Brevet FR2600759A1 — publié le 19871231

La présente invention est relative à un dispositif de traitement thermique et/ou de dosage en continu de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux. Les produits ou matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux sont fréquemment manipulés dans l'industrie et en particulier dans les industries chimiques agro-alimentaires ou du bâtiment. Depuis longtemps déjà, l'homme de l'art a disposé de fours de traitement permettant le chauffage et/ou le séchage en continu de matériaux pulvérulents granuleux ou pâteux. De tels fours comportent en général une eneloppe à l'intérieur de laquelle se trouve au moins une vis d'Archimède transporteuse et mélangeuse, ces moyens d'entraînement de la vis et des moyens 'ltrodction et d'évacuation des matériaux, et enfin des moyens de chauffage et de régulation en température des matériaux à traiter. Le chauffage est assuré d'une manière périphérique par l'enveloppe ou par la vis, ou bien par les deux simultanément au moyen de fluidescaloporteurs, ou encore par des résistances électriques situées sur la périphérie de l'enveloppe ou implantées dans le coeur de la vis. Tous ces fours munis d'une vis d'Archimède nécessitent par construction mécanique un certain jeu entre la périphérie des spires et la paroi interne de l'enveloppe, jeu qui se matérialise par une couronne cylindrique remplie par le matériau véhiculé dans le four. Que le chauffage soit assuré par l'enveloppe, par la vis ou simultanément par les deux, il se produit, sous l'effet de la pression mécanique conjuguée avec la composition du matériau à traiter et éventuel lement le choc thermique, un enrochement de la paroi interne de ladite enveloppe qui crée un écran thermique nuisible pour le transfert calorifique de l'extérieur vers l'intérieur. De plus, quand le chauffage est assuré par la vis ou simultanément par la vis et l'enveloppe par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur, outre le fait que se produit encore le phénomène d'enrochement, l'utilisateur est actuellement tributaire du point de flamme des caloporteurs, qui ne permet pas de dépasser une température raisonnable sans risque de ruptures mécaniquesentraînant la libération dudit fluide caloporteur et la pollution des matériaux en cours de trai tement. Enfin, quand le chauffage est assuré par l'intermédiaire de résistances électriques par l'enveloppe,- par la vis, ou simultanément par les deux, il peut se produire un phénomène de saturation de la ,1 2 densité de courant (exprimée en W.cm ) particulièrement défavorable dans des installations industrielles traitant des matériaux à très faible chaleur spécifique. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités grâce à la conception et la mise en oeuvre d'un dispositif de traitement thermique et/ou de dosage de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux, dans lequel la partie centrale, constituée par une vis, est chauffée par induction électro-magnétique. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif de traitement thermique et/ou de dosage de matériaux pulvérulents, gra nuleux ou pâteux, dans lequel le rendement énergétique, dans des conditions d'utilisation et de production semblables,est très fortement amélioré. Un autre objet de la présente invention est également la mise en oeuvre d'un dispositif de traitement thermique et /ou de dosage en continu de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux, d'une très grande souplesse d'emploi en raison de la très faible inertie thermique de l'élément chauffant, permettant ainsi une élévation rapide de la température et de la modularité intrinsèque du dispositif, objet de l'invention, autorisant la combinaison des éléments constitutifs de ce dernier dans des installations aux configurations les plus variées. Le dispositif de traitement thermique et/ou de dosage en continu de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux est remarquable en ce qu'il comporte une enceinte sensiblement de révolution formant le corps du four, des moyens de transport et/ou de mélange des matériaux à traiter, constitués par au moins une vis sans fin disposée dans l'enceinte, coaxialement à celle-ci, des moyens de chauffage capables d'assurer le chauffage par induction électro-magnétique de la vis sans fin, laquelle permet la mise en mouvement et le traitement thermique simultanés des matériaux pulvérulents. La vis sans fin, réalisée en un matériau magnétique, est généralement réalisée à coeur plein mais peut être également réalisée à coeur creux et parcourue, dans ce cas, par un fluide thermo-modérateur permettant d'homogénéiser la température en tous points de la vis. L'enceinte, munie des moyens d'introduction et d'évacuation des matériaux transitant dans le dispositif, peut également comporter des moyens d'introduction d'une phase gazeuse par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs buses d'injection ponctuelles ou encore, sur tout ou partie de sa longueur par l'inter médiaire d'un lit fluidisé. De même, l'enceinte du dispositif selon l'invention peut être munie de moyens d'évacuation d'une phase gazeuse, en particulier quand le dispositif fonctionne par exemple sous injection d'une phase gazeuse, ou encore en tant qu'évaporateur et/ou sécheur. Le dispositif, objet de l'invention, trouve application dans toute industrie mettant en oeuvre des matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux, notamment industrie chimique, agro-alimentaire et industrie des matériaux de construction. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ciaprès dans lesquels.: - la figure 1 représente en coupe longitudinale selon un plan de symétrie, un dispositif de traitement et/ou de dosage en continu de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux selon l'invention1 - la figure 2 représente un schéma de l'alimentation en énergie électrique de l'élément chauffant du dispositif, tel que représenté en figure 1. - la figure 3 représente un agencement en cascade d'une installation comprenant plusieurs dispositifs selon l'invention, les dispositifs étant représentés en coupe selon un plan de symétrie longitudinal. L'invention sera tout d'abord décrite en liaison avec la figure 1. Conformément à cette figure, le dispositif de traitement thermique et/ou de dosage en continu de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux comporte une enceinte, notée 1, sensiblement de révolution par rapport à un axe noté D. Des moyens de transport des matériaux, notés 2, sont constitués par une vis sans fin disposée dans l'enceinte 1, coaxialement à celle-ci. Des moyens i chauffage notés 3 sont capables d'assurer le chauffage de la vis sans fin. Celle-ci permet la mise en mouvement, par l'intermédiaire d'un système d'entraînement noté 40 des matériaux précités ainsi que leur traitement thermique simultané. Conformément à l'objet de la présente invention, on entend par dispositif de traitement thermique et/ou de dosage de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux, un dispositif conforme à l'objet de l'invention, permettant l'élévation de température des matériaux précités selon une amplitude d'élévation de température déterminée, indépendamment des effets physiques résultant de cette élévation de température sur les matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux considérés, la fonction de dosage étant réalisée par la vis sans fin en présence ou non d'un sas alvéolaire disposé entre une trémie de chargement et l'entrée de la vis sans fin. Du point de vue réalisation mécanique du dispositif, objet de l'invention, on pourra constater sur la figure 1 précitée que l'enceinte 1 peut être constituée par un tube cylindrique muni d'une ouverture d'introduction des matériaux pulvérulents notée 10, et constituant trémie ou pompe de chargement, d'une ouverture de sortie des matériaux considérés notée 11, disposée à l'autre extrémité de l'enceinte 1 et de la vis sans fin 2. La vis sans fin 2 peut avantageusement être constituée par un cylindre porte-spires en métal magnétique, disposé coaxialement avec l'axe longitudinal D précité, ce cylindre 20 étant constitué par un tube métallique sur lequel les spires 21 sont enroulées et soudées afin de constituer la vis sans fin.La jonction entre le tube 20 et les spires est réalisée de fason à ce que celle-ci ne présente pas d'angle aigu susceptible de provoquer le dépôt et l'enrochement d produit à traiter. La vis précitée est montée sur des paliers due roulement, notés 100et 101, disposés aux extrémités respectives de l'enceinte 1. La vis sans fin 2 est en outre rendue mécaniquement solidaire de moyens d'entraînement notés 40, directement reliés à l'arbre d'un moteur non représenté sur la figure 1. Conformément à une caractéristique avantageuse de l'objet de l'invention, les moyens de chauffage 3 sont constitués par des moyens dechauffage par induction électro-magnétique de la vis sans fin. Ces moyens de chauffage peuvent, de manière avantageuse, comprendre un enroulement inducteur 30 disposé à l'extérieur de l'enceinte et des circuits 31 d'alimentation en énergie électrique. L'inducteur 30, peut, en outre, de manière avantageuse, être cons titué par plusieurs parties d'inducteur ou enroulements de pas différent, ou par un enroulement à pas variable, de façon à produire une répartition correspondante a'énergie électro-magnétique dans la vis sans fin au niveau de chaque partie d'inducteur ou enroulement de pas différent. De préférence, mais de façon non limitative, l'enroulement inducteur 30, l'enceinte 1 et la vis 2 sont disposés coaxialement selon l'axe D précité, afin d'assurer un transfert maximum et une répartition d'énercie électro-magnétique uniforme sensiblement dans la vis sans fin au niveau de l'inducteur ou de la partie d'inducteur correspondante. De manière avantageuse, mais non limitative, l'enceinte 1 est constituée en un matériau amagnétique, afin de permettre au phénomène d'induction électro-magnétique d'induire pleinement le corps magnétique de la vis, devenant ainsi le générateur de chaleur et par conséquent de transmettre aux matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux l'énergie thermique souhaitée. Ainsi, l'enceinte 1 peut être constituée par un tube en acier inoxydable amagnétique, tandis que le tube porte-spires et -les spires sont constituées en acier magnétique. Sous l'influence de l'enroulement inducteur, le développement des courants induits provoque l'échauffement de la vis sans fin. Les axes d'extrémité supports du tube porte-spires peuvent être constitués. en acier inoxydable et sont emboîtés et boulonnés dans le tube porte-spires. Ainsi qu'il apparaît en outre en figure 1, 1' inducteur 30 peut être constitué, de préférence, par l'enroulement d'un tube de section sensiblement carrée, par exemple un tube de cuivre. L'enroulement inducteur 30 peut ainsi être monté sur l'enceinte 1 et isolé de celle-ci au moyen d'un fourreau isolant 50. Le fourreau précité permet d'assurer le maintien mécanique et l'isolement électrique de l'inducteur 30 par rapport àl'enceinte 1. Un capot de protection 60 doit être prévu afin d'assurer une protection complète et une isolation électrique du système par rapport à l'environnement extérieur. Ainsi qu'il apparaît en outre en figure 1, le tube représenté en vue agrandie de cette figure et constituant l'enroulement inducteur, est de section carrée ou rectangulaire sensiblement et permet la circulation à l'intérieur de celui-ci d'un courant fluide destinés assurer le refroidissement de l'enroulement inducteur en cours de fonctionnement. De manière avantageuse, le fluide de refroidissement peut être constitué par de l'eau. Ainsi qu'il apparaît en outre en figure 1 et en figure 2, les moyens de chauffage par induction électro-magnétique comprennent 1 'enroulement inducteur 30 et des circuits 31 d'alimentation en énergie électrique de cet enroulement inducteur. Les circuits 31 d'alimentation en énergie électrique comportent avantageusement des moyens 310 régulateurs d'intensité, destinés à réguler l'intensité transitant dans l'enroulement inducteur 30. Les moyens 310 régulateurs d'intensité sont connectés en série avec l'enroulement inducteur 30 et peuvent consister à titre d'exemple non limitatif en des thyristors commandés, montés tête-bêche et permettant de faire varier l'angle de conduction et donc en définitive l'intensité moyenne traversant effectivement l'enroulement inducteur 30.Les moyens régulateurs d'intensité 310 peuvent être commandés de manière classique par un circuit de déclenchement approprié, synchronisé sur la fréquence du réseau d'alimentation, le réglage de l'angle de conduction effectif des thyristors commandés étant effectué par exemple, par l'opérateur,en fonction de l'élévation de température souhaitée pour le maté riau à traiter. Les moyens 310 régulateurs d'intensité permettent donc,en fait, une régulation en température du matériau à traiter par l'opérateur, à partir d'un contrôle de la température effective du-produit à l'entrée du dispositif a la sortie de celui-ci. Les moyens de déclenchement des thyristors commandés ne seront cependant pas décrits, car ils peuvent être constitués par tout moyen classique fonctionnant sur le principe de la détection du passage par zéro de la tension d'alimentation secteur et par réglage en conséquence de l'impulsion de déclenchement appliquée aux thyris- tors commandés, par le réglage de la durée d'état monostable d'un oscillateur correspondant. En outre, une batterie de condensateurs 320 est connectée en parallèle sur l'enroulement inducteur 35, de façon - corriger le facteur de puissance global des moyens de chauffage. A titre d'exemple non limitatif, pour une puissance électrique maxi male consommée par 1' inducteur de 200 kW sous une tension de 380 volts à 50 Hertz, la compensation d'énergie réactive a pu êtr effectuée de manière convenable au moyen de neuf capacités ou condensateurs constituant la batterie précitée de 50 kVAR. Ainsi qu'il apparaît en outre en figure 1, la vis sans fin peut comporter à sa périphérie nes découpes, de façon à assurer à la fois le transport et le mélange des matériaux à traiter au cours du transit de celui-ci. Les découpes précitées peuvent être réalisées par exemple, mais de façon non limitative, sur une hauteur comprise entre :/;G et la totalité du rayon ces spires constituant la vis sans fin, de manière régulière ou même irrégulière. Les découpes précitées permettent avantageusement le transport et le mélange des matériaux à traiter au cours du traitement thermique permettant, ainsi, d'atteindre une température moyenne, plus homogène, des matériaux eSfectivement traités. De façon non limitative, les spires situées au voisinage de la trémie de chargement 10, peuvent être prévues exemptes des découpes précitées, afin d'éviter, au cours du fonctionnement,l'apparition d'engorgement du dispositif par une arrivée trop importante de matériau à traiter, la vis sans fin au niveau de la trémie de chargement assurant sensiblement, en l'absence des découpes précitées, essentiellement la seule fonction de transport et de chauffage des matériaux. En outre, des dispositifs annexes, tels que des insufflateurs d'air et des vibreurs, non représentés sur la figure 1, peuvent être installés au niveau de la trémie de chargement 10, afin d'éviter-les bourrages ou engorgements précités. Afin d'assurer une protection des matériaux à traiter contre une élévation trop importante de température locale, au voisinage de la vis sans fin 2, un système de régulation peut en outre être prévu, de façon à limiter la température maximale susceptible d'être atteinte à vide par la vis sans fin. De façon non limitative, ce système de régulation peut être constitué par des détecteurs de température disposés par exemple à l'intérieur du tube support de spires. Ces détecteurs de température, constitués par exemple par des bi-lames ou thermistances couplées à un ou des circuits électriques, permettent,sur déclenchement, la réduction partielle ou totale momentanée du temps de conduction des thyristors commandés précédemment décrits. Un exemple de traitement de matériaux pul vérulentsparticulier, tel que le carbonate de calcium CaC03 sera maintenant décrit. Avec les systèmes ou fours de traitement de l'art antérieur, une production moyenne de 11 t/h de carbonate de calcium nécessite une puissance utile au chauffage des matériaux comprise entre 130 kW et 140 kW , pour une élévation de température effective de 650C avec un rendement de 25 %. Une puissance de 245 kW serait alors nécessaire pour atteindre la température requise de 950C en sortie du four de type classique. Par la mise en oeuvre du dispositif objet de l'invention, avec cependant un débit de traitement ramené à environ 8,0 t/h de carbonate de calcium, on a pu réaliser le traitement des matériaux avec un rendement de l'ordre de 76 %. Dans le cas du traitement du carbonate de calcium, la température de déclenchement des détecteurs de température assurant la protection contre le suréchauffement des matériaux peut être réglée à une température inférieure à 450"cet de manière avantageuse à 400"C environ, pour éviter la transformation du carbonate de calcium en chaux. Bien entendu, l'alimentation de l'enroulement inducteur 30 peut être effectuée à partir du réseau, au moyen par exemple d'un transformateur de tension, permettant l'alimentation de l'inducteur sous très forte intensité, voisine ou supérieure à 1000 A sous tension réduite. Une installation de traitement thermique des matériaux pulvralents, granuleux ou pâteux au moyen de disposItifs conformes à la présente invention, sera maintenant décrite en liaison avec la figure 3. A titre d'exemple, selon la figure précitée, l'enroulement inducteur 30, l'enceinte 1 et la vis sans fin 2,- sont inclinés par rapport à l'horizontale. L'ouverture d'introduction des matériaux à traiter ou trémie de chargement dans l'enceinte 1, est disposée au niveau de la partie basse de l'enceinte, à la partie supérieure de celle-ci. Ainsi que représenté en figure 3, l'installation peut comprendre une pluralité de dispositifs notés I, Il, reliés en cascade. Préférentiellement, chacun des dispositifs peut être adapté à assurer une élévation de température des matériaux à traiter, d'amplitude déterminée. Les élévations successives de température=- peuvent être étagées entre la température initiale et la température finale de traitemént.A titre d'exemple non limitatif, dans le cas du traitement du carbonate de calcium, l'installation représentée en figure 3 peut être adaptée de façon à ce que le dispositif noté I rassure une élévation de température des matériaux de 150C, température moyenne de stockage des matériaux,à 65"C lorsque le four noté Il permet l'élévation de la température des matériaux de 65CCà la température finale de traitement de 950C. Chacun de-s dispositifs peut avantageusement être équipé de moyens de chauffage par induction de même puissance, et présente ainsi de manière avantageuse, une structure sensiblement analogue. On a ainsi décrit un dispositif et une installa ticn de traitement en continu de matériaux pu1vérulents, granuleux ou pâteux, d'une très grande souplesse d'emploi, en raison de la très faible inertie thermique de ltélément chauffant et du dispositif en ce qui concerne la montée en température. Au cours d'essais à vide, o a p constater que la montée en température de la vis, soumise au courant induit provoqué par l'inducteur 3,due la température ambiante à la température maximale de 450"C environ précitée, pouvait être atteinte en quelques minutes, 2 à 3 minutes sensiblement. La modularité Intrinsèque des dispositifs objet de la présente invention, autorise en outre la combinaison de ces derniers dans des installations aux configurations les plus variées. L'autonomie de commande de chaque élément modulaire ainsi constitué, autorise également une optimalisation des programmes de traitement des matériaux précités. Bien entendu, le mode de réalisation de la vis précédemment décrite n'est pas limitatif. En particulier le tube métallique 20 porte-spire peut être agencé de façon à nermettrela circulation d'un fluide thermique destiné à assurer, soit un chauffage de substitution, soit un refroidissement de la vis, soit une plus grande homogénéité de température sur toute la surface de la vis. REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement thermique et/ou de dosage en continu de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux, caractérisé en ce qu'il comporte - une enceinte (1) sensiblement de révolution, - des moyens (2) de transport des matériaux comprenant au moins une vis sans fin disposée dans l'enceinte, coaxialement à celle-ci, - des moyens (3) de chauffage, capables d'assurer le chauffage par induction électromagnétique de la vis sans fin, laquelle permet la mise en mouvement, le traitement thermique et/ou le dosage simultanés des matériaux. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage par induction électromagnétique comprennent - au moins un enroulement inducteur (30) disposé à l'exterieur de l'enceinte, - des circuits (31) d'alimentation en énergie électrique de cet enroulement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'enroulement inducteur (30), l'enceinte (1) et la vis (2-) sont disposés coaxialement afin d'assurer un transfert maximum et une répartition d'énergie électromagnétique uniforme dans la vis sans fin au niveau de l'inducteur. 4.Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'inducteur est constitué par un enroulement à pas variable, de façon à produire une répartition correspondante d'énergie électromagnétique dans la vis sans fin. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte (1) est constituée en un matériau amagnétique. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5 précédentes, caractérisé en ce que les circuits (31) d'alimentation en énergie électrique comportent - des moyens (310) régulateurs d'intensité destinés à réguler l'intensité transitant dans l'enroulement inducteur, - une batterie de condensateurs (320), connectés en parallèle sur l'enroulement inducteur et destinés à corriger le facteur de puissance global des moyens de chauffage. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vis sans fin comporte à sa périphérie des découpes, de façon assurer à la fois le transport et/ou le mélange des a=-ias au cours de leur transit. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à ; précédentes, caractérisé en ce que l'enroulement inducteur, l'enceinte et la vis sans fin sont inclinés par rapport à l'horizontale,l'ouverture d'introduction des matériaux, dans l'enceinte, ou trémie de chargement, étant disposée au niveau de la partie basse de l'enceinte. 9. Installation de traitement thermique et/ou dosage de matériaux pulvérulents, granuleux ou pâteux, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de dispositifs en cascade, selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que chacun des dispositifs est adapté à assurer une élévation de température des matériaux d'amplitude déterminée, les élévations successives étant étagées entre la température initiale et la température finale de traitement.