Brevet FR2537708A1 — publié le 19840615

Dispositif de refroidzsment d'une installation de chargement d'un four à cuve La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'une installation de chargement d'un four à cuve, comprenant un canal d'alimentation fixe disposé verticalement dans le centre de la tête du four, une virole rotative montée coaxialement autour dudit canal d'alimentationune carcasse extérieure fixe montée coaxialement à l'extérieur de ladite virole et délimitant latéralement avec celle-ci une chambre sensiblement annulaire, cette chambre étant séparée, mais non isolée, de l'intérieur du four au moyen d'une cage rotative solidaire de la virole rotative, une goulotte de distribution, montée de manière pivotante dans la cage rotative, un premier moyen d'entraînement pour faire tourner, en bloc, la virole, la cage et la goulotte autour de l'axe vertical du four et du canal d'alimentation et un second moyen d'entraînement pour faire pivoter la goulotte, indépendamment du mouvement résul- tant du premier moyen d'entraînement autour de son axe horizontal de suspension à la virole. Une installation de chargement de ce genre est décrite dans le brevet US-A- 3 880 302. I1 s'agit, enloccurence, de l'installation de chargement sans cloche la plus répandue actuellement dans le monde, autrement dit, c'est celle qui remplit le mieux les conditions extrêmement difficiles dans lesquels doit opérer une telle installation, notamment à cause des températures élevées et de l'atmosphère chargée de poussières corrosives et abrasives. Pour soulager les pièces les plus sollicitées on a prévu, jusqu'à présent, dans les installations de chargement de ce genre, une circulation, sous pression, d'un gaz inerte et refroidi. Cette circulation possède une double fonction, à savoir que le gaz refroidit les pièces qu'il touche et que, par sa pression plus élevée que celle régnant à l'intérieur du four, il se crée un courant dirigé vers l'intérieur du four et à travers les fentes entre les pièces fixes et les pièces en mouvement, courant qui empêche les poussières abrasives de monter dans la chambre annulaire. Ce refroidissement au gaz a l'avantage de ne pas nécessi- ter de construction particulière dans l'installation de chargemment. Par contre, les installations accessoires pour le nettoyage, le refroidissement et la compression des gaz sont extrêmement chères, consomment beaucoup d'énergie et nécessitent beaucoup d'entretien. Pour diminuer ces frais on a déjà proposé de remplacer le système de refroidissement à gaz par un refroidissement à eau. Toutefois, cette proposition n' a pu être appliquée en pratique jusqu'à présent parce qu'il n'était pas possible, vu les dimensions de l'installation, de prévoir des passages étanches et durables entre les pièces fixes à refroidir et les pièces mobiles à refroidir. Le but de la présente invention est la contribution à la solution de ces problèmes par un nouveau dispositif de refroidissement à eau de l'installation de chargement. Pour atteindre cet objectif, l'invention propose un dispositif de refroidissement pour une installation de chargement d'un four à cuve du genre décrit dans le préambule, qui est essentiellement caractérisé par la combinaison de circuits de refroidissement à eau arrangés sur la paroi du canal d'alimentation fixe et sur îa carcasse extérieure, d'un circuit de refroidissement à eau des axes de suspension de la goulotte, ce circuit comprenant une pompe solidaire de la virole rotative et actionnée par la rotation de celle-ci et un labyrinthe d'isolation entre la carcasse extérieure et la cage rotative. Les circuits de refroidissement du canal d'alimentation sont constitués de plusieurs serpentins répartis régulièrement autour du canal. Les circuits de refroidissement de la carcasse sont constitués de plusieurs caissons de refroidissement séparés, juxtaposés sur la périphérie de la surface et traversés verticalement, suivant un parcours à chicanes, par l'eau de refroidissement. La surface inférieure de la cage mobile est garnie de panneaux isolants maintenus par des tôles en acier réfractaire, fixées à la cage au moyen de boulons avec interposition de fibres isolantes supprimant les ponts thermiques. Les parties rotatives peuvent être pourvues des lattes stimulant la turbulance dans la chambre annulaire et favorisant, de ce fait, le refroidissement. Le refroidissement est effectué, soit par contact direct de 11 eau avec les pièces à refroidir, soit par refroidissement des gaz dans la chambre annulaire afin d'empêcher un réchauffement excessif des pièces. Comme expliqué ci-dessus, le refroidissement par gaz avait une deuxième fonction, à savoir la création d'un contrecourant pour refouler les particules de poussière ascendantes. Cette fonction est reprise dans le système proposé par la présente invention par le labyrinthe d'isolation entre la carcasse extérieure et le plateau annulaire. I1 est, en outre, avantageux d'adapter la pression à l'intérieur de la chambre annulaire à celle qui règne dans le four pour contribuer à l'empêchement de la remontée des poussières dans cette chambre. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux, présenté ci-dessous à titre d'illustration, en référence aux dessins dans lesquels: La figure 1 représente schématiquement une coupe verticale à travers un dispositif de chargement selon l'invention; la figure 2 représente une vue analogue à celle de la figure 1 mais tournée de 900; la figure 3 représent une vue latérale extérieure du dispositif dans la direction correspondant à celle de la figure 1 7 la figure 4 représente une vue latérale extérieure du dispositif dans la direction selon la figure 2; la figure 5 montre schématiquement le système de refroidissement de l'axe de suspension de la goulotte et la figure 6 montre les détails de ce refroidissement de l'axe de suspension de la goulotte. Sur la figure 1 on a représenté la partie supérieure d'une goulotte de distribution 10 dont le mécanisme -d'entraînement et de suspension, représenté globalement par la référence 12 est-du type décrit dans le brevet précité US-A3 880 302 et ne sera décrit, de ce fait, que superficiellement, le lecteur voudra bien se référer au brevet précité pour de plus amples détails. Le mécanisme d'entraînement comporte essentiellement deux jeux d'engrenage 14 et 16 servant respectivement à la rotation d'une virole 18 autour d'un canal d'alimentation central 20 en vue de la rotation de la goulotte de distribution 10 autour de l'axe longitudinal du four et de l'ajusb3Ent angulaire de la goulotte 10 par rapport à cet axe longitudinal. Ces deux jeux d'engrenage 14 et 16 sont entraînés respectivementpar un premier et un second moteur non montrés. Une carcasse extérieure 24 délimite latéralement avec la virole rotative 18 une chambre annulaire 26.Cette chambre annulaire 26 est séparée de l'intérieur du four par une cage 30 de suspension de la goulotte, cette cage 30 étant solidaire de la virole rotative. Cette cage 30 a une forme allongée qui, comme le montre la coupe transversale de la figure 2, est bordée sur deux c6tés opposés par deu-x plateaux 32,32' en forme de croissant définissant une périphérie circulaire. Comme le montre la coupe longitudinale de la cage 30 selon la figure 1, cette cage 30 comporte également deux plateaux horizontaux supérieurs 22,22' par lesquéls elle est reliée à la virole rotative. Comme le montre la figure 2, sur les plateaux inférieurs 32,32' sont disposés deux carters d'entraînement 34 et 36 pourvus chacun d'un pignon supérieur 38 resp. 40. Ces pignons 38 et 40 coopèrent avec une couronne dentée 42 qui, à son tour, est actionnée, indépendamment de la virole 18 gràce-à un roulement 44 et sous l'action de l'engrenage 16. La goulotte de distribution 10 comporte à sa partie supérieure deux bras 46 et 48 se terminant en "bec de canard" (voir le bras 48 sur la figure 1) par lesquels elle est engagée dans deux arbres 50 et 52 et dont elle est solidaire, mais détachable grâce à la forme particulière des bras de suspension. Ces deux bras 50,52 traversent la cage 30 avec laquelle ils tournent autour du canal d'alimentation 20 sous l'action de l'engrenage 14 entraînant ainsi la goulotte 10. Chacun des arbres 50,52 est solidaire d'un secteur denté 54,56 (voir également figure 6) formant respectivement des engrenages avec des pignons 58 et 60, actionnés, à leur tour, respectivement par les pignons 38 et 40.Par conséquent, une rotation de la couronne dentée 42 par rapport à la virole 18, sous l'action de l'engrenage 16 provoque, par l'intermédiaire des pignons 38,40,58 et 60 et des secteurs dentés 54 et 56 une rotation des arbres 50 et 52 autour de l'axe horizontal de suspension de la goulotte 10 et, par conséquent, un basculement de cette dernière par rapport à l'axe vertical du four. I1 est évident que les parties directement exposées à la chaleur du four sont les parois de la cage 30 et plus particulièrement les plateaux 20,22',32 et 32', ainsi que le canal d'alimentation 20. Pour protéger ce canal 20 des températures élevées et pour éviter que la paroi de ce canal ne transmette, soit par conduction, soit par rayonnement, la chaleur à d'autres pièces, comme par exemple les roulements et engrenages, l'invention a prévu de refroidir directement ce canal 20. A cet effet, comme le montrent les figures 1 et 2 on a prévu dans la paroi du canal 20 plusieurs, en l'occurence quatre , serpentins 62, à travers lesquels on fait circuler de l'eau refroidie sous pression.Pour favoriser l'échange thermique entre la paroi du canal 20 et les serpentins, on a intercalé entre les boucles des serpentins 62 et la paroi une matière 64 ayant un degré de conductivité thermique très éle vé. Les serpentins 62 sont démontables, ce qui facilite leur remplacement en cas de besoin et explique le fait qu'ils sont séparés en plusieurs sections indépendantes. Comme le montrent en coupe les figures 1 et 2 et, de face, les figures 3 et 4, la carcasse latérale 24 est revêtue sur toute sa surface de caissons de refroidissement, y compris sur les portes d'accès 66 et 68. Ces caissons repré- sentes par la référence 70 sur les figures 3 et 4,sont formés par l'addition d'une deuxième paroi 72 à celle de la carcasse 24et par l'interposition entre ces parois de cloisons parallèles 74 obligeant l'eau de refroidissement à suivre un trajet en chicanes. Conune pour le serpentin 62 il est préférable de prévoir plusieurs caissons 70 sépares pour faciliter les travaux de réfection. Ainsi que le montrent les figures 1 et 2, les surfaces inférieures de la cage 30 c.à.d. les plateaux 22,22' 32,32' sont garnis de panneaux isolants76,78maintenus par des tôles 80 en acier réfractaire, fixées aux plateaux à l'aide de boulons 82 avec interposition de fibres isolantes 84 dont le but est de supprimer les ponts thermiques entre la chambre 26 et l'intérieur du four. Les panneaux isolants 76 et 78 peuvent avoir une épaisseur d'environ 75 mm. Les parois verticales de la cage 30 peuvent être garnies également de panneaux isolants- 86 qui peuvent néanmoins, être plus minces, par exemple 25mm, étant donné que les surfaces verticales sont moins exposées que les surfaces horizontales. La partie inférieure 88 de la carcasse 24, qui est en forme d'anneau conique dirigé vers l'intérieur du four peut également être garni d'une isolation 90 analogue aw panneaux 76 et 78. En plus, étant donné que cette partie est fixe l'isola- tion 90 peut etre remplacée ou secondée par des serpentins 92 refroidis à l'eau. Une autre caractéristique importante est un joint en forme de labyrinthe entre l'anneau fixe 88 de la carcasse et la cage rotative 30 et contribuant à une meilleure séparation entre la chambre 26 et l'intérieur du four. Ce labyrinthe peut être constitué par une rainure circulaire 94 dans la partie 88 de la carcasse associée à une lame périphérique 96 de la cage 30, cette lame 96 évoluant constamment dans la rainure 94.Le but de ce labyrinthnest d'éviter que, par suite de variation de pression au gueulard, il y ait une transition importante de poussière se trouvant en suspension dans le gaz, en direction de la chambre 26. En l'absence de variation de pression une telle transition est empêchée, avantageusement, par une adaptation de la pression à l'intérieur de la chambre 26 à celle régnant à l'intérieur du four. I1 est avantageux de prévoir un labyrinthe analogue entre le canal fixe 20 et la virole rotative 18, telle que illustrée par la lame circulaire 98 sur le bord intérieur de la cage 30. La figure 5 montre une vue radiale sur l'un des boitiers en l'occurence le boitier34, gravitant avec la cage 30 autour du canal 20. Etant donné que l'axe 54 traversant la paroi verticale 28 de la cage 30 est directement en contact avec la chaleur régnant à l'intérieur du four/ il est également préférable de prévoir un refroidissement de cet axe 54. Comme le montre la figure 5Ice refroidissement est réalisé au moyen d'une circulation d'eau sous pression et refroidi, cette circulation étant constituée simplement par une conduite d'entrée 100 et' une conduite de sortie 102. Ce refroidissement est constitué par un circuit fermé comprenant un échangeur de chaleur 104 et une pompe de circulation 106, gravitant, bien entendu, également avec la cage 30 autour du canal vertical fixe 20. L'entraînement de la pompe 106 est effectué avantageusement de la manière représentée sur la figure 5. La pompe 106 est montée dans une fenêtre 108 de la virole 18 et comporte un pignon 110 formant engrenage avec, par exemple, une chaîne à maillons 112 formant une boucle autour du canal fixe 20. Par conséquent, la rotation de la virole 18 provoque, par suite de l'engrenage entre la chaîne 112 et le pignon 110 une rotation de celui-ci autour de son propre axe et une circulation forcée dans les conduites 100 et 102. La figure 6 qui représente une coupe verticale à travers le carter 34 montre un exemple de réalisation du refroidissement de son axe 50. La conduite d'entrée pénètre axialement à travers l'arbre 50 jusque à la partie intérieur ou est accroché la goulotte par son bras 46 et retourne à travers l'espace annulaire 114 délimité autour de la conduite 100 par un alésage axial 116 dans l'arbre cette eau retourne ensuite à travers la conduite 102 dans l'échangeur 104 pour y subir un refroidissement de l'ordre de 10 à 200. Tous les circuits de refroidissement décrits ci-dessus à l'exception du circuit de refroidissement des carters rotatifs 34 et 36, peuvent être groupes en parallèle dans un circuit de refroidissement comprenant des échangeurs thermiques et des pompes. En outre, les circuits peuvent, être mu nis de thermostat assurant une commande automatique en fonc tion des fluctuations thermiques. Alors qu'avec les refroidissements à gas, selon l'état de la technique, on effectue un refroidissement non contrôlé, pour ne pas dire "aveugle", en injectant des grosses quantités de gaz dont on n'est pas sur si la moitié n'est pas superflu, le refroidissement à eau proposé par la présente invention assure une meilleure maîtrise du refroidissement en refroidissant juste la ou c'est nécessaire et lorsque c'est nécessaire, par exemple en effectuant un contrôle des commandes automatiques au moyen de thermostats qui surveillent les endroits les plus critiques. R e v e n d i c a t i o n s 1. Dispositif de refroidissement d'une installation de chargement d'un four à cuve, comprenant-un canal d'alimentation fixe disposé verticalement dans le centre de la tête du four, une virole rotative montée coaxialement autour dudit canal d'alimentation, une carcasse extérieure fixe montée coaxialement à l'extérieur de ladite virole et délimitant latéralement avec celle-ci une chambre sensiblement annulaire, cette chambre étant séparée,mais non isolée, de l'intérieur du four au moyen d'une cage rotative solidaire de la virole rotative, une goulotte de distribution, montée de manière pivotante dans la cage rotative, un premier moyen d'entraine- ment pour faire tourner, en bloc, la virole, la cage et la goulotte autour de l'axe vertical du four et du canal d'alimentation et un second moyen d'entraînement pour faire pivoter la goulotte, indépendamment du mouvement résultant du premier moyen d'entrainement autour de son axe horizontal de suspension à la virole, caractérisé par la combinaison de circuits de refroidissement à eau arrangés sur la paroi du canal d'alimentation fixe (20) et sur la carcasse extérieure (24), d'un circuit de refroidissement à eau des axes de suspension de la goulotte, ce circuit comprenant une pompe solidaire de la virole rotative (18) et actionné par la rotation de celle-ci, et un labyrinthe d'isolation entre la carcasse (24) et la cage rotative (30). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits de refroidissement du canal d'alimentation (20) sont constitués par plusieurs serpentins (62) répartis régulièrement autour du canal. 3. Dispositif selon la revendication 2 ,caractérisé par une matière (64) à degré de conductivité thermique élevé, prévu entre les serpentins (62) et la paroi du canal (20). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits de refroidissement de la carcasse sont constitués de plusieurs caissons de refroidissement sépares (70), juxtaposés sur la périphérie de la surface et traversés verticalement ,suivant un parcours à chicanes, par l'eau de refroidissement. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces horizontales inférieures de la cage mobile (30) sont garnies de panneaux isolants (76,78)maintenues par des tôles (80) en acier réfractaire, fixées à la cage (30) au moyen de boulons (82) avec interposition de fibres isolantes (84) supprimant les ponts thermiques. 6. Dispositif selon l'une des revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que les surfaces intériéures des parois verticales de la cage rotative sont garnies de panneaux isolants 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la carcasse (24) comporte une partie oblique annulaire intérieure (88) garnie d'une matière isolante (90) et ou de serpentins de refroidissement (92). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 7, caractérisé en ce que la labyrinthe d'isolation est constitué par une lame périphérique (94) sur la cage rotative (30), cette lame évoluant dans une rainure correspondante de la partie adjacente de la carcasse fixe. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe du circuit de refroidissement des axes de suspension de la goulotte comporte un pignon d'entraînement (110) formant un engrenage avec une chaîne (112) montée autour du canal d'alimentation (20).