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'PERFECTIONNEMENTS AU TRAITEMENT DES MATIERES GRANULEUSES OU PULVERULENTES PAR DES GAZ"
La présente invention est relative au traitement d'une matière par du gaz par un procédé consistant à aspirer le gaz transversalement à travers une couche de la matière reposant sur un support plan perméable au gaz. Le rôle d'un tel traitement par le gaz est soit de préchauffer la matière, soit de la refroidir, soit encore de réaliser quelque modification chimique, un exemple d'une telle modification chimique étant le vieillissement artificiel du ciment par l'anhydride carbonique.
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On utilise habituellement une grille horizontale ou un support analogue sur lequel la matière est entraînée, par exemple par des racles, ou une grille dite "mobile" c'est-à-dire une grille horizontale qui est elle-même animée d'un mouvement. Lorsque des racles ou des organes analogues sont utilisés conjointement avec une grille fixe, la couche de matière est extrêmement irrégulière, d'où il résulte que le traitement n'est pas uniforme ; part, il est souvent peu commode, pour des raisons diverses, d'uliser une grille mobile.
Conformément à l'invention, on utilise une grille ou support analogue incliné dont l'angle avec l'horizontale est un peu plus petit que l'angle de talus naturel de la matière sur le support. Par "angle de talus naturel", on entend l'angle maximum suivant lequel une masse de la matière envisagée reste sur le support incliné sans s'ébouler, c'est-à-dire sans que des grains ou des particules de la matière se meuvent les uns par rapport aux autres à l'intérieur de la masse ou sans que la masse entière se meuve par rapport au support sous l'influence de la pesanteur. On fait en sorte que la matière descende sur le support en la soumettant à une action intérieure parallèle au support, de sorte qu'elle se meut dans son ensemble sans qu'il s'effectue aucun glissement local sensible à l'intérieur de la couche de matière reposant sur le support.
L'angle suivant lequel le support est disposé est important, étant donné que si la grille fait un angle tel que la matière tend à glisser sur la surface de cette grille sous l'influence de la pesanteur, le mouvement sera irrégulier, de sorte que le traitement résultant ne sera pas
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uniforme. Au contraire, si l'angle n'est que faiblement inférieur à l'angle de talus naturel, on n'a besoin que d'une faible énergie motrice pour faire mouvoir vers le bas la couche de matière reposant sur le support, et l'on cons- tate que si la matière est soumise à une action intérieure appropriée, de préférence dans la partie la plus basse, la couche se meut dans son ensemble même si l'action ïntérieure n'est appliquée qu'en un petit nombre de points à l'intérieur de la couche.
La raison en est que le frottement qui s'exerce entre les grains ou particules dont la couche est composées est plus grand que le frottement entre l'ensemble de la couche et la grille inclinée, de sorte que l'action intérieure peut vaincre le second frottement, mais non le premier. Si le gaz passe d'abord à travers le support et passe ensuite à travers la matière, il est bon d'incliner le support d'un angle plus petit que si le gaz passe dans le sens opposé.
Comme la couche se meut uniformément dans son sensemble, le traitement par le gaz est uniforme et efficace. De plus, il ne se produit aucun dégagement de poussière pendant que la matière descend sur le support, contrairement aux procédés dans lesquels les parties de la couche se meuvent les unes par rapport aux autres en produisant une quantité considérable de poussière. Il est particulièrement-important d'éviter les poussières dans le refroidissement des clinkers ou matières analogues des fournées à chaud hors d'un four rotatif. L'inven- tion est par conséquent en particulier avantageusement appli- cable au refroidissement de matières de ce genre, et le gaz utilisé pour le refroidissement, et qui est par conséquent chauffé, peut être utilisé comme air de combustion secondaire dans le four.
L'invention est aussi susceptible de recevoir
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d'autres applications avantageuses dans l'industrie du ciment, telles que le préchauffage de la matière brute introduite dans un four à l'aide de gaz de four chauds ou le vieillissement artificiel du ciment. Lorsque l'appareil est utilisé pour refroidir le clinker (ce quoi par quoi on entend la roche de ciment cuit) ou les matières analogues, il peut être disposé immédiatement au-dessous de l'orifice du four. Il est commode de faire en sorte qu'il s'incline transversalement en s'éloignant de l'axe du four, mais on peut le disposer de façon qu'il constitue en quelque sorte un prolongement du four lui-même, c'est-à-dire faire mouvoir la matière sur le support incliné dans la même direction générale que sa descente à l'intérieur du four.
Il est préférable d'exercer l'action intérieure par un organe mobile disposé parallèlement au support et situé à une distance dudit support au moins égale à la grosseur des grains ou particules de la matière. Cet organe peut être animé d'un mouvement de va-et-vient à l'intérieur de la couche, et bien entendu, il est préférable de lui donner une forme telle que, tout en exerçant les impulsions nécessaïres pour contraindre la couche à descendre sur le support, il puisse glisser vers le haut à travers cette couche sans occasionner une perturbation appréciable à l'intérieur de la couche. On a trouvé qu'on peut obtenir le résultat désiré à l'aide d'un organe composé d'une série de barres agencées pour se mouvoir longitudinalement dans leur propre plan, parallèlement à le direction du mouvement qu'effectue la matière en descendant sur le support.
Il est désirable d'empêcher la matière de tomber à travers la grille inclinée et, à cet effet, cette grille
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peut présenter des ouvertures fecouvertes à travers lesquelles le gaz peut passer, les couvercles empêchant la matière de tomber à travers lesdites ouvertures ; bien la grille peut être établie sous forme d'une grille à gradins, c'est- à-dire composée d'une série de plaques transversales parallèles, le bord inférieur de chaque plaque ou rangée de plaques débordant sur le bord supérieur de la plaque ou rangée de plaques suivante, tout en laissant un intervalle étroit à travers lequel le gaz peut passer.
La surface n'est entièrement lisse dans aucun de ces types de grille perforée, à savoir celui à ouvertures couvertes et celui à gradins, mais ces deux types de grille, considérés dans leur ensemble, présentent une surface plane.
Pour mieux faire comprendre l'invention et faciliter sa mise en pratique, on décrira ci-après à titre d'exemple, en se référant aux dessins schématiques annexés, un appareil établi conformément à cette invention.
Sur les dessins annexés:
La figure 1 est une coupe verticale axiale de l'extrémité d'un four rotatif pourvu d'un appareil établi suivant l'invention et disposé à la façon d'un refroidisseur.
La figure'2 est une coupe par la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est un schéma électrique représentant les circuits du dispositif de commande d'un moteur par lequel l'action intérieure est effectuée.
La figure 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la figure 1.
La figure 5 est une coupe par la ligne 5-5 de la figure 4.
La figure 6 est une coupe verticale de l'extrémité de
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sortie d'un four rotatif et représente un refroidisseur d'un autre type sur lequel le four déverse son contenu. Dans ce mode de réalisation, l'axe du refroidisseur possède la même direction générale que l'axe du four, au lieu de lui être transversal comme sur la figure 1.
La figure 7 est une coupe transversale verticale par la ligne 7-7 de la figure 6.
La figure/est une coupe transversale par laligne 8-8 de la figure 6.
La figure 9 est une vue en plan de la partie inférieure de quelques-uns des barreaux à mouvement de va-et-vient situés au-dessus de la grille, cette figure faisant ressortir la façon dont on peut modifier ces barreaux, si on le désire, pour faciliter le mouvement de la portion inférieure, plus froide, de la couche de matière.
On se réfèrera d'abord aux figures 1 à 5. 1 désigne un four rotatif destiné à la calcination du ciment, ce four comportant un garnissage réfractaire 2 et étant supporté par l'intermédiaire d'anneaux rotatifs 2 à l'aide de poulies (non représentées)lles-mêmes supportées par des fondations 4. On n'a représenté que l'extrémité inférieure du four sur la figure 1.
Le refroidisseur est disposé transversalement à l'axe du four,au-dessous de son extrémité, et ces parties sont conjointement renfermées à l'intérieur d'une enveloppe présentant des parois 5,6 et 13, les ouvertures nécessaires étant constituées dans la paroi 6.
; Le refroidisseur comprend une grille inclinée 2 montée sur des supports 8,9 et 10. Cette grille est faite de métal en feuille présentant une série d'ouvertures 33
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recouvertes par des chapeaux 34 constitués, par emboutissage ou autrement, à l'aide du métal de la feuille ellemême (voir figure 5), la disposition étant telle que l'air peut passer à travers la grille, mais que le clinker sortant du four et descendant sur la grille ne peut pas passer à travers les ouvertures. Le clinker sortant du four passe à travers un anneau d'échappement 18 et tombe sur la surface d'une boîte en réfractaire 19 supportée par la paroi extrême 6 et par un mur en briques 20. La boîte 19 est perforée de façon que de l'air réfrigérant puisse passer à travers elle.
Le clinker est transféré de la surface de cette boîte sur la grille par des palettes 21 fixées à un transporteur 22 solidaire du four. Quelques-unes des palettes seulement balaient la surface de la boîte 19, les palettes restantes distribuant le clinker sous forme d'une couche régulière sur toute la largeur de la grille 7, à son extrémité supérieure. L'inclinaison de la grille est telle que la couche de matière constituée de la manière qui vient d'être décrite ne descendrait pas sur la grille sous la seule influence de la pesanteur. L'action intérieure par laquelle la couche est contrainte à se mouvoir vers le bas est exercée par une grille à va-et-vient 11 composée de barreaux inclinés vers le bas parallèlement à la grille 7, ces barreaux étant reliés entre eux par des entretoises lla.
La grille est supportée par des barres pendulaires 23 qui sont fixées par leur. extrémité, supérieure à la paroi 13 de l'enveloppe et dont les dimensions sont telles qu'elles fléchissent élastiquement pour permettre à l'ensemble de la grille 11 d'effectuer un mouvement par un plateau-manivelle 14 auquel elle
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est reliée par des biellettes 15,16 et 17 et qui est mis en rotation par un moteur électrique 32 Lorsque ce moteur tourne, la grille 11 est animée d'un mouvement de va-etvient, les barreaux se mouvant longitudinalement dans leur propre plan de telle sorte que la couche de matière se meut dans son ensemble parallèlement aux barreaux et descend sur la grille 7 En vue de ce résultat, il faut que la distance entre les deux grilles soit au moins égale à la grosseur des particules de clinker car, s'il en était autrement,
le clinker se coincerait. En outre, on a constaté que, dans la pratique, les barreaux qui constituent la grille 11 ne doivent pas être séparés d'une distance plus grande que 12 cm les unes des autres lorsqu'on traite du clinker. S'il en était autrement, la couche ne serait pas entraînée en bloc. La course de la grille 11, c'est-à-dire la course du plateau-manivelle 14, devra varier en fonction de l'épaisseur de la couche. Ainsi, si la production du four augmentait, la couche deviendrait plus épaisse et une course plus longue serait nécessaire.
On effectue le refroidissement en faisant passer de l'air provenant d'une chambre 25 sous une pression légèrement supérieure à celle de l'atmosphère, à travers la grille 7 et la couche de matière. Cet air est chauffé par son passage à travers la matière et pénètre dans le four pour être utilisé à titre d'air de combustion secondaire.
Indépendamment du réglage de la dourse de la grille 11, on peut aussi faire varier sa vitesse en fonction de l'épaisseur de la couche de matière reposant sur la grille 7, ceci étant de préférence effectué automatiquement. A cet effet, il est prévu un indicateur à palette 26 dont la position
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est déterminée par l'épaisseur de la couche. Cet indicateur . est relié à un boîtier 27 qui oscille lorsque l'indicateur se meut et qui contient des interrupteurs à mercure 28a...d (fig.3).
Ces interrupteurs sont successivement commandés à mesure que le boîtier oscille et servent à court-circuiter un certain nombre de résistances 29a d montées dans le cir- cuit du moteur 32 Une résistance réglable à commande manuel- le 30 est prévue de façon à permettre de régler initialement le moteur pour obtenir la vitesse désirée pour la production du four et la capacité de travail du refroidisseur. Le cou- rant fourni au moteur, arrivant par des conducteurs 31 , passe par un nombre de résistances plus ou moins grand, selon la position des interrupteurs 28a...28d, c'est-à-dire selon la position de l'indicateur 26.
Dans le mode de réalisation représenté dans les figures ±,2 et 8, l'axe du refroidisseur est dans le plan longitu- dinal contenant l'axe du four, au lieu de lui être transver- sal. En d'autres termes, la matière descend sur la grille inclinée dans la direction générale suivant laquelle elle se meut dans le four. Le fonctionnement du refroidisseur est basé sur le même principe que celui précédemment décrit, mais sa construction est un peu différente.
L'extrémité de sortie du four et le refroidisseur sont renfermés à l'intérieur d'une enveloppe présentant des parois 2.' d'et ±'.' La.paroi 4' présente une ouverture pour le pas- sage des tuyaux à combustible A et une porte 39 La matière sortant du four passe d'abord sur une grille dont les barreaux 40 sont creux et refroidis par de l'eau mise en circu- lation dans leurs conduits intérieurs par des tuyaux 41 et 42. Les gros morceaux de matière ne passent pas entre les barreaux de la grille 40, mais roulent sur la grille jusqu'au
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voisinage de la porte 39. d'où on peut les retirer par l'ouverture correspondante.
Le clinker normal tombe entre les barreaux de la grille 40 et à l'intérieur d'une cuve ou puits de refroidissement préalable ou d'extinction, constituée entre la paroi 5' de l'enveloppe, un mur en briques réfractaires 43 et les parois latérales de l'enveloppe.
Au-dessous du mur 43 se trouve une plaque réfractaire 44 montée à charnières. Un collecteur 45 coopère avec le bord inférieur de la plaque 44 pour constituer une ouverture de section limitée par laquelle le clinker sort de la cuve de refroiddissement préalable ou d'extinction et par laquelle ce clinker est entraîné sous forme d'une couche régulière jusqu'à la grille inclinée du refroidisseur proprement dit.
La plaque à charnières 44 peut dévier librement si le clinker a tendance à se coincer dans son passage à travers l'ouverture de section limitée prévue au-dessous du bord inférieur de la plaque. La cuve de refroidissement ou d'extinction est traversée par des éléments refroidisseurs préalables ou extincteurs à air 46, qui peuvent être supportés par les parois ' et 43 de la cuve. De préférence, ces éléments possèdent la section transversale indiquée sur la figure 7 de façon que le clinker s'accumule sur leur partie supérieure et que des poches soient constituées dans la matière au-dessous d'eux. L'air est reçu d'un collecteur 47 (figure 6) par des tuyaux 48 aboutissant à des canaux constitués au-dessous des éléments 46 et aux poches qui se forment dans la matière au-dessous desdits éléments.
L'air ainsi fourni s'échappe en partie par des trous qui peuvent être prévus dans les parois horizontales des éléments 46 et en partie en passant autour des bords inférieurs desdits
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éléments, en effectuant ainsi le refroidissement préalable ou l'extinction du clinker chaud.
L'ouverture ménagée entre la plaque à charnières 44 et le,collecteur 45 et la disposition des éléments 46 obligent le clinker à se disposer en tas dans la cuve de refroidissement préalable ou d'extinction, comme indiqué par la ligne de traits discontinus B sur la figure 7, et à se distribuer uniformément sur toute la largeur de la grille inclinée.
Occasionnellement, dans le cas où le four déchargerait plus de clinker que la quantité qui peut en être retirée par la section ménagée entre la plaque 44 et le collecteur 45 par l'organe à va-et-vient travaillant au-dessus de la grille inclinée, la hauteur du tas de clinker s'élèverait, et le clinker en excès s'échapperait par les ouvertures de tropplein 49 prévues dans le mur transversal en briques réfractaires 43. Des volets ou plaques à charnières 50 peuvent être prévus de part et d'autre dudit tas pour empêcher le clinker de se séparer en morceaux triés, comme celà arrive habituellement lorsqu'on permet au clinker de s'entasser librement.
Le refroidisseur proprement dit comprend une grille perméable au gaz 6', qui peut être identique à celle utilisée dans le type de refroidisseur précédemment décrit. Cette grille peut être montée sur des supports 51 L'organe à va-et-vient travaillant au-dessus de la grille comprend une série de barreaux 18' s'étendant dans la direction longitudinale de la grille parallèlement à celle-ci. Ces barreaux sont supportés, à leur extrémité supérieure, par des bras oscillants 52 et, à leur extrémité inférieure, par des bras oscillants 53 (figure 6), ces divers bras étant eux-mêmes
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supportés par des arbres supérieur 54 et inférieur 55 respectivement. Les arbres 54 et 55 sont animés d'un mouvement oscillant à l'aide de bras 56,57 respectivement, euxmêmes actionnés par des bielles 58.
Chaque bielle 58 est animée d'un mouvement de va-et-vient par un mécanisme de commande à excentrique monté qur un arbre 59 et dont l'excentricité peut être réglée par un mécanisme 61 permettant de modifier la position angulaire du disque d'excentrique 60 pour faire varier la course de la bielle.
Les bielles 59 sont reliées aux bras correspondants 56-57 par des assemblages coulissants. Des colliers 62 et 63 sont fixés à chacune desdites bielles 58 de telle manière que lorsque la bielle se meut vers le bas, le collier supérieur 62 agit sur le bras 56 pour tirer les barreaux 18' vers le haut. La liaison coulissante entre l'extrémité inférieure de la bielle 58 et le bras 57 empêche toute possibilité qu'une poussée ou force de compression soit appliquée aux extrémités inférieures des barreaux 18' De même lorsque la bielle 58 se meut vers le haut, le collier 63 fait mouvoir le bras 57 et tire les barreaux 18' vers le bas, alors que l'assemblage coulissant prévu entre les extrémités supérieures de la bielle 58 et le bras 56 empêche la possibilité qu'une force de poussée soit exercée sur les extrémités supérieures des barreaux 18'.
De cette façon, les barreaux 18' travaillent toujours à la traction, étant donné qu'ils sont tirés par leurs extrémités inférieures lorsqu'ils se meuvent vers le bas et par leurs extrémités supérieures lorsqu'ils se meuvent vers le haut. Par suite, ils ne sont jamais sollicités par une force de compression qui pourrait avoir tendance à provoquer leur flambage ou leur flexion.
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Lorsque l'arbre 59 est mis en rotation, par exemple par un moteur électrique tel que celui représenté en 25 sur la figure 3, le mécanisme à excentrique communique un mouvement de va-et-vient aux bielles 58 et, grâce aux liaisons précédemment décrites, les barreaux 18' effectuent un mouvement de va-et-vient pour faire descendre progressivement la couche entière de matière sur la grille inclinée, comme précédemment décrit.
Si la couche de matière reposant sur la grille devient plus épaisse en raison d'un accroissement de la production du four,'le mécanisme 61 peut être actionné de façon à modifier la position angulaire du disque d'excentrique 60 et à régler ainsi la course des bielles 58 et, par conséquent, la course des barreaux 18'
L'air est fourni à l'intérieur de l'enveloppe du refroidisseur par un ventilateur 64.La portion d'air qui traverse la grille inclinée au-dessus de la chicane 65 constituée par une plaque à charnières emprunte au clinker une quantité de chaleur si grande qu'elle se prête à son utilisation pour entretenir la combustion à l'intérieur du four.
La portion d'air qui traverse la portion inférieure relativement froide de la couche de clinker comprise entre la chicane 65 et une seconde chicane analogue 66 est évacuée par une cheminée verticale 67 La plaque ou chicane 65 est montée à charnières pour s'adapter aux variations d'épaisseur de la couche reposant sur la grille inclinée et pour empêcher tout coincement dans le cas où des morceaux de clinker tomberaient accidentellement des barreaux de grille 40. La seconde chicane 66 est de longueur telle qu'elle repose par son extrémité inférieurs sur la couche de clinker, en constituant ainsi un joint hermétique à l'air.
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Le clinker tombant de l'extrémité inférieure de la grille inclinée est reçu dans une auge d'où il est tranféré à un transporteur à godets 68, qui amène le clinker refroidi à un lieu de stockage approprié. Les particules de clinker assez fines pour passer à travars la grille 6' tombent sur des parois inférieures en forme de trémie 69 et 70 (fig. 8) de l'enveloppe et sont transportées par des vis d'Archimède 71, qui les amènent dans l'auge dans laquelle travaille le transporteur à godets 68.
Comme on l'a dit précédemment, l'angle de talus naturel du clinker froid est plus grand que l'angle de talus naturel du clinker chaud. Si la grille a reçu l'inclinaison voulue pour refroidir du clinker chaud, le mouvement de la couche de clinker peut avoir tendance à être moindre à la partie inférieure de la grille qu'à sa partie supérieure en raison du fait que le clinker situé près de la portion inférieure de la grille a été refroidi par celle-ci et a acquis un plus grand angle de talus naturel.
Pour compenser cette différence, on peut, si on le désire, munir les parties inférieures des barreaux à va-et-vient 18' et 18 de saillies appropriées possédant une forme telle qu'elles augmentent l'efficacité des barreaux en faisant mouvoir de clinker près de la partie inférieure de la grille sans cepen- dant déranger exagérément la couche de clinker lorsque les barreaux se meuvent vers le haut. Des saillies de ce genre sont représentées en 72 sur la figure 9.
Le choix du nombre des saillies à utiliser et de la distance dont elles s'étendent vers le haut sur les barreaux dépendra, entre autres, du degré d'action compensatrice qu'on exige d'elles et du point approximatif du chemin parcouru par le clinker
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où la température dudit clinker a été suffisamment modifiée pour qu'il en résulte une tendance au ralentissement de son mouvement.