Brevet FR2575668A1 — publié le 19860711

La présente invention a pour objet un sas à boules pour évacuer automatiquement les poussières d'une enceinte en dépres sion. Le secteur technique de l'invention est celui des constructions mécaniques. Les usines sidérurgiques récentes comportent une unité de préparation des charges de haut fourneau par agglomération du minerai à chaud. La préparation du minerai aggloméré a lieu sur une grille. On allume la couche supérieure du mélange et on aspire l'air à travers le mélange pour faire progresser le front de flamme vers le bas. Les fumées sont aspirées par des gaines dans lesquelles se déposent des quantités importantes de poussière qui doivent être évacuées à travers des sas afin d'aviter que de l'air extérieur ne pénètre dans les gaines d'aspiration. A ce jour, les gaines d'aspiration des installations d'agglomération sont équipées de sas à double cône, qui relient la gaine d'aspiration à un convoyeur d'évacuation des poussières. Chaque sas à double cône comporte deux trémies- tronconiques superposées, chaque trémie comporte un clapet qui est un cône en acier monté sur deux bras articulés qui sont déplacés par des vérins qui appliquent le clapet sur un siège. Ces sas à double cône qui sont bien connus, présentent de nombreux inconvénients. Les clapets coniques et les sièges s'usent rapidement, ce qui introduit des fuites d'air et accroît la consommation des ventilateurs d'aspiration. Il arrive que des grains ou des blocs de minerai s'intercalent entre le clapet et le siège et, comme les vérins de fermeture des clapets sont équipés d'un limiteur de couple, les clapets ne sont pas fermés de façon étanche. L'ouverture des sas à double cône a lieu périodiquement et la période est suffisamment courte, de l'ordre de 15 à 30 minutes pour éviter le remplissage du volume intermédiaire entre les deux cô- nes qui n'est pas prévu pour un stockage de matière important. Cette fréquence élevée de fonctionnement des vérins entraîne une consommation -d 'énergie élevée car une installation d'agglomération peut comporter une cinquantaine de sas d'évacuation des poussières. Un objectif de la présente invention est deprocurerdenouveaux sas d'évacuation des poussièresquiremplissentlameme fonction que les sas à double cône connus, tout en étant d'une conception nouvelle telle que l'usure et les fuites d'air soient réduits et que l'évacuation des poussières contenues dans le sas puisse être commandée automatiquement non plus périodiquement, mais en fonction de la quantité de poussières contenue dans le sas prévu pour an-stockage de 150 1 environ. On s'est référé ci-dessus à une application particulière des sas d'évacuation des poussières contenues dans les gaines d'aspiration d'air d'une installation d'agglomération de minerai pour alimenter un haut-fourneau. Il est précisé que cette application, donnée à titre d'exemple, n'est pas limitative. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des sas permettant d'évacuer automatiquement les poussières contenues dans n'importe quelle gaine d'aspiration ou dans n'importe quelle enceinte qui doit être maintenue en dépression en introduisant le minimum d'air extérieur dans ladite gaine ou -enceinte. Les sas selon l'invention sont destinés à évacuer automatiquement les poussières d'une enceinte en dépression et sont du type- compre- nant une enceinte verticale ayant à l'extrémité supérieure une ouverture qui est connectée sur ladite enceinte en dépression et à l'extrémité inférieure une ouverture qui débouche au-dessus d'un convoyeur d'évacuation des poussières ou autre moyen d'évacuation. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un sas à boules, caractérisé en ce que 11 enceinte verticale comporte deux cloisons transversales ayant chacune une ouverture, lesquelles cloisons divisent ladite enceinte en trois compartiments superposés et ladite enceinte contient deux boules déformables dont le diamètre est supérieur à celui desdites -ouvertures, de sorte qu'elles peuvent obturer celles-ci, lesquelles boules sont situées respectivement dans le compartiment médian et dans le compartiment inférieur et ledit compartiment médian est relié, d'une part à l'atmosphère par une première canalisation équipée d'une première vanne automatique et, d'autre part, à ladite enceinte en dépression par une deuxième canalisation équipée d'une deuxième vanne automatique. Selon un mode de réalisation préférentiel, les vannes automatiques sont des vannes pneumatiques à manchons déformables. La première canalisation comporte, au départ de l'enceinte verticale, un tronçon ayant un diamètre légèrement supérieur et une longueur supérieure au diamètre de la boule supérieure située dans le compartiment médian. De préférence, ce tronçon de canalisation est légèrement in cliné vers le bas en s'éloignant de l'enceinte verticale. Avantageusement, les deux cloisons sont inclinées par rapport à l'horizontale et les deux lignes de plus grande pente sont situées dans deux plans orthogonaux. L'invention a pour résultat de nouveaux sas permettant d'éva- cuer, de façon entièrement automatique, les poussières qui se déposent dans une enceinte en dépression, en introduisant le minimum d'air extérieur dans l'enceinte en dépression. Les sas à boules selon l'invention réalisent la même fonction que les sas à double cône connus à ce jour, mais présentent, par rapport à ceux-ci, de nombreux avantages. Les déplacements des clapets à boules sont réalisés en utilisant les appels d'air créés par les dépressions tandis que les clapets coniques doivent être manoeuvrés par des vérins d'où un gain d'énergie important dans les installations qui comportent de nombreux sas d'évacuation de poussières comme par exemple une installation d'agglomération de minerai de haut-fourneau. Dans les sas à boules selon l'invention, les mouvements des clapets sont commandés par les ouvertures et fermetures de deux vannes pneumatiques à manchons déformables qui consomment très peu d'air comprimé. Le fonctionnement des sas à boules selon l'invention est commande automatiquement par un capteur de niveau des poussières, de sorte que les manoeuvres des clapets sont peu fréquentes et adaptées au débit des poussières. Par contre, il est difficile d'installer un capteur de niveau des poussières dans un sas à double cône, de sorte que ceux-ci doivent être vidangés plus fréquemment qu'il ne serait nécessaire pour éviter tout risque d'accumulation dans le sas d'un volume de poussière supérieur à la capacité très faible du sas qui aurait pour effet de bloquer la manoeuvre des cônes. Dans le sas à boules selon l'invention, l'isolement entre le compartiment du sas est obtenu grâce à la déformation des clapets à boules. Il en résulte que les portées des sièges- n'ont pas à être usinées avec une grande-précision, d'où un coût de fabrication plus réduit. De plus, l'usure des sièges est plus réduite et, même en cas d'usure, il ne se produit pas de fuite d'air. Dans le cas où un grain dur se loge entre un clapet et son siège1 les clapets à boules selon l'invention restent étanches L'usure des sas à boules selon l'invention est très réduite puisque les seules pièces mobiles qui sont en contact avec l'air chargé de poussières sont les boules et les manchons déformables des vannes automatiques qui resistent à 1 usure. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractere limitatif, un exemple de réalisation de l'invention. La figure I est une coupe axiale d'un sas à boules selon l'invention en phase de remplissage. La figure 2 est une coupe axiale du même sas à boules en phase de vidange. La figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation des circuits et composants pneumatiques d'un sas selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un sas à boules qui comporte une enceinte verticale 1, par exemple une cuve cylindrique d'axe z zi. Cette enceinte comporte, à l'extrémité supérieure, une ouverture 2, équipée d'une bride, qui est connectée par une goulotte 3 sur une gaine 4, qui est maintenue en dépression et dans laquelle circulent des gaz ou des fumées chargées de poussières. La gaine 4 est par exemple une gaine d'aspiration des fumées d'une installation d'agglomération de minerai destiné à l'alimentation d'un haut-fourneau. L'enceinte 1 comporte, à l'extrémité inférieure, une ouverture 5 qui débouche au-dessus d'un convoyeur ou de tout autre moyen équivalent d'évacuation des poussières. L'enceinte 1 comporte deux cloisons transversales 6 et 7 qui divisent l'enceinte en trois compartiments superposés, un compartiment supérieur 8, un compartiment médian 9 et un compartiment inférieur 10. La cloison supérieure 6 comporte une ouverture axiale 11 qui est entourée par un siège conique 12 situé au-dessous de la cloison et évasé vers le bas. Avantageusement, la cloison 6 est inclinée par rapport à l'horizontale et forme avec le plan horizontal un angle de l'ordre de 200. La cloison inférieure 7 comporte une ouverture axiale 13 qui est également entourée par un siege conique 14, situé au-dessous de la cloison et évasé vers le bas. Avantageusement, la cloison inférieure 7 est inclinée et forme avec le plan horizontal un angle de l'ordre de 300. Selon un mode de réalisation préférentiel représenté sur les figures, les lignes de plus grande pente des deux cloisons 6 et 7 sont situées dans deux plans orthogonaux l'un par rapport à l'autre. Le compartiment médian 9 comporte une dérivation horizontale 15 qui est soudée sur la cuve et qui est fermée par un couvercle 15a qui est suspendu par une chaîne 15b à une potence 15c, qui est montée pivotante autour d'un axe vertical. Le couvercle 15a s'appuie sur trémité de la dérivation 15 par l'intermédiaire d'un joint d'étan chéité 15d. A l'intérieur de la dérivation 15 se trouve un tronçon de canalisation rectiligne 15e qui traverse le couvercle à laquelle elle est fixée et qui est prolongée vers l'extérieur par un coude à 900 surmonté d'une première vanne automatique 16 qui est, de préférence, une vanne pneumatique comportant un manchon déformable 17, placé à l'intérieur d'un corps rigide 18. La fermeture de la vanne 16 est obtenue en envoyant de l'air comprimé dans l'espace compris entre le manchon déformable 17 et le corps 18 de la vanne. La figure 1 représente-la vanne 16 en position fermée et la figure 2 la représente en position ouverte. Le compartiment médian 9 contient un clapet à boule déformable 19 qui est composé avantageusement d'une sphère en matériau élastomère, par exemple en butadiène, ou en tout autre matériau déformable et léger. Le poids de la boule est relativement faible et elle peut être déplacée facilement par un appel d'air et maintenue appuyée sur son siège par la différence de pression. La boule 19 a un diamètre externe supérieur au diamètre de l'ouverture 11 et inférieur au plus grand diamètre du siège conique 12, de sorte que la boule 19 peut s'engager dans le siège 12 et obturer celui-ci en se déformant élastiquement. Le tronçon de canalisation rectiligne 15e a un diamètre interne légèrement supérieur et une longueur supérieure au diamètre de la boule 19, de sorte que celle-ci peut s'engager entièrement dans le tronçon 15e comme le montre la figure 1, afin d'être à l'abri de l'arrivée de matière. Le tronçon de canalisation 15e est fixé au couvercle 15a, de telle sorte qu'il est légèrement incliné vers le bas en s'éloignant de la cuve 1. Ce tronçon 15e pénètre à l'intérieur de la cuve 1, comme le montre la figure 1, afin de guider la boule 19 lorsque celle-ci est aspirée vers l'intérieur et de lui permettre de prendre une vitesse suffisante pour -qu'elle atteigne le siège 12. Des tiges de guidage 20 sont placées transversalement à la cuve 1 dans le prolongement de la génératrice inférieure du tronçon 15e et ces tiges sont inclinées en montant dans le sens qui s éloigne de l'extrémité du tronçon de canalisation 15e. Ces tiges 20 guident la boule 19 vers le siège 12. Le pivotement de la potence 15c autour d'un axe vertical permet de déplacer sur le coté le couvercle 15a, la vanne 16 et le tronçon de tube 15e et d'accéder à l'intérieur de la cuve à travers la dérivation 15. Le compartiment médian 9 est relié à la gaine 4 par une canalisation 21, de plus petit diamètre que la canalisation 15e et cette canalisation 21 est également équipée d'une vanne pneumatique 22 à manchon déformable 23, identique à la vanne 16. La figure 1 représente la vanne 22 en position ouverte et la figure 2 la représente-en position fermée. Le compartiment médian 9 est équipé d'un capteur de niveau 24, par exemple un capteur a lames vibrantes. Le compartiment inférieur 10 contient une deuxième boule déformable 25 identique à la boule 19. Le diamètre de la boule 25 est supérieur à celui de ltou- verture 13 et inférieur au plus grand diamètre du siège conique 14,de sorte que la boule 25 peut obturer de façon étanche l'ouverture 13. Le compartiment inférieur 10 comporte une dérivation 26, de plus grand diamètre que la boule 15 ayant une ouverture 27 qui débouche à l'extérieur. La boule 25 peut venir se loger dans le tronçon de canalisation 26 comme le représente la figure 2. Le fonctionnement d'un sas à boules selon les figures 1 et 2 est le su#ivant. A l'arrêt, la gaine 4 n'est pas en dépression et les deux boules 19 et 25 sont au repos respectivement dans la canalisation 15e et dans la canalisation 26. Lorsqu'on met en dépression la gaine 4, on commande simultanément la fermeture de la vane 16 et l'ouverture de la vanne 22 comme le représente la figure 1. Dès que la dépression s'établit dans la gaine 4, de l'air est aspiré à travers l'ouverture 27 et la boule 25 est aspirée et vient se placer sur le siège 14 de sorte que le compartiment médian se trouve isolé de l'atmosphère et la poussière 28, qui tombe de la gaine à travers l'ouverture supérieure 2, vient se déposer au-dessus de la cloison inférieure 7, comme le représente la figure 1. Pendant ce temps, la boule 19 reste à l'abri dans la canalisation 15e.La poussière s'accumule dans le compartiment médian 9 jusqu a ce qu'elle atteigne le détecteur de niveau 24 qui est placé avantageusement au niveau des tiges de guidage 20 afin que le tas de poussière ne monte pas plus haut et ne risque pas d'empêcher le déplacement de la boule 19. Lorsque le capteur de niveau 24 détecte la présence du tas de poussière 28, il agit automatiquement sur des distributeurs pneumatiques qui commandent la fermeture de la vanne 22 et l'ouverture de la vanne 16 pour mettre le sas dans la position représentée sur la figure 2. L'ouverture de la vanne 16 fait que de l'air est aspiré a travers la canalisation 15e et la boule 19 est chassée hors de cette canalisation et plaquée sur le siège 12, #contre lequel elle est maintenue appuyée par la différence de pression Le compartiment médian 9 est à la pression atmosphérique et la boule 25, qui n'est plus soumise à une différence de pression retombe et s'engage dans la canalisation 26. Le tas de poussière 28, qui s'est accumulé dans le compartiment médian, s'évacue par gravité par l'ouverture inférieure 5. Pendant la vidange, la poussière provenant de la gaine 4 se dépose dans le compartiment supérieur au-dessus de la# cloison supérieure 6 comme on le voit sur la figure 2. Après une temporisation dont la durée est déterminée pour que la vidange totale du tas de poussière 28 soit assurée, la vanne 16 est fermée après quoi la vanne 22 est ouverte-. L'air qui est aspiré à l'extérieur à travers l'ouverture 27, châsse la boule 25 dans le compartiment inférieur et l'appel d'air entraîne la boule 25, la plaque contre le siège 14 et la maintient plaquée contre celui-ci. La dépression s'établit alors dans le compartiment médian 19 et la boule supérieure 19, qui n'est plus soumise à une différence de pression retombe, roule sur les tiges de guidage 20 et se loge dans la canalisation 15. Le sas se retrouve dans la position de départ représentée sur la figure 1 et un nouveau cycle recommence. La figure 3 est un schéma des circuits et appareils de commande pneumatique des vannes 16 et 22 à manchons déformables-. Le repère 29 représente un premier distributeur pneumatique, par exemple un distributeur à tiroir coulissant, qui est commandé par une bobine d'electro-aimant 29a, qui est elle-même commandée par le signal électrique émis p & le capteur de niveau 24 situé sur le sas et non représenté sur ce schéma. Le repère 30 représente un deuxième distributeur pneumatique à tiroir commandé pneumatiquement. Le repère 31 représente une vanne manostatique qui est connectée sur la canalisation pneumatique alimentant la deuxième vanne 22. Lorsque la vanne manostatique 31 détecte la mise en pression du manchon déformable de la vanne 22 et donc la fermeture de cette vanne, elle commande le déplacement du tiroir du distributeur 30 et la mise å l'échappement de la vanne 16 qui s'ouvre. Le repère 32 représente un dispositif de temporisation pneumatique qui peut être réglé sur une durée comprise entre 30 secondes et 6 minutes et qui commande le déplacement du tiroir du distributeur 30 dans la position représentée sur la figure 3, c'est-à-dire dans la position qui commande la fermeture de la vanne 16. Le repère 33 représente une vanne manostatique analogue à la vanne 31 qui est connectée sur la canalisation pneumatique alimentant la vanne 16 et qui commande automatiquement le déplacement# du tiroir du distributeur 29 dans la position représentée sur la figure 3, qui correspond à l'ouverture de la vanne 22 lorsqu'elle détecte la mise en pression donc la fermeture de la vanne 16. Le repère 34 représente un filtre placé sur l'entrée d'air comprimé. A la sortie du filtre se trouvent trois canalisations équipées chacune d'une vanne 35, 36, 37. En fonctionnement automatique, la vanne 35 est ouverte et lesvannes 36 et 37 sont fermées. Les vannes 36 et 37 permettent d'obtenir un fonctionnement manuel en fermant alors la vanne 35. Les canalisations partant des vannes 36 et 37 aboutissent sur deux clapets de non retour 38 et 39 à double entrée. Les repères 40 désignent des vannes de purge rapide permettant d'obtenir une ouverture rapide des vannes 16 et 22. La figure 3 représente une position de départ qui correspond à la position représentée sur la figure 1 dans laquelle la vanne 16 est fermée, la vanne 22 est ouverte et les poussières s 'accu- mulent dans le compartiment médian du sas. Lorsque le capteur 24 détecte que le tas de poussière a atteint un niveau déterminé, il commande automatiquement le déplacement du tiroir distributeur 29, ce qui provoque la fermeture de la vanne 22. La vanne manostatique 31 détecte la mise en pression de la vanne 22 et commande automatiquement le déplacement du tiroir du distributeur 30, ce qui provoque l'ouverture de la vanne 16. On se retrouve dans la position de vidange représentée sur la figure 2. Pendant la vidange, le capteur 24 perd le contact avec la poussière mais le cycle pneumatique est lancé. il est nécessaire que le contact soit perdu pour que l'on revienne en position de stockage après temporisation. Après une temporisation déterminée et suffisante pour que la vidange complète du sas ait eu le temps de se produire, le dispositif de temporisation 32 commande automatiquement le déplacement du tiroir du distributeur 30, ce qui provoque la fermeture de-la vanne 16. La mise en pression de la vanne 16 est détectée par la vanne manostatique 33 qui commande autonatiquement le déplacement du tiroir du distributeur 29, ce qui provoque l'ouverture de la vanne 22. On se retrouve à la position de départ et un nouveau cycle recommence. R E V E N D I C A T I O N S 1. Sas à boules pour évacuer automatiquement les poussières d'une enceinte en dépression (4) du type comportant une enceinte verticale (1) ayant, à l'extrémité supérieure, une ouverture (2) qui est connectée sur ladite enceinte en dépression (4)età l'extrémité inférieure, une ouverture (5), qui débouche au-dessus d'un convoyeur d'évacuation des poussières, caractérisé en ce que ladite enceinte verticale (2) comporte deux cloisons transversales (6, 7) ayant, chacune, une ouverture (11, 13), lesquelles cloisons divisent ladite enceinte en trois compartiments superposés (8, 9, 10) et ladite enceinte contient deux boules déformables (19, 25) dont le diamètre est supérieur à celui desdites ouvertures (11, 13), de sorte qu'elles peuvent obturer celles-ci, lesquelles boules sont situées respectivement dans le compartiment médian (9) et dans le compartiment inférieur (10) et ledit compartiment médian (9) est relié, d'une part, à l'atmosphère par une première canalisation équipée d'une première vanne automatique (16) et, d'autre part, à ladite enceinte en dépression (1) par une deuxième canalisation (21) équipée d'une deuxième vanne automatique (22). 2. Sas selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites vannes automatiques (16, 22) sont des vannes pneumatiques à manchons déformables (17, 23). 3. Sas selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite première canalisation comporte au départ de ladite enceinte verticale (1), un tronçon rectiligne (15e) ayant un diamètre légèrement supérieur et une longueur supérieure au diamètre de la boule supérieure (19), située dans le compartiment médian (9). 4. Sas selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit tronçon de canalisation (15e) est légèrement incliné vers le bas en s'éloignant de ladite enceinte verticale et pénètre à l'intérieur de ladite enceinte (1). 5. Sas selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites cloisons (6, 7) sont inclinées par rapport à l'horizontale. 6. Sas selon la revendicationn 5, caractérisé en ce que la cloison supérieure (6) est inclinée d'environ 200 et la cloison inférieure (7) est inclinée d'environ 300. 7. Sas selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les lignes de plus grande pente des deux cloisons (6, 7) sont situées dans deux plans orthogonaux. 8. Sas selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite enceinte (4) comporte des tiges de guidage transversales (20) qui sont situées dans le prolongement de la génératrice inférieure dudit tronçon de canalisation (15e) incliné vers le bas. 9. Sas selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le compartiment inférieur (10) comporte une canalisation en dérivation (26) dont le diamètre est légèrement supérieur à celui de la boule inférieure (25), laquelle canalisation comporte une ouverture (27) qui débouche à l'extérieur. 10. Sas selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite enceinte (1) comp#orte un capteur de niveau (24) situé dans le compartiment médian (9), qui commande automatiquement l'ouverture de la première vanne automatique (16) et la fermeture de la deuxième vanne automatique (22) lorsque le tas de poussière (28) accumulé dans le compartiment médian atteint un niveau déterminé. 11. Sas selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un dispositif de temporisation qui commande automatiquement la fermeture de la première vanne automatique (16) puis l'ouverture de la deuxième vanne automatique (22) après un délai suf fi- sant pour que la vidange complète du tas de poussière (28) ait eu lieu.