Brevet FR2494239A1 — publié le 19820521

Distributeur rotatif. L'invention concerne de façon générale des distri- buteurs rotatifs du type utilisé jusqu'ici pour régler l'écoulement de solides en particules d'un endroit à un autre. On a trouvé que le présent distributeur rota- tif était utile dans le cas de la réduction gazeuse directe de boulettes de minerai de fer en boulettes d'éponge de fer, au moyen d'un gaz réducteur chauffé, dans un réacteur à cuve verticale dans lequel on utilise le distributeur au fond du réacteur pour commander le déchargement des boulettes ou granules d'éponge de fer. Au fur et à mesure de la description, il apparattra à l'homme de l'art qu'un distributeur rotatif selon l'invention peut aussi servir utilement à régler l'écou- lement d'autres types de matières en particules ou en grains, dans d'autres applications. Dans la préparation de la matière première du procédé de réduction gazeuse, on améliore communément sous forme finement divisée le minerai tel qu'il est extrait, par exemple par concentration magnétique, puis on le convertit en boulettes. Bien que les boulettes obtenues aient une intégrité raisonnable, elles sont quelque peu friables et sujettes à la désagrégation à haute pression. Etant donné que l'on conduit le proces- sus de réduction gazeuse en dessous du point de fusion du fer, les granules d'éponge de fer obtenus sont fria- bles de façon similaire. Dans un type de distributeur rotatif de déchar- gement utilisé antérieurement au fond des réacteurs de réduction d'éponge de fer, un rotor muni de pales ou ailettes radiales est monté de manière à tourner horizontalement dans un corps cylindrique de telle sorte que le bout des pales du rotor, situé radialement à l'extérieur, touche la paroi intérieure du corps ou en est seulement séparé par un petit interstice. Normale- ment, lorsqu'on utilise un tel distributeur au fond d'un réacteur de réduction d'éponge de fer, les parti- -2 - cules stécoulent par gravité à travers un conduit tubu- laire dtentrée situé au sommet du distributeur rotatif pour arriver aux espaoements entre les pcIlez du rotor et sont entraînées, par la rotadion du tfroire fres un sconduit de déohargemerii situé a fonord du distributeur. On a trouvé qu:à mesure que les pales du rtciaor dépassent le conduit den'trée, les particu.less dltépong de fer osât tendance à etre comprirDées entre la patio extérieure des pales et l'extrémité intérietre du oeoniUit dentrée. Cette conmpression est suffisalte poPur euse-r rne cer- taine désagrégation des particules, donnant ainsi une quantité excessive de fines indxsiràbles. Un but général de l'invention est de úou7-nir un distributeur rotatif perfectiouné servant à régler ou à doser l'écoulement d'une mati.' en partie'les. Un autre but est de fournir un distributeur rotatif qui minimise la désagrégation des partioules solides fri-. bles qu'il véhicule. Un autre '*it est de réduire la tendance de la matière en particules à stentasser dans la partie intérieure des espacements entre les ailettes des rotors à ailettes utilises a. téieuremento Un autre but est encore de fournir un distributeur rotatif qui soit utile pour régler le déchargemerint de particules d'un réacteur fonctionnant à pression 4 1e, DWautres buts de l'invention sent évidents et dautres sont indiqués plus loin. De façon générale, les buts et avantages de l'inw-en- tion sont atteints grâce à un distributeur rotatif mari d'un rotor présentant un ou plusieurs logements récep- teurs de boulettes et ayant un diamètre un peu inférieur à celui de lVintérieur du corps de sorte que le rotor et le corps coopèrent pour définir entre eux un espace- ment annulaire. Il est évident qu'un tel espacement annulaire est virtuellement capable de fournir un par- cours d'écoulement désordonné des particules. Selon l'invention, cet écoulement désordonné est minimisé d'une façon décrite plus loin. -3- Les nombreux buts et avantages de l'invention seront mieux compris et appréciés grâce aux dessins annexés qui montrent un distributeur rotatif selon un mode d'exécution préféré de l'invention et sur lesquels: La figure 1 est une élévation latérale du distri- buteur;_ La figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne 2-2 de la figure 1, montrant les logements récep- teurs de boulettes du rotor et le déflecteur, sur le côté du rotor qui tourne vers le haut; La figure 3 est une coupe verticale suivant la ligne 3-3 de la figure 2, montrant le montage du rotor à l'intérieur du corps; La figure 4 est une coupe agrandie de la partie de droite du rotor de la figure 2, et La figure 5 est une coupe verticale similaire à la figure 2, mais montrant une forme modifiée de rotor. On considérera les dessins et particulièrement la figure 1; le tiroir rotatif représenté comporte un corps 10 comprenant les éléments 12 et 14 munis des brides 16 et 18 appliquées l'une contre l'autre et fixées ensemble par les boulons 20. Le rotor (non re- présenté sur la figure 1) est fixé à un arbre horizontal 22 monté de manière à tourner dans les paliers 24 et 26. Au sommet du corps se trouve une entrée à bride 28 par laquelle des particules d'éponge de fer entrent dans le distributeur et un raccordement de déchargement à bride 30 est prévu au fond du corps du distributeur. On considérera maintenant les figures 2 et 3; le rotor, désigné par la référence générale 32, comprend un tambour 34 fixé entre deux-joues circulaires 36 et 38. Comme on le voit particulièrement sur la figure 3, les joues 36 et 38 du rotor sont alignées sur des anneaux respectifs 40 et 42 fixés à l'intérieur du corps 10 avec seulement un petit interstice entre la périphérie extérieure des joues et la périphérie intérieure des anneaux respectifs 40 et 42. _4- Comme le montre la figure 2, à l'extérieur du tambour 34 ont formés une série de logements alterna- tivement fermés et ouverts. Plus particulièrement, les logements fermés 44, 46, 48 et 50 sont disposés symé- triquement autour du tambour 34 et définissent des espacements intermédiaires formant les logements ouverts 52, 54, 56 et 58. Les logements 44, 46, 48 et 50 pré- sentent des parois extérieures arquées respectives 60, 62, 64 et 66 concentriques à l'arbre 22 et au tambour 34. Comme le montrent les figures 2 et 3, les parois extérieures des logements fermés sont espacées notable- ment de la paroi du corps vers l'intérieur de manière à définir un espacement annulaire 68 entre le rotor et le corps. La largeur de l'espacement annulaire 68 doit être choisie de manière à éviter la compression des parti- cules d'éponge de fer entre le rotor et la paroi du raccordement d'entrée 28. Un critère pour choisir la largeur de l'espacement annulaire 68 est basé sur le diamètre moyen des particules traitées. Plus particu- lièrement, la largeur de l'espacement annulaire 68 doit être supérieure à deux fois le diamètre moyen des par- ticules pour assurer qu'il n'y ait pas ou seulement peu de particules comprimées entre le rotor et la paroi du raccordement dtentrée 28. Un autre critère possible pour choisir la largeur de l'espacement annulaire 68 est basé sur le choix du rapport entre le diamètre du rotor et celui du corps, selon la capacité de'sirée du distributeur, de manière à minimiser la compression des particules d'éponge de fer. Comme le montre la figure 2, le raccordement d'entrée 28 et le raccordement de sortie 30 sont alignés verticalement entre eux mais pour des raisons indiquées ci-après, ils sont décalés latéralement relativement au centre de l'arbre 22. Tel qu'on le voit sur la figure 2, le rotor tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre et un déflec- -5- teur est prévu du côté qui tourne vers le haut pour empocher les particules d'éponge de fer de tomber à travers l'espacement annulaire 68 de ce c8té du rotor (comme on le voit surtout sur la figure 4). Comme le montre la figure 4k la structure de déflecteur indiquée par la référence générale 72 comprend un patin arqué 73 formé du support 74 et de la plaque d'usure 75. Le support 74 est fixé à quatre tiges dont deux seulement, 76 et 78, sont indiquées sur la figure 4. Les tiges supportant le support arqué 74 pénètrent, à travers le corps 10, dans des carters 80 et 82 fixes à l'extérieur du corps. Les tiges 76 et 78 sont réglables par coulis- sement à travers le corps, au moyen des écrous 84 et 86, ce qui permet de régler la position du support 74 rela- tivement au rotor 32. Les carters 80 et 82 sont munis de presse-étoupe 88 pour empêcher la fuite de gaz à travers le corps quand le distributeur rotatif et le réacteur qu'il dessert sont actionnés à une pression élevée. Comme indiqué plus haut, au support 74 est fixé, de façon remplaçable, une plaque d'usure arquée 75 placée de manière à s'appliquer contre la surface exté- rieure des logements fermés du rotor. A l'extrémité supérieure du rotor 74 se trouve une chicane 92 montée de façon pivotante dans le corps et dont l'extrémité intérieure 94 est sollicitée de manière à stappuyer contre l'extrémité supérieure du support. La structure est telle que les boulettes d'éponge de fer entrant dans le distributeur par le raccordement d'entrée 28 sont empochées de s'écouler à travers l'espacement annulaire 68 situé du c8té qui tourne vers le haut. Pour décrire le mode de fonctionnement du distri- buteur, le mieux est de se référer à la figure 2. Les boulettes d'éponge de fer entrant dans le conduit 28 s'écoulent de haut en bas et arrivent dans des logements ouverts 54 et 56 mais sont empêchées, par la chicane pivotante 92, de s'écouler vers le bas à travers l'espa- cement annulaire 68 du c8té qui tourne vers le haut. -6-_ Les particules se rendant de l tentr6e 28 au logement 56 continuent de stécouler dla;is celui-oi jusqul'à oe que - t'ame normal de talus dles pa-'",ules solt atteint. Cet ang3.e. indiaqu en ":sur la fi 2r, -est d'e-viron ,-cur --x e masse typique dC - -. s.. eone de Tfer Commoe ind;ique sur la. finre 2. e-t inlLe de talus 9S t at:teinrt arait qy.e le logemernt o ne s it oC...l. ète.ment ?erpl:i l.e boulettes et par suite, il n;" a pas d ou !ement di. crdo be l1etta à taver-; 1 spacement m anulaire 68, du eo-;e &' ro.i-or iri tou.rne vers le ba.se Le décalage latéral du tond%%it dt 2:itre- joue un' rt!e notiJe pour obte;il_ le résultat -usd!it Si par cxemple, le ceutr- du conduit,:!eée 28 é'ait align4 sur le centre de ltarbre 22 et ai les dimiesions di rotor et du conduit d'enitrée rostaient les mrares, le- Logement 56 se remplirait jusqataà deberder et dos boulet- tes d'éponge de fer rouleraiîent v-ers ie bas par dessrti la paroi 66 du logemenut:errm 5iD Afnî.- d tirer rti de l'angle de t.alJs des boul,; ttes pour réetlier ule limitation de le er flt: 0au 1logement ouvzert 56, si le coniduit d'entre. ta 't oertrA, -er. tica!ement au-dessus de ltarbre il serait D*-Cess.irde. aueJnster très not.- blement le diara-tre Odu otiro: el-&iat ieent au_ diamsti du conduit dfcntr's$. úatre!nement d-'....latal du conduit d'entr6e permet d'ti iser 'ara.nle orirunal de talus comme li;iiitat;iGn de 11affla.x de boulettes au logement 56, avec un rotor de diae àtre ree-7tiv,ûerent petit. A me&. nre uci e le roo_ tourne en se-is ivirerse des l aiguilles dlune amontre relativemes__t i la fign.re 2y une quantité de ti!etes mesurée par la capaoité du!oge-- ment ouvert 56 se déplace vers le bas et se deécharge par le raccordement de sortie 30. A mesure que le rotor tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre et que la paroi arquée 64 du logement fermé 48 tourne en passant par son zénith, elle entra.ne quelques boulettes et les décharge dans l'espacement annulaire du e8té du -7 rotor qui tourne vers le bas. Toutefois, des données d'essai d'étalonnage ont démontré qu'une petite propor- tion seulement du total des boulettes véhiculées par le distributeur passe par l'anneau 68 de cette manière et que ces boulettes désordonnées ont peu dteffet sur la précision avec laquelle le distributeur mesure et règle la quantité de matière qui le traverse. Comme on l'a signalé plus haut, dans les distri- buteurs rotatifs antérieurs du type dans lequel des 1o logements sont définis par des pales radiales espacées autour du rotor, on rencontre une certaine difficulté due à l'entassement des boulettes au fond des logements. Avec la structure selon l'invention, les logements 52 à 58 présentent des parois intérieures arquées faisant partie du tambour 34 et ces parois, au fond des logements, sont notablement espacées du centre du distributeur. De cette manière, on évite l'entassement des boulettes près du centre du rotor et la difficulté de déloger ces boulettes entassées. On passera maintenant à la figure 5; le rotor modifié 100 qu'elle représente,diffère du rotor 32 de la figure 2, par le fait que les logements fermés 44 à et les logements ouverts 52 à 58 du rotor 32 sont remplacés par une couronne de logements partiellement fermés 102. Les logements 102 ont la même configuration et sont définis par le tambour central 104, les parois radiales 106 et les lèvres arquées 108 qui partent circonférentiellement de la paroi antérieure de chaque logement, en sens opposé au sens de rotation du rotor. On a trouvé que la structure du rotor de la figure 5 assure un écoulement plus uniforme de la matière en particules que celle de la figure 2. Par la description ci-dessus, il est évident que l'invention fournit unestructure de distributeur rotatif permettant d'atteindre les différents buts indiqués plus haut. Du fait qu'un anneau de volume notable est prévu entre la circonférence extérieure du rotor et la circonférence intérieure du corps, on peut traiter uné matière en boulettes ou en grains de caractère friable sans causer de compression ni de désagrégation exces- sives de la matière. On résout aussi le problème résul- tant de la tendance des boulettes à s'entasser près du centre du rotor, devenant difficiles à déloger. Etant donné que le corps est complètement fermé, à l'excep- tion des tiges 76 et 78 munies de presse-étoupe, la structure convient bien à l'utilisation à pression élevée. Le support 74, la plaque d'usure 75 et la chi- cane 92 constituent un moyen efficace d'empêcher un écoulement désordonné de boulettes du côté qui tourne vers le haut et la plaque d'usure 75 peut être facile- ment remplacée lorsque c'est nécessaire de manière à assurer un ajustement étroit contre les parois exté- rieures des logements fermés. Bien entendu, la description ci-dessus vise seule- ment à illustrer l'invention et on peut apporter de nombreuses modifications au mode d'exécution décrit sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Par exemple, dans le mode d'exécution de la figure 2, les angles au centre sous-tendus par les logements fermés et les logements ouverts ne sont pas nécessaire- ment égaux. D'autre part, on peut faire varier le nombre, 235 la grandeur et l'espacement des logements et faire varier la largeur radiale de l'anneau 68 dans une gamme assez large. D'autres modifications rentrant dans le cadre de l'invention apparaîtront à l'homme de l'art. -9- REVENDICATIONS 1.- Distributeur rotatif destiné à régler ltécou- lement par gravité d'une matière granulaire, comprenant un corps (10) muni. de conduits d'entrée (28) et de sortie (30) reliés respectivement à ses parties supé- r4eure et inférieure et un rotor (32) généralement cylindrique monté dans le corps (10) de manière à pou- voir tourner autour d'un axe horizontal (22), distribu- teur caractérisé par le fait que le rotor (32) est notablement espacé de la paroi intérieure du corps (10) de manière à ménager un espacement annulaire (68) entre le rotor (32) et le corps (10), le rotor présentant des logements (44 à 58) conçus et disposés de manière à recevoir une matière granulaire qui arrive au conduit d'entrée (28) et à la transmettre au conduit de sortie (30). 2.- Distributeur selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que l'espacement annulaire (68) est plus grand que deux fois le diamètre moyen des particu- les de la matière granulaire. 3.- Distributeur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un déflecteur (72) est monté dans ltespacement (68) entre le rotor et le corps, du c8té qui tourne vers le haut, de manière à empêcber ltécoulement de matière granulaire à travers ltespace- ment, à contre-courant du sens de mouvement du rotor (32). 4.- Distributeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le rotor présente une couronne de logements (44 à 58) disposés circonférentiel- lement, notablement espacés de la paroi intérieure du corps (10), au moins un de ces logements (52) étant ouvert à sa paroi extérieure radialement de manière à communiquer avec l'espacement entre le rotor (32) et le corps (10), de sorte que la rotation du rotor (32) a pour effet d'amener à un débit réglé, au conduit de sortie (30), une matière granulaire qui arrive au con- duit d'entrée (28). _ 5.- Distributeur selon la rej;snadication 4s carac- térisé par le fait que les logements (44 à 53) de la couronne sont alternativement e.me-' s,'; o. *er s radia- iement. _.- D}isis ribteu- selcu 1a re'!endi.ie4 2a. -erise par le ftc eue tous 2Iz log(k2à i 58 di, roto (32) sont o% e s en di.c.ioin radi2e 7, 1: -Ms-AseXrsE.t'.;97eia :egrSi.se par le JOai s 't:eWU%.s, t fsct _.i-ilis :Dr ds parLois radîzJ'cwi î C- Q sye é rcpas pr*senitert des 1lAyrei arquées,ia3 pi2t-r-; ds3 carois, exn sens oppese au sens de rot,-tion df rttoc' -id() de9 m.-niere a fermer- p.r 'ielLement les iogenrts. L8. f listribu-7e.-, r é'.. eu 5-,;s re- "dioations > Y ca, actrisè par le fait qç-leúot G - es _ o 'omon%- est arqué et défialt -Ury '.dre (34) concentrique au rotor (32). 9.- Dis tribu-eur sel5%:i %.hl d> _eve.icat::_nS 1 à 8, caractérisé par le faiti que 1-s x duite d'entréo (28) et de sortie (30) e3nt aigins rerticalement et 3ent espa-cés l-ata emnt de!atzz du roter. 1 0.- D).i l bi u.:r 9 lbutl ? s e, o n Il a v ze - j, te di eE s. n 3 c ra- aC- -erisé par le fúit -qte.e d- 'owgi;, (72) e.-stitue une plaque pi-otante _:7;yant 1e,m -;ex.keion horizona!l&e que les Logements (44l2., 58) dc ':.otor (3,;) 11,- Dist ribat;eor selon la re'dicatior 3 carao- térisé par le fait que le déflecteur (72) comprend un oatin arqcué (73) pl.ac dans! esDaement cnzilaire (68) de manière _ saopuyer contre a partiz extérieure úra- 3- dialement ides losgemer.nts (44 à 5.3), du côté qui tourile vers le hau-i; eó uie chicane (92) montée d-ans l'espace- ment et solliiOîé;e par gravité à entrer en contact aveo l'extrémité supérieure du patin arqué (73). 12.- Distributeur selon la revendication 11, carac- térisé par le fait qu'il comporte des moyens de réglage radial du patin arqué (73). 13.- Distributeur selon la revendication 11, carac- - 1 - térisé par le fait que le patin arqué comprend un support arqué (74) et une plaque d'usure remplaçable (75).