FR2725505A1 - Four rotatif comportant des releveurs et procede de reparation de tels fours - Google Patents

Abstract

Le four comporte une virole (1) cylindrique, un revêtement (3) réfractaire intérieur continu et des releveurs formés de blocs réfractaires (5) placés sur la surface (30) du revêtement et maintenus sur la virole par des moyens de liaison mécanique (6) passant à travers le revêtement, tels qu'une tige (62) munie de moyens (64) d'appui sur un épaulement (55) du bloc, et vissée sur un embout (61) soudé sur la virole. Pour la réparation de fours, on fore un trou (31) dans le revêtement existant, puis on fixe l'embout (61) sur la virole, on met en place un insert (32) et on fixe le bloc (5) au moyen de la tige (62), sans qu'il soit nécessaire de démolir le revêtement existant. Application aux fours rotatifs utilisés pour la calcination de ciments, chaux, minerais, etc.

Description

Four rotatif comportant des releveurs et procédé de
réparation de tels fours.

La présente invention concerne les fours rotatifs dans lesquels des matières circulantes introduites dans le four sont le siège d'échanges thermiques et de réactions chimiques diverses, sous l'effet de la combustion de composés combustibles divers volontairement apportés au four par des brûleurs adaptés, ou de composés combustibles apportés par la matière circulante. De tels fours sont notamment utilisés pour la calcination de produits tels que ciments, plâtres, chaux et minerais, ou de produits usagés devant être incinérés.

Ces fours comportent de manière générale une cuve de forme cylindrique et d'axe horizontal ou légèrement incliné. Les matériaux introduits dans la cuve vers l'une de ses extrémités circulent dans la direction axiale vers l'autre extrémité, en étant soumis au cours de leur trajet à un brassage provoqué par la rotation du four autour de son axe. Ce brassage permet d'homogénéiser le mélange de matériaux introduits, si ce mélange comporte différents types de matériaux, mais sert surtout à assurer un bon échange thermique entre la source de chaleur et ces matériaux.

La cuve du four est généralement constituée d'une virole métallique, comportant un revêtement interne en matériau réfractaire, couramment constitué de blocs préformés maçonnés contre la virole. Dans certains cas, ces blocs peuvent être maintenus sur la virole par divers moyens d'ancrage. De tels moyens d'ancrage sont par exemple constitués de brides métalliques, encastrées dans des rainures aménagées dans les faces latérales des blocs, et soudées sur la virole au fur et à mesure de la mise en place des blocs lors de la réalisation du revêtement réfractaire.

Afin d'améliorer les échanges thermiques au sein des matières circulantes en cours de calcination, il est connu d'utiliser des releveurs en matériaux réfractaires ou de conception mixte incluant des parties métalliques et réfractaires.

Ainsi, on connaît en particulier des releveurs formés de blocs plus épais que ceux constituant l'ensemble du revêtement, et qui dépassent de ce fait de la surface du revêtement vers l'intérieur du four. Ils sont donc intégrés dans le revêtement réfractaire lors de sa réalisation et sont généralement maintenus sur la virole du four rotatif par des moyens de fixation métalliques soudés sur la virole ou assemblés par boulonnage ou par toute autre technique destinée à assurer une liaison efficace, par exemple les brides mentionnées ci-dessus.

On a constaté que les releveurs présentent une usure plus rapide que les zones de réfractaires avoisinantes, due à l'abrasion par les matières traitées, et aux chocs thermiques qu'ils subissent cycliquement lors de la rotation du four, par les entrées en contact et séparations successives des dites matières avec les releveurs. Dans certains cas , on a ainsi constaté que la partie proéminente des releveurs était usée au bout d'un an de service, alors que le revêtement dans son ensemble peut résister, avec une usure qui reste acceptable, pendant dix ans.

Du fait de cette usure rapide des releveurs, leur efficacité pour assurer le brassage des matières décroît rapidement, les échanges thermiques sont moins bons, de même que l'homogénéité thermique des matières, et il s'ensuit soit une dégradation de la qualité des produits traités, soit, pour obtenir un résultat constant, une augmentation de l'énergie fournie, et donc un coût d'exploitation croissant.

Cependant, les utilisateurs de ces fours ne sont pas portés à remplacer les releveurs usés car leur remplacement nécessite une démolition au moins partielle du revêtement réfractaire à leur voisinage, pour pouvoir enlever la partie restante du releveur et mettre en place et fixer correctement un nouveau. Or, ce revêtement réfractaire, peu usé, ne nécessiterait pas d'être remplacé. Le coût d'une telle réfection est très important et implique un arrêt prolongé de l'installation. Aussi, couramment, les releveurs ne sont remplacés que à l'occasion d'une réfection totale ou au moins en grande partie du revêtement, ce qui conduit à utiliser pendant de longues périodes des fours dont les releveurs sont usés et inefficaces.

Par ailleurs, il existe encore de nombreux fours non équipés d'origine de releveurs, et, de même qu'indiqué ci-dessus, la mise en place de releveurs dans ces fours ne peut être effectuée qu'à l'occasion d'une réfection totale de leur revêtement réfractaire.

Un autre inconvénient des releveurs précités résulte de la nature du matériau qui les constitue. En effet, si les releveurs sont en un réfractaire relativement isolant thermiquement, il se produit alors dans leur masse des contraintes thermiques différentielles importantes entre la partie exposée à la chaleur intense de l'intérieur du four et la partie nettement plus froide située contre la virole, ce qui a pour effet d'accélérer leur détérioration.

Pour éviter cette usure rapide, il a déjà été évoqué d'utiliser des releveurs en un matériau réfractaire mécaniquement plus résistant. Ceci conduit fréquemment à utiliser des matériaux ayant alors une conductibilité thermique plus grande, et, par voie de conséquence, à un échauffement plus important de la virole sur laquelle ils sont fixés, un affaiblissement de celle-ci par surchauffe du métal qui la constitue, ainsi qu'une perte d'énergie à l'intérieur du four.

De plus, les contraintes thermiques différentielles résultant du contact entre ces releveurs à forte conductibilité thermique, et les blocs de revêtement avoisinants en matériaux plus isolants peuvent conduire à une dégradation de ce contact, avec des risques d'infiltration dans les joints et un mauvais maintien sur la virole des dits releveurs ou des blocs du revêtement.

La présente invention a pour but de remédier à ces divers problèmes, et vise particulièrement à faciliter l'installation ou le remplacement de releveurs dans des fours rotatifs, et ainsi à en réduire les coûts, à accroître le rendement de ces fours en améliorant les échanges thermiques, et à éviter d'affaiblir la virole tant du point de vue thermique que mécanique.

Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un four rotatif comportant une virole cylindrique, un revêtement réfractaire intérieur et des releveurs. Selon l'invention le four est caractérisé en ce que le dit revêtement réfractaire est sensiblement continu et les releveurs sont formés de blocs réfractaires placés sur la surface du dit revêtement et maintenus sur la dite virole par des moyens de liaison mécanique passant à travers le dit revêtement.

Grâce à l'invention, la réparation des releveurs usagés, ou la mise en place de releveurs sur des fours qui n'en étaient pas équipés à l'origine, est grandement facilitée. Le revêtement réfractaire du four n'a plus besoin d'être démoli et reconstruit, même partiellement.

Ce revêtement peut être réalisé intégralement en un matériau réfractaire isolant assurant la continuité des caractéristiques d'isolation thermiques sur toute la paroi du four, et les blocs formant les releveurs peuvent être réalisés en un matériau plus résistant. La fixation de ces blocs directement sur la virole, par des moyens de liaison traversant la couche de revêtement permet d'assurer un maintien efficace de ceux-ci, sans dégradation de ce maintien, même suite à l'usure du revêtement, du fait que, protégé par le dit bloc, le réfractaire sous-jacent, bien que plus tendre, n'est pas soumis à cette usure.

Préférentiellement, les dits moyens de liaison mécanique comprennent un embout fileté lié à la virole, une tige de serrage comportant à une extrémité un trou axial taraudé et des moyens d'appui, liés axialement à la dite tige, cette tige passant dans un alésage ménagé à cet effet dans le dit bloc et dans un dégagement réalisé dans le revêtement autour du dit embout et les dits moyens d'appui étant appliqués sur un épaulement réalisé dans le dit bloc entre une partie inférieure et une partie supérieure, de plus grand diamètre, du dit alésage, de manière à serrer le bloc contre la surface du revêtement par vissage de la tige sur le dit embout.

Le fait que l'assemblage vissé soit situé au niveau de la virole, donc dans une zone la plus froide possible, et la plus éloignée de l'agressivité des matières traitées, permet de réutiliser l'embout fileté, même après une longue période de service, seule la tige étant, si nécessaire, remplacée lors du remplacement des blocs.

Préférentiellement encore, cet embout est soudé sur la virole, ce qui, par rapport à une fixation qui utiliserait un boulonnage sur la virole, évite d'affaiblir celle-ci par des perçages, et évite d'avoir des parties saillantes à l'extérieur de celle-ci.

L'invention a aussi pour objet un procédé de réfection d'un four rotatif comportant une virole cylindrique et un revêtement réfractaire intérieur, pour y placer ou remplacer des releveurs, caractérisé en ce que on fore un dégagement dans le revêtement réfractaire jusqu'à la virole, on soude sur celle-ci un embout fileté, au milieu du dit dégagement, on place sur le dit embout une extrémité taraudée d'une tige de serrage en ménageant un jeu entre la dite extrémité et la virole, on positionne sur la surface du revêtement un bloc en matériau réfractaire comportant au moins un alésage dans lequel est ménagé un épaulement entre une partie inférieure et une partie supérieure de plus grand diamètre, de manière que la tige passe dans le dit alésage avec son extrémité opposée à l'extrémité taraudée située dans la partie supérieure de l'alésage, on place sur la tige une pièce de butée et on lie cette pièce de butée à la tige dans une position telle qu'elle soit en appui sur l'épaulement lorsque la tige est vissée sur l'embout avec le dit jeu par rapport à la virole, et on serre la tige jusqu'à bloquer le bloc contre le revêtement.

Comme on l'aura déjà compris, le procédé permet de placer des releveurs dans un four non équipé d'origine, ou de remplacer les releveurs usés d'un four comportant de tels releveurs, selon l'art antérieur, formés d'un seul bloc s'étendant jusqu'à la virole, sans qu'il soit nécessaire de démolir et reconstruire le revêtement seule une éventuelle préparation de la surface du revêtement peut être nécessaire pour assurer un bon contact sur celle-ci des blocs rapportés.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un four rotatif conforme à l'invention et d'un procédé de mise en place de releveurs sur un four dont les releveurs, réalisés selon l'art antérieur, sont usés.

On se reportera aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue générale schématique d'un tel four,
- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II - II de la figure 1,
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un releveur et de la paroi du four à proximité du releveur,
- la figure 4 est une vue en coupe transversale, selon la ligne IV - IV de la figure 3,
- la figure 5 est une vue similaire, d'une première variante de réalisation,
- la figure 6 est une vue similaire, d'une seconde variante de réalisation.

Le four rotatif, représenté aux figures 1 et 2, comprend, de manière classique, une virole cylindrique 1, par exemple en tôle d'acier, supportée par des galets 2 qui servent également de moyens d'entraînement en rotation du four, et un revêtement réfractaire intérieur 3, classiquement constituée de blocs en matériau réfractaire thermiquement isolant, maçonnés contre la virole.

Des releveurs 4 sont disposés à l'intérieur du four, s'étendant selon sa direction axiale et dépassant de la surface interne du revêtement réfractaire. Sur le dessin de la figure 1, ces releveurs sont représentés juxtaposés en alignement selon la dite direction axiale.

Cette disposition n'est toutefois pas limitative ; les releveurs peuvent également être placés par exemple en quinconce, et le nombre de releveurs ou rangées de releveurs répartis circonférentiellement peut être différent des six rangées représentées à la figure 2.

Sur le dessin des figures 3 et 4, on a représenté en détail un releveur et son mode de fixation, conforme à l'invention.

Le releveur est constitué d'un bloc 5 en matériau réfractaire mécaniquement résistant, par exemple en carbure de silicium, béton alumineux, ou similaire. Le bloc 5 a une forme générale prismatique, de section trapézoïdale, comme on le voit sur la figure 4.

A titre d'exemple non limitatif, sa longueur peut être d'environ 500 à 700 mm, pour une hauteur de 200 à 250 mm et une largeur de 150 à 200 mm. Le bloc 5 peut être armé, de manière connue en soi, pour renforcer sa résistance mécanique.

Le bloc 5 repose par sa surface inférieure 51, correspondant à la grande base du trapèze, sur la surface intérieure 30 du revêtement réfractaire 3. Il y est maintenu rigidement par des moyens de liaison mécanique 6, généralement deux par bloc, qui vont être décrits ciaprès.

Ces moyens de liaison 6 comportent un embout fileté 61 d'axe perpendiculaire à la virole 1, soudée sur celleci, et une tige de serrage 62, par exemple en acier réfractaire ou inoxydable, comportant à une première extrémité un trou borgne taraudé 63. La tige 62 porte des moyens d'appui, tels qu'une rondelle 64 en forme de coupelle conique, liée à la tige par une soudure 65.

La seconde extrémité de la tige, opposée au trou borgne 63, est pourvue d'un carré de manoeuvre 69, ou similaire, et d'une ailette 66 qui s'étend radialement.

La tige 62 passe dans un alésage 52 foré dans le bloc 5, dont une partie inférieure 53 a un diamètre légèrement supérieur à celui de la tige. La partie supérieure 54 de l'alésage a un diamètre nettement supérieur à celui de la partie inférieure, et définit un épaulement 55, de même conicité que la rondelle 64.

L'angle de conicité est préférentiellement voisin de 45 , afin de limiter les risques d'apparition de fissures dans l'angle entre le dit épaulement et la partie supérieure 54 de l'alésage. Dans le même but, cet angle peut être arrondi, ou même la surface de l'épaulement peut être globalement incurvée, la rondelle 64 étant alors conformée de manière correspondante.

Le bloc 5 est serré contre le revêtement 3 par vissage de la tige 62 sur l'embout 61, la rondelle 64 appuyant sur l'épaulement 55. L'extrémité de la tige 62 est située au niveau de la partie supérieure 54 de l'alésage, en retrait par rapport à la surface supérieure 56 du bloc 5, et elle est noyée dans un béton réfractaire 57 coulé en place ou bourré dans cette partie supérieure après serrage de la tige 62. Ainsi, après mise en place de ce béton réfractaire, l'ailette 66 qui y est noyée sert de frein pour éviter tout desserrage ultérieur de la tige 62. L'ailette 66 représentée sur les dessins est formée d'une plaquette en tôle pliée. Pour améliorer son effet de frein, elle peut être vrillée sur elle-même, en forme d'hélice. Cette configuration de l'ailette n'est cependant pas limitative et pourra être adaptée sans difficulté par l'homme du métier.

Pour permettre le passage de la tige 62 à travers le revêtement réfractaire 3, un dégagement sous forme d'un trou 31, préférentiellement cylindrique, est réalisé dans le dit revêtement. Ce trou a un diamètre relativement important, afin de faciliter la mise en place de l'embout 61, lorsque, comme cela sera décrit par la suite, le système de releveur est mis en place sur un four n'en comportant pas d'origine. Un insert tubulaire 32 en matériau réfractaire est logé dans ce trou pour combler au maximum l'espace entre la paroi de ce trou et la tige, et l'insert 32 est lié au matériau du revêtement par un ciment de liaison 33. Le matériau de cet insert est choisi de manière à être compatible avec celui du revêtement 3, c'est-à-dire à présenter des caractéristiques mécaniques et thermiques, notamment d'isolation thermique, les plus proches de celles du revêtement 3.

On notera que le diamètre du trou 31 est cependant inférieur à la largeur du bloc 5, de manière que, après sa mise en place, le dit bloc recouvre entièrement l'insert 32, pour éviter le contact direct de cet insert et du ciment de liaison avec l'atmosphère du four et les matériaux traités.

Sur le dessin de la figure 5, on a représenté une variante de réalisation des moyens d'appui, constitués ici par une pièce conique ou noix de serrage 67, en céramique ou acier réfractaire.

Sur le dessin de la figure 6, on a représenté une autre variante de réalisation, dans laquelle le bloc 5 comporte sur sa face inférieure 51, un bossage 58 coaxial à l'alésage 52, et qui pénètre sans serrage dans le trou 31 foré dans le revêtement 3, pour assurer un positionnement complémentaire du bloc 5 sur le dit revêtement.

Bien que le système de releveur qui vient d'être décrit soit évidemment utilisable sur des fours neufs et facilite grandement le remplacement des releveurs lorsqu'ils sont usés, ce système est particulièrement pratique et avantageux dans le cas où l'on souhaite mettre en place des releveurs dans un four existant qui n'en était pas équipé, ou remplacer des releveurs usés dans un four équipé à l'origine de releveurs intégrés dans le revêtement réfractaire, selon l'art antérieur.

On va donc maintenant décrire le procédé de mise en place des releveurs conforme à l'invention dans un tel four.

Dans un premier temps, après une appropriation éventuelle de la surface 30 du revêtement réfractaire 3 pour assurer un appui correct du bloc 5, on fore dans le revêtement les trous 31 jusqu'à la virole 1, à un diamètre, par exemple de 100 mm, qui doit cependant être inférieur à la largeur du bloc 5.

Puis on positionne l'embout 61 au centre du trou ainsi réalisé et on le soude sur la virole, l'opération de soudage étant facilitée par le grand diamètre du trou.

On visse ensuite la tige 62 dépourvue de la rondelle 64 ou de la noix 67 et de l'ailette 66, sur l'embout 61, en ménageant un jeu de quelques millimètres avant de venir en butée, puis on place dans le trou 31 l'insert réfractaire 32, dont la hauteur aura été préalablement adaptée à l'épaisseur du revêtement 3, et on assure sa liaison avec le revêtement 3 au moyen du ciment 33. On notera qu'il peut être nécessaire d'adapter la hauteur de l'insert lors de sa mise en place, du fait que l'épaisseur du revêtement n'est pas en général parfaitement constante en tout point du four, notamment à cause d'une usure irrégulière.

Le bloc 5 est ensuite mis en place en le positionnant sur les tiges 62, jusqu'à être plaqué contre le revêtement, puis on glisse sur chaque tige les rondelles 64, jusqu'au contact avec les épaulements 55, puis on fixe les rondelles sur la tige, par exemple par soudure, de même que les ailettes 66. On serre ensuite énergiquement les tiges 62 au moyen du carré de manoeuvre 69, puis on bouche la partie supérieure de l'alésage par un béton réfractaire, ou une masse à damer, en y noyant l'extrémité de la tige 62 et l'ailette de freinage 66.

Selon une variante, dans la mesure où le diamètre de la partie inférieure 53 de l'alésage est supérieur au plus grand diamètre de la tige 62, le soudage des rondelles et ailettes peut être effectué hors du four, après avoir repéré la position de la rondelle sur la tige, et retiré celle-ci en la dévissant.

On notera que, dans certains cas, il serait possible de préparer à l'avance les tiges 62 avec leurs rondelles ; mais, compte-tenu des grandes variations possibles d'épaisseur du revêtement réfractaire, il serait alors nécessaire de prévoir une longueur relativement importante des embouts filetés pour assurer une fixation correcte malgré ces grands écarts de dimensions. Or, c'est un intérêt particulier de l'invention de positionner la zone d'assemblage vissé (c'est-à-dire la zone où la tige est en prise avec l'embout) le plus loin possible de l'intérieur du four, donc le plus près possible de la virole, pour éviter une détérioration du filetage, et permettre ainsi la réutilisation des embouts lors des remplacements ultérieurs des blocs 5.

On notera par ailleurs que la liaison de la tige sur la virole pourrait également être réalisée en filetant l'extrémité de la tige et en remplaçant l'embout par une pièce taraudée. Toutefois dans ce cas, lors des démontages ultérieurs, des particules diverses pourraient se loger dans la dite pièce taraudée et empêcher un serrage correct de la tige.

Lors d'un remplacement ultérieur des blocs de releveurs, il suffit de dégager les extrémités des tiges 62, de les desserrer pour enlever le bloc usé, et de replacer un bloc neuf, selon la procédure décrite précédemment, en changeant éventuellement les tiges 62, mais sans avoir besoin d'intervenir à nouveau sur le revêtement. Il en résulte que les releveurs usés peuvent être remplacés de manière rapide et économique, et assurer un fonctionnement optimal du four pendant toute la durée du revêtement.

Un autre avantage essentiel de l'invention est que le caractère thermiquement isolant du revêtement peut être conservé pratiquement sur toute la surface du four, puisque ce revêtement est pratiquement continu sur toute cette surface, à la seule exception des zones de passage des tiges 62, et que la conduction des tiges 62 est relativement négligeable, et les blocs 5 peuvent en revanche être, sans inconvénient réalisés en un matériau plus conducteur, ce qui autorise l'utilisation de matériaux plus durs, plus résistants à l'usure et aux chocs thermiques.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Four rotatif comportant une virole (1) cylindrique, un revêtement (3) réfractaire intérieur et des releveurs (4), caractérisé en ce que le dit revêtement réfractaire est sensiblement continu et les releveurs sont formés de blocs réfractaires (5) placés sur la surface (30) du dit revêtement et maintenus sur la dite virole par des moyens de liaison mécanique (6) passant à travers le dit revêtement.

2. Four rotatif selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les dits moyens de liaison mécanique comprennent un embout fileté (61) lié à la virole, une tige de serrage (62) comportant à une extrémité un trou axial taraudé (63) et des moyens d'appui (64, 67) , liés axialement à la dite tige, cette tige passant dans un alésage (52) ménagé à cet effet dans le dit bloc (5) et dans un dégagement (31) réalisé dans le revêtement autour du dit embout et les dits moyens d'appui étant appliqués sur un épaulement (55) réalisé dans le dit bloc entre une partie inférieure (53) et une partie supérieure (54), de plus grand diamètre, du dit alésage, de manière à serrer le bloc contre la surface du revêtement par vissage de la tige sur le dit embout.

3. Four rotatif selon la Revendication 2, caractérisé en ce que le dit épaulement (55) est conique.

4. Four rotatif selon la Revendication 2, caractérisé en ce que la tige comporte vers son extrémité opposée au trou taraudé une ailette (66) s'étendant radialement, la dite ailette étant noyée dans un matériau réfractaire (57) placé dans la partie supérieure de l'alésage du dit bloc.

5. Four rotatif selon la Revendication 2, caractérisé en ce que l'embout fileté (61) est soudé sur la virole (1).

6. Four rotatif selon la Revendication 2, caractérisé en ce que un insert tubulaire (32) en matériau réfractaire est placé dans le dit dégagement (31), autour de la dite tige (62).

7. Four rotatif selon l'une quelconque des

Revendication 1 à 6, caractérisé en ce que le dit bloc (5) est réalisé en un matériau réfractaire plus dur et moins isolant que le matériau du revêtement (3).

8. Procédé de réfection d'un four rotatif comportant une virole cylindrique (1) et un revêtement réfractaire intérieur (3), pour y placer ou remplacer des releveurs (4) , caractérisé en ce que on fore un dégagement (31) dans le revêtement réfractaire jusqu'à la virole, on soude sur celle-ci un embout fileté (61), au milieu du dit dégagement, on place sur le dit embout une extrémité taraudée d'une tige de serrage (62) en ménageant un jeu entre la dite extrémité et la virole, on positionne sur la surface (30) du revêtement un bloc (5) en matériau réfractaire comportant au moins un alésage (52) dans lequel est ménagé un épaulement (55) entre une partie inférieure (53) et une partie supérieure (54) de plus grand diamètre, de manière que la tige passe dans le dit alésage avec son extrémité opposée à l'extrémité taraudée située dans la partie supérieure de l'alésage, on place sur la tige une pièce de butée (64) et on lie cette pièce de butée à la tige dans une position telle qu'elle soit en appui sur l'épaulement lorsque la tige est vissée sur l'embout avec le dit jeu par rapport à la virole, et on serre la tige jusqu'à bloquer le bloc contre le revêtement.

9. Procédé selon la Revendication 8, caractérisé en ce que avant de placer le bloc (5) contre la surface (30) du revêtement, on place autour de la tige (62) et dans le dit dégagement (31) un insert tubulaire (32) en matériau réfractaire.

10. Procédé selon la Revendication 8, caractérisé en ce que, après le serrage de la tige on obture la partie supérieure de l'alésage avec un matériau réfractaire (57).