EP3976264A1 - Cyclone preheater vortex detector for the cement industry, based on sintered silicon carbide - Google Patents

Cyclone preheater vortex detector for the cement industry, based on sintered silicon carbide

Info

Publication number
EP3976264A1
EP3976264A1 EP20746688.9A EP20746688A EP3976264A1 EP 3976264 A1 EP3976264 A1 EP 3976264A1 EP 20746688 A EP20746688 A EP 20746688A EP 3976264 A1 EP3976264 A1 EP 3976264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
silicon carbide
bonded
vortex detector
cyclone separator
vortex
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20746688.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Shailesh KUMAR DOSHI
Subhasis Nandi
Frédéric ROULET
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.)
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Original Assignee
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS filed Critical Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Publication of EP3976264A1 publication Critical patent/EP3976264A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04CAPPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
    • B04C5/13Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow

Definitions

  • the present invention relates to a cyclonic separator for separating solids from gases, and more particularly a vortex detector or vortex sensor (also called “vortex finder” according to the English term) of a cyclonic separator exhibiting a performance improved and reduced maintenance.
  • a vortex detector or vortex sensor also called “vortex finder” according to the English term
  • a cyclone separator is a cylindrical or conical receptacle intended to remove solid particles from a gas flow or from a liquid flow without resorting to a filter in the industrial field such as cement factories. He uses the effect of rotation and gravity to separate these mixtures.
  • the air circulates in a helical fashion forming an external and internal vortex or vortex.
  • the outer vortex separates the larger solid particles present in the gas and the inner vortex separates the coarse particles from the fines.
  • the gas stream loaded with solid particles is introduced into the cyclone at an angle and swirls cyclonically forming an outer vortex or vortex in order to separate the larger particles from said gas stream by centrifugal force.
  • the centrifugal force created by the cyclonic action pushes larger or heavier particles against the wall of the cyclone separator. After hitting the wall, these particles fall into a hopper (or "Hopper” according to the Anglo-Saxon term) located below.
  • the gas stream arrives at the bottom of the cyclone separator, the gas stream turns around by spinning upwards, driving the finest or lightest particles through an exhaust or an outlet called a vortex detector or vortex sensor ( or “vortex finder” according to the usual Anglo-Saxon term) or also referred to as the dip tube or immersion pipe (respectively “dip tube / pipe” or “immersion tube / pipe” according to the Anglo-Saxon terms).
  • a vortex detector or vortex sensor or vortex finder” according to the usual Anglo-Saxon term
  • dip tube or immersion pipe also referred to as the dip tube or immersion pipe (respectively “dip tube / pipe” or “immersion tube / pipe” according to the Anglo-Saxon terms).
  • the vortex detector is a conventional component of cyclone separators. Cyclone Separator Vortex Detectors are tubular in shape and extract light particles from the bottom up.
  • the vortex detector is composed of rings or rows of interlocked plates ("interlocked plates" as the English term) made of metal and stacked to form an annular structure.
  • US patent 4,505,051 A discloses a kind of vortex detector which is not homogeneous. It is composed of a refractory metal at its upper part and of a ceramic material for its lower part. According to this patent the advantage is a considerably increased lifetime of the vortex detector compared to conventional systems. Such a vortex detector, however, has limitations because its upper half is still made of metal that does not fit. resist strong mechanical, chemical or thermal stresses. In addition, this patent does not describe which particular ceramic materials should be used.
  • the present invention provides a vortex or dip tube detector made primarily of ceramic.
  • the possibility of deformation, corrosion and erosion is reduced when a ceramic material is used.
  • the ceramic material is stronger and has a lower weight and can withstand high stresses without deformation or thermal loss.
  • the present invention discloses a vortex detector mainly made of ceramic which is not only refractory but which also withstands the most severe mechanical stresses. In order to strengthen the assembly, metal components can be used only for additional locking for parts subject to high mechanical impact and lower exposure to erosion and corrosion.
  • the present invention discloses a vortex detector or cyclonic separator dip tube based on sintered silicon carbide.
  • a vortex detector 112 of a cyclone separator 100 comprising a plurality of rings or rows 118 stacked on top of each other and secured with respect to each other.
  • Each ring 118 comprises a plurality of interlocking elements 116 (or interlocking members in English) which are aligned on the same level.
  • the interlocking elements 116 of one of the rings 118 are suspended under the action of the force of gravity and each interlocking element 116 is connected to another interlocking element 116 of another ring 118, in turn, ensuring the junction of the rings 118 between them so as to form a closed annular assembly.
  • At least one interlocking member 116 comprises a silicon carbide material sintered between 800 ° C and 2500 ° C, preferably between 1000 ° C and 2300 ° C, more preferably between 1200 ° C and 2000 ° C.
  • Sintered silicon carbide has a thermal expansion coefficient of between 4 x 10 6 ° K _1 and 5.1 x 10-6 ° K _1 measured between room temperature and 1000 ° C according to the ASTM C832 standard, a density between 2.40 g / cm 3 (or at least 2.45) g / cm 3 and 3.13 g / cm 3 , a thermal conductivity between 8 W / mK and 130 W / mK measured between room temperature and 1200 ° C according to standard ASTM E1461, an abrasion resistance in the range of 0.25 cm 3 to 6 cm 3 measured according to standard ASTM C704, a modulus of rupture (in bending) between 15 MPa and 600 MPa measured according to standard ASTM 033, a mechanical resistance to cold crushing
  • FIG. 1 illustrates a cyclone separator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 illustrates a vortex detector or vortex sensor according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 illustrates a sectional view of a vortex detector according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 illustrates an interlocking element of a vortex detector according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 5 illustrates a flowchart relating to a method of fabricating a sintered silicon carbide material of the interlocking member of the vortex detector according to one embodiment of the present invention
  • the present invention relates to a vortex detector based on sintered silicon carbide of a cyclonic separator of a clinker cement calcination plant suitable for use under high temperature conditions and having a low coefficient of expansion thermal and high resistance to corrosion and heat.
  • the possibility of thermal shock cracking is greatly reduced by the use of a sintered silicon carbide based vortex detector. This increases the life of the vortex detector and has a strong economic impact.
  • the vortex detector is also called an immersion tube ("immersion tube” according to the Anglo-Saxon term) or dip tube ("dip tube according to the Anglo-Saxon term) or even” thimble "according to the Anglo-Saxon term.
  • FIG. 1 illustrates a cyclone separator 100.
  • the cyclone separator 100 includes a housing 102, a cyclone reservoir 110, a gas inlet 104, a gas outlet 106, a particle outlet 108, and a vortex detector 112.
  • the charged gas stream The solid particles are fed into the housing 102 through the inlet 104.
  • the particles are separated in the cyclone reservoir 110.
  • the larger or heavier particles fall into the outlet port 108.
  • the lighter particles are drawn upward into the vortex detector 112.
  • the vortex detector 112 leads to the gas outlet 106.
  • the lighter particles are removed through the gas outlet 106.
  • the vortex detector 112 is located in the center of the gas outlet. housing 102 within the cyclone separator 100 and suspended using a support ring 114 in the upper part of the housing 102 of the cyclone separator 100 and is deployed in the housing 102.
  • FIG. 2 illustrates a vortex detector 112 based on sintered silicon carbide of a cyclone separator 100 in a perspective view.
  • FIG. 3 illustrates a sectional view of a vortex detector 112.
  • the vortex detector 112 is composed of a plurality of interconnected rings 118 assembled together. to each other by their upper part to form the vortex detector 112.
  • the row or ring 118 comprises a plurality of interlocking members 116 which are aligned on a same level.
  • the interlocking elements 116 have a similar shape and are made of sintered silicon carbide.
  • the first row or ring 118 interlocking members 116 of the top of the vortex detector 112 are suspended by a support ring 114 (not shown in the figure) from the housing 102 (not shown) of the cyclone separator 100 (not shown). At least one row 118 or the others are maintained by a belt or equivalent means.
  • the interlocking elements 116 of one of the lower rings 118 are suspended under the force of gravity by the interlocking elements of an upper ring 118. This successive positioning of adjoining rings makes it possible to form an assembly of closed rings.
  • An additional locking element may or may not be applied on a case-by-case basis depending on the severity of the vibrations or turbulence in the vortex detector. In each case, this is designed after evaluating how the self-locking of the interlocking elements 116 of a ring 118 will provide adequate locking force or not.
  • the components of the vortex detector 112 are made mainly of sintered silicon carbide.
  • the firing or sintering of the silicon carbide is carried out at a temperature between 800 ° C and 2500 ° C, preferably between 1000 ° C and 2300 ° C, more preferably between 1200 ° C and 2000 ° C.
  • the silicon carbide is sintered in an atmosphere of gases selected from oxygen, nitrogen, argon or a combination of these gases.
  • Sintered silicon carbide shows properties of high hardness, low density compared to metal and low porosity, good wear resistance, excellent corrosion resistance, low coefficient of thermal expansion and high thermal conductivity in comparison with other ceramics.
  • the sintered silicon carbide preferably has a thermal expansion coefficient of between 4 c 10 6 ° K _1 and 5.1 c 10 6 ° K _1 , measured between ambient temperature and 1000 ° C according to the standard ASTM C832 and / or a apparent density between at least 2.45 and 3.13 g / cm 3 and / or a thermal conductivity between 8 W / mK and 130 W / mK measured between room temperature and 1200 ° C according to the ASTM standard E1461 and / or an abrasion resistance in the range of 0.25 cm 3 to 6 cm 3 measured according to standard ASTM C704 and / or a modulus of rupture between 15 MPa and 600 MPa measured according to standard ASTM 033 and / or a mechanical resistance to cold crushing between 45 MPa and 4000 MPa measured according to standard ASTM 033 and a maximum temperature of use between 1300 ° C to 2200 ° C.
  • the sintered silicon carbide according to the invention is either linked by itself ("self-bonded” in English) or linked to other materials.
  • Many bonding systems are used to sinter silicon carbide eg alumina, mullite, oxide, clay, nitride, oxynitride, SiAlON, bonding by SiC itself or "auto -lié ”(“ self-bonded ”in English), recrystallization, are some systems but the invention is not limited to them.
  • the silicon carbide (SiC) grains are bonded by a SiC matrix or bonded together directly.
  • the self-bonded silicon carbides are dense silicon carbide and recrystallized silicon carbide.
  • Recrystallized silicon carbide is obtained by recrystallization via the evaporation and recondensation of a mixture of SiC raw material at a temperature above 2200 ° C in an inert atmosphere (usually argon) typically in induction furnaces. This process solidifies the microstructure of silicon carbide and results in a material called recrystallized silicon carbide.
  • the SiC grains are mixed with silicates such as clay, mullite and the mixture is fired in a gas oven under an oxidizing atmosphere at a temperature typically up to 1400 ° C.
  • Oxide-bonded silicon carbide is formed from a mixture of SiC particles and materials such as metal oxides, such as aluminum oxide and / or silicon oxide.
  • Nitrogen bonded silicon carbide is obtained by firing mixtures of high purity silicon carbide, silicon or mineral additives in a nitrogenous atmosphere at high temperature (typically 1350 ° C to 1450 ° C). Silicon carbide may be bound by a silicon nitride phase (SÎ3N4) which forms during firing.
  • the oxynitride bonded silicon carbide is formed from silicon carbide, silicon and mineral additives fired under a nitrogen atmosphere and optionally oxygen.
  • Si Al ON usually described in the quaternary diagram SÎ3N4-A1N-A1203-SI02 are formed by reaction between different precursors such as silicon nitride (SÎ3N4), aluminum oxide (A1203) and aluminum nitride ( AIN). These precursors are initially present or intermediate components obtained during the reaction for the formation of the matrix binding the grains of silicon carbide.
  • the advantage of using various varieties of sintered silicon carbide which exhibit a wide range of properties is that the appropriate material can be used for the various components of the vortex detector 112 depending on the design requirements of the device. each vortex.
  • the interlocking elements (interlocking members) 1 16 are made of sintered silicon carbide.
  • the majority of the interlocking elements comprise sintered silicon carbide.
  • the majority means more than 50% by number, preferably more than 70% or at least more than 80% of the interlocking elements comprise sintered silicon carbide.
  • the interlocking members 116 have a Z profile, but the invention is not limited to this particular profile. Any self-bonded or other material bonded silicon carbide can be used depending on the design requirements of the vortex detector.
  • FIG. 4 illustrates an example of an interlocking member profile 116.
  • the Z-shaped profile comprises a base 120 with two side flanges or flanges (“lateral flanges” in English) where a first flange 122 and a second flange 124 extend in a direction opposite to each other.
  • the first flange 122 includes at least 2 or more other upwardly projecting teeth.
  • the second flange 124 comprises at least 2 or even more other through openings (pass-through openings).
  • the teeth of the first flange 122 of the Z-shaped interlocking members 116 of a row or ring 118 engage with the openings of the second flange 124 of an interlocking member (interlocking members) 116 Z-shaped from another row or ring 118 (not shown).
  • the shapes shown are not limiting and can be adapted depending on the design of the vortex detector.
  • the base 120 may be essentially flat and / or comprise a cross-shaped rib parallel to or along the diagonals of at least one of the faces of the base 120.
  • FIG. 5 illustrates a flowchart relating to a method 500 of making a sintered silicon carbide material of the interlocking member 116 of the vortex detector 112 of a cyclone separator 100 in accordance with one embodiment of the present invention.
  • Step 501 includes making a mixture of raw materials.
  • Raw materials include silicon carbide alone or with other bonding materials depending on the required properties and particular functions.
  • the bonding materials can be selected by clay, mullite, silicon or metal oxides, the metal oxides including in particular alumina and / or silica.
  • the raw materials are weighed in a particular proportion and mixed using a mixer or a ball mill or a jar mixer.
  • Step 502 includes shaping the mixture to make a body preformed or shaped by different processes such as pressing, vibro-pressing or various casting techniques.
  • Step 503 includes drying the shaped body by air drying or in a low temperature oven.
  • Step 504 includes firing the dried shaped body between 800 ° C and 2500 ° C, preferably between 1000 ° C and 2300 ° C, more preferably between 1200 ° C and 2000 ° C, in a sintering furnace under inert atmosphere, oxygen or nitrogen.
  • the table below indicates the sintering temperatures of the different types of silicon carbide.
  • the different types of sintered silicon carbide have a high thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion; therefore, it is very resistant to thermal shock and survives rapid thermal cycles compared to other materials.
  • Abrasion resistance is generally associated with great hardness and great mechanical strength.
  • the extreme hardness makes the sintered silicon carbide resistant to wear and erosion under conditions of mechanical abrasion.
  • the terms “includes”, “includes”, “including”, “a”, “having” or any other variation of these terms, are intended to cover an inclusion not exclusive.
  • a method, item or device that includes a list of features is not necessarily limited to those features but may include other features that are not expressly listed or inherent in that method, item, or device.
  • “or” refers to an "or” inclusive and not to an “or” exclusive. For example, a condition A or B is satisfied by one of the following: A is true (or present) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or present), and A and B are both true (or present).

Abstract

Vortex detector (112) for a cyclonic separator (100), comprising a plurality of rings (118) stacked one on another and secured to one another; each ring (118) comprising a plurality of nesting elements (116) which are aligned on a given level; the nesting elements (116) of one of the rings (118) being suspended under the force of gravity and each nesting element (116) being connected to another nesting element (116) of another ring (118), and in turn joining the rings (118) to one another so as to form a closed annular assembly; at least one nesting element (116) comprising a sintered silicon carbide material.

Description

DETECTEUR DE VORTEX DE PRECHAUFFEUR A CYCLONE POUR L’INDUSTRIE CIMENTIERE A BASE DE CARBURE DE SILICIUM FRITTE CYCLONE PREHEATER VORTEX DETECTOR FOR THE CEMENT INDUSTRY BASED ON SRIED SILICON CARBIDE
Domaine technique Technical area
[0001] La présente invention concerne un séparateur cyclonique pour séparer des solides de gaz, et plus particulièrement un détecteur de vortex ou capteur de tourbillon (aussi appelé“vortex finder” selon le terme anglo-saxon) d’un séparateur cyclonique présentant une performance améliorée et une maintenance réduite. The present invention relates to a cyclonic separator for separating solids from gases, and more particularly a vortex detector or vortex sensor (also called “vortex finder” according to the English term) of a cyclonic separator exhibiting a performance improved and reduced maintenance.
Technique antérieure Prior art
[0002] La description de l’art antérieur inclut des informations qui sont utiles pour la compréhension de la présente invention. Il n’est pas considéré que toutes les informations fournies ici sont du domaine de l’art antérieur pertinent vis à vis de la présente invention telle que revendiquée ou que toute publication spécifiquement ou implicitement référencée fait obligatoirement partie de l’art antérieur opposable. [0002] The description of the prior art includes information which is useful for an understanding of the present invention. It is not considered that all of the information provided herein is within the domain of the relevant prior art to the present invention as claimed or that any publication specifically or implicitly referenced is necessarily part of the enforceable prior art.
[0003] Un séparateur cyclonique est un réceptacle cylindrique ou conique destiné à retirer les particules solides d’un flux gazeux ou d’un écoulement de liquide sans recours à un filtre dans le domaine industriel tel que les cimenteries. Il utilise l’effet de rotation et de la gravité pour séparer ces mélanges. L’air circule de manière hélicoïdale formant un vortex ou tourbillon externe et interne. Le tourbillon externe sépare les plus grosses particules solides présentes dans le gaz et le vortex interne sépare les particules grosses des fines. [0003] A cyclone separator is a cylindrical or conical receptacle intended to remove solid particles from a gas flow or from a liquid flow without resorting to a filter in the industrial field such as cement factories. He uses the effect of rotation and gravity to separate these mixtures. The air circulates in a helical fashion forming an external and internal vortex or vortex. The outer vortex separates the larger solid particles present in the gas and the inner vortex separates the coarse particles from the fines.
[0004] Le courant de gaz chargé de particules solides est introduit dans le cyclone selon un angle et tournoie de manière cyclonique formant un vortex ou tourbillon extérieur afin de séparer les plus grosses particules dudit courant gazeux par force centrifuge. La force centrifuge créée par l’action cyclonique pousse les particules les plus grosses ou les plus lourdes contre la paroi du séparateur cyclonique. Après avoir heurté la paroi, ces particules tombent dans une trémie (ou « hopper » selon le terme anglo-saxon) située en dessous. Puis, le courant de gazeux arrive au bas du séparateur cyclonique, le flux de gaz se retourne en tournoyant vers le haut, entraînant les particules les plus fines ou les plus légères par un échappement ou une sortie appelé détecteur de vortex ou capteur de tourbillon (ou“vortex finder” selon le terme usuel anglo-saxon) ou également dénommé tube plongeur ou tubulure d’immersion (respectivement“dip tube/pipe” ou“immersion tube/pipe” selon les termes anglo-saxons). The gas stream loaded with solid particles is introduced into the cyclone at an angle and swirls cyclonically forming an outer vortex or vortex in order to separate the larger particles from said gas stream by centrifugal force. The centrifugal force created by the cyclonic action pushes larger or heavier particles against the wall of the cyclone separator. After hitting the wall, these particles fall into a hopper (or "Hopper" according to the Anglo-Saxon term) located below. Then the gas stream arrives at the bottom of the cyclone separator, the gas stream turns around by spinning upwards, driving the finest or lightest particles through an exhaust or an outlet called a vortex detector or vortex sensor ( or “vortex finder” according to the usual Anglo-Saxon term) or also referred to as the dip tube or immersion pipe (respectively “dip tube / pipe” or “immersion tube / pipe” according to the Anglo-Saxon terms).
[0005] Le détecteur de vortex est un composant classique des séparateurs cycloniques. Les détecteurs de vortex de séparateurs cycloniques ont une forme tubulaire et extraient les particules légères depuis le bas vers le haut. Le detecteur de vortex est composé d’anneaux ou de rangs de plaques inter-verrouillées « interlocked plates » selon le terme anglo-saxon) faites de métal et superposées de manière à former une structure annulaire. [0005] The vortex detector is a conventional component of cyclone separators. Cyclone Separator Vortex Detectors are tubular in shape and extract light particles from the bottom up. The vortex detector is composed of rings or rows of interlocked plates ("interlocked plates" as the English term) made of metal and stacked to form an annular structure.
[0006] Actuellement, les détecteurs vortex qui sont réalisés en métal sont naturellement sujets à des contraintes sévères de type mécanique, chimique et thermique. Ces métaux sont fortement instables à haute température ce qui conduit à de graves déformations, une forte abrasion, une attaque chimique et une corrosion importantes. Les parties usées provoquent selon le temps une fuite thermique et une perte de charge dans le séparateur cyclonique. Afin de maintenir la chaleur et la pression dans le séparateur cyclonique, le détecteur de vortex doit être régulièrement remplacé. De plus, la structure métallique est beaucoup plus lourde qu’en céramique car le métal est intrinsèquement par nature lourd, et son poids doit être supporté par le dispositif de séparation cyclonique, conduisant à encore plus de contraintes pour celui-ci. Il existe par conséquent un besoin de remplacement du métal par d’autres matériaux appropriés capables de surmonter les insuffisances précitées. [0006] Currently, vortex detectors which are made of metal are naturally subject to severe constraints of the mechanical, chemical and thermal type. These metals are highly unstable at high temperature which leads to severe deformation, severe abrasion, chemical attack and severe corrosion. The worn parts cause a thermal leak over time and a pressure drop in the cyclone separator. In order to maintain the heat and pressure in the cyclone separator, the vortex detector should be replaced regularly. In addition, the metal structure is much heavier than ceramic because the metal is inherently heavy in nature, and its weight must be supported by the cyclonic separation device, leading to even more stress on it. There is therefore a need to replace the metal with other suitable materials capable of overcoming the above shortcomings.
[0007] Le brevet US 4,505,051 A dévoile une sorte de détecteur de vortex qui non homogène. Il est composé d’un métal réfractaire à sa partie supérieure et d’un matériau céramique pour sa partie inférieure. Selon ce brevet l’avantage est une durée de vie du détecteur de vortex considérablement augmentée par rapport aux systèmes conventionnels. Un tel détecteur de vortex présente cependant des limitations car sa moitié supérieure est encore composée de métal qui ne va pas résister à de fortes contraintes mécaniques, chimiques ou thermiques. De plus, ce brevet ne décrit pas quels matériaux céramiques particuliers devraient être employés. [0007] US patent 4,505,051 A discloses a kind of vortex detector which is not homogeneous. It is composed of a refractory metal at its upper part and of a ceramic material for its lower part. According to this patent the advantage is a considerably increased lifetime of the vortex detector compared to conventional systems. Such a vortex detector, however, has limitations because its upper half is still made of metal that does not fit. resist strong mechanical, chemical or thermal stresses. In addition, this patent does not describe which particular ceramic materials should be used.
[0008] Par conséquent, afin de minimiser rutilisation de métal dans un détecteur de vortex et réduire la maintenance et augmenter la performance de séparateurs cycloniques, d’autres matériaux sont à explorer. La présente invention fournit un détecteur de vortex ou tube plongeur fait principalement de céramique. La possibilité de déformation, de corrosion et d’érosion est réduite lorsqu’un matériau céramique est employé. De plus, le matériau céramique est plus résistant et présente un poids plus faible et peu supporter de fortes contraintes sans déformation ou perte thermique. La présente invention dévoile un détecteur de vortex principalement constitué de céramique qui n’est pas seulement réfractaire mais qui résiste également aux contraintes mécaniques les plus sévères. Afin de renforcer l’assemblage, des composants métalliques peuvent être utilisés seulement pour le verrouillage supplémentaire pour les parties soumises à un impact mécanique élevé et une exposition plus faible à l’érosion et la corrosion. [0008] Therefore, in order to minimize metal reuse in a vortex detector and reduce the maintenance and increase the performance of cyclone separators, other materials should be explored. The present invention provides a vortex or dip tube detector made primarily of ceramic. The possibility of deformation, corrosion and erosion is reduced when a ceramic material is used. In addition, the ceramic material is stronger and has a lower weight and can withstand high stresses without deformation or thermal loss. The present invention discloses a vortex detector mainly made of ceramic which is not only refractory but which also withstands the most severe mechanical stresses. In order to strengthen the assembly, metal components can be used only for additional locking for parts subject to high mechanical impact and lower exposure to erosion and corrosion.
Exposé de l’invention Disclosure of the invention
[0009] Selon un aspect, la présente invention dévoile un détecteur de vortex ou tube plongeur de séparateur cyclonique à base de carbure de silicium fritté. Un détecteur de vortex 112 d’un séparateur de cyclone 100 comprenant une pluralité d’anneaux ou rangs 118 empilés les uns sur les autres et sécurisés les uns par rapport aux autres. Chaque anneau 118 comprend une pluralité d’éléments à emboîtement 116 (ou interlocking members en anglais) qui sont alignés sur un même niveau. Les éléments à emboîtement 116 de l'un des anneaux 118 sont suspendus sous l’action de la force de gravité et chaque élément à emboîtement 116 est relié à un autre élément à emboîtement 116 d'un autre anneau 118, à son tour, assurant la jonction des anneaux 118 entre eux de manière à former un ensemble annulaire fermé. Au moins un élément à emboîtement 116 comprend un matériau en carbure de silicium fritté entre 800 °C et 2500°C, de préférence entre 1000°C et 2300°C, de manière plus préférée entre 1200°C et 2000°C. [0010] Le carbure de silicium fritté a un coefficient d’expansion thermique compris entre 4 x 10 6 °K_1 et 5.1 x 10-6 °K_1 mesuré entre la température ambiante et 1000°C selon la norme ASTM C832, une densité comprise entre 2,40 g/cm3 (ou d’au moins 2,45) g/cm3 et 3,13 g/cm3 , une conductivité thermique entre 8 W/m.K et 130 W/m.K mesuré entre la température ambiante et 1200°C selon la norme ASTM E1461, une résistance à l'abrasion dans la gamme de 0,25 cm3 à 6 cm3 mesurée selon la norme ASTM C704, un module de rupture (en flexion) compris entre 15MPa et 600 MPa mesuré selon la norme ASTM 033, une résistance mécanique à l’écrasement à froid entre 45 MPa et 4000 MPa mesurée selon la norme ASTM 033 et une température maximale d’utilisation entre 1300°C to 2200 °C. [0009] According to one aspect, the present invention discloses a vortex detector or cyclonic separator dip tube based on sintered silicon carbide. A vortex detector 112 of a cyclone separator 100 comprising a plurality of rings or rows 118 stacked on top of each other and secured with respect to each other. Each ring 118 comprises a plurality of interlocking elements 116 (or interlocking members in English) which are aligned on the same level. The interlocking elements 116 of one of the rings 118 are suspended under the action of the force of gravity and each interlocking element 116 is connected to another interlocking element 116 of another ring 118, in turn, ensuring the junction of the rings 118 between them so as to form a closed annular assembly. At least one interlocking member 116 comprises a silicon carbide material sintered between 800 ° C and 2500 ° C, preferably between 1000 ° C and 2300 ° C, more preferably between 1200 ° C and 2000 ° C. [0010] Sintered silicon carbide has a thermal expansion coefficient of between 4 x 10 6 ° K _1 and 5.1 x 10-6 ° K _1 measured between room temperature and 1000 ° C according to the ASTM C832 standard, a density between 2.40 g / cm 3 (or at least 2.45) g / cm 3 and 3.13 g / cm 3 , a thermal conductivity between 8 W / mK and 130 W / mK measured between room temperature and 1200 ° C according to standard ASTM E1461, an abrasion resistance in the range of 0.25 cm 3 to 6 cm 3 measured according to standard ASTM C704, a modulus of rupture (in bending) between 15 MPa and 600 MPa measured according to standard ASTM 033, a mechanical resistance to cold crushing between 45 MPa and 4000 MPa measured according to standard ASTM 033 and a maximum operating temperature between 1300 ° C to 2200 ° C.
[0011] D’autres caractéristiques et aspect de l’invention seront plus apparents dans la description détaillée suivant et les figures l’accompagnant. [0011] Other features and aspects of the invention will be more apparent from the following detailed description and accompanying figures.
Brève description des figures: Brief description of the figures:
[0012] Les modes de réalisation qui sont illustrés dans les figures suivantes le sont à titre d’exemple ne sont pas limitatifs [0012] The embodiments which are illustrated in the following figures are illustrated by way of example and are not limiting
[0013] La FIG. 1 illustre un séparateur cyclonique selon un mode de réalisation de la présente invention ; [0013] FIG. 1 illustrates a cyclone separator according to an embodiment of the present invention;
[0014] La FIG. 2 illustre un détecteur de vortex ou capteur de tourbillon selon un mode de réalisation de la présente invention; [0014] FIG. 2 illustrates a vortex detector or vortex sensor according to one embodiment of the present invention;
[0015] La FIG. 3 illustre une vue en coupe d’un détecteur de vortex selon un mode de réalisation de la présente invention; [0015] FIG. 3 illustrates a sectional view of a vortex detector according to one embodiment of the present invention;
[0016] La FIG. 4 illustre un élément à emboîtement d’un détecteur de vortex selon un mode de réalisation de la présente invention; [0016] FIG. 4 illustrates an interlocking element of a vortex detector according to one embodiment of the present invention;
[0017] La FIG. 5 illustre un organigramme relatif à une méthode de fabrication d'un matériau en carbure de silicium fritté de l'élément à emboîtement du détecteur de vortex selon un mode de réalisation de la présente invention; [0017] FIG. 5 illustrates a flowchart relating to a method of fabricating a sintered silicon carbide material of the interlocking member of the vortex detector according to one embodiment of the present invention;
[0018] L’homme de la technique sait apprécier les éléments dans les figures illustrées avec simplicité et clarté qui ne sont pas nécessairement réalisés à l’échelle. Par exemple, les dimensions d’un des éléments dans les figures peuvent être exagérées par rapport à d’autres éléments afin de permettre une meilleure compréhension des modes de réalisation selon l’invention. The person skilled in the art knows how to appreciate the elements in the figures illustrated with simplicity and clarity which are not necessarily made to scale. For example, the dimensions of one of the elements in the figures may be exaggerated with respect to other elements in order to allow a better understanding of the embodiments according to the invention.
Detailed Description Detailed Description
[0019] La présente invention concerne un détecteur de vortex à base de carbure de silicium fritté d’un séparateur cyclonique d’une installation de calcination de ciment clinker approprié à un usage dans des conditions de haute température et présentant un faible coefficient d’expansion thermique et une résistance élevée à la corrosion et à la chaleur. La possibilité de fissuration générée par le choc thermique est considérablement réduite par l’usage d’un détecteur de vortex à base de carbure de silicium fritté. Cela augmente la durée de vie du détecteur de vortex et a un fort impact économique. Le détecteur de vortex est appelé aussi tube d’immersion (« immersion tube » selon le terme anglo-saxon) ou tube plongeur (« dip tube selon le terme anglo-saxon) ou même « thimble » selon le terme anglo- saxon. The present invention relates to a vortex detector based on sintered silicon carbide of a cyclonic separator of a clinker cement calcination plant suitable for use under high temperature conditions and having a low coefficient of expansion thermal and high resistance to corrosion and heat. The possibility of thermal shock cracking is greatly reduced by the use of a sintered silicon carbide based vortex detector. This increases the life of the vortex detector and has a strong economic impact. The vortex detector is also called an immersion tube ("immersion tube" according to the Anglo-Saxon term) or dip tube ("dip tube according to the Anglo-Saxon term) or even" thimble "according to the Anglo-Saxon term.
[0020] La FIG. 1 illustre un séparateur cyclonique 100. Le séparateur cyclonique 100 comprend un logement 102, un réservoir cyclonique 110, une admission de gaz 104, une sortie de gaz 106, une sortie de particules 108 et un détecteur de vortex 112. Le courant gazeux chargé en particules solides est amené dans le logement 102 par l’admission 104. Les particules sont séparées dans le réservoir du cyclone 110. Les particules les plus grosses ou les plus lourdes tombent dans la tubulure de sortie 108. Les particules les plus fines ou les plus légères sont entraînées vers le haut dans le détecteur de vortex 112. Le détecteur de vortex 112 débouche vers la sortie de gaz 106. Les particules les plus légères sont retirées par la sortie de gaz 106. Le détecteur de vortex 112 est situé au centre du logement 102 au sein du séparateur cyclonique 100 et suspendu à l’aide d’un anneau de support 114 en partie supérieure du logement 102 du séparateur cyclonique 100 et se déploie dans le logement 102. [0020] FIG. 1 illustrates a cyclone separator 100. The cyclone separator 100 includes a housing 102, a cyclone reservoir 110, a gas inlet 104, a gas outlet 106, a particle outlet 108, and a vortex detector 112. The charged gas stream The solid particles are fed into the housing 102 through the inlet 104. The particles are separated in the cyclone reservoir 110. The larger or heavier particles fall into the outlet port 108. The finer or more particles. The lighter particles are drawn upward into the vortex detector 112. The vortex detector 112 leads to the gas outlet 106. The lighter particles are removed through the gas outlet 106. The vortex detector 112 is located in the center of the gas outlet. housing 102 within the cyclone separator 100 and suspended using a support ring 114 in the upper part of the housing 102 of the cyclone separator 100 and is deployed in the housing 102.
[0021] La FIG. 2 illustre un détecteur de vortex 112 à base de carbure de silicium fritté d’un séparateur cyclonique 100 selon une vue en perspective. La FIG. 3 illustre une vue en coupe d’un détecteur de vortex 112. Le détecteur de vortex 112 est composé d’une pluralité d’anneaux interconnectés 118 assemblés les uns aux autres par leur partie supérieure afin de former le détecteur de vortex 112. Le rang ou anneau 118 comprend une pluralité d'éléments à emboîtement (interlocking members) 116 qui sont alignés sur un même niveau. Les d'éléments à emboîtement 116 ont une forme similaire et sont fabriqués en carbure de silicium fritté. Les éléments à emboîtement 116 du premier rang ou anneau 118 du haut du détecteur de vortex 112 sont suspendus par un anneau de support 114 (non montré sur la figure) du logement 102 (non montré) du séparateur cyclonique 100 (non montré). Au moins un rang 118 ou les autres sont maintenus par une ceinture ou un moyen équivalent. Les éléments à emboîtement 116 d’un des anneaux 118 inférieur sont suspendus sous la force de gravité par les éléments à emboîtement d’un anneau supérieur 118. Ce positionnement successif d’anneaux adjoints permet de former un assemblage d’anneaux fermés. Un élément supplémentaire de verrouillage peut ou non être appliqué au cas par cas selon la sévérité des vibrations ou des turbulences dans le détecteur de vortex. Dans chaque cas, cela est conçu après évaluation de la manière dont l’auto-verrouillage des éléments à emboîtement 116 d’un anneau 118 va apporter la force de verrouillage adéquate ou non. [0021] FIG. 2 illustrates a vortex detector 112 based on sintered silicon carbide of a cyclone separator 100 in a perspective view. FIG. 3 illustrates a sectional view of a vortex detector 112. The vortex detector 112 is composed of a plurality of interconnected rings 118 assembled together. to each other by their upper part to form the vortex detector 112. The row or ring 118 comprises a plurality of interlocking members 116 which are aligned on a same level. The interlocking elements 116 have a similar shape and are made of sintered silicon carbide. The first row or ring 118 interlocking members 116 of the top of the vortex detector 112 are suspended by a support ring 114 (not shown in the figure) from the housing 102 (not shown) of the cyclone separator 100 (not shown). At least one row 118 or the others are maintained by a belt or equivalent means. The interlocking elements 116 of one of the lower rings 118 are suspended under the force of gravity by the interlocking elements of an upper ring 118. This successive positioning of adjoining rings makes it possible to form an assembly of closed rings. An additional locking element may or may not be applied on a case-by-case basis depending on the severity of the vibrations or turbulence in the vortex detector. In each case, this is designed after evaluating how the self-locking of the interlocking elements 116 of a ring 118 will provide adequate locking force or not.
[0022] Selon un mode de réalisation les composants du détecteur de vortex 112 sont réalisés principalement de carbure de silicium fritté. La cuisson ou frittage du carbure de silicium est réalisée à une température comprise entre 800 °C et 2500°C, de préférence entre 1000°C et 2300°C, de manière plus préférée entre 1200°C et 2000°C. Le carbure de silicium est fritté dans une atmosphère de gaz choisis parmi l’oxygène, l’azote, l’argon ou une combinaison de ces gaz. Le carbure de silicium fritté montre des propriétés de grande dureté, faible densité en comparaison du métal et une faible porosité, une bonne résistance à l’usure, une excellente résistance à la corrosion, un faible coefficient d’expansion thermique et une conductivité thermique élevée en comparaison d’autre céramiques. Le carbure de silicium fritté présente de préférence un coefficient d’expansion thermique compris entre 4 c 10 6 °K_1 et 5.1 c 10 6 °K_1, mesuré entre la température ambiante et 1000°C selon la norme ASTM C832 et/ou une densité apparente comprise entre au moins 2.45 et 3.13 g/cm3 et/ou une conductivité thermique entre 8 W/m.K et 130 W/m.K mesuré entre la température ambiante et 1200°C selon la norme ASTM E1461 et/ou une résistance à l’abrasion dans la gamme de 0,25 cm3 à 6 cm3 mesurée selon la norme ASTM C704 et/ou un un module de rupture compris entre 15MPa et 600 MPa mesuré selon la norme ASTM 033 et/ou une résistance mécanique à l’écrasement à froid entre 45 MPa et 4000 MPa mesurée selon la norme ASTM 033 et une température maximale d’utilisation entre 1300°C to 2200 °C. [0022] According to one embodiment, the components of the vortex detector 112 are made mainly of sintered silicon carbide. The firing or sintering of the silicon carbide is carried out at a temperature between 800 ° C and 2500 ° C, preferably between 1000 ° C and 2300 ° C, more preferably between 1200 ° C and 2000 ° C. The silicon carbide is sintered in an atmosphere of gases selected from oxygen, nitrogen, argon or a combination of these gases. Sintered silicon carbide shows properties of high hardness, low density compared to metal and low porosity, good wear resistance, excellent corrosion resistance, low coefficient of thermal expansion and high thermal conductivity in comparison with other ceramics. The sintered silicon carbide preferably has a thermal expansion coefficient of between 4 c 10 6 ° K _1 and 5.1 c 10 6 ° K _1 , measured between ambient temperature and 1000 ° C according to the standard ASTM C832 and / or a apparent density between at least 2.45 and 3.13 g / cm 3 and / or a thermal conductivity between 8 W / mK and 130 W / mK measured between room temperature and 1200 ° C according to the ASTM standard E1461 and / or an abrasion resistance in the range of 0.25 cm 3 to 6 cm 3 measured according to standard ASTM C704 and / or a modulus of rupture between 15 MPa and 600 MPa measured according to standard ASTM 033 and / or a mechanical resistance to cold crushing between 45 MPa and 4000 MPa measured according to standard ASTM 033 and a maximum temperature of use between 1300 ° C to 2200 ° C.
[0023] Selon un mode possible, le carbure de silicium fritté selon l’invention est soit lié par lui-même (« self-bonded » en anglais) soit lié à d’autres matériaux. Beaucoup de systèmes de liaison sont utilisés pour fritter du carbure de silicium, par exemple l’alumine, la mullite, un oxyde, l’argile, un nitrure, un oxynitrure, un SiAlON, la liaison par du SiC lui-même ou « auto-lié » (« self-bonded » en anglais), la recristallisation, sont quelques systèmes mais l’invention n’est pas limitée à ceux-ci. Dans le cas du carbure de silicium auto-lié, les grains de carbure de silicium (SiC) sont liés par une matrice de SiC ou liés entre eux directement. Parmi les carbure de silicium auto-liés figurent du carbure de silicium dense et le carbure de silicium recristallisé. Le carbure de silicium recristallisé est obtenu par recristallisation via l’évaporation et la recondensation d’un mélange de matière première de SiC à une température supérieure à 2200°C dans une atmosphère inerte (habituellement d’argon) typiquement dans des fours à induction. Ce procédé solidifie la microstructure du carbure de silicium et conduit à un matériau appelé carbure de silicium recristallisé. Dans le cas du carbure de silicium liée par une phase silicate oxyde, les grains de SiC sont mélangés avec des silicates tels que l’argile, la mullite et le mélange est cuit en four à gaz sous atmosphère oxydante à une température typiquement jusqu’à 1400°C. Le carbure de silicium liée par oxyde est formé à partir d’un mélange de particules de SiC et de matériaux tels que des oxydes métalliques, comme par exemple l’oxyde d’aluminium et/ou l’oxyde de silicium. Le mélange est ensuite cuit sous atmosphère oxydante qui oxyde en partie les particules carbure de silicium et une liaison se produit entre les particules de SiC et la silice générée par l’oxydation partielle des particules de SiC. Le carbure de silicium lié azote est obtenu par cuisson de mélanges de carbure de silicium de haute pureté, du silicium ou des additifs minéraux dans une atmosphère azotée à haute température (typiquement 1350°C à 1450°C). Le carbure de silicium peut être lié par une phase de nitrure de silicium (SÎ3N4) qui se forme pendant la cuisson. Le carbure de silicium lié oxynitrure est formé à partir de carbure de silicium, de silicium et d’additifs minéraux cuit sous atmosphère d’azote et éventuellement d’oxygène. Les Si Al ON habituellement décrits dans le diagramme quaternaire SÎ3N4-A1N-A1203-SÎ02 sont formés par réaction entre différents précurseurs tels que du nitrure de silicium (SÎ3N4), d’oxyde d’aluminium (A1203) et du nitrure d’aluminium (AIN). Ces précurseurs sont initialement présents ou des composants intermédiaires obtenus lors de la réaction de formation de la matrice liant les grains de carbure de silicium. [0023] According to one possible embodiment, the sintered silicon carbide according to the invention is either linked by itself ("self-bonded" in English) or linked to other materials. Many bonding systems are used to sinter silicon carbide eg alumina, mullite, oxide, clay, nitride, oxynitride, SiAlON, bonding by SiC itself or "auto -lié ”(“ self-bonded ”in English), recrystallization, are some systems but the invention is not limited to them. In the case of self-bonded silicon carbide, the silicon carbide (SiC) grains are bonded by a SiC matrix or bonded together directly. Among the self-bonded silicon carbides are dense silicon carbide and recrystallized silicon carbide. Recrystallized silicon carbide is obtained by recrystallization via the evaporation and recondensation of a mixture of SiC raw material at a temperature above 2200 ° C in an inert atmosphere (usually argon) typically in induction furnaces. This process solidifies the microstructure of silicon carbide and results in a material called recrystallized silicon carbide. In the case of silicon carbide bound by a silicate oxide phase, the SiC grains are mixed with silicates such as clay, mullite and the mixture is fired in a gas oven under an oxidizing atmosphere at a temperature typically up to 1400 ° C. Oxide-bonded silicon carbide is formed from a mixture of SiC particles and materials such as metal oxides, such as aluminum oxide and / or silicon oxide. The mixture is then fired under an oxidizing atmosphere which partially oxidizes the silicon carbide particles and a bond occurs between the SiC particles and the silica generated by the partial oxidation of the SiC particles. Nitrogen bonded silicon carbide is obtained by firing mixtures of high purity silicon carbide, silicon or mineral additives in a nitrogenous atmosphere at high temperature (typically 1350 ° C to 1450 ° C). Silicon carbide may be bound by a silicon nitride phase (SÎ3N4) which forms during firing. The oxynitride bonded silicon carbide is formed from silicon carbide, silicon and mineral additives fired under a nitrogen atmosphere and optionally oxygen. The Si Al ON usually described in the quaternary diagram SÎ3N4-A1N-A1203-SI02 are formed by reaction between different precursors such as silicon nitride (SÎ3N4), aluminum oxide (A1203) and aluminum nitride ( AIN). These precursors are initially present or intermediate components obtained during the reaction for the formation of the matrix binding the grains of silicon carbide.
[0024] L’avantage de l’utilisation de divers variétés de carbure de fsilicium frittés qui présentent une large gamme de propriétés est de permettre d’utliser le matériau approprié pour les différents composants du détecteur de vortex 112 en fonction des exigences de conception de chaque vortex. The advantage of using various varieties of sintered silicon carbide which exhibit a wide range of properties is that the appropriate material can be used for the various components of the vortex detector 112 depending on the design requirements of the device. each vortex.
[0025] Selon un mode possible, les éléments à emboîtement (interlocking members) 1 16 sont en carbure de silicium fritté. Selon un mode préféré, la majorité des éléments à emboîtement comprend du carbure de silicium fritté. La majorité signifie plus de 50% en nombre, de préférence plus de 70% or a minima plus de 80% des éléments à emboîtement comprend du carbure de silicium fritté. [0025] According to one possible embodiment, the interlocking elements (interlocking members) 1 16 are made of sintered silicon carbide. According to a preferred embodiment, the majority of the interlocking elements comprise sintered silicon carbide. The majority means more than 50% by number, preferably more than 70% or at least more than 80% of the interlocking elements comprise sintered silicon carbide.
[0026] Selon un mode possible les éléments à emboîtement (interlocking members) 116 ont un profil en Z mais l’invention n’est pas limitée à ce profil particulier. Tout carbure de silicium auto-lié ou lié par un autre matériau peut être utilisé en fonction des exigences de conception du détecteur de vortex. [0026] According to one possible embodiment, the interlocking members 116 have a Z profile, but the invention is not limited to this particular profile. Any self-bonded or other material bonded silicon carbide can be used depending on the design requirements of the vortex detector.
[0027] La FIG. 4 illustre un exemple de profil d’élément à emboîtement (interlocking members) 116. Le profil en forme de Z comprend une base 120 avec deux flasques ou brides latérales (“latéral flanges” en langage anglo-saxon) où une première bride 122 et une deuxième bride 124 s’étendent dans une direction opposée l’une à l’autre. La première bride 122 comprend au moins 2 ou plusieurs autres dents saillant vers le haut. La deuxième bride 124 comprend au moins 2 voire plusieurs autres ouvertures traversantes (pass-through openings). Les dents de la première bride 122 de l’élément à emboîtement (interlocking members) 116 en forme de Z d’un rang ou anneau 118 (non montré) s’engagent dans les ouvertures de la deuxième bride 124 d’un élément à emboîtement (interlocking members) 116 en forme de Z d’un autre rang ou anneau 118 (non montré). Les formes représentées ne sont pas limitatives et peuvent être adaptées en fonction de la conception du détecteur de vortex. En particulier, la base 120 peut être essentiellement plate et/ou comprendre une nervure en forme de croix parallèle ou le long des diagonales d’au moins une des faces de la base 120. [0027] FIG. 4 illustrates an example of an interlocking member profile 116. The Z-shaped profile comprises a base 120 with two side flanges or flanges (“lateral flanges” in English) where a first flange 122 and a second flange 124 extend in a direction opposite to each other. The first flange 122 includes at least 2 or more other upwardly projecting teeth. The second flange 124 comprises at least 2 or even more other through openings (pass-through openings). The teeth of the first flange 122 of the Z-shaped interlocking members 116 of a row or ring 118 (not shown) engage with the openings of the second flange 124 of an interlocking member (interlocking members) 116 Z-shaped from another row or ring 118 (not shown). The shapes shown are not limiting and can be adapted depending on the design of the vortex detector. In particular, the base 120 may be essentially flat and / or comprise a cross-shaped rib parallel to or along the diagonals of at least one of the faces of the base 120.
[0028] La FIG. 5 illustre un organigramme relatif à une méthode 500 de fabrication d'un matériau en carbure de silicium fritté de l'élément à emboîtement 116 du détecteur de vortex 112 d’un séparateur cyclonique 100 selon un mode de réalisation de la présente invention. L’étape 501 inclut la réalisation d’un mélange de matières premières. Les matières premières comprennent du carbure de silicium seul ou avec d’autres matériaux de liaison selon les propriétés requises et fonctions particulières. Les matériaux de liaison peuvent être sélectionnés par de l’argile, de la mullite, du silicium ou des oxydes métalliques, les oxydes métalliques comprenant en particulier de l’alumine et/ou de la silice. Les matières premières sont pesées selon une proportion particulière et mélangées à l’aide d’un malaxeur ou d’un broyeur à boulets ou un toume-jarre. L’étape 502 inclut la mise en forme du mélange afin de réaliser un corps préformé ou façonné selon différents procédés tels que le pressage, le vibro-pressage ou diverses techniques de coulage. L’étape 503 inclut le séchage du corps façonné par séchage à l’air ou dans une étuve à basse température. L’étape 504 inclut la cuisson du corps façonné séché entre 800 °C et 2500°C, de préférence entre 1000°C et 2300°C, de manière plus préférée entre 1200°C et 2000°C, dans un four de frittage sous atmosphère inerte, d’oxygène ou d’azote. [0028] FIG. 5 illustrates a flowchart relating to a method 500 of making a sintered silicon carbide material of the interlocking member 116 of the vortex detector 112 of a cyclone separator 100 in accordance with one embodiment of the present invention. Step 501 includes making a mixture of raw materials. Raw materials include silicon carbide alone or with other bonding materials depending on the required properties and particular functions. The bonding materials can be selected by clay, mullite, silicon or metal oxides, the metal oxides including in particular alumina and / or silica. The raw materials are weighed in a particular proportion and mixed using a mixer or a ball mill or a jar mixer. Step 502 includes shaping the mixture to make a body preformed or shaped by different processes such as pressing, vibro-pressing or various casting techniques. Step 503 includes drying the shaped body by air drying or in a low temperature oven. Step 504 includes firing the dried shaped body between 800 ° C and 2500 ° C, preferably between 1000 ° C and 2300 ° C, more preferably between 1200 ° C and 2000 ° C, in a sintering furnace under inert atmosphere, oxygen or nitrogen.
Exemples Examples
Exemple 1 Example 1
[0029] Le tableau ci-dessous indique les températures de frittage des différents types de carbure de silicium. The table below indicates the sintering temperatures of the different types of silicon carbide.
Tableau 1 : Température de frittage Table 1: Sintering temperature
Exemple 2 Example 2
[0030] Le tableau ci-dessous présente les propriétés physiques de différents types de carbure de silicium fritté. The table below shows the physical properties of different types of sintered silicon carbide.
Tableau 2 : Propriétés physiques Table 2: Physical properties
[0031] Les différents types de carbure de silicium fritté ont une conductivité thermique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique ; par conséquent, il est très résistant aux chocs thermiques et survit à des cycles thermiques rapides par rapport à d'autres matériaux. The different types of sintered silicon carbide have a high thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion; therefore, it is very resistant to thermal shock and survives rapid thermal cycles compared to other materials.
[0032] La résistance à l'abrasion est généralement associée à une grande dureté et à une grande résistance mécanique. L'extrême dureté rend le carbure de silicium fritté résistant à l'usure et à l'érosion dans des conditions d'abrasion mécanique. Abrasion resistance is generally associated with great hardness and great mechanical strength. The extreme hardness makes the sintered silicon carbide resistant to wear and erosion under conditions of mechanical abrasion.
[0033] II faut noter que toutes les activités décrites précédemment dans la description générale ou les exemples ne sont pas requises, qu'une partie d'une activité spécifique peut ne pas être requise et qu'une ou plusieurs autres activités peuvent être effectuées en plus de celles décrites. En outre, l'ordre dans lequel les activités sont énumérées n'est pas nécessairement l'ordre dans lequel elles sont exécutées. It should be noted that all the activities described above in the general description or the examples are not required, that part of a specific activity may not be required and that one or more other activities may be carried out in more than those described. Also, the order in which the activities are listed is not necessarily the order in which they are performed.
[0034] Les bénéfices, les autres avantages et les solutions aux problèmes ont été décrits ci-dessus en ce qui concerne des modes de réalisation spécifiques. Toutefois, les avantages, les bénéfices, les solutions aux problèmes et toute(s) caractéristique(s) qui pourrait(ent) entraîner un avantage, un bénéfice ou une solution ou les rendre plus prononcés, ne doivent pas être interprétés comme une caractéristique critique, requise ou essentielle d'une ou de toutes les revendications. [0034] The benefits, other advantages, and solutions to the problems have been described above with respect to specific embodiments. However, advantages, benefits, solutions to problems and any characteristic (s) that could result in or make a benefit, benefit or solution more pronounced, should not be interpreted as a critical characteristic. , required or essential to one or all of the claims.
[0035] La spécification et les illustrations des modes de réalisation décrits ici ont pour but de fournir une compréhension générale de la structure des différentes modes. La description et les illustrations ne sont pas destinées à servir de description exhaustive et complète de tous les éléments et caractéristiques des appareils et systèmes qui utilisent les structures ou méthodes décrites ici. Par souci de clarté, certaines caractéristiques décrites dans le présent document dans le contexte de modes de réalisation distincts peuvent également être fournies en combinaison dans une seule réalisation. Inversement, certaines caractéristiques qui sont, par souci de concision, décrites dans le contexte d'une seule réalisation, peuvent également être fournies séparément ou dans une sous-combinaison. En outre, la référence aux valeurs indiquées dans les intervalles comprend chaque valeur de cet intervalle. De nombreuses autres formes de réalisation ne peuvent être apparentes pour les artisans qualifiés qu'après avoir lu la présente description. D'autres formes de réalisation peuvent être utilisées et dérivées de la divulgation, de sorte qu'une substitution structurelle, une substitution logique ou un autre changement peut être effectué sans s'écarter de la portée de la divulgation. En conséquence, l'information doit être considérée comme illustrative plutôt que restrictive. [0035] The specification and illustrations of the embodiments described herein are intended to provide a general understanding of the structure of the various modes. The description and illustrations are not intended to serve as an exhaustive and complete description of all the elements and characteristics of devices and systems which use the structures or methods described herein. For the sake of clarity, certain features described herein in the context of separate embodiments may also be provided in combination in a single embodiment. Conversely, certain characteristics which are, for the sake of brevity, described in the context of a single embodiment, may also be provided separately or in a sub-combination. In addition, the reference to the values indicated in the intervals includes every value of that interval. Many other embodiments may not be apparent to skilled artisans until after reading this description. Other embodiments can be used and derived from the disclosure, so that structural substitution, logical substitution, or other change can be made without departing from the scope of the disclosure. Accordingly, the information should be considered illustrative rather than restrictive.
[0036] La description combinée aux figures est fournie pour aider à comprendre les enseignements divulgués ici, est fournie pour aider à décrire les enseignements, et ne doit pas être interprétée comme une limitation de la portée ou de l'applicabilité des enseignements. Cependant, d'autres enseignements peuvent certainement être utilisés dans cette application. [0036] The description combined with the figures is provided to help understand the teachings disclosed herein, is provided to help describe the teachings, and should not be construed as a limitation on the scope or applicability of the teachings. However, other teachings can certainly be used in this application.
[0037] Tels qu'ils sont utilisés dans le présent document, les termes "comprend", "inclut", "incluant", "a", "ayant" ou toute autre variante de ces termes, sont destinés à couvrir une inclusion non exclusive. Par exemple, une méthode, un article ou un appareil qui comprend une liste de caractéristiques n'est pas nécessairement limité à ces caractéristiques mais peut inclure d'autres caractéristiques qui ne sont pas expressément énumérées ou inhérentes à cette méthode, cet article ou cet appareil. En outre, sauf indication contraire expresse, "ou" fait référence à un "ou" inclusif et non à un "ou" exclusif. Par exemple, une condition A ou B est satisfaite par l'un des éléments suivants : A est vrai (ou présent) et B est faux (ou absent), A est faux (ou absent) et B est vrai (ou présent), et A et B sont tous deux vrais (ou présents). As used in this document, the terms "includes", "includes", "including", "a", "having" or any other variation of these terms, are intended to cover an inclusion not exclusive. For example, a method, item or device that includes a list of features is not necessarily limited to those features but may include other features that are not expressly listed or inherent in that method, item, or device. . Further, unless expressly stated otherwise, "or" refers to an "or" inclusive and not to an "or" exclusive. For example, a condition A or B is satisfied by one of the following: A is true (or present) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or present), and A and B are both true (or present).
[0038] De même, l'utilisation de "un" ou "une" est employée pour décrire les éléments et les composants décrits ici. Ceci est fait simplement par commodité et pour donner une idée générale de la portée de l'invention. Cette description doit être lue comme incluant un ou au moins un et le singulier inclut également le pluriel, ou vice versa, sauf s'il est clair qu'il en est autrement. Par exemple, lorsqu'un seul élément est décrit ici, plusieurs éléments peuvent être utilisés à la place d'un seul élément. De même, lorsque plus d'un élément est décrit ici, un seul élément peut être substitué à plusieurs éléments. [0038] Likewise, the use of "a" or "a" is employed to describe the elements and components described herein. This is done simply for convenience and to give a general idea of the scope of the invention. This description should be read as including one or at least one and the singular also includes the plural, or vice versa, unless it is clear that this is otherwise. For example, when a single item is described here, multiple items can be used instead of a single item. Likewise, when more than one element is described here, a single element may be substituted for multiple elements.
[0039] Sauf définition contraire, tous les termes techniques et scientifiques utilisés dans le présent document ont la même signification que celle qui leur est communément attribuée par les spécialistes de l'art auquel appartient cette invention. Les matériaux, les méthodes et les exemples ne sont donnés qu'à titre d'illustration et ne sont pas destinés à être limitatifs. Dans la mesure où certains détails concernant des matériaux spécifiques et des actes de transformation ne sont pas décrits, ces détails peuvent inclure des approches conventionnelles, qui peuvent être trouvées dans des livres de référence et d'autres sources dans les arts de la fabrication. [0039] Unless defined otherwise, all the technical and scientific terms used in this document have the same meaning as that which is commonly attributed to them by specialists in the art to which this invention belongs. The materials, methods and examples are given for illustration only and are not intended to be limiting. As some details regarding specific materials and acts of processing are not described, these details may include conventional approaches, which can be found in reference books and other sources in the manufacturing arts.
[0040] Bien que certains aspects de la présente divulgation aient été particulièrement montrés et décrits en référence aux réalisations ci-dessus, il sera compris par les spécialistes que diverses réalisations supplémentaires peuvent être envisagées par la modification des machines, systèmes et méthodes divulgués sans s'écarter de l'esprit et de la portée de ce qui est divulgué. De telles réalisations doivent être comprises comme entrant dans le champ d'application de la présente divulgation, tel qu'il est déterminé sur la base des revendications et de leurs équivalents. Although certain aspects of the present disclosure have been particularly shown and described with reference to the above embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various additional embodiments can be envisaged by modifying the machines, systems and methods disclosed without s 'depart from the spirit and scope of what is disclosed. Such embodiments are to be understood as falling within the scope of this disclosure, as determined on the basis of the claims and their equivalents.
Liste des indices List of clues
DETECTEUR VORTEX DE PRECHAUFFEUR A CYCLONE POUR CYCLONE PREHEATER VORTEX DETECTOR FOR
L’INDUSTRIE CIMENTIERE A BASE DE CARBURE DE SILICIUM FRITTE THE SRIED SILICON CARBIDE CEMENT INDUSTRY
100 séparateur cyclonique 100 cyclonic separator
102 logement 102 accommodation
104 admission de gaz 104 gas inlet
106 sortie de gaz 106 gas outlet
108 sortie de particules 108 particle exit
110 réservoir du cyclone 110 cyclone tank
112 détecteur vortex ou tube plongeur Vortex Finder 112 vortex detector or Vortex Finder dip tube
114 anneau de support 114 support ring
116 élément à emboîtement 116 interlocking element
118 anneau 118 ring
120 base 120 base
122 première bride ou flasque 122 first flange or flange
124 deuxième bride ou flasque 124 second flange or flange
500 Méthode 500 method
501 étape 501 step
502 étape 502 step
503 étape 503 step
504 étape 504 step

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur de vortex (vortex finder) 112 pour un séparateur cyclonique 100 comprenant : 1. Vortex finder 112 for a cyclone separator 100 comprising:
-une pluralité d'anneaux 118 empilés les uns sur les autres et fixés les uns aux autres ; a plurality of rings 118 stacked one on top of the other and fixed to one another;
- dans lequel chaque anneau 118 comprend une pluralité d'éléments à emboîtement (interlocking members) 116 qui sont alignés sur un même niveau ; - wherein each ring 118 comprises a plurality of interlocking members 116 which are aligned on the same level;
- dans lequel les éléments à emboîtement 116 de l'un des anneaux 118 sont suspendus sous la force de gravité et chaque élément à emboîtement 116 est relié à un autre élément à emboîtement 116 d'un autre anneau 118, à son tour, assurant la jonction des anneaux 118 entre eux de manière à former un ensemble annulaire fermé ; - wherein the interlocking elements 116 of one of the rings 118 are suspended under the force of gravity and each interlocking element 116 is connected to another interlocking element 116 of another ring 118, in turn, ensuring the junction of the rings 118 together so as to form a closed annular assembly;
-dans lequel au moins un élément à emboîtement 116 comprend un matériau en carbure de silicium fritté ; -wherein at least one interlocking element 116 comprises a sintered silicon carbide material;
- dans lequel le carbure de silicium fritté présente une densité comprise entre 2,40 et 3,13 g/cm3 au moins et un module de rupture compris entre 15MPa et 600 MPa mesuré selon la norme ASTM Cl 33. - in which the sintered silicon carbide has a density of between 2.40 and 3.13 g / cm 3 at least and a modulus of rupture of between 15 MPa and 600 MPa measured according to the ASTM Cl 33 standard.
2. Détecteur de vortex 112 pour un séparateur cyclone 100 selon la revendication 1, dans lequel le carbure de silicium fritté a une résistance à l'abrasion dans la gamme de 0,25 cm3 à 6 cm3 mesurée selon la norme ASTM C704. 2. Vortex detector 112 for a cyclone separator 100 according to claim 1, wherein the sintered silicon carbide has an abrasion resistance in the range of 0.25 cm 3 to 6 cm 3 measured according to ASTM C704.
3. Détecteur de vortex 112 pour un séparateur cyclonique 100 selon la revendication 1, dont les éléments d'emboîtement 116 sont en carbure de silicium fritté. 3. Vortex detector 112 for a cyclone separator 100 according to claim 1, in which the interlocking elements 116 are made of sintered silicon carbide.
4. Détecteur de vortex 112 pour un séparateur cyclonique 100 selon la revendication 1, dans lequel la majorité des éléments à emboîtement 116 comprennent du carbure de silicium fritté. 4. Vortex detector 112 for a cyclone separator 100 according to claim 1, wherein the majority of the interlocking elements 116 comprise sintered silicon carbide.
5. Détecteur de vortex 112 pour un séparateur cyclonique 100 selon la revendication 1, dans lequel le carbure de silicium est fritté dans l'atmosphère des gaz choisis dans le groupe constitué par l'oxygène, l'azote, l'argon ou une combinaison de ceux-ci. 5. Vortex detector 112 for a cyclone separator 100 according to claim 1, wherein the silicon carbide is sintered in the atmosphere of gases selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, argon or a combination. of these.
6. Détecteur de vortex 112 pour un séparateur cyclonique 100 selon la revendication 1, dans lequel le carbure de silicium fritté est soit auto-lié, soit lié avec un matériau choisi dans le groupe constitué par, mais sans s'y limiter, le silicate, l'azote ou l'oxygène. 6. Vortex detector 112 for a cyclonic separator 100 according to claim 1, wherein the sintered silicon carbide is either self-bonded or bonded with a material selected from the group consisting of, but not limited to, silicate. , nitrogen or oxygen.
7. Détecteur de vortex 112 pour un séparateur cyclone 100 selon la revendication 6, dans lequel le carbure de silicium auto-lié est choisi dans le groupe constitué par le carbure de silicium fritté dense ou le carbure de silicium recristallisé. 7. Vortex detector 112 for a cyclone separator 100 according to claim 6, wherein the self-bonded silicon carbide is selected from the group consisting of dense sintered silicon carbide or recrystallized silicon carbide.
8. Détecteur de vortex 112 pour un séparateur cyclonique 100 selon la revendication 6, dans lequel le carbure de silicium lié avec un silicate est choisi dans le groupe constitué par le carbure de silicium lié avec une argile, le carbure de silicium lié avec une mullite, le carbure de silicium lié avec une alumine ou le carbure de silicium infiltré de silicium (Si-SiC). A vortex detector 112 for a cyclone separator 100 according to claim 6, wherein the silicon carbide bonded with silicate is selected from the group consisting of silicon carbide bonded with clay, silicon carbide bonded with mullite. , silicon carbide bonded with alumina or silicon carbide infiltrated with silicon (Si-SiC).
9. Détecteur de vortex 112 pour un séparateur cyclone 100 selon la revendication 6, dans lequel le carbure de silicium lié avec l'azote est choisi dans le groupe constitué par le carbure de silicium lié avec un nitrure, le carbure de silicium lié avec un oxynitrure ou le carbure de silicium lié avec un si al on. 9. Vortex detector 112 for a cyclone separator 100 according to claim 6, wherein the nitrogen-bonded silicon carbide is selected from the group consisting of nitride-bonded silicon carbide, silicon carbide bonded with a nitride. oxynitride or silicon carbide bonded with a si al on.
10. Procédé de fabrication d'un matériau en carbure de silicium fritté de l'élément à emboîtement du détecteur de vortex 112 du séparateur à cyclone 100 selon la revendication 1, comprenant : 10. A method of manufacturing a sintered silicon carbide material of the interlocking member of the vortex detector 112 of the cyclone separator 100 according to claim 1, comprising:
la formation d'un mélange de matières premières ; forming a mixture of raw materials;
la fabrication du mélange en un corps façonné ; making the mixture into a shaped body;
le séchage du corps façonné fabriqué ; et drying the manufactured shaped body; and
le frittage du corps façonné séché entre 1000 °C et 2500°C. sintering the dried shaped body between 1000 ° C and 2500 ° C.
11. La méthode de fabrication selon la revendication 10, dans laquelle la matière première comprend du carbure de silicium et des additifs. 11. The manufacturing method according to claim 10, wherein the raw material comprises silicon carbide and additives.
12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel les additifs sont choisis dans le groupe constitué par l'argile, la mullite, le silicium, les oxydes métalliques ou une combinaison de ceux-ci. 12. The manufacturing method according to claim 11, wherein the additives are selected from the group consisting of clay, mullite, silicon, metal oxides or a combination thereof.
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