Brevet FR2329738A1 — publié le 19770527

L'introduction dans des fours de carbonisation a' haute ou basse température de charbon ou de toute autre matière s1ac- compagne d'un dégagement d'une grande capacité de gaz, de fumées et de poussières, dont l'émission à l'atmosphère présente des nui- sances importantes pour l'environnement et le personnel d'exploitation. C'est le cas, en particulier, du chargement d'une batterie de fours à coke par wagon-chargeur. Des solutions nombreuses oat été proposés pour remédier aux pollutions atmosphériques causées par les émissions des flui- des gazeux et poussières d'enfournement qui seront désignés dans la suite par gaz d'enfournement. La plupart, basées sur-le principe d'une épuration par lavage, avec ou sans combustion préalable des gaz conbustibles, ont donué des résultats partiels et mal reproductibles au prix de dépenses d'entretien généralement élevées et de sujétions d'exploitation contraignantes. D'autres sont basées sur le captage des gaz d'enfournement soit par la colonne montante de gaz de production, soit par un orifice dans la c, ouverture du four relié à un équipement spé- cialement réservé à cet usage, en créant une dépression notable Enns le four par exemple au moyen d'éjecteurs alimentés en fluide gazeux ou liquide, 'placés dans la colonne montante ou par tout autre système d'aspiration utilisant ou non la colonne montante Il a été démontré que l'efficacité ae ce système pourrait être à tout moment satisfaisante sous réserve d'empêcher la mise en communication directe des trous d'enfournement avec l'atmosphère pendant l'opération de chargement et jusqu'à la fermeture des trous itenfournement de manière à :: limiter à une quantité négligeable, à tout moment, les entrées d'air par les trous d'enfournement afin d'empEcher, par dilution des gaz d'enfournement1 une insuffisance même momentanée du système de mise en dépression de la chambre du four, condition qui a pur seconde con.séquence-favorable de réduire sinon de supprimer les combustions locales préjudiciables à la tenue des réfractai- res du four et des équipements métalliques de la partie inférieure des trémies du wagon-chargeur. - empêcher les émissions polluantes lors d'une mise en pression momentanée d'une partie du ciel de la chambre du four due à une insuffisance passagère de la section utile du canal d'évacuation des gaz ou même à une obstruction de ce canal, par exemple dans le cas de fours à cokeJpar suite d'anomalies dans l'opération de ré- palace. Le but de L'invention est de réaliser ces conditions par un équipement permettant d'effectuer le chargement d'un four par une trémie-chargeuse sans mettre le ciel de la chambre du four en comnunication directe avec l'atmosphère par les trous d'enfournement. L'invention met en oeuvre pour cela plusieurs principes connus : la manipulation entièrement mécanisée des tampons d'obturation des trous d'enfournement - l'obturation de la base de la trémie chargeuse, par le charbon lui-même, en fin de vidage - les détections mécaniqueJpneumatique ou électrique du niveau des solides - la commande séquentielle électro-pneumatique de mouvements } l'originalité de l'invention étant la mise en application de ces principes pour I réalisation d'un équipement permettant d'effectuer les opérations suivantes : extraction du tampon du trou d'enfournement - adaptation, par l'intermédiaire d'une goulotte-chargeuse, de la trémie-chargeuse au trou d'enfournement chargement du four et retrait de la goulotte-chargeuse du trou d'enfournement - fermeture du trou d'enfournement par pose avec rodage éventuel du tampon - en ayant toujours au moins un dispositif d'étanchéité entre le trou d'enfournement et l'atmosphè re. L'invention comprend a cet effet un dispositif équipant la partie inférieure de chaque trémie-chargeuse du wagon-chargeur constitué essentiellement par un caisson de chargement, relié d'une part à la base de ladite trémie par le corps tubulaire d'une vis transporteuse de charbon et'autre part, à la couvertue du four pas une jupe télescopique venant stappliquer de façon jointive sur le siège métallique du trou d'enfournement. Dans cette enceinte fermée sont prévus un appareil permettant de soulever ou de reposer le tampon du trou d'enfournement et une goulotte-chntgeuse à virole inférieure télescopique permettant le transfert par gravité du charbon de 1' extrémité de l'appareil d'extraction à l'intérieur du four sans risque de former sur le siège du trou d'enfournement des dépôts compromettant la repose correcte du tampon d'obturation. La commande de ces quipements s'effectue par des dispositifs mécaniques, électro-mé- cantiques, électro-pneumatiques, pneumatiques, oléo-pneumatiques ou autres par l'intermédiaire d'organes de transmission traversant, de façon étanche aux gaz d'enfournement, les parois du caisson. Cet ensemble est complété par un registre fermant 1 ex- trémité du corps de l'extracteur évitant la- vidange partiel e de celui-ci pendant les mouvements du wagon-chargeur et tant que la goulotte-chargeuse n'est pas en position de chargement et une jauge de niveau placée à la partie inférieure de la trémie-chargeuse provoquant l'arrêt de l'extracteur avant vidange complète de ladite trémie, le charbon restant empêchant ainsi la mise en communication avec l'atmosphère du caisson de chargement par l'in termédiaire de Il extracteur et de la trémie-chargeuse. enfin, un dispositif antibourrage arrente l'extracteur lors de l'interrup- tion fortuite de l'écoulement du charbon dans la goulotte-chargeu- se. L'avantage de l'invention est caractérisé par le fait que toutes les opérations nécessitées par le chargement, c'est-à-dire depuis et y compris l'enlèvement du tampon du trou d'enfournement jusqu'à sa remise sur son siège, s'effectuent à l'intérieur d'un caisson fermé appliqué sur le trou d'*nfo-wrnement,ce qui s'oppose à tout échappement de gaz d'enfournement dans l'atmosphère aussi bien qu'à toute entrée d'air dans le four. Un premier exemple de réalisation particulière du dispositif selon l'invention, pris uniquement à titre illustratif sans aucun caractère limitatif, ainsi que son mode de fonctionnementJ sont décrits ci-après de façon plus détaillée en se référant aux dessins dans lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale illustrant une réalisation préférée du dispositif de lXin- vention en position au-dessus d'un trou d'enfournement ferme; - la Figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale du dispositif pendant une opération de chargement; - la Figure 3 est une vue schématique en coupe transversale du dispositif suivant la Figure 2. Comme représenté sur les figures 1, 2 et 3, le dispositif selon l'invention est constitué par un caisson métallique 1 formé par 4 parois latérales 2, 3, 4, 5, une paroi supérieure de fermeture 6 et une paroi infériss.ure de fermeture 7. La paroi in férieure 7 est traversée par une jupe annulaire télescopique 8 qui est maintenue relevée, comme représenté sur la Figure 1, lorsque le wagon-chargeur se déplace, par les biellettes 9 et 10, le contrepoids 11 et le vérin de commande 12. Sur la paroi latérale 3 du caisson est fixé le corps 13 d'une vis transporteuse z'' chargée d'assurer l'évacuation, suivant un débit donné, da charbon de la trémie chargeuse 15.L'orifice créé dans la paroi 3 pour le corps 13 peut être obturé par un registre 16 du type à lunette dont les mouvements sont réalisés par le vérin de comman- de 17. Sur les parois latérales 4 et 5 du caisson sont fixés les chemins de translation 18 de la goulotte-chargeuee 19. Cette goulotte 19 est constituée par deux parois latérales complètes 20 et 21 portant les pièces de translation 22, une paroi avant 23 prévue avec un orifice pour venir s'appliquer jointivement sur la paroi 3 à l'arrivée du corps 13 de la vis 14, une paroi supérieure de fermeture 24, une paroi arrière 25 pouvant présenter une contre-pente et portant l'arbre pousseur 26, qui traverse la paroi 2 du caisson 1, par le dispositif coulissant d'étanchéité 27. La partie inférieure de la goulotte 19 est prolongée par un anneau télescopique 28 reposant sur les chemins de glissement 29 par l'intermédiaire des deux bras 30. Deux vilebrequins 31 reliés par un système de biellettes 32 à un contrepoids 33 et à un vérin de commande 34 permettent la descente et la levée de l'anneau télescopique 28 lorsque la goulotte 19 est dans une position telle que les bras 30 sont dégagés des chemins 29. IP. paroi supérieure 6 du caisson 1 est traversée par un arbre coulissant et tournant dans un palier de guidage 36 étanche au gas d'enfournemento Cet arbre 35 porte à son extrémité inférieure deux griffes symétriques 37, mobiles autour de l'axe 38, prévues pour accrocher la barre 39 du tampon 40 fermant le trou d'enfournement 41 prévu dans la couverture 42 du four. Un mouvement de rotation de l'arbre 35 provoquant l'accrochage ou le décrochage de la barre 39 et la rotation~du tampon 40 par les griffes 37 est réalisé par le groupe moto-réducteur 43 par l'intermédiaire d'un accouplement articulé 44.Un mouvement de déplacement alternatif vertical de l'arbre 35 est obtenu par le vérin de commande 45, reposant par un pied articulé 46 sur un châssis à glissières 47 qui transmet son mouvement à un châssis mobile 48 qui se déplace de façon rectiligne dans le châssis à glissières 47 grfice aux galets de guidage 49. Le mouvement du châssis mobile 48 est transmis à 11 arbre 35 par la double console 50 sur laquelle est fixée le groupe moto-réducteur 43. Le châssis 48 porte également le vérin 17 par l'intermédiaire de la console 51. Le fonctionnement du dispositif objet de l'invention dans la forme considérée de réalisation préférée est eoosé ciaprès; la Figure 1 représente le dispositif lorsque le wagon chargeur vient se placer sur le four à enfourner et en se reportant aux Figures 2 et 3 on comprendra mieux les mouvements des différents organes au cours d'un e-nf ournement. Lorsque le wagon-chargeur as atteint la position requise au-dessus du four à enfourner > l'action du vérin 12 fait appliquer la jupe télescopique 8 sur le siège 52 du trou d'enfournement 41. Le vérin 45 fait descendre le châssis mobile 48, ce qui entrain la descente de l'arbre 35 jusqu a ce que son extrémité inférieure appuie sur la barre 39. Les griffes 37,-si elles entrent alors en contact avec la face supérieure de la barre 39, s'écartent pour reprendre ensuite la position normale d'ouverture comme représentée sur la Figure 3 au cours du mouvement de rotation ci-aprbs. Le moto-réducteur 43 fait effectuer à 1 'arbre 35 une rotation d'environ 1200 ce qui, quelle que soit leur position d'arrivée, oblige les griffes 37 à accrocher la barre de prise 39 du tampon par leur partie horizontale 60 et imprime à ce dernier un mouvement de rotation par leur partie verticale 61, le décollant ainsi du siège 52. Le vérin 45 provoque alors un mouvement ascendant au châssis 48 et par conséquent à l'arbre 35 ce qui entraîne le tampon 40 dans la position représentée sur les Figures 2 et 3; l'en- fourne-ment peut donc être effectué, le trou d'enfournement 41 étant ouvert dans l'enceinte fermée, constituée par le caisson 1. Le vérin 53, par l'intermédiaire du jeu de biellettes 54 et 55ventraine l'arbre pousseur 26, la goulotte chargeuse 19 se déplace alors sur les chemins de translation 18 jusqu'à ce que la paroi 23 vienne s'appliquer sur le siège du registre 16 obturant l'extrémité du corps tubulaire 13 de la vis transporteuse 14 de charbon. La mise en contact étant réalisée, le vérin 34 soulève le contrepoids 33 de maintien en position levée de l'anneau té- lescopque 28, qui > par le jeu des biellettes 32 et des vilebrequins 31Jpenètre jusqu'à la base du siège 52 du trou d'enfourne- ment; 41 avec un jeu suffisant pour absorber les différences de positionnement du wagon-chargeur. Le vérin 17 baisse alors le registre 16,ce ce qui libère l'orifice du corps tubulaire 13 de la vis transporteuse 14. l'in- dicateur de bourrage > représenté ici, sans que cela puisse avoir un caractère restrictif et limitatif sur les systèmes employables qui ne peuvent faire novation dans la présente invention par un moteur couple 56, un arbre de transmission 57 et unc palette de détection 58, est mis en service. Le dispositif objet de l'invention est prêt pour l'en- fournement sans que la chambre du four ait été mise en communica- tion avec l'atmosphère par le trou d'enfournement 41. L'enfournement est effectué par la mise en rotation de la vis 14 qui transporte, au au débit choisi, le charbon de la base de la trémie 15 à la goulotte 19 d'où il tombe par gravité dans la chambre du four. Lorsque le niveau du charbon dans la trémie 15 est descendu jusqu'à celui du détecteur de niveau 59, cet appareil donne l'ordre d1arrêt de la vis 14 de manière que la masse de charbon restant dans le corps et la-base de la trémie 15 assure la fermeture d'étanchéité au gaz d'enfournement du caisson I. SiJpendant l'opération précitée, une interruption dans l'écoulement par gravité se produit le le niveau du charbon monte dans lalgoulotte 19 ce qui provoque le freinage de la rotation de la palette 58}1'accroissement de l'effort détecté par le moteur 56 entraîné par l'intermédiaire d'un équipement électrique appropriés l'arrêt de la vis 14 afin d'éviter le bourrage. les opérations d'exploitation nécessaires- répalage par exemple - sont alors ef fectuées. La charge de charbon étant introduite dans le four, les opérations de fermeture du trou d'enfournement s'effectuent comme suit. Le vérin 17 relève le registre 16. Le moteur 56 est arrêté. Le vérin 34 > par l'intermédiaire des organes de transmission 31 et 32, relève l'anneau télescopique 28 de la goulotte 19. Le vérin 53 > par l'intermédiaire des biellettes 54 et 55 et de l'arbre pousseur 26 ramène vers la paroi 2 du caisson 1 la goulotte chargeuse 19 dégageant ainsi le siège 52 du trou d'enfournement. Le vérin 45 provoque alors la descente du châssis 48 porteur de l'arbre-35;le tampon 40 est de ce fait appliqué par l'extrémité inférieure de l'arbre 35 sur son siège 52. Le moto-réducteur 43 imprime par l'intermédiaire de l'arbre 35 un mouvement de rotation de 720 dans le sens opposé à ce lui correspondant à la prise du tampon. Ce mouvement de rotation dégage la partie horizontale 60 des griffes 37 de la barre 39) bérant ainsi le tampon 40 tandis que simultanément la partie verticals 61 des griffes 37 vient s'appliquer sur la barre 39, pour créer l'effet recherché de rodage en faisant tourner le tampon 40 sur son siège 52. Le vérin 45 provoque alors la remonte du châssis 48 porteur de l'arbre 35 et des griffes 37 à la partie haute du caisson a comme représenté sur la Figure 1. La chambre du four se trouve refermée sans que le caisson 1 ait été mis en communication directe avec l'atmosphère. Le vérin 12 > par l'intermédiaire des bielles 10, remonte la jupe télescopique 8/supprimant toute liaison entre le dessus du four 42 et le wagon-chargeur qui peut, dès lors, effectuer les déplacements d'exploitaWion nécessaires. Les contrepoids Il et 33 constituent des dispositifs de sécurité de maintien en position levée des jupe 8- e-t anneau 28 télescopiques respectivement pendant les mouvements de transl-ation du wagon-chargeur et de la goulotte-chargeuse 19. Un second exemple de réalisation particulière du dispositif selon l'invention, pris uniquement à titre illustratif sans aucun caråcbère limitatif, ainsi que son mode de fonctionnement > sont décrits ci-après en se référant : - au texte ci-dessus et aux Figures 1 - 2 et 3 pour les éléments semblables. - aux dessins annexés dans lesquels La Ligure 4 est une vue schématique, en coupe longitudinale, illustrant cette réalisation préférée du dispositif de l'in vention pendant une opération d'enfourne-ment. . Ia Bigure 5 est une vue schématique, en coupe transversale,du du - - -dispositif en position au-dessus d'un trou d'enfoureement fermé. La réalisation particulière considérée du dispositif ne diffère de celle objet de la précédente description que par le mode d'exécution du caisson de chargement et de la goulotte char geuse. Sur les Figures 4 et 5 ont été re-ris les mêmes repères que sur les figures 1-2-3 pour les organes demeurés semblables dans les deux formes particulières de réalisation; seuls seront donc décrits de façon détaillée les organes de conception nouvel- le. Le caisson de chargement 62 > Qui a toujours pour fonction de créer une enceinte fermée entre l'extrémité de la vis chargeu se 14 et la couverture 42 du four est constitué par une paroi a- vant 63 aménagée pour recevoir le corps 13 de la vis 14 et le si- ège du registre 16, une paroi arrière 64 recevant le dispositif détecteur du bourrage 56, 57 et 58; deux parois latérales 65 et 66 d'un profil spécial pour recevoir les organes mobiles internes, une paroi supérieure de fermeture 67 recevant le palier de guidage étanche 36 du dispositif de manoeuvre du tampon 40, une paroi inférieure de fermeture 68 traversée par la jupe télescopi- que 8 dont les mouvements de levée et de descente sur le siège 52 du trou d'enfournement 41 sont obtenus par l'intermédiaire des biellettes 9 et 102 par l'action du contrepoids 71 et du vérin 12. A l'intérieur du caisson 62 sont installés deux organes de guidage du charbon dans le trou d'enfournement 41. Tout d'abord une trémie tronconique 69 dont la base de section rectangu- laire ou carrée est fixée aux parois 63, 64, 65 et 66 du caisson 62.Ensuite une goulotte chargeuse mobile 69 constituée par dsux coquilles 70 et 71 venant emboîter la base de la trémie 69 comme représenté sur la Figure 4 pendant l'opération effective d'enfournement, ou s1 éclipsant latéralement comme représenté sur la Figure 5 par l'action du vérin de commande 72 agissant sur la barre de transmission 73 qui met en mouvement les bielles des paral lélogragmes 74 et 75 pour permettre les opérations de prise et de remise en place du tampon 40 par les griffes 37 ainsi que les ma noeuvres du wagon-chargeur. Le fonctionnement du dispositif est identique à celui décrit pour le premier exemple de réalisation. I1 suffit de remplacer dans le texte les mouvements de mise en position et de retrait de la goulotte chargeuse 19 et l'anneau télescopique 28 par les mouvements de mise en position et de retrait des coquilles 70 et 71 de la goulotte mobile,toutes les fonctions ainsi que les séquences demeurant identiques. On constate que de tels agencements sont aptes à une automatisation aisée des manoeuvres. Dans un but de simplification des textes descriptifs et de fonctionnement ci-avant, il n'a été fait mentio gies dispositifs d'asservissement électriques, électroniques ou mécaniques empêchant l'exécution du mouvement d'un équipement lorsque les autres organes du dispositif objet de l'invention,ou des équipements le justifiant, ne sont pas dans l'état requis; ni de l'appareillage séquentiel nécessaire à la commande et au contre des différents équipements liés aux opé rations d'enfournement y compris par exemple la mise en opération pendant la période et dans les conditions nécessaIres du système de mise en dépression du four. es appareillages adaptés aux conditions d'utilisation du type de four et de son wagon-chargeur ne sauraient, en aucun cas et quelle que soit -leur conception, être considérés comme une particularité, une nouveauté ou un perfectionnement de la présente invention. Les deux exemples non limitatifs de réalisation préférée décrits ci-dessus montrent que le dispositif peut être réalisé dans le cas d'un profilage différent des différentes tableries et équipements mécaniques. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inventionp on peut apporter des modifications aux formes dte é- cution qui viennent d'Rtre décrites. C'est ainsi par exemple que la manoeuvre du tampon 40 peut s'effectuer suivant un système d' - accrochage différent ou sans accrochage mécanique, son déplacement n'étant pas vertical > sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Xi va de soi également que l'adjonction au dispositif objet de l'invention d'équipements ne venant pas modifier de fa çon notable l'objet de l'invention tels que vibreur de trémie, dispositif de décolmatage, dispositif de rechauffage ou d'insufflation de fluides, amélioration de l'étanchéité de certaines solutions de continuité ne peut être considérée comme une nouveauté ou un perfectionnement sortant du cadre de l'invention. Les descriptions détaillées qui précèdent n1 ont doits aucun caractère limitatif, le cadre de ltinvention n' étant définique par les revendications ci-apres. REVENDICATONS 1. Dispositif de chargement de fours de carbonisation, particulièrement de fours à coke, comprenant des moyens pour i'extraction et la remise en place du tampon du trou d'enfournezent et une goulotte mobile pour relier la trémie de chargement au trou d'enfournement, caractérisé en ce qu'il comprend un caisson de chargement pouvant être relié à la trémie de chargement et venant se placer au-dessus du trou d'enfournement de façon à enpt cher tout contact entre celui-ci et l'air extérieur, des moyens pour l'extraction et la remise en place du tampon, ainsi que la goulotte mobile, étant disposés à l'intérieur dudit caisson. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la goulotte de chargement peut se déplacer à l'intérieur du caisson entre une première position où elle permet aux moyens d'extraction et de remise en place du tampon entre mis en action, et une seconde position où elle est placée au-dessus du trou d' -enfournement et reliée à la trémie, le tampon et ses moyens d'extraction et de remise en place étant alors effacés. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la goulotte se déplace sur des rails horizontaux et qu'el- le se prolonge vers le bas par un anneau télescopique qui pénètre dans le trou de chargement lorsque la goulotte est dans ladite -seconde position. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, ca ractérisé en ce que les moyens pour extraire et remettre en place le tampon comprennent des griffes susceptibles de coopérer avec une barre horizontale portée par le tampon suivant un de ses diamètres pour soulever ledit tampon ou le faire tourner sur lui-me me, et en ce que lesdites griffes sont montées sur un arbre vertical monté pour se déplacer verticalement et pour tourner sur qui-même. ^~ 5.Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la course de 1' arbre dans le sens vertical est suffisante pour qu'en position relevée le tampon retenu par les griffes soit à une hauteur supérieure à celle de la goulotte, si bien que cette dernière peut être placée au-dessus du trou du chargement en passant au-dessous du tampon. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, ca caractérisé en ce que la trémie de chargement est munie à sa base d'un dispositif extracteur qui maintient en fin dtenfournement u ne charge résiduelle à la base de la trémie de façon à empêcher l'air environnant de pénétrer dans le four en passant à travers la trémie ou les gaz de s'échapper du four en traversant la trémie. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de niveau qui arrente ltex*rac- tion lorsque le niveau dans la trémie descend au-dessous d'un mi- veau fixé à l'avance, de façon à éliminer tout risque d'entrée d'air dans le four ou de sortie de gaz dans l'atmosphère. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, Ca- ractérisé en ce qu'il comprend un indicateur de bourrage placé dans la goulotte, et qui arrête l'extraction en cas de bourrage. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, Ca- caractérisé en ce qu'il comprend des moyens placés à la sortie de l'extracteur pour empêcher tout écoulement du matériau qu'il contient tant que la goulotte n'est pas en placa.