BE400319A - - Google Patents

Description

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  Procédé de cuisson de ciment et matières analogues. 



   Les fours rotatifs courants consomment actuellement environ 1500 calories par kilog. de klinker, les fours rota- tifs à zones de préchauffage et de désoxydation consomment environ 900 à 950 calories et les fours à cuve à chargement mécanique consomment environ 1150 calories. Etant donné que pour un mélange de matières premières pulvérulentes de ciment à 78% de Ca CO3 la quantité de chaleur requise théoriquement pour la cuisson s'élève à environ 422 calories en admettant que la chaleur de formation du klinker est de 100 calories, les chiffres de consommation de chaleur indiqués ci-dessus donnent des rendements thermiques compris entre 28 et 47%. 

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   Suivant la présente invention on obtient par contre un rendement voisin de 90%. On procède de la manière suivante : on imprime une vitesse de circulation élevée et une tempéra- ture comprise entre 900  et 1000  à la matière première pul- vérulente sèche avant son entrée dans la chambre de cuisson; elle est partiellement désoxydée et, en entrant dans la cham- bre de cuisson comprenant une zone de combustion et une ône de frittage, elle se mélange au combustible pulvérisé qui lui aussi circule à une vitesse élevée, le rapport entre le poids de charbon pulvérisé et celui de matière première étant de 1 : 10 jusqu'à 1 : 13, (rapport que l'on peut varier et choi- sir de la façon optimum en-deça et au-delà des deux limitas ci-dessus).

   La température du mélange est supérieure au point   d'inflammation   du combustible pulvérisé, qui pour le charbon maigre s'élève à 750-900 .   L'air   de combustion, circulant à une vitesse élevée, est admis en quantité théorique dans la cham- bre de cuisson où il y entre en tourbillonnant, sur toute la longueur de cette chambre, aussi uniformément que possible, et se mélange aux poussières incandescentes de ciment et de charbon animées d'un mouvement de tourbillonnement, ces pous- sières étant projetées par exemple par la force centrifuge contre la paroi de la chambre cylindrique et constituant ain- si une couche dense de mélange de poussières, tandis qu'on admet l'air de combustion à la périphérie du cylindre pour le faire passer de l'extérieur vers l'intérieur;

   les poussières combustibles brûlent alors dans la chambre de cuisson,, les particules incandescentes de matière première faisant office, en même temps, de corps rayonnants et de catalyseurs acti- vant la combustion. L'action catalytique est d'autant plus intense que la quantité de matière première admise est plus      

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 grande par rapport à la quantité de combustible pulvérisé; la combustion elle aussi en est d'autant plus complète et se produit sans flammes et pratiquement sans excès d'air.

   Seule- ment une petite fraction de la chaleur de combustion est ab- sorbée par les gaz de combustion, tandis que   sa majeure partie   passe directement dans la matière première   pulvérulente,   chas- se les restes d'acide carbonique et porte celui-ci et les poussières de matière première à la température de frittage. 



  La matière première passe alors dans la zone de frittage où chaque kilogramme de klinker libère 100 calories qu'il faut évacuer pour éviter une surchauffe indésirable du klinker. On y arrive par exemple en admettant une quantité convenable de matière première chauffée et partiellement désoxydée qui, pour être désoxydée et portée à la température de frittage, re- quiert une quantité de chaleur qui doit être égale de la chaleur de frittage de la matière déjà contenue dans le four et de celle qui vient d'y entrer.

   Toutefois on peut aussi admettre des gaz de refroidissement ou bien on admet du charbon pulvéri-i sé qui absorbe de la chaleur par réduction de l'anhydride carbonique, ce qui présente l'avantage que le frittage dans une atmosphère d'oxyde de carbone produit par la réduction peut être opéré, comme le montre l'expérience, à une tempé- rature inférieure à celle requise généralement. L'oxyde de carbone produit est de nouveau brûlé dans une phase subsé- quente de l'opération et on l'emploie pour préchauffer la ma- tière première.

   La façon dont se comportent les poussières de matière dans les limites de température comprises entre 900 et 1400 degrés (température de frittage) a une grande impor- tance pour les opérations décrites; à cette température les poussières perdent sensiblement tout frottement intérieur et 

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 s'écoulent comme l'eau sur un support solide. 



   Quand les poussières se déplacent par exemple dans une chambre de forme cylindrique ou légèrement conique en décrivant une hélice à pas serré, on obtient un long trajet et, partant, une durée de réaction suffisante pour achever la combustion et le frittage; on peut équilibrer la force cen- trifuge des poussières par la pression du courant d'air ad- mis en substance radialement, de sorte que le frottement sur les parois disparaît complètement.

   Au point de vue du rayon- nement de chaleur les poussières de matière incandescentes constituent un "corps rayonnant noir" et se comportent donc sensiblement comme les matières réfractaires, et si on veille à ce que le mélange de poussières de ciment brut et de char- bon pulvérisé ait la plus grande densité volumétrique possi- ble et que ces matières se mélangent intimement par tourbil- lonnement elles   constituent   un catalyseur activant la com- bustion. 



   De la chambre de cuisson les particules frittées pas- sent dans la chambre collectrice'de poussières adjacente où elles se déposent au fond sous l'action de la pesanteur; le fond de la chambre collectrice de poussières est constitué par la couche de klinker incandescent du refroidisseur de klinker en forme de cuve que l'on monte en-dessous de la cham- bre collectrice de poussières, et on dose la quantité des gaz de refroidissement, admis dans le refroidisseur de klinker, de telle manière que la couche supérieure soit maintenue à la température de frittage et que les morceaux plus gros non encore frittés subissent un frittage définitif.

   Ce processus est aidé par le rayonnement des gaz chauds dans la chambre collectrice de poussières, qui y entrent à la température de frittage, ainsi que par le rayonnement des parois de la cham- - 

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 bre collectrice chauffées à blanc. 



   La chambre collectrice de poussières est traversée par les gaz fortement chauffés de la chambre de cuisson, qui y débouche, et du refroidisseur de klinker disposé en-dessous d'elle; ces gaz chauds s'échappent directement de la chambre collectrice de poussières, à la température de frittage, dans la cheminée de préchauffage adjacente, ou dans un autre dis- positif de préchauffage y installé, sans qu'il puisse se pro- duire des pertes sensibles par rayonnement.

   On obtient no-   tamment   un résultat avantageux au point de vue du bilan thermique lorsque les gaz de fumée et le klinker sortent   d'un   côtédu four,de manière que leur rayonnement commun profite tout à la surface du refroidisseur de klinker qu'à celle de la chambre de cuisson et qu'on puisse raccorder di- rectement, sans l'entremise de longues conduites tubulaires absorbant la chaleur, le dispositif de préchauffage pour la matière première. 



   Lorsque pour absorber la chaleur on forme du CO ou du   H   dans la chambre de cuisson, on brûle avantageusement ces gaz à leur entrée dans la cheminée de préchauffage avec de l'air qu'on y admet à cet effet. 



   Le procédé est notamment avantageux, au point de vue de la conduite des opérations, pour la raison suivante: 
En raison du rayonnement intense et étant donné la possibilité de régler exactement la température de la chambre de cuisson et de la couche supérieure du refroidisseur de klinker, on obtient un frittage si complet que la formation de chaux combinée est entièrement exclue.

   Etant donné que le préchauffage et le frittage sont achevés en quelques secondes, il est possible de prélever continuellement des éprouvettes à un endroit quelconque du refroidisseur de klinker et de 

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 tirer des conclusions, dans un laboratoire central, sur la marche des opérations et la qualité du klinker à prévoir en se basant sur la qualité de ces éprouvettes et sur des mesures de composition de gaz et de températures que l'on fait à des intervalles réguliers.

   Une commande à distance centrale, qui peut fonctionner électriquement ou   électropneumatiquement,   permet de régler instantanément la distribution de matière première, de combustible pulvérisé, d'air de combustion, de gaz de refroidissement ou de combustible de refroidissement pulvérisé pour la zône de frittage et d'autres endroits de l'installation et de maintenir constamment le régime de fonc- tionnement le plus avantageux.

   En disposant des brûleurs auxi- liaires et en les commandant au moyen de la commande à dis- tance on peut aussi intervenir instantanément dans les réac- tions chimiques, par exemple, en disposant près de la trémie à matières premières de plus petites trémies, contenant une matière. première à teneur en chaux très élevée ou très basse, par exemple la bauxite ou des matières d'addition analogues,   d'ou   on mélange éventuellement au courant de matières premiè- res,par exemple à l'entrée de la cheminée de préchauffage, une certaine quantité de ces matières d'addition pour varier la composition chimique du klinker. Le tourbillonnement dans la cheminée de préchauffage est si intense que les différents constituants se mélangent suffisamment.

   De même il est pos- sible de prévoir plusieurs trémies à combustible pour employer suivant le besoin des charbons à pouvoir calorifique élevé   ou   faible et ayant des teneurs en constituants volatils diffé- rentes. 



   Un autre avantage du procédé est que, par suite du rapport avantageux entre le charbon et la matière première, qui est de beaucoup inférieur à 1 : 10, la proportion de cen-      

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 dres dans le klinker est relativement réduite, de sorte   qu'on   améliore ainsi la quantité de klinker. Au point de vue cons- tructif le procédé constitue un progrès en ce sens que la vitesse de circulation élevée du charbon, de la matière pre- mière et des autres matières solides ou fluides permet de donner à la chambre de cuisson et aux autres parties de l'ins- tallation de petites dimensions comparativement à l'effet utile, de sorte qu'il devient possible de produire journelle- ment 600 tonnes de klinker et plus. 



   Les dessins annexés représentent des exemples d'exé- cution de l'invention. 



   Fig. 1 montre une coupe longitudinale médiane d'un four à ciment. 



   Figs. 2, 3 et 4 sont respectivement des coupes sui- vant les lignes A-B, C-D et E-F. 



   Fig. 5 montre une variante des premières chambres de préchauffage, représentée en coupe suivant la ligne   G-H.   



   Fig. 6 montre partie en coupe, partie en élévation un four à ciment à chambre de cuisson verticale. 



   Fig. 7 représente une vue de côté du four prise dans la direction de la flèche J. 



   Fig. 8 est une coupe suivant la ligne K-M. 



   On charge la matière première dans la chambre a et elle quitte cette chambre par une série d'éléments diviseurs b, non représentés séparément, qui la répartissent uniformément sur toute la section. La matière tombe ensuite entre des chi- canes   c.,   d en forme de chevrons et passe dans les deux cham- bres de préchauffage e1, e2 A cet endroit elle tombe en contre-courant par rapport aux gaz de fumée. Des   chicanes f   obligent les gaz de fumée à changer continuellement de direc- 

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 tion et à venir ainsi en contact intime avec la matière à cuire. Il ne faut pas craindre que la matière adhère à ces chicanes, car elles sont inclinées et la matière s'écoule facilement aux températures élevées.

   La matière première préchauffée passe alors par une descente dans un transpor- teur à godets h qui l'amène dans la trémie i,. An besoin ces organes transporteurs peuvent être isolés thermiquement. De la trémie i la matière tombe dans la descente verticale k; des chicanes réfractaires m appropriées peuvent y être prévues pour répartir uniformément la matière sur la section de la seconde chambre de préchauffage n. La seconde chambre de pré- chauffage est garnie de chicanes o analogues à celles de la première chambre de préchauffage. La matière fortement chauf- fée passe dans la goulotte p disposée tangentiellement à la chambre de cuisson q. Le charbon pulvérisé est admis de la trémie r, par la conduite descendante s, au centre de la cham- bre de cuisson.

   En même temps on souffle de l'air préchauffé dans la chambre de cuisson, au centre de celle-ci, par la conduite tubulaire t. La conduite t débouche dans un brûleur rotatif v1, connu en soi, qui imprime à la flamme du brûleur une rotation rapide. En outre la chambre'de cuisson comporte une série de fentes radiales u par lesquelles on admet aussi de l'air préchauffé. Il se forme ainsi dans la chambre de cuisson une flamme au charbon pulvérisé dans laquelle la ma- tière à cuire, tombant à une vitesse très élevée de la chambre de préchauffage, est projetée tangentiellement. La disposition radiale des fentes u assure que, malgré leur mouvement de tour- billonnement,les morceaux solides restent écartés du revête- ment réfractaire de la chambre de cuisson.

   La partie de la chambre, disposée le plus en aval, est elle aussi percée de fentes radiales v et elle est entourée d'une chemise   w.   On      

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 peut par exemple envoyer des gaz de fumée par la conduite tubulaire x pour évacuer la chaleur libérée au cours du frit- tage de la matière. On voit sur le dessin que la conduite x est raccordéeà un ventilateur yqui aspire les gaz par la conduite z. Au sortir de la chambre de cuisson la matière frittée passe dans la chambre collectrice de poussières al et tombe ensuite dans une cuve de refroidissement b1.

   La cuve de refroidissement est elle aussi revêtue de matière réfrac- taire et est percée à son extrémité inférieure conique de fentes d'admission d'air c1, Le ventilateur y est relié par une conduite d1 à une   chemise 4:1   qui entoure l'ajutage du refroidisseur, de sorte que des gaz de fumée refroidis en- trent sous pression dans le refroidisseur. 



   On voit en outre, sur la Fig. 1, que la cuve bl et la chambre collectrice de poussières a1. et le cas échéant encore d'autres parties de l'installation du four fortement chauffées, sont entourées d'une chemise gl en tôle de manière à constituer une chambre dans laquelle on souffle au moyen d'un ventilateur hl de l'air qui s'échauffe ainsi fortement et dont on se sert de la manière décrite plus haut comme air de combustion préchauffé. Comme le montre la Fig. 5, on peut aussi employer au lieu des chicanes cunéiformes f des chicanes en forme de grille il qui dévient le gaz suivant un trajet en quinconce et dont la section est suffisante pour permettre à la charge de tomber par les interstices de la grille. Ces barres doivent être faites en une matière très réfractaire. A la conduite tubulaire s sont raccordées deux autres conduites kl pour le combustible.

   Ces conduites débou- chent dans la cuve de sorte que le combustible pulvérisé se mélange déjà avant son entrée dans la chambre de cuisson et 

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   séchauffe.   La manoeuvre d'un clapet ml permet d'envoyer au début le charbon pulvérisé dans la chambre de cuisson et de ne l'envoyer par les conduites kl que quand la chambre de cuisson est portée à une température suffisamment élevée. Sur la Fig. 4 on voit notamment les chicanes ni et o1 qui ont pour effet   d'éviter   que les grains de matière frittée soient en- tramés vers le haut. On admet que les poussières enflammées tourbillonnent dans la chambre de cuisson dans le sens des aiguilles d'une montre. On voit immédiatement sur le dessin que les morceaux projetés vers le haut sont captés partie par la chicane ni, partie par la chicane ol.

   On voit sur la Fig.3 comment les gaz de fumée sont aspirés de la chambre collectri- ce de poussières al dans les cheminées de préchauffage o1 e2 et n. On voit en plan que les cheminées sont disposées un peu en retrait et que des espaces d'air p1 sont encore prévus en- tre les parois des cheminées. On adopte cette disposition pour éviter l'échauffement excessif et la fusion des parois des cheminées. La Fig. 6 montre la même disposition avec une chambre de frittage à axe vertical. Le combustible pulvérisé est admis de la trémie q1 par la conduite rl. On peut avanta- geusement bifurquer la conduite ri et admettre le combustible pulvérisé dans la chambre de cuisson en deux points opposés. 



  La poudre de ciment à cuire est admise de la cheminée n par la descente tl revêtue de matière réfractaire. En outre on prévoit une conduite ul pour envoyer dans la partie inférieure de la chambre de cuisson une quantité de matière qui a été préchauffée seulement dans les chambres de préchauffage e1, e2 et qui de ce fait n'a pas encore atteint la température maxi- mume, On procède ainsi pour pouvoir régler à volonté la tempé- rature de la chambre de cuisson. La conduite de combustible rl, et les conduites de matière à cuire tl et ul débouchent tan-   @   

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 gentiellement dans la chambre de cuisson pour provoquer le tourbillonnement requis de la charge.

   En outre on peut mé- nager tangentiellement les fentes à air wl de la partie su- périeure de la chambre de cuisson de manière qu'un tourbillon- nement intense soit imprimé aux poussières enflammées. Par contre dans les autres parties de   :La   chambre on conservera les fentes radiales représentées sur la Fig. 1 pour éviter le frottement des particules de ciment sur les parois de la chambre de frittage. Dans cette variante la chemise d'air x1 entourant la chambre de frittage est aussi cloisonnée, de sor- te qu'on peut souffler dans la partie supérieure de l'air de combustion préchauffé et souffler dans la partie inférieure de l'air de refroidissement. Du reste cette disposition cor- respond à celle de la Fig. 1.

   Il est notamment avantageux de disposer verticalement la chambre de cuisson pour cette raison que la charge frittée se dépose librement dans la cuve de refroidissement, tandis que les gaz brûlés s'échappent vers le haut par la cheminée y1 et passent dans les cheminées el, a21 et n comme le montre la Fig. 8. 



   A la partie supérieure des chambres de préchauffage a1 e2 sont montés des clapets à gaz z1; on peut ainsi régler suivant les besoins la quantité de gaz qui s'écoule par les chambres de préchauffage, ou la chambre n, décrites plus haut. 



  Après avoir traversé les chambres de préchauffage e1, e2, les gaz de fumée entrent dans des chambres   latérales a 2   et sont aspirés par delà celles-ci dans des chambres de filtrage ap- propriées en vue de les débarrasser des particules de matière entraînées éventuellement.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS --------------------------- 1) Procédé de fabrication de ciment et matières ana- logues, caractérisé en ce qu'on admet dans une chambre de cuisson revêtue de réfractaire la matière première pulvérulente de ciment portée à une température supérieure à la température d'inflammation du combustible pulvérisé, conjointement avec le combustible pulvérisé ou séparément de celui-ci, en admettant en même temps l'air de combustion et en imprimant un mouvement de tourbillonnement au mélange de poussières.

   2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on admet l'air non pas à un seul endroit, mais le plus uniformément possible sur toute la longueur de la chambre de cuisson.

   3) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour produire la combustion on n'admet dans la chambre de cuisson que la quantité d'air théorique ou un peu plus que la quantité théorique.

   4) Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on emploie comme combustible du charbon pulvérisé, caractéri- sé en ce que le rapport du poids du charbon à celui de la matière pulvérulente de ciment est d'environ 1 : 10 et moins.

   5) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour utiliser la chaleur produite par le frittage (formation de silicates) on envoie dans la zône correspondante du four de la matière première pulvérulente de ciment, de préférence préchauffée.

   6) Procédé de cuisson de ciment et matières analogues, caractérisé en ce que la matière première préchauffée admise dans la chambre de cuisson, fait en même temps office de cata- <Desc/Clms Page number 13> lyseur activant la combustion du combustible admis avec l'air, et de véhicule de chaleur pour la combustion, la tem- pérature dans la zone de combustion étant réglée en dosant convenablement la quantité et la température de la charge à fritter.

   7) Procédé suivant la revendication 1 et les reven- dications suivantes, caractérisé en ce que les particules de ciment sortant de la chambre de cuisson sont envoyées dans une cuve pour s'y refroidir, et qu'on alimente le dispositif refroidisseur d'air de refroidissement ou de gaz de fumée déjà refroidis, en quantité si réduite que les particules de ciment non complètement frittées peuvent se fritter en en- trant dans le dispositif refroidisseur.

   8) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on emploie une chambre de cuisson disposée horizon- talement et raccordée directement, à sa sortie, à une cuve de refroidissement dans laquelle tombent les particules frittées, tandis qu'on envoie les gaz de fumée de la cuve de refroidis- sement et de la chambre de cuisson, par une cheminée disposée à la même extrémité de la chambre de refroidissement, dans un dispositif de préchauffage de la matière première.

   9) Procédé suivant la revendication 1 et les suivan- tes, caractérisé en ce qu'on envoie la matière première pulvé- rulente de ciment, et de préférence aussi le combustible à grande vitesse et tangentiellement dans une chambre de cuisson cylindrique, de sorte que tous deux tournent dans la chambre à grande vitesse, et que, en outre, on introduit l'air en substance radialement dans la chambre, de sorte qu'il ne puisse se produire de contact entre le combustible pulvérisé, @ ou les particules de matière première pulvérulente de ciment, et la paroi de la chambre de frittage. <Desc/Clms Page number 14>

   10) Préchauffeur de matière première de ciment pour l'exécution du procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'une cheminée subdivisée est montée au-dessus de la chambre de cuisson de manière que les gaz de fumée traver- sent toutes les parties de la cheminée, la matière première étant envoyée d'au-dessus dans une partie de la cheminée où sont prévues de préférence des chicanes pour ralentir la chute de la matière brute, et la matière préchauffée étant recueillie à l'extrémité inférieure de cette cheminée pour être amenée au moyen d'un dispositif transporteur approprié dans un récipient situé au-dessus de l'autre partie de la cheminée à une hauteur suffisante pour que la matière sor- tant du récipient entre à grande vitesse dans cette partie de la cheminée,

   où elle est portée à la température finale voulue.

   11) Dispositif suivant la revendication 10, caracté- risé en ce que, outre la trémie principale pour la matière première de ciment broyée, des trémies auxiliaires pour les différents constituants broyés de la matière première (tels que la chaux, l'argile ou des constituants analogues) sont prévues à des endroits convenables, par exemple à l'extrémité supérieure du préchauffeur, de sorte qu'on peut varier au cours du fonctionnement, suivant les besoins, la composition du ciment en ajoutant des quantités différentes de consti- tuants de la matière première.

   12) Dispositif pour l'exécution du procédé suivant la revendication 1 et les suivantes, caractérisé en ce qu'il emploie comme combustible un mélange de charbons de diffé- rentes natures, par exemple du charbon maigre et du charbon gras et qu'il comporte des trémies munies de dispositifs de charge- ment pour les différents charbons de sorte qu'on puisse varier @ <Desc/Clms Page number 15> suivant les besoins au cours du fonctionnement, la composi- tion du mélange de combustibles.

   13) Procédé suivant la revendication 1 ou les sui- vantes, caractérisé en ce qu'au cours du fonctionnement, c'est- à-dire dès que la chambre de cuisson est chauffée à une tem- pérature suffisamment élevée préalablement à l'admission de la matière première de ciment, on envoie à proximité de la chambre de cuisson la totalité ou une partie du combustible pulvérisé dans la conduite amenant la matière première incan- descente, ou bien on mélange intimement au combustible pulvé- risé la matière première incandescente, dans un dispositif spécial, avant d'accélérer la vitesse de la matière première pour l'envoyer dans la chambre de cuisson.

   14) Dispositif suivant la revendication 1 ou les suivantes, caractérisé en ce que les dispositifs de réglage pour le chargement de combustible et l'admission d'air, ou pour l'évacuation des produits de la cuisson, sont commandés électriquement, et que les connexions de cette commande sont réunies sur un tableau de distribution commun.

   15) Procédé et dispositif pour la cuisson du ciment ou matiéres analogues, en substance comme c'est décrit ci- dessus avec référence aux dessins annexés.