Brevet FR2584064A1 — publié le 19870102

La présente invention concerne un procédé pour le refroidissement et un autre traitement de clinker chaud pour ciment blanc, qui est traité par pulvérisation avec de l'eau à la sortie du four de cuisson de clinker, le clinker de ciment blanc étant ensuite séché par contact avec un courant gazeux. En outre l'invention concerne une installation pour la mise en oeuvre du procédé. Dans tous les procédés de fabrication de clinker de ciment en utilisant un four tubulaire rotatif, le clinker de ciment a, à la sortie du four rotatif tubulaire, une température d'environ 1400-C et il doit, pour la suite de son traitement, être refroidi à une température d'environ à 200C, le refroidissement étant normalement effectué avec de l'air froid. Lors de la fabrication de clinker de ciment blanc, on ne doit pas utiliser comme agent de refroidissement de l'air car l'oxygène contenu dans celui-ci oxyde notamment les constituants métalliques du clinker et c'est précisément cette condition d'oxydation qui provoque la coloration du clinker de ciment, par exemple une colora- tion grise dans différentes teintes, cette coloration du clinker de ciment étant fonction de la quantité et de la nature des constituants métalliques existant dans le clinker. Pour assurer une protection contre des phénomènes indésirables d'oxydation, il est connu de protéger du clinker chaud pour ciment blanc contre une pénétration d'oxygène lors de son refroidissement ( brevet DE- 25 44 343). A cet effet, le clinker cuit et chaud est soumis, à sa sortie du four tubulaire rotatif, initialement à une pulvéri- sation avec un agent réducteur comme par exemple de l'huile et ensuite, après avoir quitté le four tubulaire rotatif, il est projeté dans un bain d'eau qui est contenu dans des cellules d'un tambour rotatif, auquel cas le clinker de ciment blanc refroidi dans le bain d'eau reçoit encore par le haut une pulvérisation d'eau de refroidissement. Du fait du refroidissement dans le bain d'eau, le clinker de ciment blanc refroidi a une teneur en eau d'environ 10 à 16 % ou encore plus élevée lorsque le clinker a une granulométrie fine; cette forte teneur en eau produit une réduction de la valeur de résistance du ciment fabriqué à partir d'un tel clinker de ciment blanc car on ne peut éviter une certaine hydratation, notamment dans le cas de fines particules de clinker. Dans le procédé connu, le clinker de ciment blanc qui a été refroidi et qui a encore une forte teneur en eau est séché à l'aide d'un courant d'air de refroidisse- ment et en fournissant une quantité d'énergie thermique comparativement grande avant que le clinker puisse être broyé. Dans le procédé connu, on n'exclut pas en outre le risque qu'une partie de la vapeur d'eau ou du brouillard produit à partir de l'eau de refroidissement pénètre dans le four tubulaire rotatif et réduise dans celui-ci la tempéra- ture des flammes et la température de frittage, ce qui réduit le bilan énergétique final, en augmentant la consomma- tion d'énergie dans le four tubulaire rotatif, en réduisant la rentabilité du procédé connu et en augmentant ainsi au total le prix de revient du produit final, à savoir le ciment blanc. L'invention a en consequence pour but de créer un procédé et une installation pour le refroidissement et un autre traitement de clinker chaud pour ciment blanc, permettant d'éviter les conséquences désavantageuses de refroidissement du clinker dans un bain d'eau. En outre on doit éviter ainsi une réduction de la capacité de traitement du four de cuisson de clinker par de la vapeur d'eau ( brouillard) et on doit obtenir également d'autres avan- tages. Enfin le clinker de ciment blanc traité conformément à l'invention doit posséder un haut degré de blanc et le ciment fabriqué avec ce clinker doit avoir une grande résistance et en outre pouvoir être fabriqué d'une manière économique. Ce problème est résolu conformément à l'invention avec un procédé et une installation dont les caractéristiques et les particularités vont être définies dans la suite de la description et dans les revendications. Dans le procédé conforme à l'invention, le clinker de ciment blanc est soumis à une pulvérisation d'eau dans une atmosphère exempte d'oxygène et ensuite il est canalisé à contre-courant par rapport à un courant de gaz chaud de séchage, qui est évacué en même temps que les vapeurs émanant du clinker de ciment mais séparément du clinker de ciment blanc qui a été séché et refroidi. Le courant de gaz chaud de séchage, dont la fonction principale consiste à évacuer les vapeurs produites constamment par le clinker chaud soumis à pulvérisation, peut s'enrichir en vapeur d'eau jusqu'à ce que la limite de saturation soit atteinte. Le clinker chaud de ciment sortant à environ 1400 C du four de cuisson de clinker, comme par exemple un four tubulaire rotatif, est soumis, dans un étage de prérefroidissement, à une pulvérisation d'eau en quantité suffisamment grande pour que le clinker de ciment soit refroidi brutalement jusqu'à une température d'environ 500 à 800-C mais présente cependant une teneur en humidité qui est seulement comprise entre environ 3 et 9 %. Ensuite le clinker de ciment ayant été ainsi prétraité est ensuite traité dans un étage de refroidissement final associé à une zone de séchage, au moyen du courant de gaz chaud de séchage, d'une manière telle que le clinker de ciment séché sortant de cette zone soit à une température d'environ 60 à 0l0C et ait une teneur résiduelle en humidité inférieure à 0,5 %. Du fait de la teneur en humidité comparativement basse, d'environ 3 à 9 % et par exemple d'environ 6 %, du clinker de ciment prétraité dans l'étage de prérefroidissement et du fait de la courte distance que doit parcourir le clinker de ciment entre l'étage de pré-refroidissement et l'étage de refroidissement final associé à la zone de séchage, le risque d'hydratation indé- sirable du clinker ainsi que la consommation de chaleur pour le séchage du clinker sont réduits au minimum de sorte que, avec le procédé conforme à l'invention, il est possible de fabriquer du clinker de ciment blanc d'une part avec une haute qualité de produit et d'autre part d'une manière comparativement rentable. Selon une caractéristique particulière de l'inven- tion, le clinker chaud de ciment blanc sortant du four de cuisson de clinker, comme un four tubulaire rotatif, est mis en circulation et mélangé dans l'étage de pré-refroidissement, après la pulvérisation d'eau, en vue d'un mélange intime du clinker et d'un mélange avec les vapeurs ainsi qu'avec les résidus d'eau éventuellement existants en étant isolé de l'extérieur, de sorte que l'eau de refroidissement utilisée est répartie aussi uniformément que possible en étant amenée en contact avec toutes les particules du clinker et en outre la chaleur résiduelle subsistant dans le clinker refroidi est exploitée pour le refroidissement par vaporisation et pour un séchage simultané du clinker aussi complètement que possible, ce qui contribue à augmenter considérablement la rentabilité du procédé conforme à l'invention. Une installation conforme à l'invention pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisée en ce qu'elle comprend un four rotatif, qui est divisé en un étage de pré- refroidissement avec courants dans le même sens et avec une ouverture d'entrée pour le clinker de ciment blanc ayant subi une pulvérisation d'eau et, à la suite, en un étage de refroidissement final avec zone de séchage et courants en sens inverses, avec une ouverture de sortie pour le clinker séché et refroidi. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une installation conforme à l'invention pour assurer le refroidissement et un autre traitement de clinker chaud pour ciment blanc, la figure 2 est une vue en coupe faite selon la ligne II-II de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe faite selon la ligne III-III de la figure 1, et la figure 4 est une vue en coupe faite selon la ligne IV-IV de la figure 1. La figure 1 représente l'extrémité de décharge de clinker d'un four tubulaire rotatif 10 servant à la cuisson de clinker pour ciment blanc, qui quitte le four vers le bas à une température d'environ 1400'C par l'intermédiaire du carter de décharge de clinker 11 qui n'est pas entraîné en rotation. On a désigné par 12 la lance de brûleur du four tubulaire rotatif 10. Le clinker de ciment tombe vers le bas dans un conduit de transport de clinker 13, dont le côté inférieur est agencé sous la forme d'une goulotte inclinée en oblique par rapport à l'horizontale et dont le côté supérieur comporte des buses 14 de pulvérisation d'eau qui sont reliées à un conduit 15 d'admission d'eau de refroidissement, dans lequel sont disposés un appareil de mesure de débit 16 ainsi qu'une vanne de régulation 17 motorisée. Le clinker brusquement refroidi dans une atmosphère exempte d'oxygène dans le conduit de transport de clinker 13 glisse en passant par une ouverture centrale 18 disposée sur le côté frontal, dans un carter 19 de forme tronconique, dont le grand diamètre est situé à l'extrémité comportant l'ouverture d'entrée de clinker 18 et dont le petit diamètre est situé à l'extrémité comportant un tube tournant 20 pourvu d'un dispositif d'entraî- nement en rotation 21 et de paliers 22. Le tube rotatif 20 est divisé en un étage de pré- refroidissement avec courants dans le même sens et comportant l'ouverture d'entrée 18 du clinker ayant subi la pulvérisa- tion d'eau et, à la suite, en un étage de refroidissement final associé à une zone de séchage et avec courants en sens inverses ainsi qu'avec un carter 23 de décharge du clinker séché et refroidi. L'étage de prérefroidissement 19, de profil tronconique, du tube rotatif 20 comporte sur la paroi interne des éléments rapportés 24, visibles également sur la figure 2, tels que des outils d'agitation en forme de spirale ou analogues pour assurer la circulation et le brassage du clinker de façon qu'il soit d'une part mélangé intimement et d'autre part mélangé avec les gaz formés ainsi qu'avec le résidu d'eau éventuellement existant et qui ne doit pas être vaporisé dans le conduit de transport de clinker 13. La quantité d'eau injectée par l'intermédiaire des buses 14 de pulvérisation d'eau est cependant dosée suffisamment faible- ment pour qu'il ne se forme aucun bain d'eau visible dans le bac ou le siphon existant à l'extrémité inférieure de gauche du carter 19 de profil tronconique. Dans le carter 19, il se produit un mélange de morceaux de clinker qui sont humides en surface avec des morceaux de clinker qui n'ont pas reçu éventuellement suffisamment d'eau de pulvérisation dans le conduit de transport 13, et également il se produit un mélange intime avec le résidu d'eau qui a été formé au préalable et le cas échéant dans le fond du carter 19. Dans ce carter 19 il n'existe pratiquement pas de morceaux de clinker ayant encore une couleur rouge résultant de la cuisson, mais seulement des morceaux de clinker ayant seule- ment une coloration sombre et dont toujours une quantité déterminée est arrêtée par un anneau de retenue 25, qui fait saillie légèrement de la paroi intérieure du carter dans la zone de transition entre le carter de profil tronco- nique 19 et la partie cylindrique du tube rotatif 20, comme le montre notamment également la figure 3. L'anneau de retenue 25 retient non seulement la masse de clinker uniformément mais il retient également une certaine proportion d'eau en excès en l'empêchant d'arriver à l'entrée de l'étage de refroidissement final associé à une zone de séchage dans le tube rotatif 20. Du fait de la formation rapide de vapeur dans le carter de profil tronconique 19, il s'établit une légère surpression qui réduit au minimum le risque de péné- tration incorrecte d'air par le joint d'étanchéité du conduit de transport de clinker 13 et par l'ouverture centrale 18 du carter de profil tronconique 19. Le clinker de ciment blanc qui a été refroidi pénètre ensuite avec une température d'environ 650 à 750'C, et également une teneur en humidité inférieure à 6 %, dans une zone de transition 26 qui est placée entre l'étage de pré- refroidissement avec courants dans le même sens et l'étage de refroidissement final et séchage avec courants en ens inverses. Dans la zone de transition 26, sur la paroi inté- rieure de laquelle sont disposés des éléments de levage en forme de godets 27 qui sont notamment visibles sur la figure 3, le refroidissement par vaporisation du ciment de clinker est stabilisé. Ensuite le ciment de clinker pré-refroidi pénètre dans l'étage de refroidissement final et séchage du tube rotatif 20, qui est légèrement incliné vers le bas par rapport à l'horizontale et il est entraîné à une vitesse périphérique qui est par exemple de 30 mètres par minute. Dans l'étage de refroidissement final et séchage du tube rotatif 20 pénètre un tube 28 disposé concentriquement et partant de la sortie de clinker 23. Le volume annulaire existant entre l'enveloppe du tube rotatif et le tube intérieur concentrique 28 entraîné avec lui est divisé, comme le montre notamment la figure 4, en chambres 30 en forme de secteurs, qui sont le cas échéant pourvues d'éléments de levage 29; dans ces chambres, le clinker à refroidir progresse, comme dans un refroidisseur à satellites, parallè- lement à l'axe de rotation du tube rotatif 20 en direction du carter 23 de décharge de clinker en s'écoulant à contre courant par rapport à un gaz chaud de séchage 31, qui provient d'un générateur d'air chaud externe, non représenté, ou bien d'un transformateur de chaleur et qui pénètre à une tempéra- ture de 250 à 300-C, par l'intermédiaire d'un conduit 32, dans le carter de décharge de clinker 23 qui ne tourne pas et qui est évacué, après avoir parcouru les chambres 30 en forme de secteurs et après s'être chargé en vapeurs, par l'intermédiaire du tube intérieur concentrique 28. Le clinker refroidi et séché sort par l'intermé- diaire du carter de décharge de clinker 23 et par l'intermé- diaire d'un clapet pendulaire 33, sollicité par un contrepoids, à une température d'environ 60 à 100'C, par exemple de 80'C et avec une humidité résiduelle inférieure à 0,5 %, et il tombe sur une bande transporteuse 34. On a désigné par 35 un manchon d'étanchéité par l'intermédiaire duquel le tube intérieur rotatif 28 est relié à un conduit d'évacuation 36 servant à la décharge du gaz de séchage contenant des vapeurs et de la poussière, ce gaz étant libéré dans un groupe de cyclones 37 de la poussière de clinker qui est déchargée également sur la bande transporteuse 34 par l'intermédiaire d'un clapet pendulaire 38. Le gaz de séchage 39 contenant des vapeurs et libéré de la poussière de clinker sort du groupe de cyclones 37 à une température d'environ 160'C, pour laquelle le point de rosée n'est pas encore dépassé par défaut; ce gaz est aspiré par un ventilateur d'aspiration, non représenté. La température du gaz effluent 39 est déterminée au moyen d'un capteur de mesure de température , qui est relié par l'intermédiaire d'un conduit de transmission de signaux 41 avec la vanne de régulation 17 de telle sorte que la quantité de l'eau pulvérisée sur le clinker de ciment chaud puisse être réglée en fonction de la température du courant de gaz de séchage 39 sortant de l'étage de refroidissement final et séchage. Lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention avec l'installation conforme à l'invention, les résultats ont montré que le clinker de ciment chaud subissait une désagrégation autogène sur son parcours au travers de l'étage de pré-refroidissement et de l'étage de refroidissement final et séchage, c'est-à-dire que la granulométrie du clinker de ciment blanc évacué sur la bande 15. transporteuse 34 était nettement plus petite que la granulo- métrie du clinker sortant du four tubulaire rotatif 10, ce qui permettait également d'économiser de l'énergie de broyage de clinker. Le bilan thermique montre que la chaleur intro- duite par le clinker chaud dans le système conforme à l'inven- tion est pratiquement suffisante pour vaporiser complètement l'eau de refroidissement. Cependant il faut veiller dans 1'exploitation pratique de l'installation à éliminer des perturbations possibles d'équilibre du procédé ( avalanches de clinker, irrégularités de fonctionnement du four de cuisson de clinker), en operant avec de l'air de séchage qui a été préchauffé. L'économie réalisée sur la consommation totale spécifique de chaleur lors de la fabrication de clinker de cimemt blanc par le système conforme à l'invention s'élève dans tous les cas à plus de 12 % par comparaison à la fabrication de clinker de ciment blanc par le procédé classi- que de refroidissement par bain d'eau. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le refroidissement et un autre traitement de clinker chaud pour ciment blanc, qui est traité par pulvérisation avec de l'eau à la sortie du four de cuisson de clinker, le clinker de ciment blanc étant ensuite séché par contact avec un courant gazeux, caractérisé en ce que le clinker chaud de ciment est soumis, dans une atmosphère exempte d'oxygène, à une pulvérisation d'eau et est canalisé ensuite à contre courant par rapport à un courant de gaz chaud de séchage, qui est évacué, en même temps que les vapeurs provenant du clinker de ciment, séparément du clinker chaud de ciment qui a été séché et refroidi. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clinker de ciment est soumis, apres avoir subi la pulvérisation d'eau, à un brassage avec circulation, tout en étant isolé de l'atmosphère extérieure, en vue d'un mélange intime du clinker d'une part avec lui-même et d'autre part avec les vapeurs ainsi qu'avec un résidu d'eau existant le cas échéant. 3. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le clinker chaud de ciment est soumis à une pulvérisation d'eau en quantité suffisamment grande pour que le clinker soit refroidi brusquement et en ce qu'immédiatement après, le clinker de ciment refroidi est amené en contact avec une quantité de gaz chaud de séchage à une température d'entrée d'environ 250 à 300 C, cette quantité étant suffisamment grande pour que le clinker de ciment séché qui quitte la zone de séchage ait une température d'environ 60 à 0l0C et que le courant de gaz de séchage ayant absorbé les vapeurs ait à sa sortie une température d'environ à 200-C. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le clinker de ciment a, après avoir subi sa pulvérisa- tion d'eau, une température d'environ 500 à 800 C ainsi qu'une teneur en humidité d'environ 3 à 9 % et en ce que l'humidité résiduelle du clinker sortant de la zone de séchage est inférieure à 0,5 %. 5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le clinker de ciment est soumis à une désagrégation autogène sur son trajet au travers de l'étage de pré-refroidissement et de l'étage de refroidisse- S ment final et séchage. 6. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le courant de gaz de séchage quittant l'étage de refroidissement final et séchage et contenant les vapeurs est transporté jusqu'à un séparateur en vue de la séparation des particules de clinker de ciment qui ont été entraînées. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'eau pulvérisée sur le clinker chaud de ciment est réglée en fonction de la température du courant de gaz de séchage sortant de l'étage de refroidissement final et séchage. 8. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un tube rotatif (20), qui est divisé en un étage de pré-refroidissement avec courants dans le même sens et avec une ouverture d'entrée (18) pour le clinker de ciment blanc ayant subi une pulvérisation d'eau et, à la suite, en un étage de refroidissement final avec zone de séchage et courants en sens inverses, avec une ouverture de sortie (23) pour le clinker séché et refroidi. 9. Installation selon la revendication 8, caractéri- sée en ce que l'étage de pré-refroidissement, avec courants dans le même sens, du tube rotatif (20) est relié au carter de décharge de clinker (11) d'un four de cuisson de clinker (10) par l'intermédiaire d'un conduit de transport de clinker (13), dont le côté supérieur comporte des buses (14) de pulvérisation d'eau en vue d'une extension de l'étage de pré-refroidissement. 10. Installation selon la revendication 9, caracté- risée en ce que le côté inférieur du conduit de transport de clinker (13) placé en amont du tube rotatif est agencé sous la forme d'une goulotte inclinée en oblique par rapport à l'horizontale. 11. Installation selon la revendication 8, caractéri- sée en ce que l'étage de pré-refroidissement, avec courants dans le même sens, a la forme d'un carter de profil tronconique (19), dont le grand diamètre est situé à l'extrémité du tube rotatif comportant l'ouverture (18) d'admission du clinker ayant subi la pulvérisation d'eau. 12. Installation selon la revendication 11, caracté- risée en ce que l'étage de pré-refroidissement de profil contronconique, avec courants dans le même sens (19), du tube rotatif (20) comporte sur la paroi intérieure des éléments rapportés (24) tels que des outils d'agitation en forme de spirale ou analogues, pour un brassage en circula- tion et un mélange du clinker d'une part avec lui-même et d'autre part avec les vapeurs ainsi qu'avec un résidu d'eau éventuellement existant. 13. Installation selon la revendication 11, caracté- risée en ce qu'il est prévu dans une zone de transition entre le carter de profil tronconique (19> et la partie cylindrique du tube rotatif (20), dans la région du petit diamètre du tronc de câne, un anneau de retenue (25) faisant saillie de la paroi intérieure du carter. 14. Installation selon la revendication 8, caracté- risée en ce que Le tube rotatif comporte, entre l'étage de prérefroidissemetnt (19), avec courants dans le même sens et avec éléments rapportés, et l'étage de refroidissement final et séchage, avec courants en sens inverses, une zone de transition (26) pourvue d'éléments élévateurs (27>. 15. Installation selon une quelconque des revendica- tions 8 à 14, caractérisée en ce qu'un tube disposé concxn- triquement (28) pénètre dans l'étage de refroidissement final et séchage, avec courants en sens inverses, du tube rotatif (20) à partir de l'extrémité de décharge de clinker (231 en vue d'une évacuation du gaz de séchage en même temps que les vapeurs. 16. Installation selon la revendication 15, caracté- risée en ce que le volume annulaire existant entre l'enveloppe du tube rotatif et le tube intérieur (28) disposé concentri- quement et entrainé en rotation avec lui, est divisé en chambres (30) en forme de secteurs dans lesquelles le clinker à refroidir s'écoule à contre courant par rapport au gaz chaud de séchage (31), parallèlement à l'axe de rotation du tube rotatif (20) et en direction de l'extrémité de décharge de clinker (23).