Procédé de fabrication de ciment artificiel. La fabrication de ciment artificiel, se fait actuellement en mélangeant, sous forme de pâte ou de poudre sèche, le calcaire, la marne et autres produits nécessaires, après les avoir broyés à la finesse voulue, puis en cuisant la pâte ou la poudre ainsi obtenue dans un four rotatif. Un tel four, s'il permet d'obtenir un produit de qualité excellente, a le grave incon vénient d'un rendement calorifique très bas, d'un prix d'achat et d'un entretien élevés.
On a clone cherché à. fabriquer du ciment artificiel au four à cuve qui a un bien meilleur rende ment thermique, mais qui nécessite le briquet- tage préalable des matières crues avec le char bon de cuisson et qui ne permet pas d'obtenir (les produits d'aussi bonne qualité ni aussi ré guliers que le four rotatif. D'autre part, les tours à cuve ne permettent pas la construction (]'unités de très grandes dimensions, à cause des risques d'irrégularités de cuisson et des difficultés d'extraction des produits cuits.
On a découvert qu'il était. possible d'obte nir un produit d'aussi bonne qualité qu'avec un four rotatif et d'avoir un rendement ther niique au moins aussi bon qu'avec un four à cuve, en appliquant à, la fabrication du ciment la technique de la fluidisation en phase dense.
Par fluidisation en phase dense d'une pou- dre, il faut entendre un état dans lequel la poudre est maintenue en suspension dans un courant gazeux ascendant, celui-ci as-ant une vitesse telle que la poudre soit entièrement en suspension, qu'elle soit violemment agitée, mais qu'elle ne soit que très faiblement en traînée par le courant de gaz.
L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication de ciment artificiel dans un appareil fixe, caractérisé par le fait que le mélange des matières premières, à l'état pul vérulent, est successivement déshydraté, dé- carbonaté, aggloméré en clinker et celui-ci re froidi, ces opérations s'effectuant dans autant de zones distinctes de l'appareil parcourues de haut en bas par le produit et de bas en haut par un gaz,
la poudre étant 'dans les zones de déshydratation et de décarbonata- tion maintenue à l'état fluidisé dense par le gaz montant et la clinkérisation se faisant dans une zone dont la section va en s'amenui sant vers le bas, en vue d'obtenir une agglo mération de la poudre en un clinker de di mensions régulières.
Il est avantageux que les diverses zones de traitement soient disposées l'une au-dessus de l'autre, de manière que la poudre circule par simple gravité, mais on pourrait égale ment adopter d'autres dispositions. La tem pérature de la première zone, et même sa dis position générale, pourra être très différente suivant les matières traitées. En particulier, si l'on a affaire à de la pâte, il faudra évapo rer la quantité importante d'eau qu'elle con tient et en même temps prévoir un dispositif tel qu'elle ne puisse rester en morceaux qui ne se prêteraient pas à la fluidisation, mais, au contraire, qu'elle se mette en poudre qui ne soit pas trop fine.
Par contre, si l'on intro duit de la poudre sèche, la première zone con sistera simplement en une zone de réchauf- fage précA-dant la zone de déshydratation, ré- chauffage qui pourra être fait, le cas échéant, en plusieurs étages de fluidisation dense réa lisés par exemple de la faon décrite dans le brevet N 290580.
La vitesse du gaz de fluidisation peut être de l'ordre de 0,0:5 à 0,5 m!sec., si on part de poudre sèche. Si, par contre, on part de pâte, il sera toujours possible de la répartir cri grains grossiers, agglomérations de grains beaucoup plus fins, et qui permettront une vitesse beaucoup plus grande du gaz et, par conséquent, un débit beaucoup plus fort pour un même appareil s'il fonctionne par voie humide que s'il fonctionne par voie sèche. Comme la voie humide est, d'autre part, pré férable tant du point. de vue broyage que du point de vue mélange des constituants crus, c'est à elle que- la description qui va suh,re est essentiellement consacrée.
La figure du dessin annexé donne le schéma d'un appareillage pour la réalisation du pro cédé selon l'invention. II est évident que, sui vant les cas, on peut être amené à modifier plus ou moins la disposition de cet appareil lage.
L'étage où se fait la clinkérisation est en forme de pyramide ou de cône renversé et non en forme de cylindre comme les autres étages. l'ne telle forme a été choisie pour la raison suivante: dans cette zone on atteint une température de l'ordre de 1400 ou même plus, à. laquelle les particules de matière com mencent à se ramollir.
Ces particules forte ment agitées par le gaz ascendant se rencon trent et se heurtent souvent, s'agglomérant peu à peu et formant des clinkers de plus en plus gros qui, au fur et à mesure de leur ;,rassissement, descendent dans l'appareil, car il faut pour qu'ils restent en suspension qu'ils soient maintenus par Lune vitesse de gaz d'au tant p1-Lis grande qu'ils sont plus gros. Lors que leur grosseur est suffisante, ces clinkers tombent clans un refroidisseur.
On obtient ainsi des clinkers de grosseur régulière et qui ont tous séjourné dans la zone de elinkérisa- tion un temps suffisant pour que les combi naisons de chaux, silice, alumine, etc., se soient faites parfaitement. 1.'ouvert.ure du cône est de l'ordre de 20 à 40 et pourra va rier quelque peu suivant les matières que l'on envisage de traiter. Les matières les plus lentes à se combiner doivent rester plus long temps dans le cône et nécessiteront l'emploi d'un cône de plus faible ouverture que des matières se combinant plus rapidement.
Le refroidisseur du elinker ne peut travailler par fluidisation, les grains de clinker étant trop gros pour cela. Ce refroidisseur travaille donc simplement à. contre-courant, ce qui per met. tune excellente récupération de la chaleur contenue dans le clinker. On pourrait d'ail leurs utiliser tout autre type de refroidis seur.
La. pâte crue, dont on a enlevé par tout moyen convenable une partie de l'eau initiale, est introduite par 1 dans Lui tube ? muni de chicanes 3, dans lequel la vitesse ascensionnelle des gaz est. très grande (de l'ordre de 2 à 5 m/sec.). La pâte qui était. suffisamment sèche pour être simplement concassée, est sai sie par ce courant.
de gaz chaud, projetée con tre les chicanes et entraînée par le courant de gaz dans l'appareil 4 où la vitesse des gaz est beaucoup plus faible (0,5 à 2 m/sec.). Les plias grosses particules retombent dans le tube 2 jusqu'à ce qu'elles soient réduites en poudre, les plus fines sont entraînées par le gaz dans le séparateur 5, ici un cyclone, mais qui pour rait être tout autre appareil. donnant les ré sultats analogues.
De ce cyclone, les poussiè res tombent. dans la zone de déshydratation par le tube 6, alors que le gaz va à la clienii- née par le tube 7 après séparation éventuelle par tout moyen convenable des poussières qu'il contient encore. On pourrait aussi uti liser une pâte plus fluide et l'atomiser dans Lune chambre de ;landes dimensions où elle serait séchée partiellement par le courant de gaz venant de l'éta-e inférieur 8. On obtien drait ainsi de petits grains de pâte.
Les di mensions de ces grains, comme d'ailleurs celles des grains obtenus par le système prévu plus haut, sont réglées de manière que l'on puisse avoir au-dessus de l'étage de fluidisation 8 une vitesse de gaz suffisante (de 0,3 à 1,5 m/sec.) sans qu'il y ait entraînement de particules, pour que l'appareil utilisé ne doive pas être trop volumineux. Pour éviter l'éclate ment au cours du séchage de ces grains qui devraient avoir des dimensions de l'ordre de 0,2 à 0,.5 mm, il sera bon de faire ce séchage de manière assez lente, par exemple en deux ou plusieurs étages de fluidisation au lieu d'un seul étage 8 représenté sur la figure.
Ceci d'ailleurs dépendra, d'une part, de la préparation des pâtes et, d'autre part, de la qualité des matières. Le schéma de la figure est relatif à l'emploi d'une pâte relativement sèche et qui ne peut être obtenue que par filtration, épaississement, etc. Si on veut uti liser une pâte beaucoup plus riche en eau. comme il est nécessaire pour l'atomisation dont il est parlé plus haut, il sera indispen sable de fournir la chaleur supplémentaire nécessaire, par exemple comme on le verra plus bas, en la prélevant, au moins en partie, sur la chaleur sensible du clinker. On pourrait aussi fournir cette chaleur par le moyen d'un foyer envoyant son gaz chaud dans l'étage 8.
Dans cet étage ou, si on emploie plusieurs plateaux, dans le plateau inférieur, on main tient une température de l'ordre de<B>100</B> à l50 , de manière que le séchage soit complet. Tout ou partie de la chaleur nécessaire à cela est fournie par le gaz provenant de l'étage 10 à travers le plateau 17 qui peut être avan tageusement réalisé, comme les autres pla teaux 18 et 19 de la figure, selon les indica tions du brevet N 290580. De l'étage 8, la poudre séchée passe par le tube 9 à l'étage 10. Ce tube 9, comme les autres tubes de descente de la poudre, 11 et 17 de la figure, peut être avantageusement réalisé aussi suivant les in dications du brevet précité.
L'étage 10 est maintenu à une température telle que la dés hydratation de l'argile soit complète (450 à 800 ). Les gaz chauds venant de l'étage de décarbonatation 16 apportent une partie de la chaleur nécessaire à cela. Ils sont réchauf fés au moyen d'une introduction de combus- tible et, éventuellement, d'air par 14, le com- bustible utilisé pouvant être solide (pulvérisé), liquide ou gazeux. Les gaz réchauffés dans le foyer 13 passent dans. la zone de répartition 12, puis à travers le plateau 18.
On a prévu au-dessous du foyer 13 un écran réfractaire 15 destiné à éviter le rayonnement de ce foyer vers la zone de décarbonatation 16 qui est à une température nettement inférieure à celle du foyer. La poudre déshydratée passe par le tube 11 dans la zone 16 où se fait la décarbonatation et qui est maintenue pour cela à une température de l'ordre de 800 à l000 .
Pour éviter un dégagement trop brutal de l'acide carbonique qui risquerait de faire éclater les grains, on peut avoir intérêt à .faire cette zone 16 en deux étages de fl.uidisation, selon les indications du brevet déjà cité, le premier étage étant à une température telle que la décarbonatation y commence, mais ne soit pas trop brutale (700 à 900 ), alors que le deuxième étage est maintenu entre 900 et 1000 , de manière que la décarbonatation y soit totale.
On pourrait même, pour certaines matières, envisager de faire cette décarbona- tation en plusieurs étages successifs. La zone 16 est maintenue à la température voulue par les gaz chaud-, provenant de la zone de clin- kérisation 20 à travers le plateau 19. Les cal culs montrent que, généralement, il est inu tile de fournir de la chaleur supplémentaire à cette zone, mais il pourrait être indiqué d'amener de la chaleur, le cas échéant, d'un foyer supplémentaire ou par tout autre moyen. La poudre décarbonatée passe de la zone 16 à la zone de clinkérisation 20 par le tube 17.
Dans cette zone, maintenue à une température de l'ordre de 1400 , on brûle un combustible (solide pulvérisé, liquide ou ga zeux), introduit par 21, au moyen d'air chaud provenant par 22 du refroidissement des clin- kers. L'introduction du combustible 2;1 est, prévue au bas de la zone 20, de manière que le combustible, quelle que soit la forme sous laquelle il est introduit, ait le temps de brûler complètement. Pour favoriser sa combustion, on pourra utiliser un assez grand excès d'air et introduire par 14 dans le foyer 13, dont il a été question ci-dessus, seulement du com bustible et pas d'air pour avoir à la sortie de l'appareil tin excès d'air qui ne soit pas trop élevé.
La température de cette zone de clin kérisation ?0 est. réglée de telle manière que l'on ait. seulement un début de fusion de ma tières. Dans ces conditions, la température des parois étant nettement plus faible du fait de la transmission de chaleur vers l'extérieur, il n'y aura, pas de risques de collages, eeux-ei étant d'ailleurs encore réduits par l'abrasion due aux particules en suspension. Il sera bon néanmoins de faire cette zone en réfractaire aussi compact que possible et qui ne présente pas la moindre trace de début de fusion aux températures envisagées et sur lequel les clin- kers aient peu tendance à coller.
On pourra employer, par exemple, des briques de magné sie, d'alumine, etc. Les clinkers, une fois qu'ils ont atteint les dimensions voulues, tom bent par 22 dans le refroidisseur<B>'</B>3 où ils ré chauffent l'air nécessaire à la combustion dans la zone 20.
Comme la quantité de cha leur contenue dans ces clinkers est normale ment supérieure à celle nécessaire au chauf fage préalable de l'air, on pourra utiliser une partie de cette chaleur soit pour le séchage de la matière crue, soit pour introduire à la partie supérieure du réfrigérant de l'air rela tivement froid et provoquer ainsi une trempe énergique du clinker, trempe qui en amélo- rera la qualité, tout en réduisant les frais de broyage final. Le dispositif adopté sur \la figure pour cela est décrit ci-dessous.
On pourrait naturellement le modifier. même con sidérablement, suivant les circonstances. Le clinker froid est extrait. du refroidisseur par un appareil \?4, qui peut être de tout type convenable. L'air froid est introduit par 25 au moyen d'un système de distribution 30. Une partie de l'air chaud est extraite de la. zone moyenne du réfrigérant par le collec teur 31. et. aspirée par le ventilateur 33 à. tra vers la. tuyauterie 26 et la chaudière 2où elle produit de la, vapeur sortant par 29.
L'air ainsi partiellement refroidi est réintroduit par la tuyauterie 27 et par le distributeur 32 dans le haut du refroidisseur, refroidissant. ainsi brutalement les clirrkers. qui tombent de la -none 20. Un tel type (le réfrigérant per met, si les quantités d'air sont bien calculées et le temps de séjour des clinkers suffisant, de sortir un produit tout à fait froid et donc de récupérer très convenablement. la chaleur qu'il contient à la sortie de la zone 20.
Toutes les parties chaudes de cet appareillage doivent naturellement être soigneusement calorifugées pour éviter des pertes par les parois; ces per tes seront d'ailleurs nettement moins fortes que celles d'un four rotatif, car la surface extérieure de l'appareil est beaucoup plus fai ble que celle d'un tel four et, en outre, la connexion est réduite du fait que l'appareil est immobile et qu'il est disposé verticalement.
Pour la production de 360 tonnes par jour à partir de pâte filtrée à 20 % d'eau, il faudrait un appareil ayant environ 6 m de diamètre pour une hauteur d'environ .I0 m.
Cet appa reil sera construit en briques réfractaires, doublées de briques isolantes et d'un manteau de tôle qui peut être assez mince, car il. ne #,er- vira qu'a empêcher les fuites d'air ou de gaz à. travers la maçonnerie.
II est à noter que les poussières entraî nées par le gaz dans le présent procédé au ront une composition moyenne très voisine de celle de la. matière crue et pourront doue être facilement réintroduites dans celle-ci, alors que les poussières d'un four rotatif ont, au contraire, tune composition très différente de celle de la matière crue (très forte teneur en alcalis et en sulfates et sulfures) qui rend leur emploi difficile, posant souvent aux fa bricants un problème extrêmement complexe.