Brevet FR2541439A1 — publié le 19840824

DISPOSITIF D'ETANCHEITE EN PARTICULIER DE L'EXTREMITE DE CHARGEMENT D'UN FOUR ROTATIF La présente invention s'applique a l'industrie des matériaux de construction et a notamment pour objet un dispositif d'étanchéité de l'extrémité de chargement d'un four rotatif. L'invention peut être utilisée en particulier pour assurer l'étanchéité d'une extrémité de chargement et d'une extrémité de déchargement des fours rotatifs utilisés pour la fabrication de matériaux cuits par voie sèche L'invention peut également être utilisée dans d'autres industries ou il est nécessaire d'éviter l'aspiration d'air par les joints des appareils rotatifs à chambre de chargement et de déchargement fixes. Dans l'industrie du ciment ainsi que autres industries où lton a recours à la cuisson de divers matériaux dans des fours rotatifs, le problème de l'étanchéité des joints entre le four et les chambres de chargement et de déchargement fixes est encore non résolu car la sécurité et le degré d'étanchéité de ces organes determinent dans une grande mesure les caracteristiques economiques et techniques du four proprement dit, et de l'ensemble de l'installation. Ce probleme est particulièrement urgent en ce qui concerne l'étude et l'exploitation des fours rotatifs de cuisson faisant partie des lignes de production du ciment par voie sèche. L'accroissement rapide de la production du ciment et les difficultés d'approvisionnement en combustible convenable imposent d'utiliser plus largement les fours fonctionnant selon le procede ec. L'utilisation des dispositifs d'étanchéité connus pour la partie de chargement de ces fours n'a pas donne de résultats positifs , et pour cette raison on a eté obligé de chercher des solutions techniques nouvelles et plus efficaces. Le dispositif d'étanchéité de fours rotatifs le plus répandu actuellement est celui de la compagnie KND Humbold Wedag AG. Ce dispositif comprend des secteurs montés sur le four et serrés par des leviers et des ressorts contre la surface frontale de la tête de chargement. Du fait que les secteurs sont fixés sur des leviers tournants et pressés contre la face frontale de la tête de chargement, les déplacements du four dans le sens axial sont limités, ce qui complique le réglage de position du four dans le sens axial et exige l'emploi de butées hydrauliques. En outre , le fait que les ressorts de serrage des secteurs se trouvent dans des zones a températures élevées, conduit cl une diminution de l'élasticité de ces ressorts au cours de l'exploitation du four, ce qui nuit à l'étanchéité du contact entre les secteurs et la tête de chargement. On connait un dispositif d'étanchéité pour les fours, séchoirs et réfrigérateurs tubulaires rotatifs, comprenant une couronne de lamelles flexibles, une des extrémités de chacune de ces lamelles étant fixée sur la tête de chargement fixe et l'autre glissant sur la surface cylindrique tournante du four (brevet français n" 2 086 706). Une autre couronne composée de secteurs est disposée dans la cavité intérieure formee par la couronne constituée par des lamelles flexibles et montée sur des glissières de façon mobile dans le sens axial. L'inconvénient de ce dispositif d'étanchéité réside dans le fait que l'on est oblige de fabriquer les éléments de l'autre couronne d'étan chéité en acier allie réfractaire. En outre, la conception compliquée de ce dispositif d'étanchéité diminue la sécurité de fonctionnement du four. On connait un dispositif d'étanchéité pour fours tubulaires, comprenant des secteurs montés dans des guidages sur la tête de charge fixe et serrés par des ressorts sur le corps du four (cf le certificat d'auteur de l'URSS n" 112169) L'inconvénient de ce dispositif d'étanchéité est que le joint entre les secteurs serrés par les ressorts sur le corps du four, et.la tête de chargement fixe est étanche à l'aide d'un élément flexible tel qu'un diaphragme en tissu d'amiante ne pouvant résister qu'à une température ne dépassant pas 350"C, alors que la température des gaz dans la zone des dispositifs d'étanchéité des fours rotatifs à ciment est supérieure à 1000 C. Comme le diaphragme en tissu d'amiante sera inévitablement détruit a une température supérieure à 350"C, ce dispositif d'étanchéité utilisé dans la production du ciment pour des fours de fabrication par voie sèche ne permet pas d'eviter l'aspiration d'air dans le four à partir de l'atmosphère. En outre, lorsqu'on protège les ressorts contre l'action des fuites de gaz chauds du four à l'aide de douilles céramiques,on ne réussit quand même pas a assurer l'élasticité nécessaire des ressorts, ce qui provoque la formation de fentes dans les zones de contact des secteurs et l'entrée de quantités supplémentaires d'air ambiant froid dans le four. On s'est donc proposé de réaliser un dispositif d'étanchéité de l'extré- mité de chargement de four rotatif, qui permettrait de reduire l'aspiration d'air atmosphérique dans la cavité du four rotatif et dans la tête de chargement. Ce probleme est résolu à l'aide d'un dispositif d'étanchéité de l'extré- mité de chargement d'un four- rotatif, comprenant une bague d'étanchéité montée dans le joint entre la tête de chargement fixe et le four rotatif et réalisée sous la forme de secteurs montés dans des guidages et repoussés par des ressorts montés sur des tiges, caractérisé, en ce que la tige portant le ressort est disposee sur le bord extérieur de chaque secteur pour repousser celui-ci dans le sens radial contre la tête fixe, l'une des surfaces latérales du secteur étant en contact avec la face frontale du four rotatif. Le dispositif d'étanchéité selon l'invention permet-de réduire notablement l'aspiration de l'air atmospherique extérieur dans le four, ce qui permet de réduire de maniere substantielle la consommation de combustible pour la fabrication du ciment. Il en résulte une diminution de la quantite de gaz transportée par le four rotatif et par le système d'échangeurs de chaleur extérieurs et donc de la puissance consommée pour l'entrainement des ventilateurs de cheminée extérieurs. Un effet supplémentaire et relativement important de l'utilisation du dispositif d'étanchéité selon l'invention réside dans le fait que l'on évite l'entrainçment des poussières en dehors du four rotatif, ce qui améliore les conditions de travail du personnel de conduite du four. Selon dn autre mode de réalisation de l'invention chaque secteur est muni d'un écran de protection disposé a sa surface extérieure et orienté vers l'extérieur en faisant un angle aigu par rapport a celle-ci. Cet écran permet d'éviter la surchauffe du ressort serrant le secteur contre la tête de chargement fixe, par la chaleur rayonnee du four rotatif en service. Ceci permet, en retour, d'assurer la stabilité de l'effort de serrage des secteurs et d'éviter la formation de fentes pendant le glissement du bord intérieur des secteurs sur la surface de la tête de chargement fixe. Il est avantageux d'entourer chaque ressort d'une enveloppe de protection amovible qui permet de diminuer davantage la surchauffe du ressort et d'assurer de la sorte la stabilité de l'effort de serrage des secteurs tout en augmentant la durée de vie -de l'ensemble du dispositif. D'autres buts , caractéristiques et avantages de l'invention apparaT- tront à la lecture de la description d'un mode de réalisation faite à titre d'exemple non limitatif, et en regard des dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente en coupe longitudinale le schéma de principe d'un four rotatif, dont la tête dé chargement et la tête de déchar gement sont munies du dispositif d'étanchéité selon l'invention; . figure 2 représente le détail "A" de la figure 1; la figure 3 représente le dispositif d'étanchéité selon l'invention vu dans le sens axial du four;; . la figure 4 est une coupe selon le plan IV-IV de la figure 3 La figure 1 représente schématiquement un four rotatif de cuisson 1 monté sur des rou-leaux 2 dans une ligne de fabrication de ciment. Le four 1 est pourvu d'une tête de chargement 3 et d'une tête de déchargement 4 fixes disposées près des extrémités du four 1. Une bague d'étanchéité 5 (figures 2-, 3) est montee dans le joint entre chacune des têtes fixes 3, 4 (figure 1) et le four 1. La bague 5 est réalisée sous forme des secteurs 6, dont chacun porte une tige 7 soudée sur son bord extérieur et présentant une partie filetée et une partie lisse 9 a l'extrémité libre de la tige 7. Le bord intérieur du secteur 6 est en contact avec la surface cylindrique de la tête de chargement fixe 3. La surface latérale du secteur 6 tournee vers le four 1 est en contact avec une bride de guidage 10 muniee d'une virole 11 fixée a la face frontale du four rotatif 1.Pour empêcher les secteurs 6 de se déplacer dans le sens longitudinal, chacun est poussé vers la bride 10 par des plaques de pression 12 fixées sur la bride 10 à l'aide de boulons 13 (figures 3, 4). La bride 10 comporte également un support 14 (figures 2, 3) portant une plaque 15 percée d'un trou 16 servant de guidage pour la tige 7 dont la partie 9 est disposée dans ledit trou 16. Sur la partie filetée 8 de la tige 7 est monté un plateau d'appui 17 avec un écrou de réglage 18. Entre le plateau 17 et la plaque 15 est monté un ressort 19. L'effort de serrage du secteur 6 contre la tete 3 est réglé a l'aide d'un écrou 18. La surface latérale extérieure de chaque secteur 6 porte, soudees entre les plaques 12, des butées 20 empêchant le secteur 6 de se deplacer dans le sens opposé au sens de rotation du four 1. En outre, la surface la térale exterieure du secteur 6 porte une ailette de renforcement 21 (figures 2, 3) et un écran de protection 22 oriente vers l'extérieur et disposé sous un angle de 45 à 60 par rapport à cet-te surface. Sur le support 14 est fixée une enveloppe amovible 23 en tôle d'acier entourant le ressort 19 et le protegeant contre l'action de la chaleur des éléments chauds de la tête de chargement 3 et d'une partie des gaz chauds sortant du four 1 et non detournes par l'écran 22. Les dinensions de l'enveloppe 23 sont choisies de maniere à permettre l'accès à l'écrou de réglage 18.Pour fermer le joint entre deux secteurs voisins 6 chacun est doté d'un couvre-joint 24 (figure 3) disposé du côté extérieur des secteurs 6 Au lieu des couvre-joints 24, les côtes latéraux des secteurs voisins 6 peuvent être dotés d'arrêtes et de rainures s'engageant les unes dans les autres et fermant ainsi le joint entre les secteurs 6. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante. Pendant la rotation. du four 1, l'espace Ma" entre la tête de chargement 3 et la bride de guidage 10 varie en largeur par suite du abattement radial du four 1. Lorsque l'espace "a" augmente, le secteur 6, dont le bord intérieur est repoussé contre la tête de chargement par le ressort 19 se déplace radialement, en glissant sur la face frontale de la bride 10 et en assurant ainsi un contact intime du secteur 6 aussi bien avec la surface de la bride 10 qu'avec la surface cylindrique de la tête de chargement 3. Pour empêcher le deplacement angulaire du secteur dans le plan de rotation du four, on a prévu les butees 20 qui viennent porter sur les plaques 12 pendant la rotation du four. Ces plaques 12 sont fixées surlabride 10 de maniere à ménager un jeu " 8"(figure 3) qui est nécessaire pour permettre un deplacement radial du secteur 6 du à la variation du jeu "a". La position de l'écran 22 a la surface du secteur 6 est choisie en fonction du mode de réalisation de la jonction entre la tête de chargement 3 et le four 1. L'effort de compression du ressort 19 est choisi de manière qu'il soit légèrement supérieur à l'effort de la gravité sur la masse du secteur, pour que ce secteur 6 reste plaqué sur la surface cylindrique de la tête de chargement 3 lorsqu'il se trouve au-dessous de celle-ci. L'expérience de l'exploitation d'un four rotatif de diamètre 6,4 m et de 95 m de longueur a montré aux auteurs de l'invention que cette différence d'efforts ne doit pas dépasser 10 à 15 kg. Une plus grande différence d'efforts provoque une usure rapide de la partie superieure de la tête de chargeront en contact avec les secteurs 6. Les essais et l'exploitation du dispositif selon l'invention sur des fours rotatifs de cuisson utilisés pour la production de ciment par voie sèche et ayant un rendement de 3 000 tonnes de clinker de ciment par jour ont donné des résultats positifs. Les bagues d'étanchéité 5 sont également efficaces à l'extrémité de chargement comme à l'extrémité de déchargement des fours rotatifs utilisés pour la production de ciment par voie sèche ou par voie humide, ainsi que dans d'autres secteurs industriels pour la solution de problèmes analogues. Selon l'un des modes de réalisation, la bague 5 peut être fixée sur la tête fixe 3; dans ce cas, chaque secteur 6 est serré contre la surface cylindrique du four rotatif 1, alors que sa surface intérieure est serrée contre la bride 10 fixée dans ce cas sur la tête 3. Il est a signaler que le dispositif selon l'invention est également efficace dans les deux modes de réalisation; L'utilisation du dispositif d'étanchéité faisant l'objet de l'invention permet de réduire la consommation de chaleur d'au moins 15 000 kcal par tonne de clinker de citent cuit, ce qui équivaut à une économie moyenne de 200 tonnes de combustible par million de tonnes de clinker de ciment produit. La diminution des quantités de gaz transportées par le four permet de réduire la puissance consommée pour l'entrainement des ventilateurs de la cheminée exterieure d'environ 100 000 kWh par million de tonnes de clinker de ciment produit. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Dispositif d'étanchéité, en particulier de l'extrémité de chargement d'un four rotatif, comprenant une bague d'etanchéite montée dans l'espace entre la tete de chargement fixe et le four rotatif et réalisée sous la fornie de secteurs montés dans des guidages et repousses par des ressorts montés sur des tiges , caractérisé en ce que la tige (7) portant le ressort (19) est montée sur le bord extérieur de chaque secteur (6) pour le repousser dans le sens radial contre la tete fixe (3),l'une des surfaces latérale du secteur (6) étant en contact avec la surface frontale du four rotatif (1). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que chaque secteur (6) est equipé d'un écran de protection (22) disposé à la surface extérieure du secteur (6) et orienté vers l'extérieur en faisant un angle aigu par rapport a celle-ci. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort (19) est entouré d'une enveloppe de protection amovible (23).