EP1412689B1 - Procede et dispositif de refroidissement des alveoles d'un four a chambres - Google Patents

Procede et dispositif de refroidissement des alveoles d'un four a chambres Download PDF

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EP1412689B1
EP1412689B1 EP02740828A EP02740828A EP1412689B1 EP 1412689 B1 EP1412689 B1 EP 1412689B1 EP 02740828 A EP02740828 A EP 02740828A EP 02740828 A EP02740828 A EP 02740828A EP 1412689 B1 EP1412689 B1 EP 1412689B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pit
flux
walls
cooling
flow
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02740828A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1412689A1 (fr
Inventor
Christian Dreyer
Nigel Backhouse
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.)
Rio Tinto France SAS
Original Assignee
Aluminium Pechiney SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Aluminium Pechiney SA filed Critical Aluminium Pechiney SA
Publication of EP1412689A1 publication Critical patent/EP1412689A1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F27B13/02—Furnaces with both stationary charge and progression of heating, e.g. of ring type, of type in which segmental kiln moves over stationary charge of multiple-chamber type with permanent partitions; Combinations of furnaces

Definitions

  • the invention relates to the field of so-called "ring furnace” furnaces for firing carbonaceous blocks, including open-type chamber furnaces.
  • the invention concocie more particularly a method and a device for cooling the cells of such ovens before maintenance and maintenance operations.
  • Open chamber type open fire furnaces are well known per se and described in particular in patent applications FR 2,600,152 (corresponding to US Pat. No. 4,859,175) and FR 2,535,834 (corresponding to the British application). GB 2 129 918).
  • a revolving furnace comprises a succession of aligned chambers, each chamber comprising a plurality of elongate cells separated by hollow heating partitions.
  • a firing cycle of carbonaceous blocks typically comprises the charging of the cells of this chamber with green carbonaceous blocks, the heating of this chamber up to the firing temperature of the carbonaceous blocks (typically from 1100 to 1200.degree. ), cooling the chamber to a temperature that allows removal of the burned carbonaceous blocks and cooling of the chamber to room temperature.
  • the principle of the rotating light is to successively carry out the heating cycle on the furnace chambers by a displacement of the heating means (such as burner ramps) and suction means.
  • a given chamber passes successively by periods of preheating, cooking and cooling.
  • a dozen rooms are “active” simultaneously: four in a so-called cooling zone, three in a so-called heating zone, and three in a so-called preheating zone. Active rooms are what is called a "fire”.
  • the Applicant has therefore sought simple and industrializable means to accelerate the cooling of the cells.
  • the subject of the invention is a method for cooling a rotating furnace furnace, characterized in that it comprises producing a flow F of cooling fluid inside the cell and that at least a portion Fr of said stream F flows substantially vertically along determined surfaces of the walls of the cell.
  • the invention also relates to a method of cooling a rotating furnace furnace using the device of the invention.
  • the Applicant has found that the substantially vertical flow of the coolant flow near the walls of the cell allowed to considerably accelerate the rate of cooling of the latter.
  • the invention may thus allow, in certain cases, to eliminate a chamber by fire in an industrial size oven.
  • Figure 1 illustrates a perspective view, partially exploded, of a rotating furnace.
  • Figure 2 illustrates, seen from above (Z axis), a span of furnace with rotating light.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of the device of the invention, in the standby position, (a) seen from the narrow side (X axis) and (b) seen from the wide side (Y axis).
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of the device of the invention, in the deployed position, (a) seen from the narrow side (X axis) and (b) seen from the wide side (Y axis).
  • FIGS 5 and 6 illustrate the movement of the cooling fluid flow obtained with the preferred embodiment of the device of the invention.
  • a rotating furnace comprises a succession of chambers (10, 11, 12, ...) arranged in series.
  • Each chamber comprises an alternation, in the transverse direction (Y axis), elongate cells (2) and hollow heating partitions (3) arranged in the longitudinal direction (X axis).
  • the dotted line (1) of Figure 1 delimits one of the chambers and shows that it comprises several cells (2) arranged in parallel and separated by partitions (3).
  • the cells (2) are delimited by heating partitions (3), transverse wall pillars (4) and a floor (24).
  • the heating partitions (3) and the transverse wall pillars (4) form substantially vertical walls (2A, 2B); the floor (24) forms a substantially horizontal bottom (2C).
  • the ends of the heating partitions (3) generally comprise transverse walls (5) provided with openings (6).
  • the heating partitions (3) comprise thin side walls (9) generally separated by spacers (7) and baffles (8).
  • the heating partitions (3) are provided with access means (20) called “openers” which serve in particular to introduce heating means (such as burner injectors) (not shown) or suction means (21, 22).
  • the elements (2, 3, 4, 5, 24) of the furnace are formed of refractory materials, typically using refractory bricks. Each cell (2) typically has a depth of 5 m.
  • FIG. 1 shows a typical stack of carbonaceous blocks (31) in a cell (2), with a coating powder (32), during a cooking operation thereof.
  • a rotating furnace typically comprises two parallel spans, each having a length of the order of one hundred meters.
  • the spans are generally delimited by lateral walls (23).
  • a gas flow consisting of air, heating gas, vapors released by the carbonaceous blocks or combustion gases (or, most often, a mixture thereof) flows, in the long direction of the furnace (X axis), in a succession of hollow heating partitions (3) which communicate with each other.
  • This gas stream is blown upstream of the active chambers and is sucked downstream thereof.
  • the heat produced by the combustion of the gases is transmitted to the carbonaceous blocks (31) contained in the cells (2), which causes their cooking.
  • the method of cooling a furnace (2) of a rotating furnace, said recess (2) comprising walls (2A, 2B), is characterized in that it comprises the production of a flow F of cooling fluid inside the cell (2) and that at least a portion Fr of said flow F flows substantially vertically along predetermined surfaces of the walls (2A, 2B) of the cell (2).
  • the inside of the cell corresponds to the space normally occupied by the carbonaceous blocks (31) and the coating powder or "dust" (32) during cooking.
  • a substantially vertical flow means a flow for which the vertical component of the gas flow F is significantly larger than the horizontal components (typically about ten times greater), so as to maximize the flow of thermal energy extracted from walls and evacuated outside the cell.
  • Said flow is preferably not very turbulent, and more preferably substantially laminar.
  • Said vertical flow can be ascending or descending.
  • Said flow F is typically a forced flow, which is produced for example by blowing or suction cooling fluid.
  • Said portion Fr of said stream F typically circulates in a so-called "flow" section S near the walls of the cell, with a rapid flow of said fluid in a direction substantially parallel to said walls.
  • the flow Fr circulates preferably in a restricted volume V, close to said walls, which makes it possible to obtain efficient evacuation of the heat from the walls for acceptable fluid flow rates (typically between 1 and 10 Nm 3 / s).
  • Said flux F typically comprises two main components, namely said part Fr, which "licks" the walls of the cell, and a part Fo, which introduces the fluid cooling in the cell.
  • the flows Fr and Fo are substantially parallel and flow in opposite directions, as shown in FIG. 6.
  • the flow rates of Fr and Fo are typically substantially identical.
  • the cooling fluid is preferably a gas, or a mixture of gases. It is advantageous to use air in order to limit operating costs, that is to say that said fluid contains air.
  • the cooling fluid is advantageously moist, that is to say it contains water (typically in the form of steam or fine gullets), so as to increase its specific heat capacity.
  • the moisture content of the fluid can be adjusted, for example as a function of the temperature of the walls of the cell.
  • said fluid comprises a mixture of air and moisture.
  • the fluid that is injected into the cell is air at room temperature more or less loaded with moisture.
  • the flow of cooling fluid can be in open circuit, in that it is discharged into the ambient atmosphere after absorbing part of the heat of the walls of a cell during its flow inside the cell. this.
  • Said first means (101) is typically a ventilation means, such as a suction or blowing means.
  • Said second means (103) is advantageously a so-called “confinement” means capable of reducing the flow section S of said flow F close to the walls of the cell, so as to cause a rapid flow of said fluid in a substantially parallel direction to the said walls.
  • the flow F then circulates in a restricted volume V near said walls.
  • the flow section S is approximately equal to L x P, where L is the confinement width and P is the average internal perimeter of the cell.
  • the width L is preferably between 5 cm and 25 cm, and more preferably between 10 cm and 20 cm. Width too low leads to significant pressure drops. Width too large leads to a flow rate too low, and therefore insufficient cooling speed.
  • the confinement of said flow F also causes an increase in the flow velocity Ve of said fluid.
  • the flow rate of the cooling fluid in said portion Fr of said stream F is advantageously between 2 and 20 m / s. Too low a speed does not reduce interestingly the cooling time of a cell. On the other hand, a very high flow rate requires expensive ventilation means and high energy consumption.
  • the fluid flow rate of said flow is typically between 1 and 10 Nm 3 / s for industrial furnaces.
  • the containment means (103) is typically a conduit, such as a rigid or flexible conduit or a flexible skirt, a first end of which is connected to said (or each said) ventilation means (101) and a second end thereof (104) can be placed inside the cell (2).
  • the cooling fluid which is set in motion by means (or means) of ventilation (101), is guided by the conduit and injected into the cell (or sucked from it). ci) by at least one opening at said second end (104).
  • the conduit restricts the flow area S of said flow by forcing said flow to flow between the surface of said conduit and said walls (2A, 2B).
  • the containment means (103) is advantageously removable and / or retractable, so as to facilitate the establishment of the device.
  • the containment means (103) may be a detachable rigid conduit (i.e., a conduit that can be detached from the device (100)) which can be put into place in the cell and then connected to the ventilation means (101) of said device.
  • the containment means (103) can be connected to the ventilation means (101) by means of a connecting means (102).
  • the containment means (103) is a retractable tubular conduit having at least one retracted position (as shown in FIG. 3) and at least one deployed position (as illustrated in Figure 4).
  • the length of said duct can then be variable or adjustable. This embodiment has the advantage of allowing easy implementation of the device.
  • the retractable tubular duct may be in the form of a bellows (typically when the section is substantially circular or ovoid) or of accordion (typically when the section is substantially rectangular or square), which facilitates its deployment.
  • Said duct may also have other structures, such as a telescopic structure formed of several duct sections slidably inserted into one another.
  • the conduit (103) may be retracted or deployed using the deployment means (106, 107), such as a motor and cables.
  • the duct (103) is preferably such that it can be deployed to a short distance D from the bottom (2C) of the cell, said distance D being preferably less than about 50 cm.
  • the distance D is typically of the order of 20 cm.
  • the duct dimensions are preferably such that the average distance E between it and the walls of the cell is between 5 and 25 cm, and more preferably between 10 and 20 cm.
  • a too small distance leads to significant losses of load which can be crippling. Too much distance leads to flow rate too low, and therefore insufficient cooling rate. A distance of about 15 cm was found to be very satisfactory.
  • said first means (which are typically ventilation means) can produce a downward flow in the or each said duct and an upward vertical flow along said walls (2A, 2B) of the cell ( 2).
  • said first means can produce an upward flow in the or each said duct and a vertical flow down along said walls (2A, 2B) of the cell (2).
  • the ventilation means (101) are blowing means, such as a fan, when seeking to create an upward flow along the walls (2A, 2B) and suction means when seeking to create a downflow along the walls (2A, 2B).
  • the so-called "open" end (104) of the (or of each ) conduit (103) may be provided with a diffuser (108) adapted to promote upward deflection of the fluid flow exiting the conduit by said end.
  • the diffuser is advantageously such that it reduces the pressure drop at the so-called open end (104) of (or each) conduit (103).
  • the conduit is preferably made of a flexible material, high modulus, able to withstand temperatures of less than or equal to about 250 ° C and the blowing pressure, such as an aromatic polyamide fiber (such as Kevlar® ).
  • Said material may be a composite, such as a multilayer. Said material is preferably still sealed in order to reduce in particular the pressure losses along said conduit.
  • said material may be, for example, a multilayer composite comprising a flexible fabric (such as a Kevlar® fabric) and a waterproof layer (such as an aluminum layer).
  • a multilayer comprising a flexible layer and an aluminum layer (on the outside surface of the duct) also makes it possible to reflect the thermal radiation coming from the walls of the duct. the cell and thus avoid excessive heating of the underlying flexible layer.
  • the device of the invention (100) is preferably removable. It advantageously comprises support elements (105) which make it possible to manipulate and position it above a cell.
  • the device according to the invention is suitable for implementing the cooling method of the invention.
  • the deployment of the conduit may follow a predetermined progression or be controlled according to measurable parameters such as the temperature of the walls of the cell.
  • Cooling tests of a cell of a rotating furnace were carried out with a device of the invention comparable to that shown in FIGS. 3 and 4.
  • the cell had a depth of 4.76 m. and an interior section of 23.7 m 2 .
  • the cooling fluid was more or less loaded with moisture.
  • the speed of the air flow was typically 5 to 10 m / s.
  • the air flow was about 3 m 3 / s per fan (and therefore 6 m 3 / s total).
  • the average distance E between the walls of the cell and the duct (103) was about 15 cm. The flow was descending into the ducts and ascending along the walls of the cell.
  • the cooling of the cell was measured using thermocouples stuck in its walls.
  • the initial temperature of the bottom of the cell was about 130 to 200 ° C, depending on the position in the direction of fire.
  • the time required for the bottom temperature of the cell to drop to 20 ° C was typically 40 hours. With the device of the invention, this time could be reduced to values of the order of 10 hours.
  • the device of the invention proved to be quiet.

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Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne le domaine des fours à chambres dit « à feu tournant» (« ring furnace » en anglais) pour la cuisson de blocs carbonés, et notamment les fours à chambre de type ouvert. L'invention concercie plus particulièrement un procédé et un dispositif pour refroidir des alvéoles de tels fours avant des interventions d'entretien et de maintenance.
    • Etat de la technique
  • Les fours à feu tournant à chambres de type ouvert sont bien connus en eux-mêmes et décrits notamment dans les demandes de brevets FR 2 600 152 (correspondant au brevet américain US 4 859 175) et FR 2 535 834 (correspondant à la demande britannique GB 2 129 918).
  • Un four à feu tournant comprend une succession de chambres alignées, chaque chambre comprenant une pluralité d'alvéoles de forme allongée séparées par des cloisons chauffantes creuses.
  • Un cycle de cuisson de blocs carbonés, pour une chambre donnée, comprend typiquement le chargement des alvéoles de cette chambre en blocs carbonés crus, le chauffage de cette chambre jusqu'à la température de cuisson des blocs carbonés (typiquement de 1100 à 1200°C), le refroidissement de la chambre jusqu'à une température qui permette d'enlever les blocs carbonés cuits et le refroidissement de la chambre jusqu'à la température ambiante. Le principe du feu tournant consiste à effectuer successivement le cycle de chauffage sur les chambres du four par un déplacement des moyens de chauffage (tels que des rampes de brûleurs) et des moyens d'aspiration.
  • Ainsi, une chambre donnée passe successivement par des périodes de préchauffage, de cuisson et de refroidissement. Typiquement, une dizaine de chambres sont « actives » simultanément : quatre dans une zone dite de refroidissement, trois dans une zone dite de chauffage, et trois dans une zone dite de préchauffage. Les chambres actives constituent ce qu'on appelle un « feu ».
  • Or, les temps de refroidissement des alvéoles après le retrait des blocs carbonés, qui sont très longs, limitent la productivité des fours lorsque des interventions sont requises sur le four, notamment le remplacement de cloisons, car il n'est pas possible, pour des raisons sanitaires, de faire intervenir des opérateurs à l'intérieur des alvéoles avant que la température des parois ne soit inférieure à environ 30°C, ce qui nécessite des temps d'attente généralement supérieurs à 3 jours.
  • La demanderesse a donc recherché des moyens simples et industrialisables pour accélérer le refroidissement des alvéoles.
    • Description de l'invention
  • L'invention a pour objet un procédé de refroidissement d'une alvéole de four à feu tournant caractérisé en ce qu'il comprend la production d'un flux F de fluide de refroidissement à l'intérieur de l'alvéole et en ce qu'au moins une partie Fr dudit flux F s'écoule de manière sensiblement verticale le long de surfaces déterminées des parois de l'alvéole.
  • L'invention a également pour objet un dispositif de refroidissement d'une alvéole de four à feu tournant caractérisé en ce qu'il comprend :
    • au moins un premier moyen apte à produire un flux F de fluide de refroidissement à l'intérieur de l'alvéole, tel qu'un moyen de ventilation ;
    • au moins un deuxième moyen apte à provoquer un écoulement sensiblement vertical d'au moins une partie Fr dudit flux F le long de surfaces déterminées des parois de l'alvéole, tel qu'un moyen de confinement.
  • L'invention a également pour objet un procédé de refroidissement d'une alvéole de four à feu tournant utilisant le dispositif de l'invention.
  • La demanderesse a constaté que l'écoulement sensiblement vertical du flux de fluide de refroidissement à proximité des parois de l'alvéole permettait d'accélérer considérablement la vitesse de refroidissement de cette dernière. L'invention peut ainsi permettre, dans certains cas, de supprimer une chambre par feu dans un four de dimension industrielle.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures et de la description détaillée qui suit.
  • La figure 1 illustre une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un four à feu tournant.
  • La figure 2 illustre, vue du dessus (axe Z), une travée de four à feu tournant.
  • La figure 3 illustre un mode de réalisation du dispositif de l'invention, en position d'attente, (a) vu du côté étroit (axe X) et (b) vu du côté large (axe Y).
  • La figure 4 illustre un mode de réalisation du dispositif de l'invention, en position déployée, (a) vu du côté étroit (axe X) et (b) vu du côté large (axe Y).
  • Les figures 5 et 6 illustrent le mouvement du flux de fluide de refroidissement obtenu avec le mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention.
  • Tel qu'illustré aux figures 1 et 2, un four à feu tournant comprend une succession de chambres (10, 11, 12,...) disposées en série. Chaque chambre comprend une alternance, dans le sens transversale (axe Y), d'alvéoles (2) de forme allongée et de cloisons chauffantes creuses (3) disposées dans le sens longitudinal (axe X). A titre d'illustration, la ligne pointillée (1) de la figure 1 délimite une des chambres et montre qu'elle comprend plusieurs alvéoles (2) disposées en parallèle et séparées par des cloisons (3).
  • Les alvéoles (2) sont délimitées par des cloisons chauffantes (3), des piliers de murs transversaux (4) et un plancher (24). Les cloisons chauffantes (3) et les piliers de murs transversaux (4) forment des parois sensiblement verticales (2A, 2B) ; le plancher (24) forme un fond sensiblement horizontal (2C). Les extrémités des cloisons chauffantes (3) comprennent généralement des murs transversaux (5) munies d'ouvertures (6). Les cloisons chauffantes (3) comprennent des parois latérales (9) minces généralement séparées par des entretoises (7) et des chicanes (8). Les cloisons chauffantes (3) sont munies de moyens d'accès (20) appelés « ouvreaux » qui servent notamment à introduire des moyens de chauffage (tels que des injecteurs de brûleurs) (non illustrés) ou des moyens d'aspiration (21, 22). Les éléments (2, 3, 4, 5, 24) du four sont formés de matériaux réfractaires, typiquement à l'aide de briques réfractaires. Chaque alvéole (2) a typiquement une profondeur de 5 m.
  • La figure 1 montre un empilement typique de blocs carbonés (31) dans une alvéole (2), avec une poudre d'enrobage (32), lors d'une opération de cuisson de ceux-ci.
  • Les chambres forment une longue travée dans le sens C du feu. Un four à feu tournant comprend typiquement deux travées parallèles, chacune ayant une longueur de l'ordre d'une centaine de mètres. Les travées sont généralement délimitées par des murs latéraux (23).
  • Lors des opérations de cuisson, un flux gazeux constitué d'air, de gaz de chauffage, de vapeurs dégagées par les blocs carbonés ou de gaz de combustion (ou, le plus souvent, d'un mélange de ceux-ci) circule, dans le sens long du four (axe X), dans une succession de cloisons chauffantes creuses (3) qui communiquent entre elles. Ce flux gazeux est soufflé en amont des chambres actives et est aspiré en aval de celles-ci. La chaleur produite par la combustion des gaz est transmise aux blocs carbonés (31) contenus dans les alvéoles (2), ce qui entraîne leur cuisson.
    • Description détaillée de l'invention
  • Selon l'invention, le procédé de refroidissement d'une alvéole (2) de four à feu tournant, ladite alvéole (2) comprenant des parois (2A, 2B), est caractérisé en ce qu'il comprend la production d'un flux F de fluide de refroidissement à l'intérieur de l'alvéole (2) et ce qu'au moins une partie Fr dudit flux F s'écoule de manière sensiblement verticale le long de surfaces déterminées des parois (2A, 2B) de l'alvéole (2).
  • L'intérieur de l'alvéole correspond à l'espace normalement occupé par les blocs carbonés (31) et la poudre d'enrobage ou « poussier » (32) en cours de cuisson.
  • Un écoulement sensiblement vertical s'entend d'un écoulement pour lequel la composante verticale du flux F de gaz est nettement plus grande que les composantes horizontales (typiquement environ dix fois plus grande), de manière à maximiser le flux d'énergie thermique extraite des parois et évacuée à l'extérieur de l'alvéole. Ledit écoulement est de préférence peu turbulent, et de préférence encore sensiblement laminaire. Ledit écoulement vertical peut être ascendant ou descendant.
  • Ledit flux F est typiquement un flux forcé, qui est produit par exemple par soufflage ou aspiration de fluide de refroidissement.
  • Ladite partie Fr dudit flux F circule typiquement dans une section dite « d'écoulement » S à proximité des parois de l'alvéole, avec un écoulement rapide dudit fluide dans une direction sensiblement parallèle aux dites parois. Le flux Fr circule de préférence dans un volume V restreint, à proximité desdites parois, ce qui permet d'obtenir une évacuation efficace de la chaleur des parois pour des débits de fluide acceptables (typiquement compris entre 1 et 10 Nm3/s).
  • Ledit flux F comprend typiquement deux composantes principales, à savoir ladite partie Fr, qui « lèche » les parois de l'alvéole, et une partie Fo, qui introduit le fluide de refroidissement dans l'alvéole. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les flux Fr et Fo sont sensiblement parallèles et circulent dans des directions opposées, tel qu'illustré à la figure 6. Les débits de Fr et Fo sont typiquement sensiblement identiques.
  • Le fluide de refroidissement est de préférence un gaz, ou un mélange de gaz. Il est avantageux d'utiliser de l'air afin de limiter les coûts d'exploitation, c'est-à-dire que ledit fluide contient de l'air. Le fluide de refroidissement est avantageusement humide, c'est-à-dire qu'il contient de l'eau (typiquement sous forme de vapeur ou de fines goulettes), de manière à augmenter sa capacité thermique spécifique. Le taux d'humidité du fluide peut être ajusté, par exemple en fonction de la température des parois de l'alvéole. Dans une variante préférée de l'invention, ledit fluide comprend un mélange d'air et d'humidité. Typiquement, le fluide qui est injecté dans l'alvéole est de l'air à la température ambiante plus ou moins chargé en humidité.
  • Le flux de fluide de refroidissement peut être en circuit ouvert, en ce sens qu'il est évacué dans l'atmosphère ambiante après avoir absorbé une partie de la chaleur des parois d'une alvéole lors de son écoulement à l'intérieur de celle-ci.
  • Selon l'invention, le dispositif de refroidissement (100) d'une alvéole (2) de four à feu tournant, ladite alvéole (2) comprenant des parois (2A, 2B) et un fond (2C), est caractérisé en ce qu'il comprend :
    • au moins un premier moyen (101) apte à produire un flux F de fluide de refroidissement à l'intérieur de l'alvéole (2) ;
    • au moins un deuxième moyen (103) apte à provoquer un écoulement sensiblement vertical d'au moins une partie Fr dudit flux F le long de surfaces déterminées des parois (2A, 2B) de l'alvéole (2).
  • Ledit premier moyen (101) est typiquement un moyen de ventilation, tel qu'un moyen d'aspiration ou de soufflage.
  • Ledit deuxième moyen (103) est avantageusement un moyen dit « de confinement » apte à réduire la section d'écoulement S dudit flux F à proximité des parois de l'alvéole, de manière à provoquer un écoulement rapide dudit fluide dans une direction sensiblement parallèle aux dites parois. Le flux F circule alors dans un volume V restreint à proximité desdites parois.
  • La section d'écoulement S est approximativement égale à L x P, où L est la largeur de confinement et P est le périmètre intérieur moyen de l'alvéole. La largeur L est de préférence comprise entre 5 cm et 25 cm, et de préférence encore comprise entre 10 cm et 20 cm. Une largeur trop faible conduit à des pertes de charge importantes. Une largeur trop grande conduit à une vitesse d'écoulement trop faible, et par conséquent une vitesse de refroidissement insuffisante.
  • De préférence, le confinement dudit flux F entraîne également une augmentation de la vitesse d'écoulement Ve dudit fluide. La vitesse d'écoulement du fluide de refroidissement dans ladite partie Fr dudit flux F se situe avantageusement entre 2 et 20 m/s. Une vitesse trop faible ne permet pas de réduire de manière intéressante le temps de refroidissement d'une alvéole. Une vitesse d'écoulement très élevée nécessite en revanche des moyens de ventilation coûteux et une consommation énergétique élevée. Le débit de fluide dudit flux est typiquement compris entre 1 et 10 Nm3/s pour des fours industriels.
  • Le moyen de confinement (103) est typiquement un conduit, tel qu'un conduit rigide ou flexible ou une jupe flexible, dont une première extrémité est reliée au dit (ou à chaque dit) moyen de ventilation (101) et dont une seconde extrémité (104) peut être placée à l'intérieure de l'alvéole (2). Dans ce cas, le fluide de refroidissement, qui est mis en mouvement à l'aide du (ou des) moyen(s) de ventilation (101), est guidé par le conduit et injecté dans l'alvéole (ou aspiré de celle-ci) par au moins une ouverture située à ladite seconde extrémité (104). Le conduit restreint la surface d'écoulement S dudit flux en forçant ledit flux à s'écouler entre la surface dudit conduit et lesdites parois (2A, 2B).
  • Le moyen de confinement (103) est avantageusement amovible et/ou rétractable, de manière à faciliter la mise en place du dispositif. Par exemple, le moyen de confinement (103) peut être un conduit rigide détachable (c'est-à-dire un conduit qui peut être détaché du dispositif (100)) qui peut être mis en place dans l'alvéole et raccordé ensuite aux moyens de ventilation (101) dudit dispositif.
  • Le moyen de confinement (103) peut être raccordé au moyen de ventilation (101) à l'aide d'un moyen de raccordement (102).
  • Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le moyen de confinement (103) est un conduit tubulaire rétractable ayant au moins une position rétractée (tel qu'illustré à la figure 3) et au moins une position déployée (tel qu'illustré à la figure 4). La longueur dudit conduit peut alors être variable ou ajustable. Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre une mise en place aisée du dispositif.
  • Tel qu'illustré aux figures 3 et 4, le conduit tubulaire rétractable peut être en forme de soufflet (typiquement lorsque la section est sensiblement circulaire ou ovoïde) ou d'accordéon (typiquement lorsque la section est sensiblement rectangulaire ou carrée), ce qui facilite son déploiement. Ledit conduit peut également avoir d'autres structures, telles qu'une structure télescopique formée de plusieurs tronçons de conduit insérés les uns dans les autres de manière coulissante. Le conduit (103) peut être rétracté ou déployé à l'aide des moyens de déploiement (106, 107), tels qu'un moteur et des câbles.
  • Le conduit (103) est de préférence tel qu'il peut être déployé jusqu'à une faible distance D du fond (2C) de l'alvéole, ladite distance D étant de préférence inférieure à 50 cm environ. La distance D est typiquement de l'ordre de 20 cm.
  • Les dimensions du conduit sont de préférence telles que la distance moyenne E entre celui-ci et les parois de l'alvéole se situe entre 5 et 25 cm, et de préférence encore entre 10 et 20 cm. Une distance trop faible conduit à des pertes de charge importantes qui peuvent être rédhibitoire. Une distance trop grande conduit à une vitesse d'écoulement trop faible, et par conséquent une vitesse de refroidissement insuffisante. Une distance de 15 cm environ a été trouvée très satisfaisante.
  • Dans une variante de l'invention, lesdits premiers moyens (qui sont typiquement des moyens de ventilation) peuvent produire un flux descendant dans le ou chaque dit conduit et un écoulement vertical ascendant le long desdites parois (2A, 2B) de l'alvéole (2). Dans une autre variante de l'invention, lesdits premiers moyens peuvent produire un flux ascendant dans le ou chaque dit conduit et un écoulement vertical descendant le long desdites parois (2A, 2B) de l'alvéole (2).
  • Les moyens de ventilation (101) sont des moyens de soufflages, tels qu'un ventilateur, lorsqu'on cherche à créer un écoulement ascendant le long des parois (2A, 2B) et des moyens d'aspiration lorsqu'on cherche à créer un écoulement descendant le long des parois (2A, 2B).
  • De préférence lorsque ledit écoulement vertical est ascendant le long des parois (2A, 2B) de l'alvéole (2) (et donc descendant dans le ou les conduits), l'extrémité dite « ouverte » (104) du (ou de chaque) conduit (103) peut être munie d'un diffuseur (108) apte à favoriser une déflection vers le haut du flux de fluide sortant du conduit par ladite extrémité. Le diffuseur est avantageusement tel qu'il réduit les pertes de charge à l'extrémité dite ouverte (104) du (ou de chaque) conduit (103).
  • Le conduit est de préférence constitué d'un matériau flexible, à module élevé, apte à résister à des températures inférieures ou égales à environ 250°C et à la pression de soufflage, tel qu'une fibre polyamide aromatique (telle que le Kevlar®). Ledit matériau, peut être un composite, tel qu'un multicouche. Ledit matériau est de préférence encore étanche afin de réduire notamment les pertes de charge le long dudit conduit. Dans ce but, ledit matériau peut être, par exemple, un composite multicouche comprenant un tissu flexible (tel qu'un tissu de Kevlar®) et une couche étanche (telle qu'une couche aluminium). L'utilisation d'un multicouche comprenant une couche flexible et une couche en aluminium (en surface extérieure du conduit) permet également de réfléchir le rayonnement thermique provenant des parois de l'alvéole et d'éviter ainsi un réchauffement trop important de la couche flexible sous-jacente.
  • Le dispositif de l'invention (100) est de préférence amovible. Il comprend avantageusement des éléments de support (105) qui permettent de le manipuler et de le positionner au-dessus d'une alvéole.
  • Le dispositif selon l'invention est apte à mettre en oeuvre le procédé de refroidissement de l'invention.
  • Le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour le refroidissement d'une alvéole (2) de four à feu tournant, et notamment dans un procédé de refroidissement d'une alvéole (2) de four à feu tournant comprenant :
    • la mise en place du dispositif de refroidissement (100) de l'invention ;
    • le production d'un flux de fluide de refroidissement à l'intérieure de l'alvéole (2).
  • En particulier, le dispositif selon l'invention peut être utilisé dans un procédé de refroidissement d'une alvéole (2) de four à feu tournant comprenant :
    • la mise en place du dispositif de refroidissement (100) de l'invention ;
    • le déploiement du moyen de confinement (103), notamment à l'intérieure de l'alvéole (2) ;
    • le production d'un flux de fluide de refroidissement à l'intérieure de l'alvéole (2) à l'aide du ou des moyen(s) de ventilation (101).
  • Ces opérations sont normalement réalisées après l' enlèvement. des blocs carbonés cuits et du poussier contenus dans l'alvéole.
  • Le déploiement du conduit peut suivre une progression prédéterminée ou être piloté en fonction de paramètres mesurables tels que la température des parois de l'alvéole.
    • Essais
  • Des essais de refroidissement d'une alvéole d'un four à feu tournant ont été réalisés avec un dispositif de l'invention comparable à celui représenté aux figures 3 et 4. Dans ces essais, l'alvéole avait une profondeur de 4,76 m et une section intérieure de 23,7 m2. Le fluide de refroidissement était de l'air plus ou moins chargé en humidité. La vitesse du flux d'air était typiquement de 5, à 10 m/s. Le débit d'air était de 3 m3/s environ par ventilateur (et donc de 6 m3/s au total). La distance moyenne E entre les parois de l'alvéole et le conduit (103) était de 15 cm environ. Le flux était descendant dans les conduits et ascendant le long des parois de l'alvéole.
  • Le refroidissement de l'alvéole a été mesuré à l'aide de thermocouples fichés dans ses parois. La température initiale du fond de l'alvéole était de l'ordre de 130 à 200 °C environ, selon la position dans le sens du feu.
  • Sans dispositif de refroidissement, le temps nécessaire pour que la température du fond de l'alvéole chute jusqu'à 20 °C était typiquement de 40 heures. Avec le dispositif de l'invention, ce temps a pu être ramené à des valeurs de l'ordre de 10 heures.
  • Le dispositif de l'invention s'est avéré être peu bruyant.

Claims (26)

  1. Procédé de refroidissement d'une alvéole (2) de four à feu tournant, ladite alvéole (2) comprenant des parois (2A, 2B), caractérisé en ce qu'il comprend la production d'un flux F de fluide de refroidissement à l'intérieur de l'alvéole (2) et en ce qu'au moins une partie Fr dudit flux F s'écoule de manière sensiblement verticale le long de surfaces déterminées des parois (2A, 2B) de l'alvéole (2).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit flux F est forcé.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le flux forcé est produit par soufflage ou aspiration dudit fluide de refroidissement..
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement dudit fluide dans ladite partie Fr dudit flux F est comprise entre 2 et 20 m/s.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le débit de fluide dudit flux est compris entre 1 et 10 Nm3/s.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit écoulement vertical est ascendant.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit écoulement vertical est descendant.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit flux F comprend une partie Fo qui est sensiblement parallèle à la partie Fr et qui circule dans une direction opposée.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit fluide contient de l'air.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit fluide contient de l'eau.
  11. Dispositif de refroidissement (100) d'une alvéole (2) de four à feu tournant, ladite alvéole (2) comprenant des parois (2A, 2B) et un fond (2C), caractérisé en ce qu'il comprend :
    - au moins un premier moyen (101) apte à produire un flux de fluide de refroidissement à l'intérieur de l'alvéole (2) ;
    - au moins un deuxième moyen (103) apte à provoquer un écoulement sensiblement vertical d'au moins une partie Fr dudit flux F le long de surfaces déterminées des parois (2A, 2B) de l'alvéole (2).
  12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit premier moyen est un moyen de ventilation.
  13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen est un moyen de confinement apte à réduire la section d'écoulement S dudit flux F à proximité des parois de l'alvéole, de manière à provoquer un écoulement rapide dudit fluide dans une direction sensiblement parallèle aux dites parois.
  14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit moyen de confinement (103) est amovible.
  15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que ledit moyen de confinement (103) est rétractable.
  16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de déploiement (106, 107) pour déployer ou rétracter ledit moyen de confinement (103).
  17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que ledit moyen de confinement (103) est un conduit dont une première extrémité est reliée au, ou à chaque, dit moyen de ventilation (101) et dont une seconde extrémité (104) peut être placée à l'intérieure de l'alvéole (2).
  18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit conduit prend la forme d'un soufflet ou d'un accordéon.
  19. Dispositif selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que les dimensions dudit conduit sont telles que la distance moyenne E entre ledit conduit et lesdites parois (2A, 2B) de l'alvéole (2) est comprise entre 5 et 25 cm.
  20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens sont aptes à produire un flux descendant dans le ou chaque dit conduit et un écoulement vertical ascendant le long desdites parois (2A, 2B) de l'alvéole (2).
  21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que ladite seconde extrémité (104) est munie d'un diffuseur (108) apte à favoriser une déflection vers le haut du flux de fluide sortant du conduit par ladite extrémité.
  22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens sont aptes à produire un flux ascendant dans le ou chaque dit conduit et un écoulement vertical descendant le long desdites parois (2A, 2B) de l'alvéole (2).
  23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 22, caractérisé en ce que le ou chaque dit conduit (103) est tel qu'il peut être déployé jusqu'à une distance D du fond (2C) de l'alvéole inférieure à 50 cm environ.
  24. Utilisation du dispositif de refroidissement (100) selon l'une quelconque des revendications 11 à 23 pour le refroidissement d'une alvéole (2) de four à feu tournant.
  25. Utilisation du dispositif de refroidissement (100) selon l'une quelconque des revendications 11 à 23 pour mettre en oeuvre le procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
  26. Procédé de refroidissement d'une alvéole (2) de four à feu tournant comprenant :
    - la mise en place du dispositif de refroidissement (100) selon l'une quelconque des revendications 11 à 23 ;
    - la production d'un flux de fluide de refroidissement à l'intérieur de l'alvéole (2).
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