Brevet FR2553501A1 — publié le 19850419

i La présente invention a pour objet un four rotatif pour griller des matières premières pulvérulentes destinées à la fabrication du ciment et un procédé pour faire fonctionner ce four rotatif Elle vise plus précisément un four rota5 tif à pente plus douce et à vitesse de rotation plus élevée que les fours rotatifs classiques, et comportant, du côté d'introduction de la matière première pulvérulente du four, un dispositif de préchauffage en suspension comprenant un four de calcination, de façon à améliorer la granulométrie 10 des matières premières pulvérulentes destinées à la fabrication du ciment, qui s'y trouvent. Sur la figure 1, est représenté un dispositif de l'art antérieur, destiné à griller les matières premières pulvérulentes destinées à la fabrication du ciment, qui comprend 15 un dispositif de préchauffage en suspension 1 présentant un four de calcination vertical 2 relié à des cyclones étagés C 1-C 4, un four rotatif 3 pour la production de clinker, et un dispositif de refroidissement 4 pour refroidir le clinker. Dans l'appareil de grillage, les matières premières pulvéru20 lentes A sont chauffées au préalable de façon graduelle au moyen d'un gaz chaud, provenant de la conduite de gaz 7 et transféré par un ventilateur de gaz brûlé 8, lorsque les matières premières pulvérulentes se déplacent vers le bas à travers une série de cyclones C 1-C 3 (L'écoulement de la 25 matière première pulvérulente est indiqué par une ligne fléchée en pointillés et l'écoulement du gaz chaud par une ligne f 18 chée pleine) Les matières premières pulvérulentes sont ensuite introduites dans le fourneau de calcination 2 dans lequel du gaz chaud est introduit à partir du dispositif 30 de refroidissement 4,via une conduite 13 et le carburant est alimenté à partir d'un brûleur 6 a de façon à calciner les matières premières pulvérulentes Les matières premières pulvérulentes calcinées pénètrent dans le cyclone C 4 de dernier étage après quoi elles sont introduites dans le four rotatif 3 via un carter de transit 12 relié au four de calcination 2. On alimente le four rotatif 3 avec des gaz chauds provenant du dispositifde refroidissement 4 et du carburant provenant du br Qleur 6 b Tandis que les matières premières pulvérulentes sont transférées de l'ouverture d'alimentation du four rotatif 3 à la sortie, et sont grillées en clinker 5 à une température élevée dans le four rotatif 3 Le clinker ainsi obtenu est déchargé du four 3 dans le dispositif de refroidissement 4 dans lequel, tandis que le clinker repose sur un treillis 14, il est refroidi par de l'air froid qu'on y a amène au moyen d'une soufflerie 10, et broyé au moyen 10 d'un broyeur 15 puis transféré au moyen d'un convoyeur 16 ou analogue L'air en surplus dans le dispositif de refroidissement 4 est transféré par l'intermédiaire d'un collecteur de poussières 17 au moyen d'un ventilateur à tirage induit 9 pour séparer la poussière fine de clinker, de l'air 15 en surplus, qui est combinéeavec le clinker obtenu. Le four rotatif 3, qui est garni de matériaux réfractaires, est maintenu avec une légère inclinaison par rapport à l'horizontale par un moyen de support (non représenté au dessin) et tourne autour de son axe grace à un dispositif 20 d'entraînement (non représenté au dessin). La dimension granulométrique du clinker qu'on met dans le four rotatif 3 varie dans une large mesure en se situant entre des blocs massifs de clinker et un clinker fin semblable à une poudre Ces dimensions de clinker ne sont pas distribuées de façon uniforme et l'hystérisis est appliqué de façon non uniforme pendant le mouvement en cascade dans le four Les blocs massifs de clinker tendent à être grillés en excès sur leur surface extérieure, mais tendent à être insuffisamment grillés au centre des blocs. 30 De même le clinker fin semblable à une poudre tend à être insuffisamment grillé Ainsi, ces clinkers sont grillés de façon non uniforme dans leur ensemble. En outre, lorsque les clinkers sont transférés du four rotatif 3 au dispositif de refroidissement 4,comme représenté à la figure 2, ils tendent à se désagréger selon leurs dimensions granulométriques lorsqu'on les transfère dans le dispositif de refroidissement 4 du fait du mouvement en cascade à l'intérieur du four rotatif 3 tournant dans la direction de la flèche, venant ainsi s'accumuler en couche sur le treillis 14 avec le clinker fin 19 a distribué sur la paroi latérale 4 a du dispositif de refroidissement 4. Le clinker fin séparé est transporté dans la direction longitudinale pour former une couche de clinker fin 19 a semblable à une bande sur le treillis 14 le long de la paroi latérale 4 a Dans la zone du centre à l'autre paroi latérale 4 b, il se forme une couche de clinker en grains 19 b qui est consti10 tuée de grains de clinker plus grands et plus bruts, qui est facilement refroidie du fait qu'une quantité importante d'air de refroidissement peut passer à travers la couche constituée de ces grains bruts La couche de clinker fin 19 a est toutefois insuffisamment refroidie du fait que la 15 taille des particules individuelles est si fine qu'une quantité d'air de refroidissement suffisante ne peut passer à travers une telle couche En outre, le clinker fin tend à se fluidiser pour s'écouler dans la direction de la sortie du dispositif de refroidissement 4 avec l'air de refroidis20 sement qui y passe, et il en résulte la formation d'un écoulement de clinker fin et chaud, que l'on désigne par l'expression "Red River" Cet écoulement diminue l'efficacité de refroidissement du dispositif de refroidissement 4, fait monter la température du clinker déchargé à partir du dispo25 sitif de refroidissement 4, accroît la consommation de carburant dans la technique de grillage, et endommage le treillis 14 et la paroi latérale du dispositif de refroidissement 4 en les surchauffant (La référence numérique 20 indique un convoyeur pour le transport des produits les plus 30 fins de ce clinker en forme de poudre qui tombe par les ouvertures du treillis 14) Au contraire, même si les blocs massifs de clinker arrivent à la sortie du dispositif de refroidissement, l'intérieur est encore rouge de sorte que lorsque ces blocs importants sont broyés par le broyeur 15, 35 le clinker chaud vient se mélanger avec le clinker refroidi, ce qui se traduit par une montée de la température moyenne du clinker produit. Comme mentionné ci-dessus, à la fois des blocs massifs de clinker et le clinker fin en forme de poudre ont un effet non désiré sur l'efficacité du refroidissement et sur la récupération thermique du dispositif de refroidissement. Par exemple, le grillage non uniforme et le refroidissement insuffisant dans la technique de grillage conduisent à une diminution de la capacité de broyage et à un accroissement de la consommation d'énergie de broyage dans le procédé successif de broyage du ciment Ainsi, il est important d'ob10 tenir un clinker présentant une dimension des grains d'une distribution aussi étroite que possible dans le four rotatif, pour diminuer la quantité de blocs massifs et de clinker fin en forme de poudre, autant que faire se peut. Toutefois, le four rotatif classique comportant, du 15 côté de l'entrée de la matière première pulvérulente dans le four, un dispositif de préchauffage en suspension avec un fourneau de calcination est conçu en vue de la transmission de chaleur seule sans tenir compte du facteur granulométrie des matières pulvérulentes qui s'y trouvent La pente 20 et la vitesse de rotation du four rotatif sont choisies de façon à maintenir un temps de séjour approprié du clinker dans le four rotatif pour recevoir un gradient thermique approprié du gaz chaud En général, la pente d'un four rotatif classique de ce type se situe dans la plage d'environ 3,5 à 4 %, et la vitesse de rotation se situe dans la plage de 2,5 à 3,5 t/mn pour la plus rapide Cette forme de réalisation est connue pour être consommatrice d'énergie et la durée de vie des éléments en rotation du four est raccourcie si la pente devient plus douce, et en même temps, la vitesse 30 de rotation devient plus élevée que celle mentionnée cidessus. La présente invention a été réalisée en se basant sur de nouvelles connaissances, à l'opposé du concept classique pour réliser un four rotatif, qui, lorsque la vitesse de rotation du four est maintenue à un niveau élevé approprié pour réaliser la granulation des matières premières pulvérulentes dans le four, la variation dans la taille du clinker 2553501 granulé est réduite en permettant une distribution plus uniforme de la taille du produit granulé, de façon à former un clinker granulé présentant une dimension des particules relativement uniforme. Le four rotatif pour griller les matières premières pulvérulentes destinées à la fabrication du ciment,selon l'invention, four qui remédie aux nombreux autres inconvénients spécifiques ci-dessus et aux déficiences de la technique antérieure est en fait un four rotatif comportant,du côté entrée de la matière première pulvérulente dans le four, un dispositif de préchauffage en suspension comprenant un four de calcinationce four rotatif comportant: un corps de four garni de matériaux réfractaires, un dispositif support pour ce corps de four, présentant 15 une légère inclinaison par rapport à l'horizontale, et un dispositif de rotation pour ce corps de four autour de son axe et sur le dispositif support à une vitesse variabledans lequel la pente de l'axe du corps de four se situe entre 1,5 % et 3,5 % et la vitesse de rotation maximale dudit corps 20 de four se situe dans une plage représentée par l'équation suivante: N= ( 0,2, 0,4) x 42,3 b D dans laquelle N est la vitesse de rotation maximale (t/mn) du corps de four, et D est le diamètre interne (m) des maté25 riaux réfractaires dans la zone de granulation du four. La pente normalement se situe dans la plage de 2 à 3 % La vitesse de rotation maximale du corps de four se situe dans une plage représentée par l'équation suivante: N= ( 0,2 A' 0,3) x 42,3 V D Le procédé pour faire fonctionner le four rotatif de la présente invention est caractérisé en ce que la pente dudit corps de four se situe dans la plage de 1,5 à 3,5 % et que ledit corps de four est entraîné selon un nombre de rotations qui se situe dans la plage représentée par 1 ' équa35 tion suivante N= ( 0,2 /V 0,4)x 42,3 V dans laquelle NI est le nombre de rotations(t/mn)du corps du four 6 -2553501 et D est le diamètre interne (m) des matériaux réfractaires dans la zone de granulation du four. La pente se situe normalement dans la plage de 2 à 3 % Le nombre de rotations du corps de four se situe dans une plage représentée par 1 'équation suivante: N = ( 0,2 e 0,3)x 42,3 \/' Ainsi l'invention décrite ici et dans ce qui suit rend possible les buts de (a) réaliser un four rotatif pour le grillage des matières premières pulvérulentes destinées à la fabrication du ciment, qui accélère la 10 croissance de la granulation du clinker avec une formation de clinker granulé présentant une dimension relativement uniforme; (b) réaliser un four rotatif qui produit une qualité homogène de clinker; (c) réaliser un four rotatif qui permet d'atteindre une efficacité de refroidissement améliorée du fait que l'air de refroidissement passant à travers la couche 15 de clinker s'écoule de façon uniforme; (d) qui refroidit efficacement les produits à base de clinker accroissant ainsi la capacité de-broyage, et réduisant la consommation d'énergie de broyage dans la technique subséquente de broyage de ciments; (e) réaliser un four rotatif qui améliore la qualité du produit à base de ciment final par réduction de sa température; 20 (f) réaliser un four rotatif qui produit peu de produit secondaire (RedRiver), éliminant ainsi dans uje large mesure les dommage provoqués par ce dernier sur le treillis et la paroi latérale du dispositif de refroidissement par surchauffe; (g) réaliser un four rotatif qui allonge la vie des matériaux réfractaires utilisés comme revêtement de l'intérieur du four, 25 du fait que la température maximale des matériaux réfractaires est réduite grâce à la plus grande vitesse de rotation du four, et (h) réaliser une méthode pour faire fonctionner le four rotatif, D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la descirption suivante d'une forme de réalisation non limitative de four rotatif selon l'invention, en férérence au dessin annexé dans lequel: FIG 1 est un schéma représentant un appareil pour griller les matières premières pulvérulentes destinées à la fabrication du ciment, et qui comporte un four rotatif dans lequel un dispositif de préchauffage en suspension, comportant un four de calcination, est disposé du côté entrée de la matière première pulvérulente dans le four; FIG 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1; et L'ensemble de FIG 3 (a), (b) et (c) représente des vues latérales d'un four rotatif, respectivement. La zone de la partie médiane à la sortie du four rotatif 3 peut être considérée comme un granulateur. Une vitesse de rotation raisonnable du granulateur est représentée par une relation en rapport avec la vitesse de rotation critique ( 42,3 VD (t/mn), dans laquelle D est 15 le diamètre effectif du corps de granulateur. La vitesse de rotation du four rotatif classique, qui comporte un dispositif de préchauffage en suspension présentant un fourneau de calcination est ( 0,10, 0,15)x 42,3 \/VD), qui est trop faible pour atteindre un seuil de granulation suffisant, ce qui se traduit par une production de clinker de dimensions non uniformes. La vitesse de rotation maximale du four rotatif dépend du degré d'amélioration de la granulation des matières premières pulvérulentes pour ciment dans le four Une vitesse 25 de rotation excessive se traduit uniquement par une consommation d'énergie Ainsi, la vitesse de rotation maximale du four rotatif selon l'invention, se situe dans la plage de à 40 %, de préférence 20 à 30 %, de la vitesse de rotation critique La vitesse de rotation maximale N se situe ainsi 30 dans une plage représentée par l'équation suivante: N = ( 0,2 r 0,4)x 42,3 \/D Une vitesse de rotation plus avantageuse N se situe dans une plage représentée par l'équation suivante: N = ( 0,2 0,3)x 42,3 D Une pente raisonnable du four rotatif pourrait être déterminée en tenant compte du temps de séjour des matières premières pulvérulentes dans le four à une certaine vitesse de rotation Selon la présente invention, cette pente se situe dans la plage de 1,5 à 3,5 X, de préférence 2 à 3 Z basée sur une vitesse de rotation de 20 à 40 Z de la vitesse de rotation critique du four. La pente douce de l'axe et la vitesse de rotation élevée du four rotatif 3 comportant un dispositif de préchauffage en suspension, qui comprend un four de calcination, se traduit par un grillage particulièrement avantageux des matières premières pulvérulentes pour les raisons suivantes: 10 Les matières premières pulvérulentes introduites dans le four sont grillées avec une efficacité si élevée que la capacité de traitement par volume dans le four est améliorée et que la vitesse detransport dans le four dans la direction de l'axe du four peut être augmentée Dans le four, les composés, tels que des constituants ferreux, présentant un point de fusion relativement bas, contenus dans les matières premières pulvérulentes forment un liquide, sur la base duquel des cristallites se forment et croissent en grains avec la formation d'une zone de granulation, alors 20 que les matières premières pulvérulentes sont transportées jusqu'à la zone de grillage Dans le four avec une vitesse de transport aussi élevée des matières premières pulvérulentes, la zone de granulation résultante tend à s'allonger. L'agent de granulation, par exemple un constituant ferreux, 25 est consommé dans la partie amont de la zone de granulation, de sorte que les constituants siliceux dans les matières premières pulvérulentes tendent à rester dans la partie aval de la zone-de granulation, rendant ainsi difficile une granulation efficace Ainsi, lorsque la granulation est réalisée 30 dans une zone aussi courte que possible dans la direction de l'axe du four, le clinker peut être formé avec une diension uniforme des grains Afin de raccourcir la zone de granulation dans la direction de l'axe du four, il est avantageux de prévoir une inclinaison de l'axe selon un angle légèrement plus petit par rapport à l'horizontale que dans les fours rotatifs classiques, et d'accroître la vitesse de rotation jusqu'à une vitesse plus grande que celle norma- lement mise en oeuvre dans les fours classiques De ce fait, dans ce four présentant une inclinaison légèrement plus petite par rapport à l'horizontale et une vitesse de rotation plus élevée comme spécifié dans la présente invention, la quantité de déplacement en cascade dans une zone donnée s'accroit, ce qui se traduit par une granulation efficace et améliorée. Le diamètre interne D du four 3 est déterminé par le diamètre interne du garnissage en matériau réfractaire du corps de four droit 21 représenté à la figure 3 (a), par 10 le diamètre interne du corps de four 24 comprenant la zone de granulation représentée à la figure 3 (b), qui comporte un corps élargi 23, du côté entrée du four rotatif 22, et par le diamètre interne du corps de four comportant la zone de granulation représentée & la figure 3 (c), qui est pourvue d'un corps élargi 27 du c 8 té sortie, servant à réduire la contrainte thermique dans la zone de grillage du four rotatif 25 Lorsque l'on met en oeuvre un four rotatif constitué axialement d'une pluralité de sections rotatives, une section ou des sections comportant une zone de granulation peuvent 20 être mues en rotation à vitesse élevée selon la présente invention. Il est clair que l'invention n'est nullement, limitée aux formes de réalisation décrites et revendiquées dans la présente demande, mais qu'elle englobe toutes les modifica25 tions et variantes, à la portée de l'homme de l'art, issues du même principe de base. O 535-1 REVENDICATIONS 1 Four rotatif pour le grillage de matières premières pulvérulentes pour ciment, ce four comportant, du c 6 té entrée de la matière première pulvérulente dans le four, un dispositif de préchauffage en suspension, pourvu d'un four garni de matériaux réfractaires, un dispositif de supports pour ce 5 corps de four avec une légère inclinaison par rapport à l'horizontale, et un dispositif de rotation pour ce corps de four autour de son axe et sur ce dispositif de support à une vitesse varaible, caractérisé en ce que la pente à l'axe du corps de four ( 21, 22, 26) se situe dans la plage représentée par l'équation suivante: N = ( 0,2 r 0,4) x 42,3 \w D dans laquelle N est la vitesse de rotation maximale (t/mn) du corps de four ( 21,22,26) et D est le diamètre interne (m) du garnissate en matériaux réfractaires dans la zone de granulation ( 23, 27). 2 Four rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite 15 'pente se situe dans la plage de 2 à 3 %. 3 Four rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse maximale du corps de four se situe dans la plage représentée par l'équation suivante: N = ( 0,2 M 0,3) x 42,3 dans laquelle N et D sont tels que définis dans la revendicaiton 1. 4 Procédé pour faire fonctionner un fqur rotatif destiné au grillage des matières premières pulvérulentes pour ciment, ce four comportant, du côté entrée du matériau pulvérulent dans le four, un dispositif de préchauffage en suspension comportant un four de calcination, caractérisé en ce que 25 la pente dudit corps de four se situe dans la plage de 1,5 à 3,5 % et que ledit corps de four est entraîné selon un nombre de rotations dans la plage représentée par l'équation suivante: N = ( 0,2 et 0,4) x 42,3 D il -2553501 dans laquelle N est le nombre de rotations (t/mn) du corps de four et D est le diamètre interne (m)du garnissage en matériau réfractaire dans la zone de granulation du four. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pente se situe dans la plage de 2 à 3 %. 6 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en le nombre de rotations du corps de four se situe-dans la plage représentée par l'équation suivante: N = ( 0,2 0,3)x 42,3 D dans laquelle N et D sont définis comme dans la revendication 4.