axe 12. Il sera noté que le rotor 18 entoure le canal d'alimentation 14 et est muni à sa partie inférieure deux brides de suspension 28 et 28' pour supporter la goulotte 10.
  • La goulotte 10 est de préférence fixée de façon rigide mais facilement démontable sur une plaque de support 30, qui est munie d'une ouverture centrale 32 pour le passage du canal d'alimentation 14. Cette plaque de support 30 est alors connectée aux brides de suspension 28 à l'aide d'une paire de pivots 32' et 32", de façon à définir un axe de pivotement 33 pour la goulotte 10. De préférence cet axe de pivotement 33 est horizontal, donc perpendiculaire à l'axe de rotation 12. Sur la Figure 1 cet axe de pivotement 33 est perpendiculaire au plan du dessin.
  • Une bague de pivotement 38, qui engendre le pivotement de la goulotte 10, est connectée mécaniquement à la plaque de support 30 à l'aide d'une seconde paire de pivots ou tourillons 34 et 34' Ces derniers sont localisés dans le plan de pivotement de la goulotte à deux points diamétralement opposés par rapport à l'axe de pivotement 33 de la goulotte 10. Ils définissent pour la bague de pivotement 38 un axe de pivotement 36 qui est perpendiculaire et coplanaire à l'axe de pivotement 33 de la goulotte 10 et qui forme avec la goulotte 10, dans le plan de pivotement de celle-ci, un angle β. Il sera noté que la bague de pivotement pourrait maintenant: 1) pivoter autour de l'axe 36; 2) pivoter autour de l'axe 33; 3) tourner autour de l'axe 12. En d'autres termes, la bague de pivotement 38 est équipée d'une suspension du type de Cardan en rotation autour de l'axe 12. On va cependant voir ci-dessous que certains de ces mouvements sont limités par des moyens de guidage supportés par un deuxième rotor qui est repéré globalement par la référence 40.
  • La suspension et l'entraînement du deuxième rotor 40 sont réalisés de façon analogue à celle décrite pour le premier rotor 18. Ce deuxième rotor comprend en effet un roulement de suspension à grand diamètre 42 et une couronne dentée 44. Cette couronne dentée 44 est entraînée par un second pignon 46 pour conférer au deuxième rotor 40 un mouvement de rotation de vitesse Ω2 autour de l'axe 12. II sera noté que Ω1 et Ω2 peuvent de préférence être variées indépendamment l'une de l'autre.
  • Le deuxième rotor 40 est suspendu au roulement 42 et entoure le premier rotor 18. Il est muni d'une bride annulaire de support 50 dans un plan incliné faisant un angle a avec un plan horizontal de référence. II sera noté que sur la Figure 1 ledit plan incliné est perpendiculaire au plan du dessin.
  • Un troisième roulement de suspension 52 de grand diamètre est monté avec une de ses deux bagues (par exemple avec sa bague extérieure) sur cette bride de support 50. L'autre bague du roulement 52 (sur la Figure 1 il s'agit de la bague intérieure) est par contre fixée à la bague de pivotement 38. On notera que les deux bagues de ce roulement 52 sont mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre tout en pouvant transmettre des efforts axiaux et des moments de renversement assez importants dans les deux sens. De cette façon le roulement 52 guide la bague de pivotement 38 dans un plan de rotation qui forme avec un plan horizontal de référence un angle α. Dans le dispositif représenté sur la Figure 1 cet angle α vaut environ 25°.
  • Avant de décrire d'autres détails structurels du dispositif de la Figure 1, on va d'abord décrire son fonctionnement à l'aide des Figures 2 à 4.
  • La Figure 2 est en principe identique à la Figure 1. On voit que la goulotte fait avec l'axe 12 un angle θ d'environ 50°. Pour le dispositif représenté il s'agit de l'angle d'inclinaison maximal. Cet angle d'inclinaison θ de la goulotte restera constant aussi longtemps que le premier rotor 18 et le deuxième rotor 40 tournent à la même vitesse; c'est-à-dire aussi longtemps qu'il ne se produit pas de décalage angulaire entre les deux rotors 40 et 18.
  • Pour diminuer par contre l'angle d'inclinaison θ de la goulotte 10, il suffit de provoquer un décalage angulaire entre le premier rotor 18 et le deuxième rotor 40. Sur la Figure 3 ce décalage angulaire représente 90° par rapport à la Figure 2. On voit que θ vaut maintenant 25°. En effet l'axe 36 de l'anneau de pivotement 38 est maintenant horizontal, ce qui entraîne que θ = 90°-β.
  • Pour diminuer l'angle d'inclinaison θ davantage, il faut augmenter davantage le décalage angulaire entre les deux rotors 18 et 40. Sur la Figure 4 ce décalage angulaire représente 180° par rapport à la situation de la Figure 1. On voit que θ vaut maintenant 0°; c'est-à-dire que la goulotte est verticale. Il sera noté que cette position verticale est obtenue en choisissant l'angle β tel que β = 90°-α. Il sera de plus noté que l'angle α est déterminé de façon que α = θmax/2, où θmax représente l'amplitude de pivotement souhaitée pour la goulotte. Dans le cas particulier lorsque β = 90°-α, cette amplitude de pivotement θmax représente bien entendu aussi l'inclinaison maximale de la goulotte par rapport à l'axe de rotation 12.
  • En augmentant le décalage angulaire des deux rotors au-dessus de 180°, l'angle d'inclinaison θ de la goulotte 10 augmente de nouveau. Pour un décalage angulaire de 270°, la goulotte 10 occupe la position montrée sur la Figure 3 et pour un décalage angulaire de 360° la goulotte 10 se trouve dans la position montrée sur la Figure 2.
  • Il s'ensuit que si on arrête le premier rotor 18 et on fait tourner le deuxième rotor 40, la goulotte effectue dans son plan de pivotement (immobile en rotation) un pivotement d'une amplitude de 2α et de fréquence Ω2/60, où Ω2 représente la vitesse de rotation en tours par minute du deuxième rotor 40. De même si on arrête le deuxième rotor 40 et on fait tourner le premier rotor 18, la goulotte effectue dans un plan de pivotement (tournant cette fois-ci avec le premier rotor 18) un pivotement d'une amplitude de 2α et de fréquence Ω1/60, où Ω1 représente la vitesse de rotation en tours/minutes du premier rotor 18. Si on fait tourner les deux rotors 18 et 40 à la même vitesse, c'est-à-dire si Ω1 = Ω2, l'angle d'inclinaison de la goulotte 10 ne change pas. Si on impose par contre une différence de vitesse de rotation aux deux rotors 18 et 40, il se produit une variation du décalage angulaire entre les deux rotors 18 et 40 qui fait changer l'angle d'inclinaison θ de la goulotte 10.
  • Si la différence entre les vitesses de rotation Ω1 et Ω2 est toujours de signe constant (c'est-à-dire soit positive, soit négative) le décalage angulaire entre les deux rotors 18 et 40 augmente régulièrement et la goulotte 10 effectue un mouvement de pivotement périodique entre sa position d'inclinaison maximale (θmax) et sa position d'inclinaison minimale (θmin).
  • Il sera noté que le plus souvent la goulotte est équilibrée de façon que son moment de pivotement soit maximal lorsque θ = θmax. Dans ce contexte il faut relever que, même si la différence entre les vitesses de rotation Ω1 et Ω2 est constante, la vitesse angulaire avec laquelle varie l'angle d'inclinaison θ de la goulotte varie sinusoïdalement. En particulier, cette vitesse angulaire est maximale au milieu entre θmax et θmin, puis elle diminue pour s'annuler pour θmax. Il s'ensuit que la puissance absorbée par les deux rotors 18 et 40 tournant à vitesse constante autour de l'axe 12 n'augmente pas proportionnellement avec ledit moment de pivotement de la goulotte. Ceci est naturellement un avantage en ce qui concerne le dimensionnement des moyens d'entraînement des deux rotors 18 et 40.
  • Il sera encore noté qu'on n'est nullement obligé à passer par les positions d'inclinaison maximale θmax et/ou minimale θmin qui sont mécaniquement possibles. Au lieu d'exploiter alors la périodicité du mouvement de pivotement lorsque le décalage angulaire des deux rotors 18 et 40 passe de 0° à 360°, on augmente et on diminue ce décalage angulaire des deux rotors 18 et 40 à volonté entre deux valeurs prédéfinies qui correspondent à l'inclinaison maximale et/ou minimale souhaitées dans la pratique. En d'autres termes, on varie périodiquement la vitesse de rotation relative des deux rotors 18 et 40 entre une valeur positive et une valeur négative.
  • D'autres caractéristiques notables du dispositif proposé seront décrites en se référant de nouveau à la Figure 1. On voit que la bague de pivotement 38 supporte une gaine cylindrique d'isolement 54. Cette gaine d'isolement 54 est coaxiale à l'axe de rotation 12 et forme avec une surface annulaire 56 de la carcasse 16 un joint d'air (ou fente) annulaire. De cette façon on délimite dans la carcasse extérieure 16 un espace annulaire 58 qui peut être maintenu en légère surpression par injection d'un gaz La flèche 60 représente schématiquement des moyens (par exemple des conduites) pour injecter un tel gaz. On réduit ainsi la pénétration de poussières et de fumées dans cet espace annulaire 58, dans lequel sont situés notamment les roulements 20, 42, 52, les couronnes dentées 22, 44 et les pignons 24, 46. De plus, ce gaz injecté peut servir au refroidissement du dispositif. Il sera noté que la gaine d'isolement 54 est avantageusement munie d'une isolation thermique; tandis que la surface annulaire 56 est avantageusement refroidie par un liquide de refroidissement et, dans le cas d'un haut fourneau par exemple, munie d'un revêtement protecteur contre le rayonnement thermique de la surface de chargement. Une telle protection contre le rayonnement thermique est d'ailleurs aussi avantageusement appliquée ou fixée en dessous de la bague de pivotement 38 et de la plaque de support 30.
  • Afin de protéger encore davantage le dispositif contre la pénétration de fumées, vapeurs et poussières, le canal d'alimentation 14 est muni d'un bourrelet sphérique 62 qui est ajusté dans l'ouverture centrale 32 de la plaque de support 30. Cette ouverture 32 comprend une section d'étranglement dans laquelle le bourrelet 62 définit un joint d'air (ou fente) annulaire. La plaque de support 30 est par ailleurs avantageusement un disque dont la surface latérale 64 est une couronne sphérique qui définit dans l'anneau de pivotement 38 un joint d'air (ou fente) annulaire. En principe la plaque 30 pourrait cependant aussi être rectangulaire et être ajustée dans une ouverture rectangulaire de l'anneau de la bague de pivotement 38. Dans ce cas il suffirait que les deux bords latéraux parallèles à l'axe 36 épousent la forme d'un cylindre coaxial à l'axe 36. Avec ces mesures d'isolement supplémentaires, on crée entre le canal d'alimentation 14 et le rotor 40 un espace annulaire 66 qui peut être mis en surprèssion par injection d'un gaz sous pression dans la carcasse 16. Le plus souvent les espaces annulaires 58 et 66 sont en communication directe l'un avec l'autre de façon à éviter des différences de pression à l'intérieur de la carcasse extérieure 16. De telles différences de pression pourraient en effet avoir une influence négative sur l'efficacité des joints d'air (ou fentes) annulaires décrits plus haut.
  • Il sera encore noté que le roulement 52 est avantageusement intégré dans une cavité annulaire définie par exemple par la gaine d'isolement 54, la bague de pivotement 38 et la bride annulaire 38 du deuxième rotor 40. De cette façon le roulement 52 est protégé encore davantage contre une pénétration excessive de poussière et le contact direct avec des gaz chauds ou corrosifs.
  • Lorsque le dispositif proposé doit équiper un four travaillant à température élevée, le premier et le deuxième rotor 18 et 40 sont avantageusement connectés à l'aide d'un raccord tournant à un circuit de refroidissement (non représentés). De cette façon on peut refroidir efficacement les principaux éléments mécaniques qui sont solidaires soit du premier, soit du deuxième rotor.

Claims (11)

  1. Dispositif de répartition de matières en vrac comprenant
    une goulotte (10) pour le déversement des matières en vrac,
    un premier rotor (18) à axe de rotation (12) sensiblement vertical, la goulotte (10) étant suspendue audit premier rotor (18) de façon à être entraînée en rotation par ce dernier et de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement (33) sensiblement horizontal,
    un deuxième rotor (40) à axe de rotation sensiblement coaxial audit premier rotor (18),
       caractérisé par
    une bague de pivotement (38) connectée à la goulotte (10) à deux endroits (34, 34') diamétralement opposés par rapport à l'axe de pivotement (33) de la goulotte (10) de façon à ce que cette bague de pivotement (38) puisse pivoter autour d'un axe (36) perpendiculaire à l'axe de pivotement (33) de la goulotte, et
    des moyens de guidage (52) qui sont supportés par le deuxième rotor (40) et qui sont en contact en au moins trois points avec la bague de pivotement (38) de façon à définir pour celle-ci, dans un repère attaché au deuxième rotor (40), un plan de rotation incliné qui forme avec un plan horizontal de référence un angle α.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comprennent un roulement de suspension à grand diamètre (52) ayant deux bagues qui sont mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre, la première bague formant un support tournant pour la bague de pivotement (38) de la goulotte (10), et la deuxième bague étant fixée audit deuxième rotor (40) de façon à définir ledit angle a pour ledit plan de rotation de la bague de pivotement (38).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé
       en ce que la goulotte (10) comprend une plaque de support (30) démontable munie d'une ouverture centrale (32) pour le passage de la matière à répartir par la goulotte.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague de pivotement (38) est connectée à la plaque de support (30) à l'aide d'une paire de pivots (34, 34') de façon à définir l'axe (36) autour duquel la bague de pivotement (38) peut pivoter.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque de support (30) est connectée au premier rotor (18) à l'aide d'une paire de pivots (32', 32") de façon à définir l'axe de pivotement (33) de la goulotte.
  6. Dispositif selon les revendications 3, 4, ou 5 caractérisé
    en ce que ledit premier rotor (18) et ledit deuxième rotor (40) sont suspendus dans une carcasse extérieure (16) qui peut être montée de façon étanche sur une enceinte,
    en ce que un canal d'alimentation (14) débouche de façon étanche dans la carcasse extérieure (16) et passe axialement à travers ledit premier et deuxième rotor (18 et 40) et ladite ouverture centrale (32) du disque de support (30).
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bague de pivotement (38) supporte une gaine d'isolement (54) qui est cylindrique et coaxiale à l'axe de rotation (12) et qui définit avec une surface annulaire (56) de la carcasse extérieure (16) un joint d'air annulaire.
  8. Dispositif selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le canal d'alimentation (14) est muni d'un bourrelet sphérique (62) qui coopère avec l'ouverture centrale (32) de la plaque de support (30) de façon à définir dans celle-ci un joint d'air annulaire.
  9. Dispositif selon les revendications 6, 7 ou 8 caractérisé en ce que la plaque de support (30) est un disque délimité par une couronne sphérique (64) qui coopère avec une ouverture centrale de la bague de pivotement (38) de façon à définir dans celle-ci un joint d'air annulaire.
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la carcasse extérieure (16) est raccordée à une source de gaz (60).
  11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce la goulotte (10) forme avec l'axe (36) autour duquel la bague de pivotement (38) peut pivoter un angle β tel que β = 90° - α.
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