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La présente invention se rapporte à la fabrication du cimenta et, plus particulièrement, à un procédé et à une installation pour la cuisson de la matière crue en clinker donnant.par broyage un produit finie
L'invention a pour but de réaliser un procédé de fabrication de clinker et une installation de prix moins élevé que le four rotatif classique ou les dispositifs déjà proposés pour le remplacer, Plus précisémentl'in- vention réduit le prix initial de l'installation aussi bien que les frais de fonctionnement, spécialement de combustible.
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De plus, l'invention réduit la quantité de CO contenu dans les gaz qui se dégagent ainsi que celle de poussières.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu un four ayant une chambre de réaction pour la combustion et la fusion des matières brutes en clinker. Au- -- dessus de la masse de matières dans la chambre, on maintient un espace libre pour la combustion secondaire, de manière à per- mettre la combustion du CO résultant de la réaction des matières brutes. Au-dessus de la zone de combustion secondaire, on main- tient un lit de matière à cuire fluidifiée par les gaz de combus- tion de ladite zone qui montent en traversant une grille suppor- tant le lit. Des tuyaux descendants partent de ladite grille et conduisent à un niveau placé plus bas que la zone de combustion secondaire, pour amener les matières premières à partir de cette zone dans la chambre de réaction proprement dite.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
Au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 est une vue schématique en coupe montrant l'installation dans son ensemble ; la Fig. 2 est une vue en coupe transversale du four suivant la ligne 11-Il de la Fig. 1, certains éléments étant représentés en élévation; la Fig. 3 est une courbe de température relative à la Fig. 1, montrant la température à différentes hauteurs dans la chambre de réaction.
Si l'on se réfère maintenant au dessin, on voit qu'un mélange de matières crues est entassé dans une trémie 10 et alimente par un transporteur 11 un dispositif 12 de mise en boulettes. Le mélange brut peut, par exemple, être composé de 80% de calcaire et de 20% de schiste argileux.
A ce mélange, on ajoute 7% de charbon en poids envi-
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l'on. Le charbon doit être de préférence de la qualité la moins- volatile (moins de 4%) Ces constituants sont broyés avant d'être chargés dans la trémie 10 et réduit à un état dans lequel au moins 90% en poids du mélange ont une finesse inférieure- à celle qui correspond au tamis américain N 200 (ouverture nomi- nale, 0,074 mm). On introduit également sur le transporteur 11, en 13, le gâteau de filtre produit par un lessivage et un filtrage de la poussière recueillie dans les gaz d'échappement comme il est décrit plus loin.
Aux matières premières du dispositif de boulettage12, on ajoute de 15 à laµ, de préférence environ 12%, d'eau en poids, au moyen d'une canalisation 14. Le dispositif de boulettage 12 est d'un type tel qu'il produit des agglomérés dont la grosseur est comprise entre 12 mm et l'ouverture (2,38 mm) du tamis américain N 8, de telle façon que 95% environ puissent être retenus par le tamis américain N 6 (3,36 mm), Les boulettes de matière crue sont déchargées dans la partie supérieure d'un four 15 par des tuyaux d'admission 16, formant ainsi un lit d'environ 30 cm d'épaisseur sur une grille 17 placée horizontalement dans ce four.
L'espace se trouvant au-dessus de la grille constitue une chambre de séchage et de réchauffage 17a
Le four 15 est de préférence oblong en coupe horizon- tale et comprend le réacteur 18 pour la combustion en dessous duquel sont placés les concasseurs de clinker 19, Un tuyau de sortie 20 pour les gaz d'échappement prolonge latéralement la chambre 17a Les concasseurs de clinker sont de construction connue, comprenant des cylindres cannelés tournant en sens inverses et des volets articulés de déchargement disposés chacun d'un côté. Le réacteur 18 est garni intérieurement de briques réfractaires disposées dans un dispositif de retenue convenable composé d'éléments de résistance et de plaques (non représentés).
Les-tuyaux 21 se prolongent vers le bas, et partant d'un niveau plus
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élevé que la grille 17, traversent cette dernière et descendent jusqu'à un niveau inférieur situé plus bas que le haut de la chambre 18. La grille 17 possède des trous de plus de 6 mm de diamètre, espacés le long de sa longueur et de sa largeur, de 15 en 15 cm grâce auxquels les gaz de combustion montant à travers la grille maintiennent la matière mise en boulette dans un état fluidifié. On récupère ainsi approximativement toute la chaleur sensible des gaz en séchant et en réchauffant les boulettes froides et humides qui entrent.
La matière fluidifiée sur la grille 17 s'écoule vers le bas par les tuyaux 21 dans le réacteur 18, le remplissant pour former une masse reposant sur les concasseurs 19 puis remonte jusqu'au niveau des extrémités inférieures des tuyaux 21.
La hauteur de cette masse de matière peut être de 1 à 5 m et de préférence d'environ 2,5 m. De cette façon les tuyaux 21 main- tiennent un espace vide 22 entre la grille 17 et la matière con- tenue dans le réacteur 18, pour la combustion secondaire du CO résultant de la réaction. La masse dans le réacteur 18 est en- flammée et la combustion du combustible se produit progressivement dans une couche située au dessous du haut de la masse.
L'air alimente le réacteur 18 par des orifices d'admis- sion 23 branchés sur des collecteurs 24. Une soufflante (non représentée) assure l'alimentation en air à une pression équivalente à celle d'environ 20 cm d'eau. Une colonne d'air montante 25, en dérivation sur l'un des collecteurs 24, amène l'air à un autre collecteur 26. Des'orifices d'admission 27 reliés au collecteur 26 alimentent en air secondaire l'espace 22 pour assurer la combustion du CO qui s'y trouve.
Les concasseurs 19 sont entraînés par un moteur 28 à une vitesse réglée sur celle de l'alimentation du réacteur 18 en matière brute de manière à maintenir une hauteur sensiblement constante de matière dans celui-ci* Les concasseurs déchargent
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la matière dans un caisson 29, Un transporteur 30, au fond du caisson entraîne le clinker vers un tuyau de sortie 31 dont le débit est réglé par des obturateurs espacés 32, qui déterminent entre eux des zones étanches à l'air, En ouvrant et fermant successivement les obturateurs 32, des charges de clinker peuvent être déposées sur un convoyeur 33 qui les emporte plus loin sans que la pression diminue dans le réacteur 18.
Les gaz qui se dégagent dans la chambre 22 contien- nent des vapeurs alcalines provenant des matières brutes du réacteur 18. Cet alcali est condensé en grande partie quand le gaz se refroidit en traversant le lit disposé sur la grille 17 et il retourne dans le réacteur 18 pour être de nouveau vaporisée réalisant ainsi la concentration des vapeurs alcalines des gaz traversant l'espace 22. Pour maintenir le taux d'alcali dans le système, un retour ou tuyau de purge 34 commandé par des registres 35, relie l'espace 22 avec la sortie des gaz 20.
La dérivation de 5% environ seulement des gaz d'échappement dans le tuyau de purge 34 suffira pour éviter un retour d'alcalin en excès dans le four. Un tuyau de descente 36 conduit les gaz d'échappe- ment à un dépoussiéreur 37 du type à sacs filtrants. Une admis- sion d'air 20a permet la dilution des gaz d'échappement, ce qui peut réduire leur température de 217 C environ, température à laquelle ils se dégagent au-dessus du lit reposant sur la grille 17, à 120 C, c'est-à-dire à une température qui n'est pas dangereuse pour le tissu des sacs du filtre. Un ventilateur 38 aspire le gaz à travers les sacs du filtre et les décharge dans une cheminée 39.
Les sacs sont périodiquement secoués et déchargent ainsi la poussière qu'ils avaient accumulée sur un convoyeur 40, Cette poussière est lavée avec de l'eau dans une cuve convenable pour enlever l'alcali soluble et filtrée, le gâteau ainsi produit étant ramené sur le convoyeur 11 et ajouté à la matière crue qui ali- mente l'appareil. Un jet d'eau de refroidissement peut être créé
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dans le tuyau d'échappement 20, si on le désire, cette eau se substituant à l'air , pour assurer l'abaissement de la tempéra- ture des gaz d'échappement.
Il est évident, d'après ce qui précède que, au cours d'un fonctionnement normal de l'installation décrite, l'air qui entre par le fond du four monte au travers de la colonne descendante de matière granuleuse, se réchauffant au contact du clinker chaud formé par la combustion du combustible et refroi- dissant ce clinker. La matière solide, après avoir été séchée et réchauffée sur la grille 17, s'écoule vers le bas à travers le réacteur 18 et eqt de nouveau amenée au contact des gaz de com- bustion montant au travers de la colonne, à ce moment plus chauds et ayant atteint la température de calcination, le charbon con- tenu dans le clinker étant en ignition, et la matière première dans les couches situées au-dessus de la zone de combustion étant calcinée, après quoi elle est rapidement refroidie, puis rafraîchie par l'air arrivant par le haut.
La combustion dans le réacteur 18 produit du CO mais ce dernier est en grande partie brûlé dans la chambre 22 grâce à l'apport d'air addition- nel. La température dans la chambre 22 est maintenue à environ 760 C. pour assurer la combustion du CO en présence de l'air entrant par les orifices d'admission 27, ce qui réduit la pro- portion de CO dans.les gaz de la cheminée.
La pression de l'air entrant par les orifices d'admis- sion 2 et la succion exercée par l'aspirateur 38 sont réglées de telle manière que-le point zéro de la courbe des pressions (c'est-à-dire le point de passage de la pression positive à la pression négative) se trouve placé juste au-dessus de la couche reposant sur la grille 17, Il n'y a donc ainsi aucune tendance pour les gaz à s'échapper par les tuyaux 16 d'arrivée de la matière.
Les superficies de la grille 17 et de la chambre 17a placée immédiatement au-dessus de la couche de matières seront
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proportionnées de manière à maintenir une vitesse de 0.9 à 1,5 m/s (conditins normales) dans la colonne, de préférence 1,2 m/s environ, pour maintenir)la matière compte tenu de sa composition et de sa grosseur, à l'état fluidifié.
Les pertes de chaleur du systëme et les conditions endothermiques de calcination restent sensiblement constantes.
On peut donc facilement régler la température des gaz d'échappement dans la chambre secondaire de combustion 22 après la combustion du CO en faisant varier la quantité de combustible mélangé aux matières dont on veut faire le ciment. De cette façon, on s'assure que la température dans la chambre 22 est bien supérieure à celle qui est nécessaire à l'ignition du CO qui s'est formé dans la chambre 18, soit 650 C A titre d'exemple, la température dans la chambre qu'on peut maintenir de préférence est de 760 C.
Il est assez clair que l'invention présente de nom- breux avantages. En ce qui concerne l'économie d'investissement de l'installation nécessaire, un réacteur 18 de 2,4 x 6 m et environ 2,4 m de haut suffira pour une production de 25 à 35 tonnes à l'heure avec des frais d'entretien et de fonctionnement correspondants réduits. La faible hauteur de la colonne dans la chambre 18 garantit un refroidissement effectif du clinker.
Des combustibles de basse qualité tels que le charbon de rebut à taux élevé de cendre peuvent être utilisés sans inconvénient étant donné que cette cendre prend simplement la place de matières servant à la fabrication du ciment. Il n'y a pas de problème en ce qui concerne la distribution des matières mises en boulettes sur la grille 17 dès l'instant que l'état fluidifié de ces dernières les fait gonfler et couler, presque comme un liquide. L:
'effrittement et la désagrégation des boulettes sur la grille ou avant son arrivée sur celle-ci ne pose non plus aucun problème pourvu que la quantité d'impuretés trouvée dans les matières solides avec lesquelles le système est alimenté ne
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dépasse pas 5% en poids, En évacuant les vapeurs alcalines, le produit peut être maintenu à un taux inférieur au maximum admissi- ble d'alcali soit 0,6% (de Na2O équivalent) .
Le volume de gaz qui se dégage par mètre cube de débit horaire est ,de loin inférieur à la moitié de celui qui est produit , par un four rotatif classique, et cela à cause du rendement ther- mique élevé et de la faiblesse de l'infiltration de l'air. La teneur en CO est très inférieure à celle du four classique parce que, quoique produit dans le réacteur, il est brûlé dans la cham- bre de combustion secondaire 22.
Les mélanges contenant du laitier, par exemple 67% de calcaire et 33% de laitier peuvent être transformés en clinker suivant l'invention, aussi bien que les mélanges calcaire-schiste en additionnant la quantité voulue de mélange calcaire-argile pour obtenir des boulettes de résistance appropriée, la proportion du mélange calcaire-laitier au mélange calcaire-argile étant habituellement de 3 à 1.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.