Brevet FR2451216A1 — publié le 19801010

Installation paur élaborer en continu un mélange de matières solides et d'un liant thermoplastique. L'invention est relative à une installation pour élaborer en continu un mélange de matières solides et d'un liant thermoplastique, cette installation comportant un cylindre mélangeur rotatif, sur l'une des faces transversales duquel sont montés un dispositif d'alimentation pour les matières solides et un brdleur dont la flamme produit un courant de gaz chauds de direction uniforme et à l'autre face transversale duquel se raccordent une chambre de sortie du mélange fini et une cheminée d'évacuation des gaz de combustion, lequel cylindre est divisé longitudinalement, par un dispositif protecteur faisant office d' écran, en deux sections dans la première desquelles, limitée par l'une des faces transversales, sont disposées des pièces rapportées pour faire avancer et épandre les matières solides et dans la deuxième desquelles est guidé un dispositif d'introduction du liant thermoplastique et sont incorporés des organes ndlangeurs pour mélanger les matières solides avec le liant. On sait que les installations de ce type fonctionnent de la manière suivante : Les matières solides, constituées en général par des composants d'empierrage granuleux, sont introduites à 1' une des faces transversales du cylindre mélangeur ou tambour rotatif, i l'aide du dispositif d'alimentation, et s'avancent et se répandent dans la première section du cylindre sous l'action des pièces rapportées ; de cette façon, ces matières se trouvent chauffées et séchées par le rayonnement calorifique de la flamme créée par le brdleur qui est disposé sur l'une des faces transversales ainsi que par les gaz chauds engendrés par cette flamme.Dans la deuxième section du cylindre, le liant thermoplastique (bitume par exemple) est ajouté en quantités dosées aux matières solides par le dispositif d'introduction et les deux constituants sont malaxés ensemble par les organes mélan- geurs (palettes d'épandage, de préférence), les divers grains de matières solides étant ainsi enrobés chacun d'une mince couche de liant. Le mélange ainsi formé et pret à entre utilisé parvient à la chambre de sortie située contre l'autre face transversale tandis que les gaz de combustion du système sont évacués par la cheminée. On a constaté, en particulier dans des conditions de fonctionnement détezminées telles que fonctionnement à charge partielle ou fonctionnement nettement forcé, que le rayonnement de la flamme agit si fortement à l'intérieur de la deuxibme section du cylindre que le liant thermoplastique y est endommagé oa détruit. Pour éviter cet incident, on a incorporé jusqu'ici au cylindre, entre ses première et deuxième sections, une cloison circulaire qui protège de la flamme le liant (ou le mélange fini) placé dans la deuxième section du cylindre. L'inconvBnie de oe dispositif protecteur connu est que la cloison constitue aussi un obstacle au passage des gaz chauds en obligeant ceux-ci à circuler autour du bord de cette cloison. Celle-ci a donc pour effet que, tout autour d'elle, il se produit des vitesses axiales de gaz fortement accrues en fonction de la diminution apportée à la section transversale libre du cylindre, ce qui souMet les matières solides séchées à un effet de triage intense et provoque ainsi des pertes élevées de poussières hors du cylindre.En aval de la cloison, il se forme en outre un long espace mort d' écoulement dans lequel les échanges de chaleur entre les gaz chauds et le mélange de matières sont amoindris e raison de la réduction apportée à la vitesse relative entre les gaz, qui s'y trouvent presque stagnants, et le mélange de matières épandu. Âvec les dispositifs protecteurs connus, à l'effet de protection souhaité contre le rayonnement direct de la flamme sur le mélange de matières s'opposaient donc comme inconvénients un accroissement des pertes en poussières et une diminution de la transmission de chaleur, des gaz chauds au mélange de matières, c' est-à-dire une perte de rentabilité. L'invention a pour but, d'une part, de protéger de façon store le liant thermoplastique contre le rayonnement de la flamme et, d'autre part, d'améliorer la transmission de chaleur entre les gaz chauds et le mélange de matières tout en diminuant les pertes de poussières. Selon l'invention, ce but est atteint grace essentiellement au fait que le dispositif protecteur est agencé de façon à protéger la deuxième section du cylindre au moins en partie contre le rayonnement calorifique de la flamme du brûleur mais à laisser passer le courant de gaz chauds engendré par la flamme et les fines particules contenues daoe ce courant, afin que le mélange de matières contenu dans la deuxième section du cylindre soit protégé au moins en partie de la chaleur de la flamme mais que les gaz puissent traverser les deux sections du cylindre à une vitesse dont les composantes axiales sont pratiquement égales sur la section transversale du cylindre. De préférence, le dispositif protecteur comprend une pluralité d'ouvertures de passage régulièrement réparties sur la section transversale du cylindre. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif protecteur est agencé de façon à provoquer sur sa face amont, selon le sens de circulation, une pression de retenue dans le courant gazeux qui n'est qu'une fraction de la pression de retenue créée par une cloison protectrice imperméable aux gaz. La faible pression de retenue ou perte de charge ainsi créée dans le courant gazeux donne lieu à une vitesse de passage axiale qui est particulièrement uniforme sur la section transversale du cylindre. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif protecteur est agencé de façon à communiquer au courant gazeux un mouvement de rotation qui augmente la vitesse relative entre les gaz et le mélange de matières sans augmenter la composante axiale de vitesse de ces gaz, Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif protecteur est fait d'un écran anti-rayonnement perméable aux gaz qui, si on l'observe dans l'axe du cylindre, recouvre au moins en partie la surface transversale de l'espace intérieur du cylindre. Dans ce cas, l'écran antirayonnement est avantageusement fait d'un grillage, notamment d'une toile métallique ou d'une tale perforée, les barreaux du grillage ou la tôle absorbant une partie du rayonnement calorifique de la flamme alors que les mailles du grillage délimitées par ces barreaux ou les trous de la t81e perforée autorisent le passage des gaz. Selon encore un autre mode de réalisation, le dispositif protecteur comprend des tôles séparées qui sont disposées obliquement par rapport à l'axe du cylindre et qui sont dimensionnées de façon telle que, lorsqu'on les observe dans l'axe du cylindre, elles présentent une forme au moins approximativement fermée afin que le rayonnement calorifique dirigé axialement soit intercepté alors que le courant gazeux traverse sans entre gêné le dispositif protecteur, parallèlement aux tôles. Dans ce cas, les bords amont, selon le sens de circulation des gaz, des tôles sont situés au moins approximativement dans un même plan. Â l'aide des desains annexés, il va être décrit en détail d'abord une installation connue pour l'élaboration d'un mélange de matières, puis des modes de réalisation de l'installation conforme à l'invention. La figure 1 de ces dessins représente schématiquement, en coupe longitudinale, une installation connue. La figure 2 représente schématiquement, en coupe longitudinale, une installation conforme à l'invention. La figure 3 représente de face, vus depuis 1' entrée du cylindre mélangeur, sur sa moitié gauche, un premier mode de réalisation du dispositif protecteur de l'installation conforme à l'invention qui est représentée à la figure 2 et, sur sa moitié droite, un deuxième mode de réalisation de ce dispositif protecteur. La figure 4 représente de face une variante des dispositifs protecteurs de la figure 3. IB figure 5 montre en perspective une autre variante du dispositif protecteur conforme à l'invention, ainsi qu'une partie du cylindre mélangeur. La figure 6 représente le demi-développement circonférentiel du dispositif protecteur de la figure 5. La figure 7 représente une variante de la figure 6. Telle qu'elle est représentée à la figure 1, l'installation connue destinée à élaborer un mélange de matières possède un cylindre rotatif ou tambour mélangeur 1 qui est soutenu par 1' intermédiaire de ceintures périphériques roulant sur des galets (ceintures et galets non montrés) en étant légèrement incliné de l'entrée à la sortie et qui est entraîné par une transmission à friction ou à chaine. Sur 1' une de ses faces transversales 2, le cylindre 1 est équipé d'un brûleur 3 et d'un dispositif d'alimentation 4 en matières solides granuleuses, tel qu' un toboggan ou un convoyeur à bande.Dans sa première section 1', le cylindre 1 comporte d'abord des palettes d'entratnement obliques 5, dans la zone du dispositif d'alimentation 4, pour faire avancer les matières solides encore humidesvers le milieu du cylindre 1, ctest-h-dire jusque dans la zone de séchage.Ces palettes 5 sont suivies de ce qu'il est convenu d'appeler des palettes "couvertes" 6 qui sont montées sur la paroi intérieure du cylindre 1 et qui captent les matières solides mais ne les répandent pas dans la flamme 8 qui se trouve dans cette zone, de façon telle que la combustion se poursuive avec le moins de perturbation possible. Â leur suite, le cylindre I porte des palettes d'épandage 7 qui, lors de la rotation du cylindre 1, répandent un rideau aussi dense que possible de matières solides de façon que celles-ci s'échauffent sous l'effet des gaz chauds et du rayonnement de la flamine 8 et se sèchent aussi complètement que possible. Cette première section t' du cylindre 1, qui ne sert qu'à échauffer les matières solides, est suivie d'une deuxième section 1" dans laquelle est guidé un dispositif 10 servant à introduire un liant thermoplastique tel que du bitume. Le dispositif d'introduction 10 est ici constitué par une rampe munie d'un ou plusieurs orifices de sortie. Sur la paroi intérieure de sa deuxième section 1", le cylindre 1 porte des palettes d'épandage 7 qui, lors de la rotation du cylindre 1, répandent de façon répétée, dans le courant des gaz chauds de combustion, les matières solides mouillées par le liant, ce grSce à quoi les grains des matières solides sont resttus uniformément du liant et leur ensemble, transformé en mélange de matières, est échauffé davantage. Une chambre de sortie 11 pour le mélange élaboré et une cheminée 12 pour les gaz d'dchapperent se raccordent à l'autre face transversale 9 du cylindre 1. Le trajet des matières solides et du mélange est indiqué par des flèches en trait plein 13 et celui des gaz par des lignes fléchées en trait interrompu 13'. Dans le cylindre mélangeur 1 connu de la figure 1, les deux sections 1' et 1" sont séparées l'une de l'autre, à l'intérieur de la zone des palettes 7, par vne cloison circulaire transversale 15 qui est fixée à la paroi int4Fieare du cylindre Ià l'aide d'entretoises (non représentées).La deuxième section in du cylindre 1 est protégée du rayonneiezit de la flamme 8 par la cloison 15 qui a toutefois pour effet de faire tourbillonner les gaz avec une grande vitesse axiale tout autour de cette cloison 15, dans l'espace annulaire 14 compris entre la cloison 15 et la paroi intérieure du cylindre 1. I1 en résulte que les fines particules sont soumises à un effet de triage intense qui les sépare des matières solides, au moins approximativement sèches, et sont entratnées en plus grand nombre hors du cylindre 1 par les gaz de combustion. Derrière la cloison 15, il se forme un espace mort d'écoulement 16 dans lequel les gaz chauds ne possèdent pratiquement pas de vitesse axiale et ne se renouvellent donc que lentement. Dans cet espace 16, la vitesse relative entre les gaz et les matières solides répandues et par conséquent la transmission de chaleur entre les gaz chauds et les matières solides sont donc extrêmement faibles. Le courant principal des gaz chauds passe à grande vitesse axiale le long des jeux de palettes 7 jusqu'à la cheminée 12 et quitte le tambour 1 à une température relativement élevée. Telle qu'elle est représentée à la figure 2, l'installation conforme à l'invention se distingue de l'installation connue (selon la figure 1) par l'agencement du dispositif protecteur qui est monté entre les deux sections 1' et 1" du cylindre 1. Ce dispositif est constitué par un écran anti-rayonnement 18 qui est fixé à la paroi intérieure du tambour 1 par des entretoises (non représentées) et qui retient au moins une partie du rayonnement de la flamme 8 mais ne gêne pas notablement le débit de passage des gaz. L'écran anti-rayonnement 18, qui peut être constitué soit (comme représenté à la moitié gauche de la figure 3) par un grillage 18a tel qu'une tôle métallique de tamis, soit (comme représenté à la moitié droite de la figure 3) par une tôle perforée 18b, n'offre qu'un faible obstacle à l'écoulement des gaz situés dans la première section 1' du cylindre 1, ce grâce à quoi la vitesse d'écoulement axiale est particulièrement uniforme sur toute la section transversale. L'effet de retenue exercé par cet écran 18 (figures 2 et 3) est bien plus faible que celui de la cloison 15 (figure 1). La toile métallique 18a ou la t81e perforée 18b pourrait aussi être disposée en plis ouverts, ce qui renforcerait la protection contre le rayonnement de la flamme 8 et augmenterait la section de passage des gaz en contribuant à diminue encore l'effet de retenue. Le courant gazeux traversant l'espace 19 situé en aval de l'écran anti-rayonnement 18 a une vitesse axiale qui est pratiquement la même sur toute la section transversale. Cette vitesse est aussi pratiquement la mee ou déerott régulièrement sur toute la longueur du cylindre 1, de telle sorte que les matières solides sèches sont tout au plus soumises à un léger effet de triage et que les pertes en poussières sont réduites. La vitesse relative entre les gaz et les matières solides enrobées de liant et tombant à travers ces gaz est approximativement constante sur toute la section transverssale-, ce qui se traduit non seulement par une diminution des pertes de poussière mais encore par une transmission de chaleur maximale. Butant donné que l'écran anti-rayonnement 18 absorbe au moins une partie du rayonnement de la flamme 8 et se trouve ainsi chauffé, le courant gazeux se trouve lui-eme chauffé en traversant cet écran 18,si bien que les matières solides enrobées du liant tombent toujours à travers des gaz à haute température chauffés uniformément par ledit goran anti-rayonnement. Ceci contribue aussi à un échauffement uniforme et optimal des matières mélangées. L'écran qui est représenté à la figure 3 (toile métallique 18a ou tôle perforée 18b) n'arrête pas la totalité du rayonnement de la flamme 8 mais en laisse passer une certaine fraction à travers ses ouvertures de passage des gaz (mailles de la t81e métallique ou trous de la t81e). Etant donné qutil comprend des tôles directrices séparées 28 qui sont disposées obliquement par rapport à l'axe du cylindre 1 et dont les bords amont 29 se trouvent au moins approximativement dans un même plan, le dispositif protecteur représenté à la figure 4 recouvre au contraire la totalité de la surface, lorsqu'on regarde dans l'axe du cylindre 1.En direction axiale, les tôles directrices 28 présentent ainsi une forme fermée et l'on peut alors parler d'une grille fermée qui, au moins théoriquement, absorbe en totalité le rayonnement de la flamme 8 en direction axiale. Grâce à la position oblique des tôles directrices 28, les gaz sont amenés à traverser le dispositif parallèlement à celles-ci. La vitesse relative entre gaz et matières solides est ainsi augmentée et 11 échange de chaleur amélioré sans que la vitesse axiale des gaz s'accroisse. Les fines particules entranées par les gaz sont fortement déviées à la transversale par rapport au mélange de matières répandu ; elles se trouvent ainsi captées par les grains de matières solides enrobés de liant et liées à ces grains. La sortie des poussières est encore diminuée davantage et la transmission de la chaleur, des gaz an mélange de matières, est améliorée. Le dispositif protecteur qui est représenté à la figure 5 est constitué de plusieurs tôles directrices planes étroites 36 dont les bords amont 3t, c'est-à-dire les bords tournés vers l'entrée des gaz 32, sont situés dans un plan perpendiculaire à l'axe 33 du cylindre 1. Elles pourraient d'ailleurs former aussi un cône plat. Les tôles directrices 36, dont chacune est inclinée d'un angle a égal par exemple à 300 par rapport à 11 axe 33 du cylindre (à partir de leur bord amont), constituent ainsi une grille fermée. Ces tôles 36 imposent aux gaz, lors de leur traversée, un puissant mouvement de rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre. Les tôles directrices 36 constituent une couronne directrice axiale stationnaire, de construction simple, à surfaces directrices planes. du niveau des tôles 36, le cylindre 1 ne comporte pas de palettes d'épandage 7 mais seulement des baguettes longitudinales 35 qui entraient les grains des matières solides à peu près jusqu'à mihauteur du cylindre 1, punis les laissent retomber en roulant. On évite ainsi que ces grains ne tombent sur les tôles 36 et ne soient ramenés par celles-ci dans la première section 1' du cylindre 1. Les baguettes longitudinales 35 ont en outre pour avantage qu'il se soulève moins de poussière au niveau du dispositif protecteur car les matières solides ne sont pas épandues dans le courant gazeux 13' à ce niveau. Vues en direction axiale, les tôles 36 peuvent se recouvrir partiellement ainsi qu'il ressort de la figure 6 qui représente le demidéveloppement circonférentiel, sur un plan, de l'écran anti-rayonnement. La zone de recouvrement est désignée par ll à la figure 6. Le mouvement de rotation intense qui est communiqué aux gaz a pour effet d'augmenter la vitesse relative entre les gaz chauds et le mélange de matières répandu par les palettes 7 et d'améliorer la transmission de chaleur. Les fines particules en suspension dans les gaz sont en partie chassées vers l'extérieur par la force centrifuge et en partie déplacées, de nombreuses fois, perpendiculairement au mélange de matières qui retombe, si bien que ces particules heurtent de nombreuses fois ce mélange et y restent collées. Les pertes par poussières sont ainsi fortement diminuées. Par un demi-développekent circonférentiel, la figure 7 représente des tôles directrices 36 qui ont une forme particulièrement favorable au point de vue de la technique d'6coulement des fluides. Ces tôles 36 sont cambrées de façon optimale au point de vue aérodynmmique à la manière de la couronne directrice axiale ou de la roue à aubes axiale d'une turbine ou d'un ventilateur afin de donner lieu à une faible perte de charge. Vues en direction axiale, les tôles 36 se recouvrent et forment ainsi une grille fermée. Les bords amont 31 peuvent être situés dans un même plan ou sur une surface conique plate et les surfaces directrices peuvent être tordues de l'extérieur au centre pour impartir un mouvement de rotation à peu près constant sur toute la section transversale. On peut également utiliser des dispositifs proteo- teurs s'écartant des formes décrites, par exemple des dispositifs protecteurs analogues à des stores à lamelles ou à des tuyères annulaires. REVENDICATIONS 1. Installation pour élaborer en continu un mélange de matières solides et d'un liant thermoplastique, cette installation comportant un cylindre mélangeur rotatif, sur l'une des faces transversales duquel sont montés un dispositif d'alimentation pour les matières solides et un bruleur dont la flamme produit un courant de gaz chauds de direction uniforme et à 1' autre face transversale duquel se raccordent une chambre de sortie du mélange fini et une cheminée d'évacuation des gaz de combustion, lequel cylindre est divisé longitudinalement, par un dispositif protecteur faisant office d'écran, en deux sections dans la première desquelles, limitée par l'une des faces transversales, sont disposées des pièces rapportés pour faire avancer et épandre les matières solides et dans la deuxième desquelles est guidé un dispositif d'introduction du liant thermoplastique et sont incorporés des organes mélangeurs pour mélanger les matières solides avec le liant, oaraetdrisée en ce que le dispositif protecteur (18, 18a, 18b ; 28 ; 36) est agencé de façon à protéger la deuxième section ( du cylindre (1) au moins en partie contre le rayonnement calorifique de la flamme (8) du briseur (3) mais à laisser passer le courant de gaz chauds (13') engendré par la flamme (8) et les fines particules contenues dans ce courant, afin que le mélange de matières contenu dans la deuxième section (1") du cylindre (1) soit protégé au moins en partie de la chaleur de la flamme (8) mais que les gaz (13') puissent traverser les deux sections (1', 1") du cylindre (1) à une vitesse dont les composantes axiales sont pratiquement égales sur la section transversale du cylindre (1), 2.Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif protecteur (18, 1-, 18b 28; 36) comprend une pluralité d'ouvertures de passage régulièrement réparties sur la section transversale du cylindre (1). 3. Installation selon lune des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le dispositif protecteur (18, isba, 18b) est agencé de façon à provoquer sur sa face amont, selon le sens de circulation, une pression de retenue dans le courant gazeux (13') qui n'est qu'une fraction de la pression de retenue créée par une cloison protectrice imperméable aux gaz. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif protecteur (36) est agencé de façon à communiquer au courant gazeux (13') un mouvement de rotation qui augmente la vitesse relative entre les gaz (13') et le mélange de matières sans augmenter la composante axiale de vitesse de ces gaz (13'). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif protecteur est fait d'un écran anti-rayonnement (18, 18a, 18b ; 28) perméable aux gaz qui, si on l'observe dans l'axe du cylindre (1),recouvre au moins en partie la surface transversale de l'espace intérieur du cylindre (1). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'écran anti-rayonnement est fait d'un grillage, notamment d'une toile métallique (18a) ou d'une tôle perforée (18b), les barreaux du grillage (18a) ou la tôle (18b) absorbant une partie du rayonnement calorifique de la flamme (8) alors que les mailles du grillage (18a) délimitées par ces barreaux ou les trous de la tôle perforée (18b) autorisent le passage des gaz. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le dispositif protecteur comprend des tôles séparées (28, 36) qui sont disposées obliquement par rapport à l'axe (33) du cylindre (1) et qui sont dimensionnées de façon telle que, lorsqu'on les observe dans l'axe (33) du cylindre (1), elles présentent une forme au moins approximativement fermée afin que le rayonnement calorifique dirigé axialement soit intercepté alors que le courant gazeux (13') traverse sans être gêné le dispositif protecteur, parallèlement aux tôles (28, 36). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les bords amont (29, 31), selon le sens de circulation des gaz, des tôles (28, 36) sont situés au moins approximativement dans un même plan. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 4, 7 et 8, caractérisée en ce que le dispositif protecteur a la forme de la couronne directrice axiale ou de la roue à aubes axiale (36) d'une turbine ou ventilateur. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le dispositif protecteur (18, 18a, 18b ; 28 ; 36), en section transversale, est monté à l'intérieur des pièces rapportées (7) servant à épandre les matières solides. 11. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la surface extérieure du dispositif protecteur (18, 18a, 18b ; 28; 36) est agencée de façon à absorber au moins une partie du rayonnement calorifique incident de la flamme (8) afin que le courant gazeux (13') s'échauffe en traversant le dispositif protecteur (18, 188, 18b ; 28; 36), lui-même chauffé par la chaleur d'absorption,