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Procédé et dispositif pour la production d'argile expansée sous forme de sphères.
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la production d'argile expansée sous forme de sphérules, pour servir, par exemple, de calorifuge, ou d'addition aux masses de béton, de bitume ou d'asphalte et de charge dans les masses organiques, production dans laquelle l'argile, le schisJe argileux ou le schiste bitumineux granulé et préséché est chauffa, au repos, au moyen de gaz exempt d'oxygène, ou pauvre en oxygène, de gaz perdus ou de gaz similaires, jusqu'à siccité absolue, et rendu résistant à l'abrasion,
après quoi le granulat est chauffé au-dessus du point de fusion? jusqu'à atteindre la plasticité nécessaire pour 3'expansion et en- fin est expansé par amenée d'oxygène* Habituellement, les granules
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sont culte dans un tour rotatif, et les gaz de combustion sortant de celui-ci sont aspirés à travers les granulée se trouvant sur la gril- le.
L'expansion de l'argile a:. lieu dans la partie mobile de l'installation, dans le four rotatif, car l'expansion se produit à l'état pyroplastique. Si les particules reposent à coté l'une de l'autre, elles s'agglutinent cu s'agglomèrent par fusion. Le four ro- tatif empêche ce phénomène.
L'expansion exige um viscosité bien déterminée de l'état pyroplastique, qui ne doit pas être trop faible car autrement les par.. ticulos s'agglomèrent et les gaz d'expansion s'échappent. Cette via- cosité dépend exclusivement de la température et s'obtient rapide- ment ou lentement suivant la nature de ,l'argile. On doit également assurer que les particules'à expanser soient rendues-plastique jus- qu'à l'âme, afin d'utiliser complètement l'effet d'expansion. A cette fin, le temps de séjour du produit à cuire dans des diverses zones de température doit être réglé avec précision.
En outre, suivant les caractéristiques de la matière première, l'expansion peut se déclen- ; cher par réduction ou oxydation à une température déterminée. Ces conditions ne pouvaient être réaliséesjusqu'ici qu'avec un tour rotatif.
Comme les frais d'un four rotatif sont très élevés, la rentabilité exige l'exploitation d'une unité relativement importante, de sorte que, suivant l'expérience, les installations de fours rota- tifs pour la production d'argile expansée ayant un rendement journa- lier inférieur à 400 m3 ne travaillent plus économiquement,
Afin d'éliminer cet inconvénient, il est proposé suivant l'invention de renoncer à empêcher l'agglomération des granules par leur mouvement dans un tube rotatif etd'utiliser la chute par gravi- ;
té, en soumettant les granules pendant qu'ils tombent, sont en sus- pension ou tourbillonnant en espace libre à un traitement par des gaz circulant à contre-courant, et en faisant varier la durée du trai- tètent par le réglage du courant gazeux..
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L'idée de cuire des granules en suspension libre, en sois n'est pas neuve. Le four à lit fluidisé (générateur Winkler) appar- tient à l'état actuel d@ la technique. L'idée de base en est que les particules tourbillonnant dans le lit fluidité, sous l'action d'un courant gazeux, peuvent s'écouler coaiae un liquide par-dessus un dé- versoir. Hais rien n'assure que chaque particule séjourne pendant le môme temps dans la zone tempérée et on parle donc d'une durée de séjour moyenne. Pour la cuisson de l'argile expansée, ceci signi- fierait un granulat'en partie insuffisamment cuit et en partie trop cuit.
Pour, d'une part, utiliser les avantages d'une cuissonren suspension libre des particules et pouvoir, d'autre part, déterminer avec précision la durée de séjour dans les diverses zones de tempé- rature et régler dans ces dernière une atmosphère oxydante ou une atmosphère réductrice, on a mis au point le procédé de l'invention.
Trois possibilités se présentent pour l'exécution de ce procédé. On sait que les divers types d'argile exigent des condi- tions diférentes pour leur expansion. $De nombreux types d'argile atteignit, dans une atmosphère suffisamment chaude, l'état pyro- plastique en quelques secondes mais par contre, d'autre types d'ar- gile exigent plusieurs minutes pour pouvoir se dilater pyroplasti- qument jusqu'à l'me et présenter une porosité uniforme, même à l'intérieur.
Dans les trois cas, les granules sont sèches à l'état de repos, chauffés et rendus résistants à l'abrasion, avant de passer dans l'installation de cuisson proprement dite. Ceci s'effectue sur ' une grille mécanique ou sur un transporteur à palettes, en aspirant au moins deux fois à travers la couche de granules les gaz chauds provenant de l'installation de cuisson.
Suivant l'invention, lorsqu'il s'agit d'argile se gonflant ' rapidement, les granules chauffés sur la grille de séchage et de ;; réchauffage sont chauffés et expansés pendant leur chute libre. Un tourbillonnement ou une mise &n suspension de durée indéterminée
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sont absolument exclus dans le cas de ces argiles, caron ne peut réaliser la condition d'un temps de séjour de chaque particule court et déterminable avec précision. Suivant l'invention, la chute libre est freinée car, normalement, le temps que mettent les particule. à traverser en toabant l'installation de cuisson ne suffit pas à chauf- fer les granules suffisaient longtemps pour leur expansion.
Ceci peut être pbtenu au moyen * deux systèmes,
Dans le premier système, les granules tombent dans un tour à cuve vertical, à la partie inférieure duquel se trouve la zona de cuisson avec la température maximale de tout le système. Afin de pouvoir freiner la chute libre, comme le prévoit l'invention, on en- voie un courant gazeux réglable en sens inverse de la chute des gra- nules.
Dans le deuxième système, la chute libre est remplacée par le roulement sur un plan incliné, à l'extrémité inférieure duquel se trouve la chambre de cuisson. Il se produit déjà ici un retard plus important que dans le premier système, que l'on augmente encore par un courant gazeux soufflé en sens inverse. Dans le cas où l'on em- ploie une argile dont l'expansion est lente, le temps de la chute libre freinte dans les deux systèmes ne suffit pas non plus pour chauffer le granules dans une mesure suffisante pour qu'ils de- viennent pyroplastiques jusque dans le noyau et qu'ils prennent ainsi uno structure uniforne. Dans ce cas, on a recours au troisième système.
Les granules préchauffés sur la grille mécanique tombent dans une chambre de cuisson dans laquelle ils sont entraînas dans une rotation ou un tourbillonnement par des gaz soufflés par le bas, à travers une grille, ou dans des tuyères, d'une manière analogue à ce qui se passe dans le four à lit fluidisé. Toutefois, contrairement au cas de ce four, on renonce dans ce four de cuisson à cuve au débordement par-dessus la zone de tourbillonnement., Suivant l'invention, on met à profit le fait qu'après leur expansion, les parti- ' cules présentent une résistance considérablement plus élevée à l'é- coulement. De cette façon, les particules déterminent d'elles-mâmes '
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.avec pr4c19lo9 leur temps de séjour dans le lit tln1d1t.:A;
après un {séjour suffisamment long dans la zona de tourbillonnement et de cuis- ! on, elles gonflent, sont entrtinées par le courant gazeux en raison ! de leur plus grande résistance à l'écoulement et sortent dans le haut
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vers 14 chambre de cuisson. Il ne peut donc plus être question d'lU1 temps de séjour moyen. Le degré d'expansion pout se déterminer faci- lement par le réglage du courant gazeux.
Dans ce cas, la circulation du gaz nui permet seulement 'opération de cuisson de la Manière prévue par l'invention s'effec- tue dans le mime sens que les particules. C'est en outre la condition ! de la rentabilité du procédé, il 7 L'invention sera décrite, à titre d'exemple, avec référencei
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I tux dessins annexas ou les figures 1 à 3 représentent schématiquement diverses formes d'exécution des installations pour la mise en pratique du procédé de l'invention.
Dans les trois systèmes, les granules de sphéricité uni-
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t)rmo sont charges sur la grille dé séchage 2 par l'ouverture d'en- fourneaent 1. L'eau est extraite dans la zone de séchage 3, et dans le zone de chauffage 4 les granules sont chauffés par les gaz chauds
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provenant du four à cuve de cuisson 6, dans toute la mesure du pcssible, c'est-à-dire jusqu'à la limite de sollicitation thermique de la grille de séchage 2.
Lorsqu'on emploie un four de cuisson à cuve suivant le
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systbae 1, 1% granules chauds tombent dans la cuve 6 par I#interzi- dittire du dispositif de distribution 5. Les particules sont freinées dans leur chute par le courant gazeux ascendant, de sorte que le teaapa de séjour dans zone de cuisson 8 si !t1t pour assurer l'ex- parisien pendant la descente. Le gaz qui freine la chute libre des particules est appelé gaz porteur. Il pénètre dans la chambre de
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cuisson 8 par la fente 13. Ici sont .;al';:otnt installas les brûleurs 11 qui sont alimentés du combustible nécessaire.
Quand les granules sor,t descendus saut les fentes 13, 1-9&c&4on du gaz ,orteux- cesse et les particules toabent li'breuent dans la sonq de refroidissement 9
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où e1'\os se refroidissent e.. sont extraites en 10. La zone de refroidisseront peut Ócale1l?nt être remplacée par une installation de refroidisseaont généralement cornue, COr:1me par exemple un tambour de refroidissement, une grille mécanique ou un transporteur à palettes.
Pendant que les granules descendent dans la cuve 6, leur
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volume augmente, en raison de l'axpnnaion sous 1#action de la chaleur, sans que toutefois leur poids s'accroisse. La résistance à loécoule- ment se modifie donc pendant la descente. Afin que les particules ne soient pas à nouveau entraînées vers le haut pendant et après l'ex-.
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pans ion, la vitesse d'écoulecent du gaz porteur doit être diminuée. Ceci se réalise de manière simple en élargissant la section transfert sale de la cuve vers la chambre de cuisson 6. L'augmentation de la section transversale dépend de la vitesse réduite nécessaire et de l'augmentation de volume. Elle varie avec le type d'argile et doit se déterminer empiriquement d'un cas à l'autre.
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Coruae l'éjection des granules préchauffés et durcis du transporteur à palettes ou de la grille mécanique 2 ne se fait pas uniformément mais par faussées successives, on doit interposer le @ dispositif distributeur 5 entre le transporteur et la cuve. Autrement, on risque que, par suite du remplissage par poussée de la cuve 6
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dans le système 1 (figure 1), la section trarv v rsalu se rétrécisse trop fortement, que la vitesse du gaz devienne trop grande et qu' une partie des granules soit entraînée vers le haut. Le tube rotatif S transforme l'écoulement périodique de la matière en une avance continue.
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Dans le cas où l'on utilise une cuve dé cuisson du deuxiaate système, les opérations, suivant le 8chÓa n* 2, se déroulent cosse suit. Les granules durcis sur la grille de séchage 2 roulent libre- ment vers le bas, dans la cuve inclinée 6 dont l'inclinaison est telle qu'aucune particule ne peut rester accrochée. La section transversale A-A de la cuve doit être maintenu* aussi plate que pos- sible, afin de pouvoir assurer un transfert plus rapide de la cha-
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leur des gaz ehauis aux particules.
Quand le chauffage a progressé
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d'une ranière telle que l'expansion se produit, les particules doivent atteindre la chambre de cuisson large 8, de manière à tenir compte dans cette installation de la résistance à l'écoulement accrue des granules.
Si la vitesse de roulement est encore trop grande, le rou. lement peut ici également être freiné par un courant gazeux souffle en sens inverse. Ce courant gazeux pénètre par les canaux 13 nous le brûleur 11. Les particules sont ensuite extraites par le dispositif de refroidissement 10, qui peut également être remplacé par d'autres installations connues.
Dans ce système* il n'est pas nécessaire de prévoir un dispositif distributeur pour assurer un écoulement continu de la matière.
Si le temps de séjour qui peut être atteint dans les deux systèmes que l'on vient de décrire ne suffit pas pour assurer l'ex- pans ion complète des granules dans la zone de cuisson, on a alors recours à un dispositif suivant le schéma n 3. Les granules chauffés sur la grille de séchage 2 tombentpar l'entrée 5 dans la cuve de cuisson 6 où ils se ressentaient dans la zone de cuisson 8. Les brûleurs I@ sont ici disposés latéralement. Au lieu d'un gaz porteur, un gaz tourbillonnant arrivant par les canaux 13 est soufflé ici à travers la grille ou la plaque à tuyères 18.
Grâce au gaz soufflé avec force, les particules tourbillonnent dans la zone de cuisson limitée par l'élargissement conique du puits 6, jusqu'à ce qu'elles soient expansées et "offrent, par suite de l'augmentation de. leur volume, une résistance telle au gaz tourbillonnant qu'elles sont entraînées et extraies dans le haut vers le puits de cuisson 6.
Elleu tombent dans la chambre 9 où elles se séparent du courant gazeux et se rassemblent.
Elles sont ensuite refroidies et éjectées par le dispositif d'extraction 10. L'élargissement de la cuve 6 a pour but de diminuer quelque peu dans cette partie la vitesse du gaz. De cette façon, les granules non encore complètement expansés retombent à nouveau dans le lit fluidisé, jusqu'à ce que l'augmentation de leur volume suffise
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pour amener les particules par la cuve 6 dans la rehausse conique 7 où elles sont extraites avec certitude en raison de la vitesse ac- crue du gaz.
Dans les trois systèmes, le gaz et l'air circulent dans le même sens ce qui, suivant l'invention, assure la rentabilité parti- culière du procédé.
Las gaz mentant dans la cuve de cuisson 6 se composent du gaz porteur ou du gaz tourbillonnaire déjà mentionné et de l'air comburant. L'air comburant est préchauffé en servant en même temps pour le refroidissement des granules. On doit veiller à un transfert de chaleur aussi complet que possible dans les dispositifs de re- froidissement et d'extraction 9 est 10, L'air comburant ast refoulé dans la cuve de caisson 6 par la soufflante 14. La quantité d'air comburant est fonction de la consommation de combustible. Suivant que l'on désire une atmosphère oxydante, neutre ou réductrice, on envoie une quantité d'air plus au moins grande p&r un réglage facile de la soufflante 14.
La vitesse du gaz pour le freinage de la chute libre dans les systèmes 1 et 2 est réglée par une accélération plus ou moins prononcée du gaz porteur au moyen de la soufflante 15. Dans le sys- terne 3, la quantité d'air en tourbillonnement est déterminée -,/par le fait qu'une plus grande vitesse donne de plus petits granule et qu'une vitesse plus faible en donne par contre de plus gros Suivant l'invention, le gaz porteur ou gaz tourbillonnaire est preuve à un autre endroit eu/les gaz de combustion provenant de la cuve de cuisson 6 ont traversé pour la première fois la couche de grandes de la zone de chauffage 4. Le courant gazeux a cédé une partie e sa chaleur, de sorte qu'il est suffisamment refroidi pour pouv@@r être refoulé par une soufflante.
Suivant l'invention, le courantazeux est subdivisé après le passage dans la zone de chauffage 4. a souf- flante 15 prélève la quantité nécessaire comme gaz porteur andis que la soufflante 16 refoule le reste des gaz dans la zone de s@ hage 3.
La soufflante 17 aspire de la zone de séchage 3 les gaz comp@@tement
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refroidit jusqu'au point de rosée et les refoule à l'air libre. La soufflante 15 refoule maintenant les gaz provenant de la zone de chauffage 4 dans les canaux de préchauffage du gaz 13, maçonnés dans les parois de la cuve de cuisson 6. De cette façon, les gaz repren- nent nouveau la température qu'ils avaient en quittant la cuve de cuisson. La perte de calories dans ce circuit correspond à la chaleur ' absorbée par les granules dans la zone de chauffage 4. Le nouvel apport de chaleur doit correspondre à l'absorption do celle-ci par les granules dans la zone de cuisson 8 et à la cession de calories dans la zona de séchage 3.
Dans le système 1, les font** 13 par lesquelles .Le g-z porteur pénètre dans la cuve de cuisson 6 peuvent être conçues de telle façon que les gaz sortant de fentes opposées se rencontrent tans le centre et s'écoulent obligatoirement vers le haut mais d'autre part, lea gaz m peuvent pénétrer tangentiellement dans la cuve, afin d'amorcer un mouvement giratoire et de s'élever hélicoïdalement.
Dot types différents d'argiles exigent des atmosphères différentes pendant le chauffage et la cuisson, Pendant le séchage et. le chauffage, de nombreuses argiles exigent une atmosphère réductrice, tandis qu'elles nécessitent une atuosphere oxydante au cours de la cuisson. Suivant l'invention, avec les trois systèmes, on peut faire régner dans la cuve de cuisson 6 des conditions autres que sur la grille de séchage 2. Comme déjà Indiqué, 1' atmosphère de la zone de cuisson 8 est déterminée par le réglage de la soufflante 14.
L'amenée d'une quantité de combustible supplémentaire par les br@- leurs 12 permet de transformer l'atmosphère oxydante de la chambre de cuisson 8 en une atmosphère neutre ou réductrice à l'évacuation de gaz brûlés. Inver ment, on peut procéder par une insufflation d'air secondaire chauffé, au lieu d'eaployer le brûleur 12, quand, dans la chambre de cuisson 8, règne une atmosphère réductrice.
Les installation selon l'invention, que l'on vient de dé- crire, présentent une capacité d'adaptation peu commune aux exigencet du produit à cuire. La tarification de la vitesse de la grille 2 combinée avec une alimentation différente donne une possibilité sup-
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plémentaire de. varier la température et le temps de préchauffage pour das débits différents. L'argmentation de la quantité de gaz porteur (augmentation de la vitesse du gaz) modifie les conditions do cuit- son. L'amenée de chaleur s'effectue indépendamment de la quantité de gaz en circulation, L'atmosphère paut aussi bien être oxydante que réductrice, et réglée indépendamment pour les zones de cuisson et de séchage.
Ces installations suivant l'invention permettent de répon- dre aux conditions de cuis@dn exigées pour l'argile expansée, sans encourir les frais d'un :roui- tubulaire rotatif. Ceci s'explique comme suit: lors de la cuiston dans le four rotatif, une grande par- tie de la chaleur des flammes est transférée aux produits à cuire sous forme de chaleur rayonnée. La température Maximum apparaît au-dessus de la flamme, mais non dans le produit cuit. Celui-el roule en une couche d'une certaine épaisseur dans le four rotatif, de sorte que seules les particules qui se trouvent précisément vers le haut sont suffisamment échauffées, d'autant plus que l'effet isolant de l'argile expansé est trbs marqué.
Le temps de séjour dans, le four rotatif doit donc être beaucoup plus grand que dans les dispositifs suivant l'invention. Dans ceux-ci en effet, les granules tombent à travers la flamme ou tourbillonnent dans celle-ci et sont donc com- plètement léchés par les gaz chauds, de sorte que la durée du séjour dans la zone de cuisson est considérablement raccourcie et qu'on peut diminuer la température de la flamme. Ce fait explique la meilleure utilisation de la chaleur et par conséquent, la. possibilité d'exploi- ter de manière rentable des installations d'importance mine réduite.
Pour se résumer, on précisera encore une fois l'idée qui est à la base de l'invention. Un procédé de cuisson du type décrit ci-dessus n'est pas connu, mène si certaines parties des installa- tions décrites appartiennent à l'état actuel de la technique. En ad- mettant môme que la cuisson en chute libre, ou en roulement libre sur le plan incliné, ou en tourbillonnant doit être considérée coma connue la possibilité donnée par l'invention de déterminer avec préci-
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sien le temps de séjour des particules dans la zone de cuisson pen- dant ce mouvement absolument libre doit être tenue courue nouvelle.
A condition toutefois que le produit à cuire soit introduit sous la forme de petites sphères dures, de grosseur uniforme, car les peti- tes offrent une résistance à l'écoulement plus élevée que les grosses particules, comme les particules irrégulières offrent une -résistance supérieure à celle des sphères lisses. Si des granules froids et hu- mides sont introduits dans la zone de cuisson chaude, il est possi- ble qu'ils explosent partiellement et que l'on obtient ainsi un granulat de grosseur variée pour laquelle toutefois la même durée d: séjour ne peut plus être assurée pour toutes les particules.
Les granules doivent donc être séchés, chauffés et durcis à l'état de repos sur une grille de séchage, suivant les phases du procédé Indiqué dans le brevet allemand 1.054*004, avant de tomber dans l'installation de cuisson. On doit également considérer comme nouveau que les granules ainsi traités au préalable ne doivent pas être mis obligatoirement en mouvement dans le four rotatif, mais empêché* de s'agglomérer dans un mouvement libre dont la durée peut toutefois être détermine avec précision. Cette nouvelle combinaison donne en même temps une utilisation de la chaleur qui ne peut être meilleure, en raison de la circulation du gaz suivant l'invention.
REVENDICATIONS.
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