Brevet FR2621993A1 — publié le 19890421

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de transformation d'un four rotatif destiné par exemple à la fabrication du ciment et du type constitué par un tube qui est supporté par des appuis de roulement et est muni à l'une de ses extrémités d'un refroidisseur du type planétaire ou à ballonnets. L'invention vise également un four résultant de la transformation ci-dessus. Elle vise encore une ligne de cuisson équipée d'un tel four. Il a déjà été proposé de produire du clinker de ciment dans des lignes de cuisson dont le débit dépasse 2500 tonnes/jours, et cela en utilisant des fours de diamètre intérieur supérieur à 5,1 mètres. D'une manière générale, ces fours se composent d'un tube incliné en tôle qui comporte un revêtement réfractaire intérieur en briques et qui est entraîné en rotation par des moyens appropriés. Ces fours de plus de 5 mètres de diamètre présentent un certain nombre d'inconvénients qui se situent notamment au niveau de la mauvaise tenue mécanique des équipements dans la zone la plus chaude du four. Le croutage qui se produit sur le revêtement de briques durant la cuisson et qui est d'ailleurs indispensable, est relativement peu épais comparativement à un four de plus petit diamètre, car l'effet de voûte est moindre. Il en résulte que le croutage se détériore d'autant plus que, dans les fours de grand diamètre, le briquetage est fortement sollicité par la charge thermique, et cela beaucoup plus que dans le cas de fours de plus petit diamètre. Par ailleurs, on sait que ce genre de four rotatif comporte généralement des bandages prenant appui sur des galets ou analogues permettant la rotation du four. On comprend donc que, dans le cas de fours de grand diamètre, les bandages supportés par les galets ont tendance à s'ovaliser, de sorte que l'ensemble briquetage plus croutage est soumis à des efforts mécaniques alternés d'autant plus importants que le four est plus grand. De plus, les déformations ou usures prématurées des liaisons mécaniques, et en particulier de la liaison bandages-tube contribuent à renforcer l'ovalisation du four au niveau des bandages, ce qui par conséquent fragilise le revêtement réfractaire du four. Tous ces inconvénients augmentent considérablement les frais d'entretien du four et réduisent de beaucoup le taux de marche, donc la rentabilité de l'installation. D'un autre côté, il faut remarquer que, dans les fours connus de très grand diamètre, l'effet de la précalcination en amont du four demeure relativement faible en raison des facteurs défavorables d'origine mécanique liés au grand diamètre du four dans la zone de cuisson ou de clinkérisation. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de transformation d'un four rotatif qui permet d'aboutir à un four dont la tenue du briquetage et la régularité de marche sont nettement meilleures et dont l'ovalisation au niveau de la zone de cuisson est fortement diminuée sinon supprimée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de transformation d'un four rotatif destiné par exemple à la fabrication du ciment et constitué par un tube supporté par des appuis de roulement et muni à l'une de ses extrémités d'un refroidisseur du type planétaire par exemple, caractérisé en ce qu'il consiste: 2621 9 9 3 - à supprimer le refroidisseur à l'extrémité du tube et la portion de tube qui lui est associée, ce qui a pour effet d'augmenter nettement la charge supportée par l'appui situé au niveau de la partie centrale du tube, - à sectionner ledit tube sensiblement au niveau de sa partie centrale, et - à remplacer l'une des parties du tube ainsi sectionné par au moins un tronçon de tube de diamètre plus petit que celui de la partie restante du tube que l'on conserve et qui est raccordée audit tronçon, de facon que la charge supportée par l'appui dudit tronçon au niveau de ladite partie centrale soit ramenée à une valeur plus faible et sensiblement identique à la valeur initiale de la charge supportée par l'appui au niveau de la partie centrale du four muni du refroidisseur et utilisé pour effectuer la transformation. On comprend donc qu'on peut conserver les mêmes équipements de support et d'entraînement en rotation du four obtenu après transformation, et cela à quelques petites modifications près. Par ailleurs, on diminue avantageusement le risque d'ovalisation qui se produisait avec les fours munis d'un refroidisseur solidaire de leur extrémité aval, et cela en raison de la répartition avantageuse des efforts appliqués. On observera encore que, paradoxalement, on maintient la production et on peut même l'augmenter en augmentant la vitesse de rotation du four, alors que le diamètre de ce four a été en partie réduit. Suivant une autre caractéristique de ce procédé, le raccordement du tronçon de tube de diamètre réduit à la partie restante et conservée du tube s'effectue par l'intermédiaire d'une partie conique. On précisera ici que le tronçon de tube précité formant la partie aval du four constitue une zone de cuisson de la matière, tandis que la partie restante du tube formant la partie amont du four constitue une zone de préparation. Suivant encore une autre caractéristique de ce procédé, on installe, sans l'intégrer au four, un refroidisseur à grilles et un système de précalcination respectivement au niveau de l'extrémité aval et de l'extrémité amont de ce four. L'invention vise encore un four rotatif obtenu par le procédé répondant aux caractéristiques ci-dessus et du type comprenant essentiellement un tube rotatif incliné et intérieurement chauffé dans lequel s'écoule la matière, caractérisé en ce que la zone aval de cuisson ou de clinkérisation de ce four est constituée par au moins un tube de diamètre plus petit que celui de la zone amont de préparation ou de précalcination de la matière. On comprend donc que la réduction du diamètre de la zone de cuisson stabilisera avantageusement le briquetage en renforçant l'effet de voûte qui, associé à l'augmentation de la vitesse de rotation du four, favorisera la formation du croutage et une meilleure tenue dans le temps de celui-ci, de sorte que le briquetage sera, finalement, mieux protégé. Suivant une autre caractéristique de ce four, le diamètre de la zone aval de cuisson est compris entre et 95% du diamètre de la zone amont de préparation précitée. Quant à la longueur de la zone de cuisson, elle est comprise entre 30 et 60% de la longueur totale du four. Suivant un mode réalisation préféré, le diamètre de la zone aval de cuisson sera compris entre 4 mètres et 5,1 mètres et la longueur de ladite zone sera comprise entre 20 et 60 mètres. Suivant une autre caractéristique, on prévoit entre les zones de cuisson et de préparation, une partie de raccordement conique présentant un demiangle au sommet compris entre 4 et 7 degrés. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le four comprend trois bandages de support et de roulement pour assurer la rotation du tube, deux bandages étant agencés autour de la zone aval de cuisson à diamètre réduit, de telle façon que la partie de raccordement précitée se situe dans une zone o le moment fléchissant est minimum. L'invention vise encore une ligne de cuisson équipée d'un four rotatif répondant aux caractéristiques ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend en amont de la zone de préparation ou précalcination, un système de précaloination non-intégré au four. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue très schématique et en perspective d'un four rotatif conforme aux principes de l'invention; et - la figure 2 illustre de façon schématique les étapes essentielles de la transformation d'un four connu à refroidisseur à ballonnets pour réaliser un four conforme à l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit qu'un four selon cette invention est essentiellement constitué par un tube rotatif incliné T dans lequel s'écoule la matière suivant la flèche F et qui est intérieurement chauffé en aval par une flamme matérialisée par la flèche G. Le tube T comporte une zone de cuisson ou de clinkérisation 1 formant le tronçon aval du four, lequel est d'un diamètre plus petit que le tube ou tronçon amont 2 constituant la zone de préparation ou de précalcination de la matière. Le diamètre de la zone ou tronçon aval 1 peut être compris entre 4 et 5,1 mètres, et sa longueur peut 8tre comprise entre 20 et 60 mètres. Les tronçons aval 1 et amont 2 sont raccordés par une partie conique 3 présentant un demi-angle au sommet cui peut être compris entre 4 et 7 degrés de façon à permettre un briauetage avec des briques standard. On a montré en 4, 5 et 6 des bandages entourant le tube T et prenant respectivement appui sur des galets 7 permettant ainsi la rotation du tube T qui est entraîné en rotation par un moteur M dont l'arbre de sortie entraîne au moins un pignon 8 engrenant avec une couronne dentée 9 solidaire du tronçon amont 2. Comme on le voit bien sur la figure 1, les bandages 4 et 5 sont agencés autour du tronçon aval ou zone de cuisson 1 tandis que le bandage 6 est agencé autour du tronçon amont ou zone de préparation 2. On remarquera ici que la partie médiane du four constituée par la partie de raccordement 3 est située dans une zone o le moment fléchissant est minimum. Si une très forte réduction de diamètre de la zone de cuisson 1 est souhaitée, on pourra ajouter en amont du tronçon 1 un autre tronçon (non représenté) de diamètre intermédiaire aux diamètres des tronçons 1 et 2, étant entendu qu'une partie conique de raccordement telle que 3 sera prévue entre ces divers tronçons. On a montré schématiquement en 10 sur la figure 1 un système de précalcination ou préchauffeur qui n'est pas intégré au four ou tube T. Ainsi, la précalcination de la matière en amont du four, la réduction du diamètre de la zone de clinkérisation ou de cuisson i à un diamètre intérieur inférieur ou égal à 5,1 m, et également l'augmentation de la vitesse de rotation du four permettront d'obtenir une augmentation de la production. Mais, pour une meilleure compréhension de l'invention, on décrira ciaprès, en se reportant à la figure 2, la fabrication et les avantages d'un four selon l'invention, lequel est obtenu par la transformation d'un four existant illustré en A à la partie supérieure de la figure 2 et muni à son extrémité aval d'un refroidisseur planétaire ou à ballonnets 11. Ce four A avec refroidisseur intégré 11 peut faire partie d'une ligne de cuisson de clinker de capacité nominale de 3800 tonnes/jour et posséder une longueur totale de 115 m environ et un diamètre intérieur de 5,6 m. La vitesse de rotation du four A avant transformation était de 2 tours/minute. Pour réaliser le four T de l'invention montré sur la figure 1, et à la partie inférieure de la figure 2, on supprime le refroidisseur 11 du four A, lequel refroidisseur rend d'ailleurs très critique la marche de ce four, et on supprime également la portion de tube du four A qui est associée au refroidisseur. On obtient ainsi un four allégé B visible sur la figure 2, mais dont la charge supportée par l'appui situé au niveau de la partie centrale du four est considérablement augmentée, comme cela est matérialisé par les flèches 12a et 12b sur la figure 2. On observera ici que, sur cette figure, les courbes représentées sous chaque four A, B et T figurent l'intensité du moment fléchissant en plusieurs points répartis sur la longueur des fours, étant entendu que les flèches sous les trois courbes présentent une dimension proportionnelle à l'importance des charges au niveau de chacun des points d'appui. Après avoir supprimé le refroidisseur 11 comme expliqué précédemment, on sectionne le four B sensiblement au niveau de sa partie centrale, et on remplace la partie aval sectionnée, c'est-à-dire la partie de gauche sur la figure 2, et on la remplace par un tronçon de tube, qui est le tronçon 1 du four T, lequel tronçon est d'un diamètre plus petit que celui de la partie restante du tube que l'on conserve et qui est raccordée au tronçon 1. En procédant de cette façon, la charge sur l'appui médian ou central du four T de l'invention demeure sensiblement identique à ce qu'elle était sur l'appui correspondant du four A, comme cela est matérialisé par les flèches 12a et 12c. En d'autres termes, la charge supportée par l'appui du tronçon de diamètre réduit 1 au niveau de la partie centrale du four a été ramenée à une valeur nettement plus faible que pour le four B et sensiblement identique à la valeur initiale de la charge supportée par l'appui au niveau de la partie centrale du four A utilisé pour effectuer la transformation. Suivant un exemple de réalisation, le tronçon aval 1 du four T correspond à une réduction du diamètre du tronçon aval du four A à un diamètre de 5 m sur une longueur de 43 m, la longueur total du four transformé obtenu étant alors de 90 m environ. Le c8ne de raccordement 3 entre le tronçon aval 1 de 5 m de diamètre et le tronçon amont 2 dont le diamètre est conservé (5,6 m), possède un demiangle au sommet de 4,8 et une longueur de 3,5 m. On voit bien sur la figure 2 que ce cône 3 est bien situé dans une zone o le moment fléchissant s'annule (voir courbe au bas de la figure 2). La vitesse de rotation du four T est augmentée par rapport à celle du four A de 2 tours/minute à 3,1 tours/minute, et le train d'entraînement couronne/pignon n'est pas changé. Ainsi, pour une production donnée, et un même temps de séjour de la matière en zone aval de cuisson et clinkérisation, la vitesse de rotation du four qui est augmentée par rapport à ce qu'elle serait sans modification du diamètre de la zone de clinkérisation ou de cuisson, permet d'améliorer les échanges thermiques dans la zone amont de préparation 2, tandis que le temps de séjour de la matière y est notablement réduit. On remarquera encore que, pour une production donnée, la puissance thermique disponible en zone aval de clinkérisation est moindre et le taux de précalcination de la matière à l'entrée du four est donc supérieur à ce qu'il serait sans modification du diamètre de la zone de clinkérisation. On précisera encore que les trois bandages ou appuis 4, 5, 6 du four T sont situés respectivement à m, 34 m et 73,5 m à partir de l'extrémité aval du tronçon 1. Les charges sur ces appuis, avant la transformation, étaient respectivement de 1485 tonnes, 805 tonnes et 585 tonnes. Après transformation, ces charges sont devenues respectivement 494 tonnes, 813 tonnes et 625 tonnes, ce qui a permis de conserver le génie civil et les galets ou train de roulement de ces appuis. Il a également été procédé à un essai d'augmentation de la vitesse du four, en passant de la production précédente à 3800 tonnes/jour, à une production de 5500 tonnes/jour. On a donc réalisé suivant l'invention et d'une manière très simple un four qui peut être obtenu par transformation d'un four existant en réduisant le diamètre de la zone de cuisson et qui, grâce aux simples opérations de précalcination de la matière en amont du four et de l'augmentation de la vitesse de rotation de ce four, peut permettre des taux de production élevés, et cela sans modifier de façon importante et coûteuse les systèmes mécaniques de support et d'entraînement en rotation du four. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi qu'on peut prévoir, sans sortir du cadre de l'invention, plusieurs tronçons aval de diamètre progressivement réduit et formant zone de cuisson, et que ces tronçons peuvent posséder des longueurs égales ou différentes. L'invention comprend donc tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celle-ci sont effectuées suivant son esprit. *11 REVENDICATIONS 1. Procédé de transformation d'un four rotatif destiné par exemple à la fabrication du ciment et constitué par un tube supporté par des appuis de roulement et muni à l'une de ses extrémités d'un refroidisseur du type planétaire par exemple, caractérisé en ce qu'il consiste: - a supprimer le refroidisseur à l'extrémité du tube et la portion du tube qui lui est associée, ce qui augmente nettement la charge supportée par l'appui situé au niveau de la partie centrale du tube; - à sectionner ledit tube sensiblement au niveau de sa partie centrale; - et à remplacer l'une des parties du tube ainsi sectionné par au moins un tronçon de tube de diamètre plus petit que celui de la partie restante du tube que l'on conserve et qui est raccordée audit tronçon, de façon que la charge supportée par l'appui dudit tronçon au niveau de ladite partie centrale soit ramenée à une valeur plus faible et sensiblement identique à la valeur initiale de la charge supportée par l'appui au niveau de la partie centrale du four muni du refroidisseur et utilisé pour effectuer la transformation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccordement du tronçon de tube de diamètre réduit à la partie restante et conservée du tube s'effectue par l'intermédiaire d'une partie conique. 3. Procédé selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que le tronçon de tube précité formant la partie aval du four constitue une zone de cuisson de la matière, tandis que la partie restante du tube formant la partie amont du four constitue une zone de préparation. 262 1 9 93 4. Procédé selon l'une des revendications i à 3, caractérisé en ce qu'on installe, sans l'intégrer au four, un refroidisseur à grilles et un système de précalcination respectivement au niveau de l'extrémité aval et de l'extrémité amont de ce four. 5. Four rotatif obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes, et du type comprenant essentiellement un tube rotatif incliné et intérieurement chauffé dans lequel s'écoule la matière, caractérisé en ce que la zone aval de cuisson ou de clinkérisation de ce four est constitué par au moins un tube (1) de diamètre plus petit que celui de la zone amont (2) de préparation ou de précalcination de la matière. 6. Four selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre de la zone aval de cuisson précitée (1) est compris entre 75 et 95% du diamètre de la zone amont (2) de préparation précitée. 7. Four selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la longueur de la zone de cuisson précitée (1) est comprise entre 30 et 60% de la longueur totale du four. 8. Four selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le diamètre de la zone aval de cuisson (1) est compris entre 4 m et 5,1 m, et la longueur de ladite zone est comprise entre 20 et 60 m. 9. Four selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par une partie de raccordement conique (3) entre les zones de cuisson et de préparation, présentant un demi-angle au sommet compris entre 4 et 7 . 10. Four selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend trois bandages de support et de roulement (4, 5, 6) pour assurer la rotation du tube (T), deux bandages (4,5) étant agencés autour de la zone aval de cuisson à diamètre réduit (1), de telle façon que la partie de raccordement précitée (3) se situe dans une zone o le moment fléchissant est minimum. 11. Ligne de cuisson équipée d'un four rotatif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend en amont de la zone de préparation ou précalcination (2) un système de précalcination (10) non intégré au four.