Brevet FR2595456A1 — publié le 19870911

-1- "Installation de chargement d'un four à cuve La présente invention concerne une installa- tion de chargement d'un four à cuve équipée d'une goulotte de distribution de la matière de chargement dans le four, comprenant plusieurs enceintes de stockage de la matière de chargement, un système d'éclusage pour introduire celle-ci sur la goulotte de distribution et une cage à clapets qui est montée sur la tête du four et comporte une tubulure d'écou- lement contrôlée par un clapet de dosage et un clapet d'étanchéité. Parmi les installations de ce genre, couram- ment désignées dans le domaine concerné par " gueu- lard sans cloches ", il existe deux types différents. Le type d'installation classique est décrit dans le brevet US 3,693,812. Celui-ci comporte deux enceintes de stockage juxtaposées de part et d'autre de l'axe vertical du four au-dessus de celui-ci et reliées par un plan incliné à un canal vertical d'écoulement au-dessus de la goulotte de distribution. Le second type d'installation, qui est plus récent, est décrit dans le document EP-0 062 770 Cette installation, plus connue sous le nom de " central feed ", se caractérise par deux enceintes montées, l'une audessus de l'autre, symétriquement autour de l'axe du four et dont l'une fait fonction de sas d'étanchéité. Chacun des deux types d'installation comporte des avantages et inconvénients propres par rapport à l'autre type d'installation, mais la particularité est que les avantages de l'un sont généralement les inconvénients de l'autre et vice versa. C'est ainsi que l'un des avantages de l'installation classique est que les deux enceintes fonctionnent en alternance, c'est-à-dire que l'une est remplie pendant que l'autre est déchargée. Ceci permet, abstraction faite du temps relativement court pour -2- l'opération des clapets ainsi que la pressurisation et la dépressurisation, une opération de chargement quasiment continue. Par contre, dans l'installation à deux enceintes superposées selon le brevet EP-0 062 770, l'opération de chargement doit être interrompue pendant le transfert de la matière de chargement du sas supérieur vers le sas inférieur. L'un des inconvénients de l'installation classique à deux enceintes juxtaposées est que celles- ci doivent être conçues toutes les deux sous forme de sas, ce qui nécessite, outre les deux clapets de dosage, deux paires de clapets d'étanchéité. Par contre, dans le second type d'installation, seulement l'une des enceintes est conçue sous forme de sas, ce qui réduit le nombre de clapets. Un autre inconvénient de l'installation à deux sas juxtaposées est que l'écoulement de la matière de chargement sur le plan incliné confère à la trajectoire de chute de la matière de chargement une composante horizontale, ce qui modifie le point d'impact de la matière de chargement sur la goulotte de distribution suivant la position de celle-ci et suivant le sas qui esten train d'être vidé et le résultat de ce phénomène est une distribution irré- gulière ou asymétrique de la matière de chargement dans le four. Par contre, dans le type d'installa- tion à deux enceintes superposées, l'écoulement de la matière de chargement est vertical et symétrique par rapport à l'axe central du four, ce qui permet une distribution plus régulière à l'intérieur de celui-ci. L'un des inconvénients de l'installation à deux enceintes superposées est son hauteur relative- ment importante résultant de la superposition des enceintes. C'est la raison pour laquelle, dans le but de limiter la hauteur totale, on a tendance à prévoir des enceintes plus larges et moins hautes. -3- Toutefois, ceci intensifie un autre problème connu, à savoir celui de la ségrégation des particules, c'est-à-dire leur séparation à l'intérieur de l'en- ceinte suivant leur granulométrie. Ce phénomène discuté plus en détail dans le brevet luxem- bourgeois no. 85 810, s'intensifie avec l'augmen- tation du diamètre de l'enceinte et se manifeste plus particulièrement dans le deuxième type d'ins- tallation étant donné que les effets de ségrégation dans chacune des deux enceintes s'accumulent ce qui amplifie le résultat final de la ségrégation. Par contre, dans le type d'installation à deux sas juxtaposés, le phénomène de ségrégation est moins ressenti à cause du fait que les sas peuvent être conçus plus hauts et moins larges. En outre, il n'y a pas de cumul entre les effets de ségréga- tion dans les deux sas. Le but de la présente invention est de prévoir une nouvelle installation de chargement du genre décrit dans le préambule qui présente à la fois les avantages de l'installation à deux enceintes juxtaposées et ceux de l'installation à enceintes superposées et qui, forcément, ne souffre pas des inconvénients décrits ci-dessus. Pour atteindre cet objectif, l'installation proposée par la présente invention est essentiellement caractérisée par au moins deux enceintes juxtaposées, déplaçables horizontalement entre une première posi- tion en alignement sur l'axe vertical du four pour décharger la matière sur la goulotte de distribution et une seconde position latéralement écartée de l'axe vertical du four pour être chargées. Selon un mode de réalisation préféré, les enceintes sont montées sur un plateau rotatif pouvant tourner autour d'un axe vertical parallèle à l'axe vertical du four. -4- Cette disposition permet le chargement simul- tané de l'une des enceintes et le déchargement de l'autre, après quoi leurs positions sont interverties. Certes, cette disposition ne permet pas encore d'atteindre la continuité de l'installation connue à deux sas juxtaposés, à cause du temps nécessaire à la rotation du plateau et l'inversion des posi- tions des enceintes, mais l'opération est plus rapide que dans l'installation à deux enceintes superposées étant donné que l'on gagne le temps nécessaire au transfert de la matière de chargement de l'enceinte supérieure vers l'enceinte inférieure. En outre, l'installation proposée par l'invention présente tous les avantages du chargement central de l'installation à enceintes superposées étant donné que l'enceinte en cours de déchargement se trouve toujours placée sur l'axe vertical du four. On n'est pas non plus confronté aux problèmes liés à la hauteur de l'installation ce qui permet, par une forme appropriée et plus allongée des enceintes, de réduire le phénomène de ségrégation. Chacune des enceintes comporte un clapet d'étanchéité supérieur et un clapet de retenue infé- rieur. La connexion étanche entre l'enceinte se trouvant dans la première position et la cage à clapets est réalisée par relevage de la cage à clapets permis par la détente d'un compensateur disposé entre la cage à clapets et la tête du four. D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation préféré, présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1 montre une vue schématique générale, partiellement en coupe verticale d'une installation à deux enceintes de stockage rotatives selon la présente invention; la figure 2 montre une vue schématique en plan du montage des deux enceintes sur la tête du four; les figures 3 à 5 illustrent par des coupes axiale travers la cage à clapets les différentes phases de connexion de celle-ci à une enceinte de stockage. La figure 1 montre la partie supérieure d'un four à cuve 20 dans la tête duquel est montée une goulotte de distribution 22 de la matière de chargement qui est actionnée par un dispositif d'entraînement 24, connu en soi, pour faire tourner la goulotte 22 autour de l'axe vertical O ainsi que pour ajuster sa position angulaire par rapport à celui-ci. Le dispositif d'entraînement 24 est surmonté d'une cage à clapets 26 du genre de celle illustrée dans la demande de brevet no. EP-0 062 770. Le four 20 est surmonté de deux enceintes de stockage 28 et 30 qui, selon l'une des particula- rités de la présente invention, sont déplaçables par rotation autour d'un axe vertical X parallèle à l'axe central O du four entre une position de chargement dans laquelle est illustrée l'enceinte 28 et une position de déchargement dans laquelle est illustrée l'enceinte 30. A cet effet, les deux enceintes 28 et 30 sont portées par un berceau 32 en forme de double fourche ( voir également figure 2) reposant sur un plateau rotatif 34 qui est actionné par un moteur 36 et qui est supporté par une char- pente 38 portée par la tête du four 20. Les deux enceintes 28 et 30 ne reposent pas directement sur le berceau 32 mais sont supportées chacune par celui- ci par l'intermédiaire de trois groupes de pesons 40 et de ressorts qui permettent, de façon connue en soi, de contrôler, en permanence, le contenu de chacune des enceintes 28 et 30 pour la commande automatique -6- de l'opération des clapets. La matière de chargement est amenée au moyen d'une bande transporteuse 42 dans une trémie 44 qui se trouve au-dessus de l'enceinte qui est en position de chargement, en l'occurrence l'enceinte 28. La trémie 44 est suspendue à une traverse 46 fixée horizontalement sur une tige rotative axiale 48 qui est entraînée en rotation par un moteur 50. La rotation de la trémie 44 pendant son chargement permet une diminution sensible du phénomène de ségrégation des particules déversées par la bande de chargement 42 dans la trémie. Une plaque verti- cale 52 fixée en face de la bande transporteuse 42 ainsi qu'un plateau 54 fixé à l'extrémité inférieure de la tige 48 et déplaçable verticalement sous l'action d'un vérin sont des mesures supplémentaires permettant une réduction du phénomène de ségrégation dans cette trémie 44. La position verticale du plateau 54 est réglée en fonction du niveau de matière dans la trémie 44, ce niveau étant mesuré par des capteurs de niveau connus. Il sera actionné de façon à maintenir, en fonction de la matière chargée, un volume plus ou moins constant dans la trémie 44. Les mesures prévues pour diminuer la ségré- gation à l'intérieur des enceintes de stockage 28 et 30 sont constituées par un ou plusieurs plateaux 56 fixés à l'intérieur des enceintes sur leur axe de manière à provoquer une distribution de la matière de chargement tombant de la trémie 44 comme illustré dans le cas de l'enceinte 28. D'autres mesures comme par exemple du genre de celles propo- sées dans la demande de brevet luxembourgeois no. 810 peuvent être prévues. La référence 58 désigne une conduite d'éga- lisation de la pression servant à la pressurisation de l'enceinte se trouvant en position de déchargement, -7- en l'occurrence l'enceinte 30 avant l'ouverture des clapets pour le déchargement sur la goulotte de distribution 22 et à l'aération de cette même enceinte après la fermeture des clapets d'étanchéité et avant l'inversion des positions des deux enceintes 28 et 30. Pour accélérer la phase de pressurisation des enceintes, chacune de celles-ci ( non représenté pour l'enceinte 28) est pourvue d'une conduite en dérivation 60 reliant la partie inférieure des enceintes directement à leur sommet. La conduite 58 doit être pourvue de compensateurs cardaniques pour reprendre le mouvement de déjointage du clapet 26, ainsi que le mouvement du four 20. La figure 2 illustre schématiquement des détails supplémentaires du montage des deux enceintes 28 et 30. La charpente illustrée par 38 sur la figure 1 est en fait représentée par trois piliers 62, 64, 66 portées par le sommet du four 20 et supportant un plateau horizontal 68. La couronne rotative 34 entraînée par le moteur 36 repose par l'intermédiaire de roulements non représentés sur ce plateau 68. Des conduites d'évacuation des gaz chauds hors du four 20 sont représentées par les références 70. Il est à noter que la rotation D du berceau 32 autour de l'axe vertical X et l'in- version des positions des enceintes ne sont pas gênées par ces conduites 70 qui sont inclinées par rapport à la verticale. Pour permettre le fonctionnement de l'ins- tallation proposée, il faut prévoir des moyens per- mettant la connexion étanche entre chacune des enceintes 28, 30 et la cage à clapets 26. Ces moyens sont illustrés par les coupes partielles axiales à travers la cage à clapets 26 des figures 3 à 5. Pour permettre une fixation étanche et rapide entre chacune des enceintes 28, 30 et la cage à clapets 26, cette dernière est mobile dans -8 - le sens axial vertical et est relié, à cet effet, au moyen d'un compensateur 78 au bottier 80 du mécanisme d'entraînement 24 de la goulotte 22 ( voir également figure 1). Ce compensateur 78 est associé à plusieurs, de préférence trois, cylindres de positionnement 82 renfermant chacun un piston coulissant 84 soumis à l'action d'un ressort de pression 86. Sous l'action de ce ressort 86 et du poids de la cage à clapets 26, celle-ci repose normalement sur les cylindres 82, le compensateur 78 étant dans sa position comprimée. Le ressort 86 est, par ailleurs, nécessaire pour la compensation de la poussée du four lorsqu'aucune enceinte ne repose sur la cage 26. La cage à clapets 26 comporte également une surface d'étanchéité annulaire supérieure 94 autour de laquelle sont fixes plusieurs, de préférence trois, cylindres hydrauliques 88. Chacun de ceux- ci comporte un piston à tige verticale avec une tête cylindrique 92 élargie. La figure 3 illustre l'installation lors de la phase de rotation des deux enceintes de stockage o la partie supérieure de la cage à clapets 26 est dégagée, les deux clapets 74 et 76 devant être fermés. Il est d'ailleurs possible de prévoir, par mesure de précaution, un dispositif empêchant la rotation des enceintes 28 et 30 lorsque les clapets 74 et 76 ne sont pas fermés. Chacune des enceintes 28 et 30 comporte à sa base, à des endroits correspondant aux positions des cylindres hydrauliques 88, des flancs 98 pourvus d'encoches de forme complémentaire à celle de la tête 92 des tiges des pistons 90. Lorsque l'une des enceintes, par exemple l'enceinte 30, est amenée par rotation en position de déchargement comme repré- senté sur la figure 4, chacune des encoches 96 est engagée sur l'une des têtes correspondantes 92 des -9- cylindres hydrauliques 88. La tubulure d'écoulement inférieure de chacune des enceintes 28 et 30 est pourvue d'une surface d'étanchéité annulaire 100 correspondant à la surface d'étanchéité supérieure 94 de la cage à clapets 26, ces deux surfaces d'étanchéité 94 et étant de forme complémentaire, par exemple bombée et convexe. La référence 102 illustre une conduite d'un gaz sous pression 102 qui débouche dans la région centrale de la surface d'étanchéité supérieure et dont le but est d'assurer un nettoyage des surfaces d'étanchéité et de contribuer à l'étan- chéité par l'injection d'un gaz sous pression à contresens. La figure 5 illustre la connexion entre l'enceinte 30 et la cage à clapets 26. Cette connexion est réalisée par injection de fluide hydrau- lique dans les cylindres 88 du- côté tige des pistons jusqu'à ce que les surfaces d'étanchéité 94 et 100 soient en contact mutuel. Le relevage de la cage à clapets 26 se fait par coulissement des pistons 84 dans les cylindres de positionnement 82 par compres- sion des ressorts 86 et détente du compensateur 78. Le débranchement entre l'enceinte de stockage 30 et la cage à clapets 26 comporte les mêmes opéra- tions réalisées dans l'ordre inverse de l'opération de connexion décrite ci-dessus en référence aux figures 3 à 5. Etant donné que chacune des enceintes 28 et 30 est débranchée de la cage à clapets 26 lors de la rotation autour de l'axe X, elles doivent forcé- ment être équipées d'un clapet de retenue inférieur 104 pour retenir la matière de chargement. Chacune des enceintes 28 et 30 comporte, en outre, comme les enceintes de stockage classique de l'état de la technique, un clapet d'étanchéité supérieur 106. -10- I1 est à noter qu'au lieu de prévoir seule- ment deux enceintes comme dans le mode de réalisa- tion décrit ci-dessus, on peut en prévoir trois ou même plusieurs, ce qui réduit le temps nécessaire à la rotation. -11- R E V E N D I C A T IONS 1. - Installation de chargement d'un four à cuve équipé d'une goulotte de distribution (22) de la matière de chargement dans le four comprenant plusieurs enceintes (28, 30) de stockage de la matière de char- gement, d'un système d'éclusage pour introduire celle-ci sur la goulotte de distribution (22) et une cage à clapets (26) qui est montée sur la tête du four (20) et comporte une tubulure d'écoulement contrôlée par un clapet de dosage (74) et un clapet d'étanchéité (76), caractérisée par au moins deux enceintes juxtaposées (28, 30) déplaçables horizontalement entre une première position en alignement sur l'axe vertical (0) du four (20) pour décharger la matière sur la goulotte de distribution (22) et une seconde position latérale- ment écartée de l'axe vertical (0) du four (20) pour être chargées. 2. - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les enceintes (28, 30) sont montées sur un plateau rotatif (34) pouvant tourner autour d'un axe vertical (X) parallèle à l'axe verti- cal (0) du four (20). 3. - Installation selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisée en ce que les deux en- ceintes (28, 30) sont portées par l'intermédiaire de plusieurs groupes de pesons (40) et de ressorts, par un berceau (32) supporté par le plateau rotatif (34). 4. - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chacune des enceintes comporte un clapet d'étanchéité supé- rieur (106) et un- clapet de retenue inférieur (104). 5. - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la connexion étanche entre l'enceinte (30) se trouvant dans la première position et la cage à clapets (26) est réalisée par le relevage de la cage à clapets (26) permis par la détente d'un compensateur (78) disposé entre la cage à clapets (26) l -12- et la tête du four (20). 6. - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le relevage de la cage à cla- pets (26) est effectuée par une série de cylindres hydrauliques (88) disposée sur cette cage (26) et dont la tige de piston comporte une tête (92) sur laquelle s'engage, lors de la rotation des sas, une encoche (96) de forme complémentaire prévue dans des flancs latéraux de chacune des enceintes (28, 30). 7. - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque enceinte (28, 30) est pourvue d'une conduite en dérivation (60) pour effectuer la pressurisation de part et d'autre de la matière.