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Procédé de cuisson de matières céramiques chargées d'éléments combustibles, notamment de schistes houillers et appareillage destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé,
Dans le brevet belge n* 585.774 déposé le 17 Décembre 1959, se trouve décrit un procédé de traitement thermique de .
matières céramiques chargées d'éléments combustibles comprenant essentiellement oinq phases principales qui sont, un réchauffage jusqu'à une température d'allumage, une inflammation subséquente des produits avec montée de leur température jusqu'à une tempé- rature d'oxydation, un maintien de cette température pendant
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le temps nécessaire à l'oxydation totale des éléments combus- tibles, un grésage à température plus élevée, déterminée en fonction des produite désirés, puis un refroidissement à une température voisine de celle de l'ambiance, pour permettre la manutention des produits céramiques ainsi cuits, procédé appli- cable plus spécialement aux produits céramiques fabriqués à partir de pâtes de schistes houillers.
Conformément à un tel procédé, il est nécessaire d'envisager l'utilisation de divers moyens de refroidissement tels que l'admission d'importants excès d'air et le soutirage de fumées chaudes pour permettre de ne pas dépasser, malgré un dégagement initial de chaleur très important en milieu oxydant, un palier de 850 C environ pendant l'élimination des é@ments combustibles par oxydation en profondeur.
Un tel procédé est en fait et surtout caractérisé par l'observation, au cours d'un tel traitement thermique, de ce palier d'oxydation à coeur, à température modérée, inférieure à celle qui amènera le grésage du produit, afin de ne pas fermer la texture poreuse et permettre le dégagement des produits d'oxydation.
La présente invention concerne un mode de mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet ci-dessus mentionné dans un four connu dans l'industrie céramique sous le nom de four-tunnel.
La'précision du four-tunnel permet de passer en effet d'une température de 850 C à celle du grésage et même d'assurer une partie dudit grésage, en ce qui concerne l'énergie, avec du oarbone qui serait demeuré Inclue --- dans la matière traîtée; en variante légèrement divergente de la notion d'oxydation à coeur précitée, préalable au
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grésage,
En fait, pour des produits courante d'une part, ayant une porosité de 10 à 12%, si l'on se maintient en milieu oxydant, la température maximale ne dépassant pas par exemple 1040 C, la porosité finale est encore suf- fisante, pour le schiste pris comme exemple, pour assurer le départ des produits gazeux.
L'appoint calorifique nécessaire au grésage, très faible, est alors utilisé surtout pour porter à cette même température les produits des lance et de la tête des empilages, produits qui sont toujours moins chauds que ceux qui occupent la région centrale desdits empilages. En fait, cet appoint est utilisé à uniformiser les températures.
En un tel cas, un four-tunnel peut être pourvu aux emplacements appropriés où le grésage est effectué, de brûleurs en activité peu nombreux et que l'on règle de manière qu'ils débitent des flammes courtes.
Pour des produits de qualité, par ailleurs, dont
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la porosité est inférieure a 10%, et qui peut descendre 5% environ, on peut aussi, selon ce procédé de cuisson au four-tunnel, s'efforcer de conserver une certaine proportion de oarbone dans les produits de manière à assurer la montée en température à 1060*Ce et le maintien d'uniformisation est réalisé par des appoints extérieurs plus importants, le carbone ayant alors pratiquement disparu.
En pareil cas, les brûleurs du four en activité sont plus nombreux et certains d'entre eux peuvent être réglés à plein régime pour débiter des flammes longues et chaudes.
Dans un tel mode de mise en oeuvre, faisant
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utilisation du four-tunnel, les difficultés principales pourraient provenir des faits ci-après ; - Mauvaise mise en place, dans le four, des diagrammes des températures qui correspondent aux diverses courbes de cuisson déterminées par le type des produits (qui peuvent être perforés ou creux), la compacité de leur texture, le mode et la densité de leur empilage, leur pouvoir calorifi- que et le degré de grésage désiré. Une telle mise en place défectueuse est le plus souvent caractérisée par le retard apporté à la phase initiale de 1 1 allumage. par un écart supérieur à 100 C par exemple entre le sommet et le pied desdits empilages et par des surchauffes localisées en des points non prévus sur de telles courbes.
- Démarrage très rapide, surtout dans le coeur de l'empilage au stade inflammatoire aveo élévation importante des températures, ce qui peut amener, intempesti- vement, une fusion localisée aveo déformations correspondantes desdits produits.
- Création de milieux réducteurs dans certaines zones des empilages par manque de turbulence avec présence d'oxyde de oarbone et d'hydrogène, principalement d'oxyde de carbone, qui réduisent les oxydes ferriques en oxydes ferro- ferriques ou ferreux. La conséquence est l'abaissement dans ces localisations du point de grésage qui devient inférieur à 1000 C de sorte qu'à l'emplacement de grésage proprement dit, se présentent des produits ayant des points de grésage discordants, étagés entre 980 et 1060 C environ, si bien que les formée et couleurs des produits offrent des défauts et notamment en ce qui concerne la teinte, des tons très divers pouvant aller jusqu'au noir.
L'invention comprend, pour y parer, un procédé de cuisson, en four-tunnel, de produits céramiques formés par
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moulage ou filage de matières fortement chargées en produits combustibles et notamment des schistes houillers, prooédé selon lequel de telles matières conformées par moulage ou filage sont tout d'abord séchées puis somises à un processus d'inflammation rapide destiné à franchir au plus vite la bande des 500 à 600 , où l'oxyde de carbone est essentiellement instable, avant d'être l'objet d'une phase d'oxydation assistée à laquelle succède un maintien à une température inférieure à celle dudit grésage, opération qui succède à la fin de l'oxydation assistée,
une dernière phase de refroi- dissement après grésage permettant la disponibilité des produits cuits, ladite oxydation assistée, l'inflammation et le grésage s'effectuant en atmosphères séparées, toutes les atmosphères successivement rencontrées étant fortement oxy- dantes.
L'invention comprend également des tours-tunnels du type précité, agencés en vue de la mise en oeuvre d'un tel procédé.
Dans une forme d'exécution particulière, un tel four est constitué en plusieurs éléments séparés qui comprennent, de part et d'autre d'un tunnel relativement long où l'on exécute les opérations de maintien pour le parachève- ment de l'oxydation poussée éventuellement à coeur, de grésage et de refroidissement, deux inflammateurs latéraux associée de préférence à des séchoirs.
Il est également préférable de faire suivre aux produits des trajets de manutention qui comprennent, à la sortie des séchoirs, un empilage sur des wagons de fours avec un sens de circulation à rebroussement, puis, à la sortie des inflammateurs, une introduction en rebroussement desdits wagons dans le four central lui-mime.
Par une telle disposition, on peut obtenir
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sans à-coup une marche avec des taux de production s'éton- dant entre un très bas ralenti et une produotion maximale.
L'invention comprend également, dans de tels fours, des wagons spéciaux susceptibles d'admettre les circulations turbulentes nécessaires, en conjugaison avec certains modes d'empilage qui les favorisent aussi.
La description qui va suivre, en regard de* dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention est mise en pratique.
La fig.1 montre une courbe expérimentale de températures représentées en ordonnées en fonction de temps, portés en abscisses, pour la cuisson complète de briques de schistes houillers.
La fig. 2 montre une courbe indicatrice de l'allure expérimentale de la perte de poids d'un morceau de br@que de schistes houillers, porté rapidement et maintenu à la température moyenne d'oxydation.
La fig.3 montre une courbe de combustion spontanée en four-tunnel (courbe tracée en traits pleine) et une courbe, représentée en pointillés, montrant les tem- pératures normalement souhaitées en fonction du temps.
Les fig. 4 à 6 montrent des exemples de courbes industrielles qui font apparaître les températures nécessaires à l'obtention de produits perforés à haute résistance ou normaux (fig. 4 et 5) et de produits creux (fig. 6).
La fig. 7 montre schématiquement une vue en plan de l'installation à équipements séparés d'inflammation et d'oxydation assistée.
Les fig. 8 à 11 montrent schématiquement en ooupe les dispositions principales des zones d'échauffement, d'oxy- dation, de grésage et de refroidissement dans cette installation.
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La fig. 12 montra une vue latérale d'un wagon de four.
La fig. 13 montre une vue de face d'un tel wagon.
La fige 14 montre de façon partielle une vue en plan de ce wagon.
Les fig. 15 à 18 représentent plusieurs modes d'empilage réalisables sur de tels wagons.
Le traitement qu'il s'agit d'appliquer à des matières crues, sous forme de produits moulés ou filés, constituant des blocs en une pâte à base de schistes houillers et d'eau, traitement qui se trouve décrit notamment dans le brevet ci-dessus mentionné, consiste à élever la température de ces produits à partir de la température ambiante, par réchauffement pendant un temps convenable, cette phase étant indiquée sur la fig. 1 par l'aro de courbe OA. A cette phase de réchauffement, succède une phase d'inflammation indiquée par l'arc de courbe AB entre 450 et 880*0 environ.
A partir de cette température, comme le montre l'aro de courbe BC, la température du produit est maintenue soit constante, soit sensiblement décroissante pendant la période de temps convenable. On y fait succéder, comme montré par l'arc de courbe CD, une période de grésage correspondant à une élévation de température jusque 1060 C environ. L'arc de courbe DE montre la phase de refroidissement subséquente, le détournement pouvant être effectué au bout d'un temps et à une température indiqués par le point E.
Il est bien entendu que, dans la description ci- dessus donnée, les températures précitées sont celles qui conviennent à la cuisson d'un schiste houiller pris comme exemple, mais qu'une conduite du même genre pourrait tire appliquée à la cuisson d'autres schistes houillers ou de
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matières céramiques chargées autrement de produite combus- tiblea, de façon naturelle ou par fabrication, des phases d'inflammation et d'oxydation à coeur permettant de ramener les matières traitées à l'état convenable, demandé par le grésage, Ces températures et durées de traitement peuvent donc être différentes sans pour cela changer le mode opéra- toire qui va être ci-dessous décrit.
La courbe montrée sur la fig. 2 est une courbe expérimentale qui représente la façon dont se produit le dé- gagement total de la chaleur d'un morceau de brique de schistes houillers. Les ordonnées correspondantes, indiquées par la référence p montrent les pertes de poids. Les abscisses sont les durées.
Très rapidement, à partir du moment où un morceau d'une telle brique est porté à la température d'oxydation représentée par le point F, on constate une émission importante de chaleur jusqu'à un point G durant un court laps de temps au cours duquel se produit une perte de poids rapide et qui suffit à assurer une consommation de l'ordre de 60 à 70% du pouvoir calorifique initial, Le dégagement des produits d'oxydation se ralentit alors et la courbe de perte de poids s'infléchit du point G au point H, pour devenir grossièrement asymptotique à l'axe des temps dans le voisinage d'un point I,
Dans un tour-tunnel où de telles briques seraient susceptibles de cuire et où le rendement est en moyenne de 50% ou plus,
les trois parties de cette courbe déterminent en fait trois périodes du diagramme des températures caracté- risant principalement la marche du tour
De F en G, o'est-à-dire pendant l'inflammation et le début de l'oxydation, les matières enfournées sont fortement exothermiques;
le dégagement calorifique est supérieur aux besoins et il se présente donc un excès de chaleur qu'il
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convient d'évacuer afin de maintenir la constance epproximative de la température, comme indiqué dans processus mative température, comme indique dans le processus général, au-dessous de 950 C, plus avantageusement aux environs de 850 C, oet excès de ohaleur pouvant être utilisé de toute façon voulue, pour le séchage des produits avant cuisson, comme cela apparattra ci-après, ou pour tout autre chauffage.
Du point G au point H,' toujours dans un mime , four-tunnel de même rendement, l'allure de la courbe indique que le dégagement calorifique est en moyenne suffisant pour faire face aux déperditions du tour., et qu'en conséquence l'oxydation s'entretient elle-mime, Du point H au point J, l'émission de chaleur s'affaiblit de plus en plus et devient Insuffisante pour compenser les déperditions; un apport extérieur de chaleur devient nécessaire, dans le cas de ce four-tunnel, pour achever cette oxydation. La fig. 1 indique ce fléchissement des températures entre les points B et C, dans le processus général.
Avec un¯tel four-tunnel et, par exemple pour des produits à minces parois, sans prendre de précautions spéciales, l'arc FG de la courbe de la fige 2 se traduit par une élévation rapide de température qui apparatt sur la courbe JKL de la fig. 3. cette courbe représente en fait le relevé des températures - portées en ordonnées - en fonction des temps - portés en abscisses - en combustion libre ou spontanée, Ce diagramme présente une bosse K d'inflammation qui dépasse largement en température le niveau du palier BC et la montée D de grésage par comparaison entre la courbe dessinée en traits pleins et la courbe d'oxydation dirigée, rappel de la fig. 1, dessinée en tirets.
Cette bosse K peut même atteindre et dépasser lempérature de grésage des produits
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en cause et un tel accident doit absolument être exclu: seul un contrôle parfait de la marche du four durant cette période permet de maîtriser le phénomène et d'assurer le déroulement du diagramme de cuisson tel qu'indiqué sur la fig. 1.
Dans un four-tunnel dont l'équipement sera décrit ci-dessous, il est avantageux de traiter des matières dont le pouvoir calorifique supérieur mesuré sur matières crues et sèches, se situe aux environs de 450 kcal/kg, Dans un tel cas, la marche du four peut être conduite suivant les courbes de cuisson demandées par les divers produits et matières envisagés, courbes dont des exemples sont représentas sur les fige 4 à 6.
La disposition générale de l'agencement repré- senté sur la fig. 7 est caractérisée par les trois faits suivants : - des pré-fours 1 et 2 d'inflammation alimentent en parallèle un four 3 proprement dit, Ces inflammateurs sont disposés symétriquement avec une orientation qui est avantageusement parallèle à l'axe longitudinal du tunnel 3.
Ils sont disposés de part et d'autre de la zone antérieure du four 3 où de la chaleur sensible est disponible sous forme de fumées à haute température, supérieure à 300 C. Cette diapo- sition permet de raccourcir au maximum la longueur des tubu- lures de liaison et de placer judicieusement les moyen* de ventilation et de réglage nécessaires à la conduite des opérations; - dans les inflammateurs 1 et 2, sont poussés des wagons de four par impulsions discontinues avec une vitesse moyenne moitié de celle que l'on inflige à la poussée continue desdits wagons dans le four 3;
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- la séparation de la phase initiale d'inflamma- tion rapide, effectuée dans les inflammateurs 1 et 2 est mécaniquement distincte des phases subséquentes du traitement exécutées dans le four 3 et les conditions opératoires à respecter sont ainsi remplies dans des enceintes spéciales ayant des réglages propres sans interférences sur les autres opérations de cuisson. Cette maîtrise est assurée par la séparation des laboratoires et par les communications régla- bles à volonté.
Comme on le voit sur la fig. 7 en particulier, l'installation comprend, outre les inflammateurs 1 et 2 et le four 3, disposés comme ci-dessus indiqué, des séchoirs 4 et 5 placés aussi parallèlement au four 3, de part et d'autre de celui-ci mais à une distance légèrement supérieure, de manière à laisser le passage à des voies 6, 7 de manutention des wagons.
En effet, les produits crus sont introduits dans les séchoirs par les extrémités 8, 9 amont de ces der- niers, ces extrémités amont étant orientées vers le même c8té que l' extrémité amont de chargement du four 3. Des dis- positifs de manutention adaptés au séchage sont prévus dans les séchoirs 4 et 5 pour amener les produits de moulage sen- siblement secs aux extrémités aval 10 et 11, face à des postes d'empilage 12, 13 des produits ainsi séchés sur les wagons de four vides, qui ont été ramenés auxdits postes par des voies qui divergent depuis l'extrémité de sortie du four 3.
Les wagons chargés suivant les cheminements 6, sont avancés jusqu'aux extrémités amont 14, 15 des inflamma- teurs 1 et 2.
A chaque wagon .entrant sous l'effet d'une impul- sion dans les inflammateurs correspond un wagon sortant. Ces
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wagons sortants suivant les cheminements transversaux 16 et 17 à la sortie des inflammateurs sont Menée un la fois, alternativement, à l'entrée 18 du four 3. Ils sont repris par poussée continue dans ce four 3 pour en sortir par la section de sortie 19.
Sur la longueur de chaque inflammateur, dans/une première zone du côté de l'entrée, sont disposées des rampes 20 et 21 de distribution de fumées. Ces rampes communiquent avec des injecteurs 22 arrivant au niveau de la sole de chaque wagon 23, comme plus spécialement montré sur la fig. 8 qui est une coupe faite salon la ligne VIII-VIII de la fig, 7,
En aval de cette première zone, les parois de l'inflammateur sont pourvues de brûleurs de sole 24 réglés à flammes longues, froides et fortement oxydantes, régulièrement disposez en quinconoe de part :t d'autre de l'inflammateur.
A la voûte du four sont prévus des ajutages 25 disposés par séries de trois et réunis à une rampe de soufflage supérieure 26. A la base des piédroits sont prévus des ajutages 27 d'aspiration de fumées qui sont tous réunis à une rampe bouclée 28'dont les extrémités sont reliées à une rampe 29 supérieure surmontant la zone d'entrée de l'in- flammateur, communiquant par ailleurs, par des ajutages 30 d'aspiration à la voûte, avec ladite zone.
La rampe 29 est réunie à l'ouïe d'aspiration d'un ventilateur 31 dont le refoulement se fait par une tubulure 32 vers une rampe 33 bouclée qui distribue, par des ajutages de pied latéraux 34, les fumées véhiculées dans la zone de sortie du séchoir 4. A c refoulement est adjointe une tuyauterie d'évacuation 33a qui permet d'envoyer vers l'atmosphère ou vers une installation annexe de récupération un excédent possible de fumées chaudes non utiles pour le séchage. D'une
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façon générale- toutes ces tuyauteries d'évacuation sont représentées par des lignes de croix,, La zone amont du séchoir comprend de marne des ajutages de voûte 35 réunie à une rampe 36, laquelle est reliée à l'aspiration d'un venti- lateur 37 dont le refoulement 38 est dirigé vers l'atmosphère.
Dans la représentation de la fige 7. on a indiqué en traits épais les rampes et ajutages dans lesquels circulent des fumées à une température supérieure à 300 C. On a repré- senté en pointillés les circulations de fumées à une tempéra- ture comprise entre 100 et 300 C. On a représenté en traits tins les circulations de gaz et fumées à des températures comprises entre celles de l'ambiance et 100 C.
La description ci-dessus, comme celle qui va suivre, mentionnent les communications établies entre le four 3 et l'un des inflammateurs, l'inflammateur 1 par exemple, les mêmes éléments se retrouvant entre le four 3 et l'inflammateur 2, puis entre l'inflammateur 2 et le séchoir 5, de façon symétrique, à un certain décalage près sur la longueur du four, pour mieux répartir les turbulences internes et supprimer des interactions.
Entre l'extrémité de la rampe 26, qui est située du coté de la sortie de l'inflammateur 1, et un ventilateur 39, ,est établie une communication 40 aboutissant à l'ouïe d'aspi- ration dudit ventilateur en même temps qu'une entrée 41 d'air réglable et qu'une tubulure d'aspiration 42 provenant d'une rampe d'aspiration latérale 43 équipant le four 3. Cette rampe 43 communique par des conduits 44 avec des orifices 45 d'aspiration à la sole sur environ la moitié avant du four 3.
Dans une région située à peu près au premier quart de la longueur de la rampe 43, apparatt une aérivation 46 reliée à l'ouïe d'aspiration d'un- ventilateur 47 dont le refoulement aboutit à la rampe 26 au voisinage de la bifurcation d'alimen-
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tation des rampes 20, 21 et 26. A ce refoulement est adjointe une tuyauterie d'évacuation 47a qui permet d'envoyer vers l'atmosphère ou vers la station annexe de récupération un excédent possible de fumées chaudes non utiles pour l'inflam- mation.
A peu près à la moitié de cette longueur, une autre bifurcation 48 permet de relier la rampe 43 à l'ouïe d'aspiration du ventilateur 31. La rampe 43. par un bouclage 49 est reliée à la rampe 50 symétriquement placée et de même un bouclage arrière 51 est prévu, ces bouclages ayant pour but d'équilibrer les dépressions bilatéralement.
Dans la région terminale des rampes 43 et 50, à une distance intermédiaire entre le bouclage 49 et la dérivation 48, est également prévue une dérivation 52 abou- tissant à l'ouïe d'aspiration d'un ventilateur 53 dont le refou ment se fait, soit par une tubulure 54 branchée sur l'extrémité d'une rampe 55 oentrale (voir tige 10), soit par une tubulure 53a de transfert au séchoir, soit par une tubulure 53b de mise à l'atmosphère ou à la station de réoupé- ration annexe.
Dans la région limitée au bouclage 49, la rampe 55 est reliée à des ajutages 56 et 57 alternativement diapo- sés par deux et de façon unitaire à la voûte de cette section de four.
Toujours dans cette région de bouclage, des ajutages 58 analogues aux ajutages 44 sont en outre pourvus d'entrées 59 d'air extérieur.
Dans la région comprime entre la tranohe amont
18 du four 3 et ses entrées d'air 59, on dispose à la voûte du four d'une rampe de distribution 60 reliée, d'une part symétriquement aux refoulements du ventilateur 39 et de son homologue, et d'autre part à la rampe 55. La rampe 60 (fig. 9) distribue des gaz et fumées d'une part à des
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ajutages 61 et 62 de voûte, respectivement disposés par paires et de façon unitaire comme ci-dessus décrit, et d'autre part peut alimenter la rampe 55.
Dans la zone d'entrée du four 3 qui est comprise entre la tranche amont 18 et la dérivation 48 et son homolo- gue légèrement décalé, sont placés, avec un léger décalage également des brûleurs de sole 63 principalement réglés à flammes longues, l'écart desdits brûleurs étant relativement large.
Dans la région du four qui est située en aval du bouclage 49 sont disposées des séries de brûleurs qui comprennent, avec un serrage relata cernent poussé, des brûleurs de sole 64 et 65 ainsi que des brûleurs de voûte 66, tous ces brûleurs étant disposés avec des décalages qui favorisent la naissance de courants tourbillonnaires inversés d'une tranche à la tranche suivante du four 3, et pouvant être réglés depuis la "flamme longue" (64) jusqu'à la"flamme courte" (65), décalages montrés par la ligne brisée X-X de la fig. 7 pour l'indication de la coupe de la fig. 10:
Dans la zone terminale de la section de four pourvu desdits brûleurs, la rampe 55 est reliée à une rampe 67 d'injection d'air.
La rampe 55 communique avec l'inté- rieur du four par des ajutages 68 situés à la olé de voûte et un certain nombre de ces ajutages, dans une zone plus garnie 69, peut distribuer aussi dans ledit four de l'air ou des fumées de refroidissement. Le nombre des ajutages mis en communication dans cette zone soit à partir de la rampe 55, soit à partir de la rampe 70 par des moyens d'obturation réglables dépend du nombre de brûleurs allumés, de leurs réglages, et de façon correspondante, du traitement à infliger et de la nature des produits traités, selon qu'il s'agit de produits normaux, perforés, évidés ou creux. Finalement, il
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s'agit, dans la zone des brûleurs 64 et 65, de l'achèvement du grésage amené à un degré plue ou moins poussé.
Les rampes 60, 55, 69 et 70 forment en fait une même tuyauterie avec séparations ou mélanges possibles en loue points.
Du cote de la tranche de sortie 19 sont disposés deux ventilateurs 71 et 72 aspirant de l'air extérieur et le refoulant en parallèle dans la rampe 70 et dans des ajutages 73 orientés vers la région intérieure du four. La rampe 70 elle-même communique avec la tranohe de sortie dudit four par des ajutages 74 disposés par ,aires et des ajutages 75 unitaires, placés en alternance le long de ladite tranche (voir fig. il).
A la sortie du four, les wagons suivent un cheminement 76 susceptible de les ramener en alternance vers les postes 12, 13 et les voles 6, 7 après déchargement des produits cuits.
Le mouvement général de l'atmosphère dans le four 3 proprement dit est orienté depuis la tranche de sortie 19 vers la tranche d'entrée 18, de sorte que l'on rencontre successivement dans ce sens une zone de refroidissement,, dans la région des ajutages 74 et 75, puis une zone de gré- sage, au niveau des brûleurs 64, 65 et 66 et au niveau des ajutages 68 qui peuvent recevoir des fumées chaudes prélevées par les ventilateurs 53 par soutirage dans les rampes de distribution 43 et 50 bouclées, plus spécialement au niveau des entrées d'air 59.
En amont, les produits traités se trouvent dans une zone de décarburation assistée, en tête de laquelle quelques appoints de chaleur peuvent être effectués par les brûleurs 63, des soutirages de fumées chaudes étant faits par les ajutages tels que 44 et des retours de fumées
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à température moyenne, après mélange avec l'air, arrivant par les entrées 41, au moyen des ventilateurs 39, de la rampe 60, des ajutages 61 et des ajutages 62. Ces fumées à températures moyennes sont élaborées ainsi dans ces ventilateurs par prélèvements dosés entre les entrées 41 d'air et de fumées ohaudes 42 en provenance du four 3 et également par l'entrée 40 qui amène l'excédent des fumées chaudes préalablement puisées aux inflammateurs par le ventilateur 47 comme indiqué ci- après.
Certaines fumées chaudes, par les dérivations 48 peuvent être utilisées dans le ventilateur 31 en mélange avec des fumées moins chaudes provenant de l'inflammateur corres- pondant, pour envoi au sécher 4, et suivant les besoins dudit séchoir.
Un recyclage de fumées chaudes'est établi par le ventilateur 47 vers les rampes 20 et 21 et vers la rampe 26 respectivement vers les différentes zones de l'inflammateur 1.
Un transfert de fumées très chaudes au séchoir est prévu par le ventilateur 53 en cas de besoin ou en marche extrêmement ralentie.
Par réglage balancé des circulations, par allumage et réglage du nombre voulu des brûleurs, il est aisé de fixer les valeurs convenables des températures dans les diverses tranches au travers desquelles, dans les inflammateurs et les fours, défilent les produits à traiter.
Comme on le voit sur le diagramme de la fig. 4 par exemple, pour la cuisson d'éléments céramiques utilisables en construction et ayant la forme de produits perforés à trous ronds offrant une haute résistance à la compression, on a porté sur un axe d'abscisses OT les temps opératoires et en ordonnées des températures allant de l'ambiance à 1.080*C environ. Les produits crus, à l'introduotion dans le séchoir prise comme origine des temps, sont l'objet
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de variations des températures représentées par l'arc de courbe OA1B1 présentant un maximum A1 compris uitre 150 et 200 C à la septième heure de traitement dans le séchoir et, à la sor- tie de ce.séchoir, ces produits sont à peu près à 80 C.
Les produits séchés sont transportas sur les wagons et sont introduits dans un inflammateur. Ils y subissent des variations de température représentées par la courbe Cl, Dit E1, G1, L'arc de courbe C1, D1 représente une croissance de température s'étalant sur six heures environ Jusqu'à la température de 450*C qui est celle à laquelle apparatt le feu visible, L'arc D1, E1 amène les produits en 1.1-018 heures environ à la température de 850 C laquelle est maintenus jusque la vingt-sixième heure de traitement, ce maintien correspondant à l'arc E1, F1.
' Pendant ce maintien, une grande partie des matières combus- tibles contenues dana les produits traités est brûlée en atmosphère!' oxydante à cette température modérée. Du coté de la tranche de sortie d'un inflammateur, en une heure et demie environ, la température du produit est ramenée au point G1 et à une valeur d'environ 400 C pour faire face au trans- bordement,
Pendant le transbordement entre l'inflammateur et le four proprement dit, une chute de température se produit et les objets traités sont amende à l'entrée du four 3 à une température représentée par le point Hl à une valeur d'environ 300 C.
Dans ce four, la température des produits remonte tout d'abord pour arriver à la valeur de 450'C en parcourant un arc Hl, Il de moindre pente que l'arc Ci Dl du fait de la moindre teneur en combustible. Au delà du point Il d'apparition du feu visible, la température des
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produite remonte en quatre heures environ jusqu'à un point J1 où la température est de l'ordre de 850*ce Cette température est maintenue en palier Jusque un point k1 correspondant à vingt-six heures environ de présence dans le four 3, C'est à ce moment que les wagons abordent la zone des brûleurs 64,65 et 66, où l'appoint d'énergie extérieur, conjugué à,
la .poursuite de l'oxydation finale des produits combustibles subsistant encore, amène un relèvement de température jusqu'à un point L1 de grésage à 108o*C environ, cette température étant maintenue entre la trente-deuxième et la trente-sixième heure de traitement oorrespondant au point M1.
Au delà de ce point, par dépassement de la zone des brûleurs précités, se produis une chute de température tout d'abord brusque entre la trente-septième et la trente- huitième heure du traitement, plus progressivement jusqu'au point N1 de disparition du feu visible. Après cette dispari- tion qui a lieu environ à la quarante-sixième heure de traite- ment, sous l'effet des douches d'air froid 73, la température est rapidement ramenée à un point Pl correspondant à l'ambiance et à la quarante-huitième heure de traitement. A la sortie du four, les wagons sont déchargés des produits cuits et ramenés dans le cycle comme ci-dessus mentionné.
Ce diagramme de température s'applique en général au traitement de produits perforés à trous ronds et à haute résistance à la compression, obtenus à partir de schistes de lavoir en grains dont le pouvoir calorifique supérieur est de l'ordre de 450 kcal/kg, La granulométrie, après broyage, est caractérisée par un ensemble de grains d'un calibre inférieur à un millimètre contenant une propor- tion de 50% de grains dont le calibre est inférieur à deux dixièmes de millimètre, La pâte est à 13% d'eau et le moulage est fait avec une pression de filage d'environ 950 kPa environ.
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Les perforations des produite ont un diamètre de 20 mm environ et la proportion de vide est à peu prés de 23%.
Les épaisseurs de parois sont de l'ordre de 30 mm. La densité de passage au-dessus de 300 C dans le four est fixée au voisinage de 0,800 tonne au mètre cube en produits cuits,
Dans les inflammateurs peuvent être introduits onze wagons désignés par les références A2 à K2 sur le diagramme, alors que dans le four peuvent séjourner trente-six wagons indiqués par les numéros 1 à 36 sur une même ligne correspondante. On peut constater sur le diagramme que la durée du feu visible dans lesinflammateurs est d'environ vingt-trois heures alors qu'elle est d'environ quarante-trcis heures dans le four proprement dit.
La durée de traitement au feu visible pour aboutir à la température de grésage est de vingt-neuf heures environs
Sur le diagramme de la fig, 5 qui se rapporte à la cuisson de produits perforés à troua carrés ou rectangu. laires en partant des mêmes matières mais aveo une pâte à 12% d'eau, moulée à une pression de filage de 760 kPa environ, ces produits ayant 28% de vide avec une épaisseur de paroi de 20 à 25 mm et avec une densité de passage de 0,700 tonne au mètre cube en produits cuits à partir des pré-fours, on peut constater que le séchage peut être obtenu en huit heures. Le passage aux inflammateurs peut être réduit à un peu plus de vingt-six heures et le passage au four proprement dit à un peu plus de quarante-trois heures.
Les différents points caractéristiques de ce diagramme de la fige 5 sont indiqués par des .Lettres affectées de l'indice 3 pour désigner les mêmes points que sur le diagramme de la fig, 4,
Sur le diagramme analogue de la fig. 6, où les points correspondants sont désignés par les mêmes lettres affectées de l'indice 4, on peut constater que le passage
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dans l'inflammateur peut être réduit à onze heures quarante- oinq minutes environ, alors que le passage du four proprement dit est de dix-neuf heures quinze Minutes environ. Il s'agit là de la cuisson de produits creux à grosses perforations, porteurs ou non.
Les marnes matières sont utilisées, mais on confectionne une pâte à 11% d'eau filée sous une pression de 1900 kPa approximativement*, Les perforations sont carrées ou rectangulaires et les épaisseurs de parois ont 8 à 11 mm.
C'est ce qui explique que le séchage peut être obtenu en cinq heures environ avec une température maximale voisine de 100*C seulement. La densité de passage est d'environ une demi-tonne au mètre cube en produits cuits.
Dans le cas où certains produits seraient sensibles au refroidissement de transbordement indiqué, ce refroidissement se ferait au-dessus de 573 C, appelé "point quartz", ce qui impose de prévoir un appareillage de transbordement faisant face à cette température plus élevée (voir les lignes en tirets sur les emplacements correspondants des fig. 4 à 6).
La mise en place des températures et le réglage des valeurs de celles-ci, sontaiément obtenus avec le four ci-dessus décrit en jouant à la fois sur les brûleurs, sur les débits d'admission d'air, de soutirage des fumées froides, à température moyenne et chaude. Les temps de traitement sont réglés par la vitesse d'aotionnement des organes propul- seurs à action saccadée dans les inflammateurs et à action progressive dans le four.
Les courbes ci-dessus sont en correspondance avec des taux maximale de production du four.
De façon indépendante, les phases de traitement peuvent 8tre conduites uniquement avec.des variables étroi- tement contrôlées dans les inflammateurs et dans le four, la
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disposition séparée de ces enceintes éliminant toutes les causes d'incertitude sur les réactions mutuelles des atmosphères et aussi des réglages particuliers à chaque opération.
Il est à remarquer que la souples** de cette installation est extrême car elle peut non seulement supporter de très grands ralentissements dans le rythme de@ pansages dans les séchoirs, dans les inflammateurs et dans le tour proprementdit, mais aussi, par exemple, par arrêt d'un groupe de séchoir et d'inflammateur, un seul côté demeurant actifs
De plus, la construction des inflammateurs et du four se trouvant, pour les sections d'entrée du four, presque identique, il est également possible d'utiliser le four seul pour de basses et très basses productions..
Bien entendu en pareil cas, on établit des circulations de fumées, des entrées d'air et des allumages de brûleurs dans une tranche longitudinale plus réduite, Le four agit donc dans sa tranohe amont comme un inflammateur, dans une tranche aval d'assez faible étendue, comme un four à oxydation assistée puis en four de grésage et de refroidis- sement dans sa région aval.
Dans ce cas, l'exhaure des fumées se fait directement au séchoir en service sans distri- bution à un inflammateur,
Au surplus, les variations d'allure susceptibles d'être obtenues peuvent être extrêmement rapides sur des lape de temps ne dépassant pas quelques heures,
Ces faite permettent donc de réaliser une marche adaptée aux possibilités actuelles d'une main-d'oeuvre à un ou deux postes, sans travail de nuit et à repos hebdo- madaire pouvant atteindre par exemple deux jours et m8me plus.
Par ailleurs, l'installation est justiciable de moyens de manutention très perfectionnés et quasiment
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automatiques pour réaliser l'empilage des produits crue, très solides, sur des balanoelles de séchoirs, la reprise des produits sèches et leur empilage mécanique sur les wagons de four, puis de même le cheminement desdite wagons ainsi que le déohargement final après cuisson. Ces possibilités sont déterminées par la oapacité d'utilisation des ventilateurs et des divers circuits qui s'y rattachent avec des moyens de régla- ge de débit qui sont prévus aux différents raccordements et éga- lement par le fait que l'on admet l'achèvement de la combustion des matières incluses, pour certains cas particuliers au moins, dans la zone où le grésage même peut commencer.
Indépendammant des faits ci-dessus mentionnés, la disposition adaptée permet de réduire au minimum de longueur les interconnexions entre le four et les inflamma- teurs d'une part, et entre ces derniers et les séchoirs, de l'autre.
Comme cela apparatt sur les fig. 8 à 11, et comme par ailleurs ci-dessus mentionné, on cherche à obtenir des brassages transversaux extrêmement actifs dans les atmosphères des inflammateurs et du four.
Deux moyens sont envisagés alors et qui sont appliqués l'un à la construction des wagons et l'autre à la réalisation des empilages des produits en cause à traiter.
Comme on le voit sur les fig, 12 à 14, chaque wagon 23 comporte deux essieux 77 pourvus de galets à boudins, destinés à rouler sur des voies internes et externes, et supportant une membrure métallique formant châssis 78 sur lequel sont interposées une couche d'agglomé- rés réfractaires isolants 78a et une couche de produits réfractaires creux 79 juxtaposés avec les perforations
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longitudinales qui forment un écran thermique de protection du châssis. Au-dessus de cet écran sont placées des séries de cloisons 80 s'étendant transversalement et formant entre elles des canaux 81 destinés à se présenter, en cours de circulation du wagon, successivement en regard des divers orifices qui s'ouvrent à la base des piédroits du tour.
Il peut s'agir par exemple, oomme on le voit sur la fig. 8, des ajutages 22 distributeurs de fumées chaudes, des orifices 45 visibles sur la fige 9 assurant l'aspiration des fumées chaudes, et réglés par des registres 45a mobiles, ou des brûleurs de pied.. 64, réglés à flammes courtes ou longues 65 qui apparaissent sur la fige 10.
Les têtes des cloisons 80 soutiennent des plaques 82 qui forment des rangées longitudinales espacées les unes des autres par des ouvertures limitées entre les bordures 83 et 84 de deux files connexes,
Bien entendu, ces wagons oomportent des jupes longitudinales 85 qui assurent l'étanchéité en coopération avec des joints latéraux 86 à rigoles disposées sur toute.. la longueur des inflammateurs et du tour.
Avec une telle disposition, les circulations de gaz ou de flammes et fumées peuvent être entretenues aveo aotivité jusque dans/les régions centrales des empilages réalisés sur les files de dalles 82.
L'utilisation d'un tel four aveo les wagons ci-dessus décrits peut avantageusement se faire en formant sur les soles dallées des wagons des empilages de types connus, du genre de ceux qui sont décrits et représentés dans le brevet belge n 586.074 du 28 Décembre 1959 et tels que représentés sur les tige 15 à 18, De tels empilages, comme montré sur la fige 15, consitant à disposer des briques creuses 85 debout en couchez horizontales et en séparant les
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briques les unes des autres dans une marne rangée par des intervalles verticaux 86 ayant à peu près la même largeur que Ion canaux intérieurs des briques, les briques 87 d'une couche superposée se trouvant placées en appui chevauchant deux briques 85 de la couche sous-jacente et avec des canaux face à l' espace 86.
De même, dans chaque couche, comme on le voit sur la fig, 16 les briques 85 sont en rangées alignées comme les briques 86 qui respectent le même alignement. Un espace 88 est donc aménagé aussi sur toute la hauteur de l'empilage, ce qui rend ainsi les rangées Indépendantes les unes des autres.
Il résulte de ces dispositions que les faces latérales des briques creuses sont isolées les unes des autres, ce qui réduit le temps de cuisson et élimine des taches qui apparaîtraient sur ces face latérales si elles étaient en contact. La disposition verticale des canaux internes et des espaces séparateurs intercommuniquant avec les séparations du dallage du wagon porteur favorise le tirage naturel ou forcé des gaz et fumées de l'atmosphère du four et, dans ces cheminées, ne peut séjourner intérieurement un milieu qui ne tarderait pas à former une atmosphère réductrice. On élimine ainsi le risque de la transformation des oxydes ferriques en oxydes ferro- ferriques ou ferreux défavorables.
Comme on le voit sur les fig. 17 et 18, des dispositions analogues peuvent être prises lorsqu'il s'agit de briques 89 à corps perforés par des perforations 90, que ces dernières soient carrées ou circulaires en section.
Dans ce cas, dans chaque couche, on forme des rangées écartées les unes des autres par un espace 91. Chaque rangée comporte des couches superposées de briques 89 réunies
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par paires et ces paires de briques sont écartées les unes des autres par des espaces 92. Dans la couche superposée, ces paires de briques sont disposées en quinconce Mais de manière que les perforations 90 puissent former des cheminées.
Certaines perforations communiquent directement aveo lea espaces 92.
Ces files indépendantes offrent les mimes avan- tages que ceux qui ont été ci-dessus mentionnés.
Les dispositions ci-dessus décrites permettent d'établi].' un fonctionnement correspondant aux diagrammes des fige 4 à 6 qui sont les relevés des températures moyennes aux divers emplacements des séchoirs, inflammateurs et fours proprement dits, caractérisé., par l'exécution,dans dès enceintes séparées,du séchage, de l'inflammation brutale et de la cuisson, le tout en atmosphères oxydantes.
Le réglage des températures se trouve facilité par cette séparation et de plus la récupération des chaleurs sensibles peut se faire de la façon la plus économique avec une installation de ventilateurs et de tuyauteries réduite à un minimum de développement. Cette récupération est principalement poussée jusqu'aux séchoirs mais les fumées sortantes peuvent à volonté fairel'objet d'une récupération finale de chaleur ou au contraire être envoyée dans l'atmosphère en cas d'excédent local ou général de chaleur.
Il va de soi que, sans sortir du oadre de la présente invention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution et aux phases opératoires ci-dessus décrites et les produits traités peuvent présenter d'autres configura- tions et une composition contenant, naturellement ou par mélange fabriqué, d'autre proportions d'éléments combustibles.