Brevet FR2632716A1 — publié le 19891215

La présente invention concerne un four de calcination par voie rotative de produits divers tels que ciment, plâtre, cellulose, alumine, minerais, déchets à incinérer. On sait que dans les fours de calcination rotatifs actuels et notamment dans les fours de type horizontal, la calcination n'est jamais parfaite. En effet, la température la plus chaude du four se rencontre dans le noyau axial du produit en voie de calcination, ce noyau constituant la source chaude active de la réaction de calcination et pouvant atteindre une température de l'ordre de 1 000 al 2000C. Il existe ainsi un gradient de température important entre ce noyau et la paroi interne plus froide du four. Une partie du produits calciner a alors tendance à adhérer à cette paroi interne et n'est donc pas correctement soumise à l'action de la flamme du brûleur de calcination. Cette matière qui a adhéré à la paroi interne du four finit par tomber par blocs à des moments indéterminés à l'intérieur du four et en sort sous forme de morceaux plus ou moins gros. Ainsi, le produit calciné sortant du four non seulement n'est pas calciné à 100 %, mais présente en outre une granulométrie irrégulière et des agrégats de durée variable, ce qui augmente les dépenses d'énergie au niveau des broyeurs situés à la sortie du four. Il est également connu que, dans les fours de calcination rotatifs, les dépenses de combustible sont très importantes. En règle générale, l'énergie du combustible n'est utilisée qu'à 70 % de son pouvoir de combustion interne (PCI) et le coût de ce combustible représente entre 20 et 30 % du total des frais de production du four, ce qui est considérable. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus de la technique antérieure en tendant à une meilleure répartition de la température des produits à calciner à 1W intérieur du four etwen empêchant que des grosses masses de produits ne viennent adhérer à la paroi interne du four et permet également d'obtenir des économies de combustible. L'amélioration d'ensemble des performances du four conforme à l'invention est de l'ordre de 12 à 15 % compte tenu de l'obtention d'une granulométrie plus régulière et d'un débit supérieur en produit calciné à la sortie du four. Conformément à l'invention, le four de calcination est caractérisé en ce qu'il comprend, de préférence dans la zone de préchauffage, au moins un releveur pour lesdits produits, ce releveur étant monté sur la paroi interne du four en étant dirigé vers l'axe du four et étant soumis à une ventilation interne forcée, des moyens étant prévus dans le releveur pour conduire un fluide de ventilation à l'intérieur de ce dernier, de sorte que le releveur pénètre dans le noyau de la matière à calciner et la brasse, ce qui améliore sa calcination sans que la température du releveur atteigne la température dudit noyau. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une vue schématique, en partie arrachée, du four rotatif de calcination conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue partielle de l'intbrieur du four de la fig. 1 prise suivant la flèche II de la fig. 3, et montre à plus grande échelle notamment l'un des releveurs apparaissant à la fig. 1. La fig. 3 représente une coupe transversale du four de la fig. 1 au niveau du releveur de la fig. 2, mais est prise dans trois plans de coupes différentes, le releveur en bas à gauche étant vu au niveau de l'entrée du fluide de ventilation, le releveur en bas à droite étant vu au niveau de la ligne III - III de la fig. 2 et le releveur du haut étant vu au niveau de'la sortie du fluide de ventilation. La fig. 4 est une vue partielle à plus grande échelle, de la figq 3 et montre plus particulièrement le releveur de gauche en bas de cette figure. La fig. 5 est une coupe latérale schématique d'une variante de réalisation des figures précédentes. La fig. 6 est une vue partielle de face du four de la fig. 1 au niveau des releveurs. La fig. 7 est une vue, à plus grande échelle, d'un détail de la fig. 6. Au dessin et plus particulièrement à la fig. 1, on a représenté un four rotatif de type horizontal sous forme d'un tube métallique 1 revêtu intérieurement d'un briquetage de matière réfractaire 2. Le four est entraîné en rotation à partir d'une roue dentée 3 et repose de manière connue sous des supports 4 par l'intermédiaire de paliers tournants 5. Le four est légèrement incliné pour permettre un entraînement par gravité d'une matière à calciner-qui pénètre en 6 à l'amont du four et sort en 7 à la partie aval du four après avoir été calcinée pour être ensuite amenée à un refroidisseur puis à un système de broyage, non représentés. Afin d'assurer la calcination ci-dessus des produits amenés dans le four, un brtleur 8 à hydrocarbure liquide ou à charbon pulvérulent est prévu à la partie aval du four et est protégé par un capot de chauffe 9. La flamme du brûleur 8 délimite à l'intérieur du four trois zones principales à savoir : une zone de calcination 10, une zone centrale d'expansion 11 et une zone de préchauffage 12 des produits à calciner amenés en 6 dans le four par un tapis roulant. Selon l'invention, on prévoit, au moins dans la zone de préchauffage 12 du four, des pièces de forme sensiblement parallélépipédique ou releveurs 13 ancrées à la paroi du four et dont l'axe longitudinal est en général parallèle à l'axe du four. Toutefois et, de préférence, l'axe longitudinal des releveurs 13 peut faire un léger angle avec l'axe du four, par exemple un angle de l'ordre de 5 . Ainsi, lors de l'entraînement par gravité de la matière le long du four qui est lui-même entraîné en rotation, la matière subit un léger mouvement hélicoïdal favorisant son passage à l'intérieur du four et donc sa calcination. Il est possible de ne prévoir qu'un seul releveur 13 de longueur appropriée, ou plusieurs releveurs répartis le long du four et qui pénètrent plus ou moins en direction de l'axe longitudinal du four. A la fig. 3, on a ainsi représenté trois releveurs 13 considérés dans la zone de préchauffage 12 de la fig. 1, mais pris selon des plans de coupes différents. En effet, et comme on le voit mieux à la figure 4, les releveurs 13 selon l'invention sont soumis intérieurement à une ventilation forcée. Le fluide de ventilation est envoyé par un ventilateur 14 à l'entrée d'une canalisation de ventilation 15 qui parcourt le releveur 13, le fluide de ventilation sortant en 16 (fig. 3) dans une chambre de récupération et de dépoussiérage silhouettée en 17 à la fig. 1, pour être ensuite évacué vers l'atmosphère par une cheminée de dégazage de type usuel et non représentée. Le fluide de ventilation traversant la conduite de ventilation 15 est en général de l'air qui peut être éventuellement additionné d'eau vaporisée arrivant en 14a dans le ventilateur. Lors du fonctionnement du four, et comme on le voit à la fig. 3, une partie de la matière à calciner vient prendre appui sur l'un des releveurs ou, selon le cas, sur le releveur unique et, au cours de la rotation du four, la matière en voie de calcination suit un trajet sensiblement tel que représenté par les flèches en traits pleins à cette figure. La fig. 3 montre également en traits discontinus un diagramme de rayonnement de la chaleur développée par le brûleur 8 de la fig. 1 à W l'intérieur de la matière tournant dans le four et qui s'écoule de la partie amont 6 du four jusqu a sa partie aval 7. On voit ensuite qu'un noyau 18 de matière en suspension très chaude, présentant une température de l'ordre de 1 000 à 1 2000C, se forme sensiblement le long de l'axe longitudinal du four et constitue la source chaude active de la réaction de calcination, la chaleur rayonnant du noyau 16 jusqu'à laparoi 2 du four qui se trouve alors à une température sensiblement inférieure. Toutefois, et du fait des releveurs 13, la matière à calciner est brassée à l'intérieur du four et a tendance à pénétrer plus profondément à l'intérieur du noyau en suspension 16, ce qui permet une meilleure calcination. En outre,- et pour favoriser encore le brassage de la matière, on peut prévoir à l'intérieur des releveurs 13 des passages 19 (voir fig. 2b traversant les releveurs et par lesquels passe la matière au cours de son mouvement, comme on le voit en 20 à la fig. 3. L'expérience a montré qu'en l'absence de la ventilation forcée mentionnée précédemment des releveurs 13, on obtient effectivement une amélioration de la calcination mais que ces releveurs, fabriqués alors par exemple en béton réfractaire armé, se désagrègent plus ou moins rapidement. En effet, ces releveurs sont soumis à des chocs thermiques importants du fait de leur pénétration dans le noyau de source chaude 18. Comme on le voit bien à la fig. 4, les releveurs conformes à l'invention sont ancrés en 21 sur une virole du tube 1 du four et sur laquelle est monté le ventilateur 14, ainsi que son moteur 22 qui est alimenté comme on le verra plus loin en référence avec les fig. 6 et 7. La conduite de ventilation 15 est à la fig. 4 formée en fonte réfractaire moulée et constitue une carcasse pour du béton réfractaire 23 formant l'extérieur du releveur mais pouvant éventuellement être recouvert d'une tôle d'acier réfractaire 24. Notamment en l'absence du revêtement d'acier réfractaire 24 le béton réfractaire 23 est un béton à haute résistance à l'abrasion du type coffré et coulé. La conduite de ventilation 15 est reliée à la conique 15a d'entrée d'air du ventilateur 14. Des passages 25 sont moulés dans la conduite de ventilation 15 pour le montage d'entretoise de raidissement 26 formant refroidisseur par échange thermique entre le béton réfractaire 23 et le fluide de refroidissement sortant du ventilateur 14 et passant par la conduite de ventilation 15 par l'intermédiaire de la conique 15a. Afin de maintenir le béton réfractaire 23 sur la conduite de ventilation 15, et servir également pour le refroidissement de l'ensemble du releveur 13, on prévoit une armature fixée sur les entretoises 26 et comprenant une succession de tiges métalliques de forme sensiblement trapézoïdale 27. Les tiges métalliques 27 sont de préférence réalisées en acier inoxydables réfractaires et sont reliées à des fers en V 28, également de préférence en acier inoxydable de même matière et formant l'armature pour le côté du releveur, tandis que l'armature pour le sommet du releveur dirigé vers le noyau 18 de la fig. 3 est constituée par des rouleaux métalliques 29 en acier inoxydable de même type par exemple. Comme on l'a vu plus haut, la conduite de ventilation 15 traverse longitudinalement le releveur 13 en y entrant près d'une de ses extrémités et en sortant près de son autre extrémité (voir également la fig. 5). Du fait de l'armature décrite plus haut qui est formée des entretoises 26, des tiges trapézoïdales 27, des fers en V 28 et des rouleaux métalliques 29, et qui se trouve en contact thermique avec le fluide de refroidissement forcé traversant la conduite de ventilation 15, l'ensemble du releveur est soumis à un refroidissement. Chacun des releveurs 13 se trouve ainsi toujours à une température inférieure à celle régnant à l'intérieur du four il est possible aussi de monter tout un système d'ailettes de refroidissement sur la conduite de ventilation 15. En outre, et du fait de cette ventilation, il est possible de réaliser des releveurs plus longs et pénétrant plus profondément dans le noyau de source chaude 16, ce qui permet encore de mieux brasser-la matière et de la calciner plus profondément. il devient alors possible de raccourcir le four tout en obtenant une granulométrie plus fine du produit calciné en sortie du four. Bien que cela n'ait pas été représenté, il est évident que seuls certains releveurs peuvent être munis de leur propre ventilateur, la sortie de la conduite de ventilation de ces releveurs étant alors reliée à l'entrée de la conduite de ventilation d'un autre releveur. Les divers releveurs peuvent ainsi être ventilés successivement en série à partir d'fun même ventilateur auquel on peut d'ailleurs adjoindre un pulvérisateur d'eau comme on l'a vu précédemment. De même, il est possible de prévoir plusieurs ventilateurs pour un même releveur, et également de réaliser une ventilation par aspiration. A la fig. 5, on a représenté en 13a une variante de réalisation du releveur des figures précédentes. Le releveur 13a est réalisé totalement en fonte refractaire moulée. Comme le releveur 13 de la fig. 2, le releveur 13a présente de préférence des ouvertures transversales, référencées ici 19a. Toutefois, le releveur 13a est entièrement creux et la conduite de ventilation 15 qu'il délimite présente des passages 30 pour le montage d'entretoises semblables aux entretoises 26 des figures précédentes et formant refroidisseur de la masse du releveur lorsqu'un fluide de refroidissement pénètre en 31 dans le releveur 13a et sort en 32 après avoir passé autour desdites entretoises. En se référant aux fig. 6 et 7, on voit une disposition permettant l'alimentation électrique des ventilateurs 14 des figures précédentes. Un ensemble 33 de lignes en cuivre de fils conducteurs de courant triphasé 331' 332' 333 et 33n est n fixé par des viroles 34 autour du four et alimente le moteur du ventilateur 14 à partir d'un contacteur disjoncteur 35 relié lui-même à une source de courant triphasé. A cet effet, des bobines en matière céramique 36 d'isolation des conducteurs électriques portent des guides de contact 37 reliés par un ressort de compensation 38 à des prises de contact électriques 39 ellesmêmes reliées au contacteur disjoncteur 35. Un thermocouple 40 est en outre relié à une ligne 41 et assure une fonction de coupure de sécurité de l'alimentation du ventilateur 14 d'une manière connue en soi. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS I - Four de calcination par voie rotative de produits divers tels que du ciment, du plâtre, de la cellulose, de l'alumine, des minerais et des déchets à incinérer, caractérisé en ce qu'il comprend, de préfé rence dans la zone de préchauffage (12), au moins un releveur (13, 13a) pour lesdits produits, ce releveur étant monté sur la paroi interne (2) du four (1) en étant dirigé ver l'axe du four et étant soumis à une ventilation interne forcée, des moyens (14, 15) étant prévus dans le releveur pour conduire un fluide-de ventilation à l'intérieur de ce dernier, de sorte que le releveur (13) pénètre dans le noyau (18) de la matière à calciner et la brasse, ce qui améliore sa calcination sans que la température du releveur atteigne la température à l'intérieur du four, le fluide de ventilation étant, à la sortie du releveur, de préférence envoyé vers une cheminée de dégazage par l'intermédiaire d'une chambre de récupération (17). 2 - Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le releveur (13, 13a) est réalisé en fonte réfractaire éventuellement entourée de béton réfractaire (23) à haute résistance à l'abrasion. 3 - Four selon l'une des revendications I ou caractérisé en ce que le releveur (13, 13a) est muni de barres, tubes métalliques, ailettes ou autres (26, 27, 28, 29) dont une partie au moins est soumise au fluide de ventilation interne forcée et sert de refroidisseur pour l'ensemble du releveur. 4 - Four selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le releveur présente extérieurement un revêtément d'acier réfractaire (24). 5 - Four selon-l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un groupe de trois releveurs (13, fig. 3) disposés sur la longueur du four. 6 - Four selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un au moins des releveurs comprend son propre organe de ventilation, les autres releveurs étant tels que la sortie du releveur ventilé est reliée à l'entrée d'un autre releveur. 7 - Four selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les releveurs (13, 13a) sont munis de passage (19, 19a) permettant la traversée des produits à calciner au fur et à mesure de leur brassage par les releveurs. 8 - Four selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'alimentation électrique des organes de ventilation se fait par l'intermediaire de conducteurs glissant sur des lignes de fils électriques conducteurs (33) fixés autour du four. 9 - Four selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le fluide de ventilation est de l'air éventuellement additionné d'eau. 10 - Four selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les releveurs sont de forme sensiblement parallélépipédique et leur axe longitudinal est parallèle ou légèrement incliné par rapport à l'axe longitudinal du four, par exemple selon un angle de l'ordre de 50, de manière à faire subir un léger mouvement hélicoïdal aux produits à calciner 3 l'intérieur du four.