"Four rotatif"
La présente" invention est relative à un four rotatif comprenant un tambour incliné ou horizontal dont au moins la face intérieure est réalisée en un matériau réfractaire et qui est mis en rotation autour de son axe longitudinal.
Il s'agit d'un four pouvant aussi bien convenir pour un type de chauffage direct tel qu'obtenu, par exemple, lorsque des gaz de combustion sont alimentés àl ' intérieur du tambour, que pour un type de chauffage indirect, c'est-à-dire lorsque l'apport calorifique est assuré via une chambre de chauffe entourant le tambour, soit par des résistances électriques, soit par des gaz chauds produits par une combustion.
Il s'agit plus particulièrement d'un four qui convient avantageusement pour des traitements chimiques effectués en continu, â haute température et sous atmosphère strictement contrôlée, par exemple fortement réductrice.
Dans le cas d'un chauffage direct, c'est-à- dire lorsqu'il s'agit de fours pour lesquels les calories nécessaires au processus sont soit générées in situ, soit fournies par des gaz chauds circulant à l'intérieur du tambour, ceux-ci sont généralement constitués par un tambour construit selon la technique de briquetage d'une virole métallique.
Toutefois, il faut noter que ce chauffage direct est rarement adapté à un processus chimique devant s'effectuer sous atmosphère strictement contrôlée
et en particulier sous atmosphère fortement réductrice, car les moyens mis en oeuvre pour fournir les calories nécessaires interféreraient le plus souvent avec les réactions chimiques qui y sont menées. Pour ce type de processus chimique, il est donc impératif, dans la plupart des cas, que les calories soient fournies par un moyen extérieur à ces réactions chimiques, ce qui impose un four à chauffage de type indirect. Généralement, ceci est réalisable avec un four dont le tambour est mis en rotation dans un moufle chauffé électriquement ou par des gaz de combustion.
Cependant, les matériaux céramiques étant le plus souvent mauvais conducteurs de la chaleur et présentant des dilatations différentielles importantes par rapport à la virole métallique, la technique de briquetage devient hasardeuse car la température très élevée à laquelle sera soumise la virole métallique provoquera des affaissements ou des pertes d'étanchéité de la maçonnerie formés par la technique de briquetage, ce qui induira plus ou moins rapidement la corrosion chimique de la virole métallique.
La présente invention a essentiellement pour but de remédier à cet inconvénient très important en présentant une conception originale d'un four rotatif de grande taille réalisé en un matériau céramique qui permet, avec une très bonne efficacité, aussi bien un chauffage direct qu'indirect à haute température et d'éviter les problèmes d'étanchéité et de transfert. calorifique à travers la paroi du tambour du four qui pourraient se poser.
A cet effet, suivant l'invention, le tambour précité comprend un élément tubulaire en un matériau réfractaire qui est constitué d'une succession d'anneaux co-axiaux s'appuyant les uns contre les autres, cet élément étant mis, à partir des deux extrémités, sous
une pression axiale d'une manière telle que l'on obtient un ensemble auto-portant précontraint.
Avantageusement, l'élément tubulaire précité est mis sous pression par des tirants uniformément répartis autour de la surface cylindrique extérieure de celui-ci.
Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, les tirants précités agissent axialement, par l'intermédiaire de ressorts mis en compression, sur des organes de support annulaires montés sur la face extérieure de l'élément tubulaire, ces organes s 'appuyant sur les extrémités de cet élément tubulaire suivant sa direction longitudinale.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description, donnée ci- après, à titre d'exemple non-limitatif, d'une forme de réalisation particulière de l'invention, avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue schématique d'une coupe longitudinale de cette forme de réalisation du four rotatif suivant l'invention.
La figure 2 est une coupe suivant la ligne II- II de la figure 1 dans laquelle certaines parties ont, pour la clarté, été omises. La figure 3 est une section suivant la ligne
III-III de la figure 1.
La figure 4 est une vue partielle, également en coupe et à plus grande échelle, d'un détail de la figure 1. La figure 5 montre, à plus grande échelle, un autre détail de la figure 1.
Dans les différentes figures, les mêmes chiffres de référence concernent des éléments identiques. La forme de réalisation particulière du four rotatif, suivant l'invention, montrée aux figures,
comprend un tambour rotatif 1 qui est constitué d'un élément tubulaire en un matériau réfractaire formé d'une succession d'anneaux co-axiaux 2 s'appuyant les uns contre les autres. Cet élément est mis, à partir de ces deux extrémités, sous une pression axiale au moyen de tirants 3 en acier hautement réfractaire répartis uniformément autour de sa face cylindrique extérieure. Les tirants 3 agissent axialement, par l'intermédiaire de ressorts hélicoïdaux 4 mis sous compression, sur des organes de support annulaire 5 montés sur la face extérieure de l'élément tubulaire 1.
Ces organes 5 s'appuient sur toute la périphérie des bords d'extrémité 6 de l'élément 1 suivant la direction longitudinale de ces derniers. La pression exercée sur ces bords 6 est telle que l'élément tubulaire 1 formé par les anneaux séparés 2 est rendu autoportant en évitant la naissance de forces de traction entre les anneaux sous l'effet de leur propre poids et de celui de la matière à traiter contenue dans le four.
Ceci assure l'étanchéité des joints entre anneaux et permet d'utiliser des matériaux réfractaires qui ne peuvent subir que des forces de traction très réduites. Dans cette réalisation, ces anneaux sont avantageusement constitués de carbure de silicium qui présente une conductivité thermique favorable et une bonne tenue aux hautes températures.
Les faces d'appui 7 des anneaux 2 sont, dans. la forme de réalisation montrée aux figures, légèrement biseautées pour assurer leur centrage lors de l'assemblage de l'élément tubulaire 1.
De plus, pour assurer l'étanchéité entre deux anneaux successifs, ces derniers sont réunis entre eux par l'intermédiaire d'un film formé à partir d'un mortier de carbure de silicium.
Les tirants précités 3 traversent des couronnes porteuses 8 calées sur la face extérieure de l'élément tubulaire 1 par l'intermédiaire de bourrages en fibres céramiques 9 comprimées par deux presse- bourrages 10.
Les couronnes 8 présentent une bande de roulement 11 et reposent sur des galets 12 à rotation libre, et coopèrent avec un mécanisme d'entraînement permettant de soumettre l'élément tubulaire 1 à une rotation autour de son axe 13.
Ce mécanisme d'entraînement comprend, dans la forme de réalisation représentée aux figures, à chaque couronne 8 un anneau denté 14 coaxial fixé contre un rebord 15 de ces couronnes 8 et s'étendant tout autour de l'élément tubulaire 1. L'entraînement des deux anneaux 14 est assuré par deux chaînes sans fin 16 se déplaçant autour de ces derniers et deux pignons 17 fixés aux extrémités de deux arbres 18 se joignant dans un renvoi d'angle différentiel 19 (ce qui assure une tension identique aux 2 chaînes) . L'énergie de rotation pour ces arbres 18 est fournie par un dispositif d'entraînement classique 20, formé soit par un moteur électrique avec coupleur hydraulique soit par un moteur hydraulique ou pneumatique coopérant avec le renvoi d'angle 19.
Les extrémités libres de l'élément tubulaire 1 sont raccordées à des caissons 21 et 22 par l'intermédiaire d'un système d'étanchéité tournant prévu entre des flasques 23 et 24 solidaires respectivement des caissons 21 et 22.
Ce système d'étanchéité comprend des joints annulaires 25 qui sont comprimés entre les flasques 23 et 24 par des ressorts de réaction 26 enfilés sur des tiges 26' fixées sur les flasques 23 dépassant par rapport aux flasques 24. Ces ressorts 26 prennent appui
sur un anneau 27, lui-même s 'appuyant sur les flasques 24 par l'intermédiaire de billes 28.
Le caisson avant 21 est fixe et est traversé par une vis d'alimentation 29 qui est montée sur un palier en matière céramique à l'intérieur de l'élément tubulaire 1 et εur un palier extérieur 31 à billes. Comme illustré par la figure 1, cette vis 29 s'étend sur une certaine distance à l'intérieur de l'élément tubulaire 1. Un racleur 32 en matière céramique ou en acier réfractaire, qui s'appuie également sur un palier 33 à l'intérieur de l'élément tubulaire 1, assure le nettoyage de la paroi intérieure de ce dernier. Ce racleur 32 est monté sur un arbre 34 parallèle à la paroi de l'élément 1 et traversant la partie inférieure du caisson 21.
Le caisson arrière 22 est mobile axialement et est monté sur des galets 35, de manière à permettre de compenser la dilatation longitudinale de l'élément tubulaire 1 lors de son chauffage. Un contre-poids 36 permet d'assurer le retour du caisson 22 dans sa position initiale lors du refroidissement du four en veillant à ce que l'étanchéité soit maintenue au niveau du joint 25. Dans la forme de réalisation du four montrée aux figures 1 à 3, le chauffage a lieu par l'intermédiaire d'un moufle ou d'une chambre 37 qui entoure l'élément tubulaire 1 entre les couronnes porteuses 8; cette chambre 37 peut être à chauffage électrique ou à chauffage par l'intermédiaire de brûleurs à gaz ou au fuel. Un tel chauffage n'a, toutefois, pas été représenté aux figures annexées.
L'étanchéité de cette chambre 37 est assurée par des couronnes 38 en matériau réfractaire enfilées sur les tirants 3 et fixées sur la face extérieure de l'élément tubulaire 1.
Comme montré à la figure 3, cette chambre de chauffe 37 est pourvue d'un joint 39 au niveau de l'axe
13 de l'élément tubulaire 1 pour permettre l'accès à ce dernier en levant la partie supérieure 37' de la chambre 2037.
Afin de permettre un fonctionnement en continu du four, celui-ci est légèrement en pente vers le caisson arrière 22. Ainsi, la matière à traiter dans le four peut être alimentée à l'entrée de l'élément tubulaire 1 au moyen de la vis 29 et, par suite de la pente précitée de l'axe 13, se déplacer graduellement lors de la rotation de l'élément 1 autour de son axe 13 vers le caisson 22, dont le fond présente une trémie d'évacuation 40. Dans une variante du four, suivant l'invention, afin de permettre un chauffage direct, la chambre de chauffe 37 peut être supprimée et remplacée par un ou plusieurs brûleurs montés, par exemple, dans le caisson 22. Ci-après sont donnés deux exemples concrets de réalisation d'un four, suivant l'invention, et tel qu'illustré par les figures.
Exemple 1 Four pilote constitué de 7 anneaux de SiC ayant chacun un diamètre extérieur de 390 mm, une longueur de 870 mm et une épaisseur de 20 mm.
Le tube ainsi formé est maintenu par 12 tirants en acier réfractaire (σE : 185 MPa à 870*C) ayant un diamètre de 24 mm et une longueur de 5,630 m. Une précontrainte est obtenue par l'intermédiaire de 24 ressorts d'un diamètre moyen de 61 mm en fil diamètre 12 10mm.
Le tube est équipé à chaque extrémité d'un caisson fixe assurant l'étanchéité. L'alimentation est réalisée par une vis d'Archimède et un racleur en céramique peut compléter l'équipement.
Le chauffage est réalisé de manière indirecte par un moufle extérieur muni de résistances électriques réparties sur toute la longueur du moufle.
Le four est entraîné via des couronnes à chaîne par un moteur électrique. Exemple 2
Four de production constitué de 47 anneaux de Sic ayant chacun un diamètre extérieur de 1200 mm, une longueur de
250 mm et une épaisseur de 30 mm. Ces 47 anneaux sont maintenus par 16 tirants en acier réfractaire {a. : 185 MPa à 870°C) ayant un diamètre de
38 mm et une longueur de 11 m. Une précontrainte est obtenue par l'intermédiaire de 32 ressorts d'un diamètre moyen de 73 mm en fil diamètre 12 mm. Le chauffage est réalisé de manière indirecte par un moufle extérieur muni de résistances électriques réparties sur une longueur de 8 m.
La rotation du four est obtenue par un moteur électrique. Ce four est alimenté par une vis d'Archimède et peut être équipé d'un racleur en céramique.
La conception de l'élément tubulaire 1 constitué d'une succession d'anneaux relativement étroits en matière céramique et sans carcasse métallique est particulièrement intéressante pour la construction de fours à l'échelle industrielle destinés au traitement de matières sous atmosphère contrôlée et/ou susceptible de dégager des gaz corrosifs. Il s'agit donc de fours, étanches pouvant avantageusement travailler à chauffage indirect.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation particulière telle que représentée aux figures, mais de nombreuses variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention.