LU85257A1 - Procede de regulation,en continu,de l'energie de malaxage des pates destinees a la fabrication d'agglomeres carbones - Google Patents

Description

PROCEDE DE REGULATION EN CONTINU DE L'ENERGIE DE MALAXAGE DES PATES DESTINEES A LA FABRICATION D’AGGLOMERES CARBONES

La présente invention concerne un procédé de régulation en continu de l'énergie de malaxage des pâtes destinées à la fabrication d'agglomérés : 5 carbonés.

! ! Les agglomérés carbonés sont obtenus par cuisson de pièces mises en for mes à partir d'une pâte carbonée résultant du malaxage d'un liant organique et d'un produit carboné en grains calibrés. Selon la destination 10 des agglomérés, la nature du liant (brai de houille, brai de pétrole, brai liquide ou solide) et celle des grains carbonés (coke de houille, coke de pétrole, anthracite, etc...) peut varier sensiblement, mais on passe dans tous les cas par le stade d'un malaxage prolongé, entre le liant | et les grains carbonés (dont la répartition granulométrique est soigneu- 15 sement contrôlée), à une température telle que le liant soit suffisamment fluide (60° à 180° C. par exemple) et pendant une durée qui assure une imprégnation aussi parfaite que possible des grains carbonés par le liant. La qualité des électrodes (évaluée notamment par la mesure de la densité géométrique, de la résistivité électrique et de la résistance 20 à l'écrasement) après cuisson, est étroitement liée à l'efficacité du malaxage.

Dans les ateliers modernes pour la production de pâtes carbonées -c'est le cas en particulier de la fabrication des anodes pour la production 25 c'AL par le procédé EALL-mEROULT d'électrolyse d'alumine dans la cryo-lithe fondue- le malaxage du mélange liant plus grains carbonés est effectué dans une chaîne de malaxage continue qui comprend un ou parfois ceux malaxeurs en série.

30 Un des types de malaxeurs couramment utilisé est constitué par un corps tubulaire garni ce cents fixes inclinés par rapport à l'axe du tube à l'intérieur duquel se meut, selon un mouvement de va et vient combiné avec un mouvement ce rotation, un arbre lui-même muni de dents coopérant avec les dents fixes afin d'assurer le pétrissage et l'écoule-35 ment de la pâte carbonée . Les dents fixes sont disposées selon une : ligne hélicoïdale, et l'amplitude du mouvement avant-arrière de l'arbre est ajustée au pas d'implantation des dents fixes. La sortie du (ou des) malaxeurs comporte une buse obturée par des clapets motorisés. L'ouverture et la fermeture de ces clapets peuvent être réglées en fonction de i .

- 2 - seuils extrêmes de la puissance instantanée afin d'assurer un malaxage ! „ satisfaisant de la pâte et d'éviter le "bourrage" de l'appareil, c'est ! -à-dire son blocage en charge par suite d’un taux de remplissage exces sif.

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Pour un certain nombre de fabrications qui exigent une grande régularité et des caractéristiques élevées des agglomérés carbonés, ce mode t de malaxage ne permet pas toujours d'atteindre le niveau optimal de qualités des anodes que réclament les exploitants.

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: Le but de la présente invention est une amélioration du procédé de malaxage des pâtes carbonées consistant à asservir en continu les cla- j ' pets de sortie du malaxeur à la puissance instantanée consommée par | le moteur d'entrainement du malaxeur.

I 15 ï De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de régulation en | continu de l'énergie de malaxage des pâtes destinées à la fabrication t ! d'agglomérés carbonés dans une chaîne de malaxage continu, ces pâtes ! étant constituées par un mélange de grains carbonés et d'un liant orga- nique introcuit à l'etat solide ou liquide, le malaxeur étant constitué d'un corps tubulaire garni, sur sa surface interne d'une pluralité de dents fixes inclinées par rapport à l'axe du corps tubulaire à l'intérieur duquel est disposé un arbre rotatif, coaxial avec le corps tubulaire, anime d'un mouvement de va-et-vient synchronisé avec un mouve-' lo ment de rotation assuré par un moteur s courant continu, cet arbre étant muni de tenta coopérant avec les dents fixes pour assurer le pétrissage et I'écoulement de la pâte carbonée, la sortie du malaxeur étant munie c’une dusa cont le degre d'ouverture est contrôlé par des clapets motorises, caractérisé en te que l'on effectue successivement, les opéra-tiens suxvmtss z ~ on tixe la valeur de l'energie de malaxage que l'on veut appliquer : a la pâte carbonea, en kilowattheure par tonne, le débit horaire du malaxeur et l'intensité de consigne du courant alimentant le 35 moteur - on met le malaxeur en marche.

- 3 - ' - on mesure l'intensité absorbée par le moteur qui est proportion nelle à la puissance, étant alimenté en courant continu sous une tension sensiblement constante.

- on compare l’intensité mesurée à la valeur de consigne.

5 - à partir de l'écart d'intensité entre la valeur de consigne et la valeur mesurée, on élabore, de façon connue, un signal qui modifie l'ouverture des clapets de façon que l'intensité revienne à sa valeur de consigne.

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Cette invention est basée sur la constatation que la qualité d'une pâte carbonée n'atteint son optimum que si cette pâte a absorbé, au cours du malaxage, et pour une chaîne de malaxage donnée, une énergie (en kWh par tonne de pâte) au moins égale à une valeur minimale prédé-15 terminée.

i L'asservissement des clapets à la puissance instantanée consommée par le moteur qui est alimenté en courant continu sous tension constante, peut être effectuée selon deux variantes, l'une basée sur la valeur de | ZD l'intensité moyenne consommée par le moteur sur une courte période de temps (régulation analogique du type PID - Proportionnelle Intégrale ! Dérivée), l'autre basée sur des valeurs particulières de l'intensité instantanée, mesurées à certaines positions prédéterminées de l'axe , du malaxeur (régulation numérique du type PI, Proportionnelle Inté- I 25 grale).

La courbe d'intensité en fonction du temps (fig. 1), directement proportionnelle à la puissance puisque l'alimentation du malaxeur est effectuée en courant continu, présente la forme d'une pseudo-sinusoïde cont l'amplitude varie en fonction de différents paramètres (position ου des clapets, taux de remplissage du malaxeur, caractéristiques de la f pâte, etc...).

La période de cette pseudo-sinusoïde est égale à la période du mouve-ω·;ηί de va-et-vient de l'axe du malaxeur (par exemple sur la figure 1 35 cette période est 1,4 s.).

Dans le cas de l'utilisation d'une régulation analogique PID implique « - 4 - l’introduction d’un filtre à constante de temps RC pour niveler les i oscillations de courte période dues au cycle du malaxeur.

; La position des clapets est alors asservie à une valeur d'intensité j moyenne qui dépend de la constante de temps du circuit RC. De préférence 5 la constante de temps T = RC est choisie au moins égale à la période du mouvement avant-arrière de l’arbre malaxeur. Cette régulation simple présente cependant l’inconvénient, dans certains cas, de ne pas être | - suffisamment rapide pour éviter les effets de bourrage de l’appareil j particulièrement lorsque l’on recherche une puissance moyenne de mala- : 10 xage élevée, proche du maximum que peut fournir le moteur.

Dans le cas de la régulation numérique, deux capteurs fixes détectent le passage de l’arbre dans ses positions extrêmes avant et arrière et déclenchent la mesure de l’intensité instantanée correspondant sensi-15 blement au passage par un maximum et un minimum. Un algorithme de régulation implanté sur automate programmable analyse l’évolution de ces valeurs au cours du temps et détermine la position des clapets de façon à maximiser la puissance absorbée par le malaxeur. De plus, l’ob-j, servation des sinimas d’intensité permet de détecter en temps utile i -1 le risque de beurrage, de modifier l’ouverture des clapets en consé- i· }’ cuence et de déclencher une alarme.

j.

I „ ExemtLes de mise en oeuvre ce l’invention, i *· - ~_ 25 Cm a effectué une série d’essais sur une chaîne de malaxage composée de deux malaxeurs en série K 600 ΚΞ et K 550 KE conformes à la des-criptrom cr-cessus ayant un débit horaire de l’ordre d’une trentaine de tenues par heure.

la pâte, destinée à la fabrication d'anodes précuites pour la produe-3u tion c’aluminiun, était composée de coke de pétrole, de densité apparente au mercure = 1,72 g/cm3, et de 14,5 % de brai de houille de point de ramollissement 110° Mettler. Le malaxage a été effectué à 160°C.

Exemple 1 : do A titre de comparaison, une première série de 100 anodes pour l’elec-trolyse de l’AL a été produite dans les conditions habituelles de l’art - 5 - antérieur en positionnant manuellement les clapets du premier malaxeur de manière a obtenir une énergie de malaxage d'environ 3,8 kWh/T de pâtes. (Soit une puissance absorbée par le moteur d'entraînement de 105 kW).

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Exemple 2 :

Une deuxième et une troisième série d'essais, portant également sur 100 anodes, ont été réalisées en asservissant conformément à l'invention l'ouverture des clapets du premier malaxeur à la puissance consom-1q mée par son moteur, de façon que l'énergie de malaxage soit de 4,9 kWh/T de pâte dans le 2° essai, et de 7,3 kWh/T de pâte dans le 3° essai. La puissance absorbée par le moteur d'entraînement était de 135 kW dans le second essai et de 200 kW dans le troisième essai.

15 Pour les trois séries d'essais, les clapets du deuxième malaxeur ont été maintenus à la même position, correspondant à une énergie de malaxage de 2,7 kWh/T de pâte. (Soit une puissance absorbée de 74kW).

La pâte malaxée a été mise en forme, par vibro-tassage et les anodes 20 ont été cuites (à environ 1100° C.) dans les conditions habituelles, dans un fcur à chambres à feu tournant.

On a prélevé des échantillons et mesuré les caractéristiques des anodes produites dans les trois séries d'essais et on a obtenu les ~ς résultats suivants : : : : SELON L’INVENTION : 30 j ; ESSAI 1 | ESSAI n° 2 j ESSAI n° 3 \ : Densité g/cm3 : 1,55 - 0,02 : 1,592 - 0,011 : 1,594 - 0,014: : Résistivité : : ; : : électrique pitcm: 5600 - 170 : 5120 - 122 : 5060 - 54: 35 : : : : : : Résistance à : ^ ^ : : l'écrasement en : -25 - 30 : 500 - 32 : 504 - 43; : KPa : : : - 6 _

On constate que la mise en oeuvre de l’invention apporte un gain important sur les valeurs moyennes aussi bien que sur la dispersion de ces valeurs. Ces derniers résultats pouvant être attribués à une meilleure homogénéité de la pâte due à la stabilisation dans le temps de l’éner-5 gie de malaxage.

Dans le cas où la chaîne de malaxage comporte deux malaxeurs en série, la régulation selon l'invention peut être appliquée soit au premier, soit au second, soit aux deux simultanément, en s’assurant d’une com-10 patibilité entre les débits instantanés de chacun d’eux pour éviter les risques de bourrage. ,

Claims (1)

1. " 7 - 1 °— Procédé de régulation en continu de l’energie de malaxage des pâtes destinées à la fabrication d’agglomérés carbonés dans une chaîne de malaxage continu, ces pâtes étant constituées par un mélange de 5 grains carbonés et d’un liant organique introduit à l’état solide ou liquide, le malaxeur étant constitué d'un corps tubulaire garni, sur sa surface interne, d'une pluralité de dents fixes inclinées par rapport à l'axe du corps tubulaire à l'intérieur duquel est disposé un arbre rotatif, coaxial avec le corps tubulaire, avec les dents fixes, animé 10 d’un mouvement de va-et-vient synchronisé avec un mouvement de rotation assuré par un moteur à courant continu, cet arbre étant muni de dents coopérant avec les dents fixes pour assurer le pétrissage et l’écoulement de la pâte carbonée, la sortie du malaxeur étant munie d'une buse dont le degré d'ouverture est fixé par des clapets motorisés, caracté-15 risé en ce que l'on effectue successivement, les opération suivantes : - on fixe la valeur de l'énergie de malaxage que l'on veut appliquer à la pâte carbonée, en kilowattheure par tonne, le débit horaire du malaxeur et l'intensité ce consigne du courant alimentant le moteur. - on met le malaxeur en marche. - on mesure l'intensité absorbée par le moteur qui est proportionnelle à la puissance, le moteur étant alimenté en courant continu sous une 25 tension sensiblement constante. - on compare l'intensité mesurée à la valeur de consigne. - a partir de l’écart c’intensité entre la valeur de consigne et la va-o0 leur mesurée, or. élabore, ce façon connue, un signal qui modifie l'ouverture des clapets de façon que l'intensité revienne à sa valeur de consigne. 2e - Procédé de régulation, selon revendication 1 caractérisé en ce que 35 l’intensité absorbée par le moteur est mesurée en continu, introduite dans un filtre PX dont la constante de temps est au moins égale à la _ 8 _ fr période du mouvement de va-et-vient de l'arbre du malaxeur, puis dans le régulateur qui commande l'ouverture des clapets. 3° - Procédé de régulation selon revendication 1 caractérisé en ce que 5 l’intensité absorbée par le moteur est mesurée en valeurs discrètes correspondant sensiblement au passage par un maximum et un minimum pour au moins deux positions de l’arbre du malaxeur correspondant sensiblement à ses positions extrêmes avant et arrière. 10 4° - Procédé de régulation, selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, lorsque la chaîne de malaxage comporte deux malaxeurs en série, on effectue la régulation sur le premier malaxeur et on règle le débit du second pour qu’il soit au moins égal au débit du premier. 15 5° - Procédé de régulation, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, lorsque la chaîne de malaxage comporte deux malaxeurs en série on effectue la régulation sur le second malaxeur et on règle le débit du premier pour qu'il soit inférieur ou au plus égal -·- s celui du second. 6" ~ Procédé de régulation, selon l'une quelconque des revendications 1 s 3 caractérisé en ce eue, lorsque la chaîne de malaxage comporte ceux malaxeurs en série, en effectue la régulation sur les deux ma--- -sseurs e- ^ règle le débit du second de façon qu’il soit égal ou supérieur a celui du premier. '~ ~ rrccadé de régulation, selon revendication 3 caractérisé en ce que f’on compare, de façon continue, les minimas successifs d'intensité à -- 16 raieur supérieure ce consigne prédéterminée, et lorsque ce seuil est irancaie, ce qui est l’incice d'un débit ce bourrage, on élabore ’un signal qui déclenche une alarme et augmente le degré d'ouverture des clapets de sortie. Ir