Brevet FR2569425A1 — publié le 19860228

Procédé et installation pour Le refroidissement de bouLettes ("pelets"). L'invention concerne un procédé et des moyens de refroi- dissement d'une matière en morceaux telle que l'éponge de fer ou des boulettes frittées, à partir d'une tempé- rature de 700-1000 C,par exemple à une température infé- rieure à 100 C, dans lequel la matière en morceaux prove- nant d'une unité précédente est alimentée par le haut d'un refroidisseur vertical à travers un tube d'alimen- tation, muni d'une vanne, et elle est amenée au contact du gaz de refroidissement froid, après quoi la matière refroidie est soutirée à travers un organe d'évacuation disposé au centre du fond du refroidisseur. Dans les installations traditionnelles pour le refroi- dissement de boulettes frittées et d'éponge de fer par exemple, un refroidissement transversal ou à contre- courant sont utilisés indifféremment. Cependant, le fonctionnement de ces refroidisseurs ne donne pas sa- tisfaction, en particulier en ce qui concerne la tem- pérature de la matière sortant de l'installation, cette température variant entre de larges limites. Afin de répondre à la nécessité de ne conférer qu'une température maximale au gaz sortant, il faut donc utiliser un excès considérable en gaz de refroidissement. Malgré çà, la matière peut être déchargée à une température excèdant la température maximum souhaitée, en particu- lier lorsqu'un refroidisseur à contre-courant est utilisé. Ceci n'est pas du tout satisfaisant, en particulier dans le cas de refroidissement d'éponge de fer o les parti- cules sont enflammées et réoxydées par contact avec l'air ou l'humidité, à des températures au-dessus de C environ. Cela se produit surtout parce que la viscosité du gaz de refroidissement augmente avec la température, provoquant une distribution irrégulière du courant gazeux refroidissant. L'objet de l'invention est un procédé permettant qu'une matière sous une forme essentiellement particulaire soit refroidie à une température d'évacuation uniforme, de façon à ce que la température de chaque particule soit inférieure à la température maximale stipulée, avec une optimisation simultanée de l'effet de refroidissement du gaz. L'invention a également pour objet une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé. Or, on a découvert que le procédé selon l'invention per - met l'obtention d'une température uniforme dans la matière refroidie, et l'assurance qu'aucune particule individuelle ne va se trouver à une température excédant une tempéra- ture maximale prédéterminée. Ce procédé est caractérisé en ce que du gaz de refroidissement est fourni par le centre dans le refroidisseur vertical, un premier courant gazeux de refroidissement étant fourni dans la partie supérieure du refroidisseur et forcé à s'écouler de façon transversale à la direction d'écoulement de la matière pénétrant dans la cuve, et un deuxième courant gazeux de refroidissement étant fourni dans la partie inférieure du refroidisseur et force à s'écouler à contrecourant de la matière s'écoulant à travers le refroidisseur, le débit des premier et deuxième cou- rants gazeux étant régulé en proportions inverses l'un par rapport à l-'autre, pour obtenir un effet de refroi- dissement optimal, en ce que le gaz de refroidissement est soutiré à travers un orifice supérieur et la tem- pérature du gaz de refroidissement sortant est détectée par des thermocouples ou autre. Dans ce cas, le rapport entre les premier et deuxième courants gazeux est régulé en fonction de la température dans ledit organe de sortie pour le gaz de refroidissement au moyen d'un système de contrôle auto-optimisant qui agit sur une ou plusieurs vannes de commande placées dans les tubes d'introduc- tion pour le gaz de refroidissement. Selon un mode de réalisation de l'invention, le gaz de refroidissement chaud contenant des particules de pous- sière est nettoyé et comprimé pour un recyclage au moins partiel. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la matière en morceaux est forcée de traverser le refroi- disseur en raison de la force de gravité, à une vitesse déterminée par l'organe d'évacuation situé au fond du refroidisseur. Le débit total du gaz de refroidissement est régulé en relation avec la vitesse de production, déterminée par l'organe d'évacuation du refroidisseur. Lorsque de l'éponge de fer doit être refroidie, le gaz refroidissant se compose de préférence de N2 et/ou CO2, éventuellement avec addition de CO et H2. De l'air peut être utilisé pour le refroidissement de boulettesfrittées. La dimension des particules de la matière en morceaux est de l'ordre de 4 à 25 mm, la proportion de matière dont les particules ont une dimension inférieure à 4 mm n'étant pas supérieure à environ 10-15%. Les particules de dimension supérieure à environ 25 mm sont séparées et éliminées avant l'entrée du refroi- disseur. - L'installation pour le refroidissement de matière en morceaux comprend une cuve verticale, isolée, étanche aux gaz, cylindrique, ayant un fond conique et un tube d'alimentation, muni si possible d'une vanne, la matière descendant à l'intérieur de la cuve sous l'effet de la gravité, et un organe d'évacuation disposé au fond du refroidisseur et déterminant le débit de la matière. - L'installation comprend en outre une surface de guidage conique montée en position centrale dans la cuve, la pointe du cône étant située en position centrale en dessous du tube d'alimentation pour la matière en mor- ceaux et à une distance prédéterminée de l'embouchure du tube d'alimentation, un tube d'alimentation pour un premier courant gazeux de refroidissement dans l'espace situé en dessous de la surface de guidage, le gaz s'écoulant depuis ce tube en direction transversale à celle de la matière chaude en morceaux tombant à travers la cuve, un tube d'alimentation pour un deuxième courant gazeux de refroidissement allant à un organe d'introduc- tion de gaz situé en position centrale dans la partie inférieure conique de la cuve, à partir duquel le gaz de refroidissement s'écoule à contrecourant de la matière en morceaux qui passe à travers la cuve, et aussi une sortie supérieure pour le gaz quittant le dispositif. Conformément au mode de réalisation préféré de l'inven- tion, l'angle supérieur de la surface de guidage conique est ajusté de façon à correspondre à l'angle de chute de la matière alimentée. La surface de guidage va dis- tribuer alors la matière en morceaux alimentée uniformément autour du refroidisseur cylindrique. La régulation de la distance entre la bouche du tube d'alimentation et l'extrémité de la surface de guidage permet de réguler l'épaisseur de la couche de matière s'écoulant de la surface de guidage conique dans l'espace d'écoulement transversal du refroidisseur. Le tube d'alimentation de matière doit être de préférence toujours rempli au moins partiellement de matière, et en ajustant sa longueur et son diamètre, la colonne de ma- tière dans le tube d'alimentation peut provoquer l'obstruc- tion de l'écoulement de gaz refroidissant vers les par- ties de l'installation situées au-dessus. L'organe de distribution de gaz situé dans la partie inférieure conique de la cuve (c'est-à-dire dans la partie à contre-courant du refroidisseur) est pourvu d'au moins un organe d'alimentation du gaz dirigé vers le bas, à partir duquel le gaz s'écoule vers le haut, à contre-courant de la matière en morceaux tombant à travers la fente annulaire formée entre la paroi infé- rieure conique de la cuve, et l'organe distributeur de gaz. Si nécessaire, l'organe distributeur de gaz est pourvu de plusieurs ouvertures annulaires pour la fourniture du gaz, avec des diamètres décroissants.- La distribution de l'écoulement gazeux à travers les orifices d'alimentation du gaz est régulée au moyen de disques d'étranglement dans les orifices. Des moyens d'évacuation sont disposés dans la partie inférieure de l'installation de refroidissement. Une poche est disposée de préférence à l'orifice d'entrée, avec éventuellement un moyen d'introduction pour un gaz d'étanchéité. Ceci permet de réaliser l'égalisation de la pression et empêche le gaz de refroidissement de s'écouler vers le bas au lieu de remonter à contre- courant de la matière. Le tube d'évacuation de la cuve peut avoir la forme d'un tube d'étanchéité, la chute de pression le long d'une colonne de matière dans le tube limitant ainsi l'échappement du gaz. Le moyen d'évacuation peut être constitué de préférence par une vanne à rotor capable de supporter une colonne de matière dans le cas d'un arrêt. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion détaillée ci-après et en regard du dessin annexé, o la figure représente une vue en coupe transversale schématique du mode de réalisation préféré d'une ins- tallation de refroidissement selon l'invention. La figure représente donc une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, sous la forme d'une cuve verticale cylindrique 1 ayant un fond 2 à pointe conique. La cuve 1 est pourvue au moins partiel- lement d'un revêtement intérieur réfractaire 3, et elle est étanche aux gaz. L'appareil de refroidissement est essentiellement conçu-- pour une matière en morceaux avec une dimension des -: particules d'environ 4-25 mm et avec une proportion de matières d'environ 10-15%, dans laquelle les particules ont une dimension-inférieure à 4 mm environ. - La matière en morceaux est introduite dans la cuve à travers un tube d'alimentation 4, les particules-supé- rieures à environ 25 mm étant séparées sur une grille ou autre désignée par 5, avant l'entrée du refroidisseur. Le tube d'alimentation peut aussi être pourvu d'une vanne d'obturation 6 étanche aux gaz. L'orifice 7 du tube 6942-5 d'alimentation est ajustable de préférence dans le sens vertical, comme ce sera décrit plus loin. La matière 8 pénétrant dans la cuve rencontre une sur- face de guidage conique 9, dont l'angle supérieur cor- respond essentiellement à l'angle de descente de la ma- tière. Le cône est constitué d'une feuille métallique montée de façon centrale dans la cuve, et il est en alignement avec l'axe de symétrie du tube d'alimentation. La matière est ainsi distribuée uniformément autour de la cuve cylindrique. L'ajustement de la distance entre l'embouchure du tube d'alimentation et le cône, ainsi que l'ajustement du diamètre du tube d'alimentation suivant la matière en morceaux, permet au tube d'ali- mentation de rester au moins partiellement rempli de matière, agissant ainsi comme une barrière pour le gaz. De plus, la distance affecte directement l'épaisseur de la couche de matière 10 s'écoulant de la surface de guidage conique. Sous la surface de guidage conique 9 se trouve un tube d'introduction de gaz 11 avec des orifices 12. Le gaz est distribué à partir de l'espace formé sous la surface de guidage conique et au-dessus de la matière qui est déjà descendue, et s'écoule transversalement à travers la couche 10 de matière vers un orifice d'évacuation du gaz 13. Le gaz de refroidissement est fourni à l'installation à partir d'un tube principal 16 pourvu d'un ventilateur 14 et d'un organe d'ajustement 15. Ce tube principal se divise en un premier tube d'alimentation 18 muni d'une vanne de régulation 17 à travers laquelle le gaz pénètre, en dessous de la surface de guidage conique 9, et un deuxième tube d'alimentation 19 pour la fourniture du gaz de refroidissement à un distributeur de gaz 20, situé dans la partie 2, à contre-courant, effilée, en forme conique du refroidisseur. Dans le mode de réalisation représenté, le distributeur de gaz 20 est constitué par une chambre de distribution supérieure 21 s'élargissant vers le fond. En dessous de celle-ci, des anneaux concentriques 22, 23 sont arranges, de façon à créer une ou plusieurs fentes annulaires 24, 25 pour l'alimentation du gaz, ainsi qu'un tube central 26 d'introduction de gaz, à partir duquel le gaz de refroidissement est forcé de monter à contre-courant de la matière tombant à travers l'espace annulaire 27 formé entre le moyen de fourniture du gaz et la paroi 2 de la cuve. La distribution du courant gazeux à travers les fentes annulaires 24, 25 et le tube central 26 est régulée au moyen de disques d'étranglement ou autres. Le gaz de refroidissement est alors soutiré en commun avec le gaz de refroidissement de la section à débit transversal, à travers la sortie du gaz commune 13. La matière refroidie sort de l'appareil à travers un orifice de fond central-28, à partir duquel la matière passe dans une poche 29 et un tube d'évacuation 30. La longueur et le diamètre du tube d'évacuation sont ajustés de façon qu'une colonne de matière empêche la sortie du gaz de refroidissement. La poche 29 est utilisée pour refroidir de l'éponge de fer, auquel cas un organe d'alimentation 31 est prévu pour le gaz d'étanchéité formé de H2 et/ou CO2. Lorsque de l'air est utilisé comme gaz de refroidissement pour refroidir des boulettes frittées, on n'utilise ni poche ni gaz d'étanchéité. Un organe d'évacuation 32 déterminant la vitesse de passage de la matière à travers le refroidisseur, est disposé à l'extrémité inférieure du tube d'évacuation. Cet organe peut être par exemple du type vanne rotor, pou- vant supporter une colonne de matière dans le tube, au cas o un arrêt se produirait dans la production. Le gaz de refroidissement chaud contenant des particules de poussière peut être nettoyé dans un laveur 33 et il est alors comprimé au moins partiellement et rempli dans le refroidisseur. Le débit total de gaz de refroidissement est déterminé par la production totale qui est contrôlée à son tour par l'organe d'évacuation 32. La répartition des débits de gaz de refroidissement entre les zones transversale et à contre-courant dans le refroidisseur peut être effectuée, selon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, au moyen d'un système d'optimisation auto-régulé. Le meilleur effet de refroidissement est obtenu avec une température maximale du gaz de refroidissement sortant de la cuve et par détection de la température du gaz sortant à l'aide de thermo-couples 34 ou autres; le débit total de gaz de refroidissement peut être rendu - optimal entre les refroidissements transversal et-à- - contre-courant, à l'aide de la vanne de régulation 17 dans le premier tube d'alimentation 18 pour le gaz de refroidissement et l'unité désignée par 35. Pour le refroidissement d'éponge de fer, un gaz essen- tiellement constitué de N2 et/ou CO2, éventuellement avec l'addition de CO et H2, est utilisé de préférence. De l'air peut être utilisé pour refroidir des boulettes frittées. REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement d'une matière en mor- ceaux telle que l'éponge de fer ou des boulettes frittées, à partir d'une température de 700-1000 C, par exemple à une température inférieure à 100 C, dans lequel la ma- tière en morceaux provenant d'une unité précédente est alimentée par le haut d'un refroidisseur vertical à travers un tube d'alimentation, muni d'une vanne, et elle est amenée au contact du gaz de refroidissement froid, après quoi la matière refroidie est soutirée à travers un organe d'évacuation disposé au centre du fond du refroidisseur, procédé caractérisé en ce que du gaz de refroidissement est fourni par le centre dans le refroidisseur vertical, un premier courant gazeux de refroidissement étant fourni dans la partie supérieure du refroidisseur et forcé à s'écouler de façon trans- versale à la direction d'écoulement de la matière péné- trant dans la cuve, et un deuxième courant gazeux de refroidissement étant-fourni dans la partie inférieure du refroidisseur et forcé à s'écouler à contre-courant de la matière s'écoulant à travers le refroidisseur, le débit des premier et deuxième courants gazeux étant régulé en proportions-inverses-l-'un-par--rapport à l'autre; pour obtenir un effet de refroidissement-optimalt_ 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de refroidissement est-soutiré à tra- vers un orifice supérieur et la température du--gaz--de refroidissement sortant est détectée par--des thermo- couples ou autres.- 3. Procédé selon la revendication 2,-caractérisé en ce que le rapport entre les premier et deuxième courants gazeux est régulé en fonction de la température dans ledit organe de sortie pour le gaz de refroidissement au moyen d'un système de contrôle auto-optimisant qui agit sur une ou plusieurs vannes de commande placées dans les tubes d.'introduction pour le gaz de refroidis- sement. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la distribution des premier et deuxième cou- rants gazeux est régulée de sorte qu'une température maximale soit atteinte dans le courant de gaz de refroi- dissement sortant. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz de refroidissement chaud contenant des particules de poussière est nettoyé et comprimé pour un recyclage au moins partiel. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matière en morceaux est forcée de traverser le refroidisseur en raison de la force de gravité, à une vitesse déterminée par l'organe d'évacuation situé au fond du refroidisseur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le débit total du gaz de refroidissement est réglé en relation avec la vitesse de production, déterminée par l'organe d'évacuation du refroidisseur. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un gaz comprenant essentiel- lement N2 et/ou C2, éventuellement avec addition de CO et H2, est utilisé (entant que gaz de refroidissement) pour le refroidissement d'éponge de fer. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que de l'air est utilisé comme gaz de refroidissement pour refroidir des boulettes frit- tées, 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la dimension des particules de la matière en morceaux est de l'ordre de 4 à 25 mm, la proportion de matière dont les particules ont une dimension inférieure à 4 mm n'étant pas supérieure à environ 10-15%. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les particules de dimension supérieure à environ 25 mm sont séparées et éliminées avant l'entrée du refroidisseur. 12. Installation pour refroidir une matière en mor- ceaux telle que de l'éponge de fer ou des boulettes frittées, à partir d'une température de 700-1000 C, par exemple à une température inférieure à environ 100 C, destinée à la mise en oeuvre du procédé selon la reven- dication 1, installation constituée par une-cuve verti- cale, isolée, étanche aux gaz, cylindrique, ayant un fond conique et un tube d'alimentation, muni si possible d'une vanne, la matière descendant à l'intérieur de la cuve sous l'effet de la gravité, et un organe d'évacuation disposé au fond du refroidisseur et déterminant le débit de lamatière, ledit refroidisseur-étant muni d'une sur- face de guidage conique montée en position centrale dans la cuve, la pointe du cône étant située en position centrale en dessous du-tube d'alimentation pour la matière en morceaux et à une distance prédéterminée de l'embouchure du tube d'alimentation, un tube d'alimentation pour un premier courant gazeux de refroidissement dans l'espace situé en dessous de la surface de guidage, le gaz s'écoulant depuis ce tube en direction transversale à celle de la matière chaude en morceaux tombant à travers la cuve, un tube-d'alimentation pour un deuxième courant gazeux de refroidissement allant à un organe d'introduc- tion de gaz situé en position centrale dans la partie inférieure conique de la cuve, à partir duquel le gaz de refroidissement s'écoule à contrecourant de la matière en morceaux qui passe à travers la cuve, et aussi une sortie supérieure pour le gaz quittant le dispositif. 13. Installation selon la revendication 12, caracté- risée en ce que l'angle supérieur de la surface de guidage conique est ajusté de façon à correspondre à l'angle de chute de la matière pénétrant dans la cuve. 14. Installation selon la revendication 13, caracté- risée en ce que la longueur et le diamètre du tube d'ali- mentation sont ajustés de façon qu'une colonne de matière dans le tube empêche le gaz refroidissant de s'écouler vers des unités situées plus haut. 15. Installation selon la revendication 14;- caracté- risée en ce que le tube d'alimentation est--disposé de façon à être rempli, toujours au moins partiellement, de matière. 16. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 12 à 15, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de matière s'écoulant au delà-de la surface de guidage conique, dans la zone d'écoulement transversal du refroidisseur, est régulée par la distance entre l'embouchure du tube d'alimentation et le bout de la surface de guidage, cette distance étant ajustable. 17. Installation selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisée en ce que l'organe de distribution de gaz situé dans la partie inférieure conique de la cuve (c'est-à--dire dans la partie à contre-courant durefroidisseur) est pourvu d'au moins un organe d'alimentation du gaz di- rigé vers le bas, à partir duquel le gaz s'écoule vers le haut, à contrecourant de la matière en morceaux tombant à travers la fente annulaire formée entre la paroi infé- rieure conique de la cuve, et l'organe distributeur de gaz. 18. Installation selon la revendication 17, caracté- risée en ce que l'organe distributeur de gaz est pourvu de plusieurs ouvertures annulaires pour la fourniture du gaz, avec des diamètres décroissants. 19. Installation selon les revendications 17 ou 18, caractérisée en ce que l'écoulement gazeux à travers les orifices d'alimentation de gaz est régulé au moyen de disques d'étranglement dans les orifices. 20. Installation selon la revendicat-ion-l-9,---caracté- risée en ce que-les orifices d'alimentation du gaz sont formés par des anneaux concentriques. 21. Installation selon l'une quelconque des-revendi- cations 12 à 20, constituée par une barrière à gaz ayant la forme d'une poche disposée à la sortie du refroidisseur, et un tube d'étanchéité qui y est relié,-la longueur et le diamètre du tube d'étanchéité étant tels que la colonne de matière dans le tube fasse essentiellement obstruction à l'écoulement du gaz de refroidissement. 22. Installation selon la revendication 21, caracté- risée en ce qu'un organe d'alimentation pour le tube d'étanchéité est prévu dans la poche disposée à la sortie du refroidisseur afin de réaliser une égalisation des pressions. 23. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 12 à 22, caractérisée en ce que l'organe d'éva- cuation à la sortie du refroidisseur est constitué par une vanne à rotor.