Brevet FR2692344A1 — publié le 19931217

L'invention concerne un dispositif d'obturation d'un orifice d'évacuation d'une cuve contenant un magma vitreux en fusion issu notamment de la vitrification de déchets solides, pâteux, liquides de toute sorte : ordures ménagères, déchets hospitaliers, déchets industriels banals et toxiques, amiante, etc. L'invention concerne également un procédé d'évacuation en semi continu d'un magma vitreux en fusion contenu dans une cuve et la cuve munie d'un tel dispositif. Les procédés connus d'élimination des déchets par vitrification consistent à porter dans un four approprié ces déchets à une température où ceux-ci sont transformés en magma vitrifié liquide. La température de vitrification est aux environs de 1500"C. Cependant, selon la nature des déchets, cette température peut être inférieure ou supérieure à celle ci-dessus mentionnée. L'évacuation du magma est assurée normalement par un orifice situé à la base de la cuve contenant celui-ci. Néanmoins, lors du retrait du bouchon, la différence de température existant entre les milieux intérieur et extérieur, provoque la solidification d'une partie du magma dans l'orifice lui même, conduisant à une obturation partielle ou totale de celui-ci. L'invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients. Ainsi, un des objets de l'invention est de proposer un dispositif d'obturation assurant une évacuation régulière et liquide du magma vitreux, lorsque ledit dispositif est retiré et par ailleurs, une obturation étanche de l'orifice lorsque ce dispositif est repositionné. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé avantageux permettant l'évacuation en semi continu du magma vitreux formé à l'intérieur de la cuve à l'aide d'une cuve munie d'un tel dispositif. Selon la présente invention, le dispositif d'obturation de l'orifice d'évacuation d'une cuve pouvant contenir un magma vitreux en fusion issu notamment de la vitrification des déchets est caractérisé en ce que ledit dispositif est formé d'un matériau anti-adhérent vis-à-vis du magma vitreux, en ce qu'il est constitué d'un corps de forme appropriée à l'orifice ayant une section interne en contact avec le magma et une section externe et ayant un un volume tel qu'un espace libre régulier est laissé entre la paroi dudit orifice et la surface, en regard, dudit corps lorsque celui-ci est positionné à l'intérieur de l'orifice selon l'axe de celui-ci, en ce que ladite surface est pourvue de moyens associés audit corps, disposés de telle manière qu'ils dégagent des intervalles libres s'étendant sur toute la longueur de la surface du corps tout en assurant le positionnement et le blocage de celui-ci dans l'orifice et en ce que ledit dispositif est refroidi par un moyen approprié. Ce dispositif permet d'éviter les inconvénients décrits ci-dessus, liés à la solidification partielle ou totale du magma vitreux liquide lors de l'évacuation par l'orifice. L'orifice d'évacuation est situé à la base de la cuve. Généralement, la cuve aura une forme de révolution avec un fond comportant un retour vers l'intérieur formant ainsi un pied de bain et l'orifice comportant le dispositif d'obturation sera situé sur la paroi latérale à proximité du fond, de façon à se trouver approximativement en regard du pied de bain. La cuve est généralement en matériau réfractaire ou en métal. Parmi les matériaux dont le dispositif peut être formé, on peut citer l'acier, l'inox, le cuivre, à titre indicatif, et en général tout matériau anti-adhérent, assurant une bonne tenue mécanique et un transfert d'énergie calorifique correct. On comprendra au vu de la définition générale de l'invention indiquée plus haut, que lorsque les déchets contenus dans la cuve sont transformés en magma vitrifié liquide, ledit magma circule dans les intervalles sus-mentionnés et est transformé en magma solide du fait du refroidissement du dispositif formant ainsi une couche de contact étanche entre la surface du corps et la paroi dudit orifice. Compte tenu de la nature anti-adhérente du corps et des moyens associés vis-à-vis du magma vitreux, le dispositif d'obturation peut être retiré permettant ainsi l'évacuation du magma liquide formé dans la cuve. Les couches de magma vitrifié solide formées par l'écoulement précédent du magma liquide sont désagrégées par ce retrait, une partie étant entraînée sous forme solide et le restant étant reliquéfié par contact avec le magma liquide provenant de la cuve. Le retrait et l'obturation subséquente s'effectuent aisément notamment au moyen d'un axe fixé à la base du dispositif sur la section externe. Afin d'éviter toute détérioration de cet axe, on le protègera avantageusement par une coquille de forme cylindrique arrêtant le flux de chaleur provenant du magma liquide. En général, les moyens associés au corps doivent être suffisamment nombreux pour éviter que les couches de magma vitrifié solide formées dans les intervalles acquièrent une cohésion trop importante empêchant la désagrégation lors du retrait du dispositif et rendant par là même ce retrait plus difficile. Ces moyens sont avantageusement disposés régulièrement sur la surface dudit corps. Le refroidissement du dispositif est assuré par exemple par circulation notamment d'eau à l'intérieur du corps et avantageusement à l'intérieur de la coquille de protection également. La température de l'eau à la sortie est avantageusement inférieure ou égale à 60 C. Selon une première variante préférée, le corps est un corps de révolution de préférence tronconique, la petite section étant dirigée vers l'intérieur de la cuve, cette forme permet une évacuation dans des conditions améliorées du magma vitreux. De façon générale, l'angle d'ouverture O du corps sera compris entre 15 et 450. De préférence encore, les moyens assurant le positionnement et le blocage du corps sont constitués par des ailettes longitudinales disposées régulièrement autour de la surface du corps. Ces ailettes sont de préférence rectilignes et dans un plan passant par l'axe de la forme du corps. Ainsi, les intervalles limités par deux nervures s'étendent à partir de la petite section qui est en contact avec l'intérieur de la cuve jusqu'à la grande section qui se trouve tournée vers l'extérieur. Selon une variante avantageuse de la présente invention, la face du corps principal en contact avec l'intérieur de la cuve (section interne) est surmontée d'une projection effilée elle-même refroidie, permettant la formation d'une croûte de magma vitrifié solide à l'intérieur même de la cuve. De préférence, cette projection aura la forme d'une ogive de section sensiblement plus petite que la face du corps (section interne) sur laquelle elle est fixée. Le profil de l'ogive facilite le redébouchage naturel de la coulée. De plus, la section transversale de ladite ogive détermine le débit de coulée. L'invention concerne également, un procédé semi continu d'évacuation d'un magma vitrifié liquide formé dans une cuve appropriée et notamment provenant de déchets, caractérisé en ce que l'obturation de l'orifice d'évacuation est assurée par un dispositif d'obturation tel que décrit ci-dessus, la température du dispositif refroidi étant telle qu'elle permet la formation d'un magma vitrifié solide dans les intervalles, puis en ce que lorsqu'on souhaite évacuer le magma liquide, on retire le dispositif puis en ce que lton replace ledit dispositif lorsque la quantité désirée de magma a été évacuée, avec la condition que la quantité restante de magma maintienne la zone inférieure du bord interne de l'orifice à une température suffisante pour conserver le magma à l'état liquide. De préférence, l'orifice sera situé sur la paroi latérale de la cuve et selon un axe horizontal. Selon une variante avantageuse, le fond de la cuve s'étend en pente douce en partant de la zone diamétralement opposée à celle où est situé l'orifice puis, à proximité de l'orifice, s'incline par une rupture de pente dégageant ainsi un pied de bain. De préférence, la génératrice inférieure de l'orifice dans le cas d'un orifice tronconique est dans le plan de ladite pente douce. Le pied de bain évite le point froid qui gênerait l'écoulement par solidification du magma. L'invention concerne également la cuve munie d'un tel dispositif d'obturation et du pied de bain. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale selon AA du dispositif selon la figure 1, introduit dans l'orifice d'évacuation de la cuve. La figure 3 est une vue en perspective de l'arrière du dispositif. Selon les figures 1 et 3, le dispositif d'obturation (I) est formé d'un corps (2) de forme tronconique dont la grande section (3) est tournée vers l'extérieur de la cuve, alors que la petite section (4) est destinée à venir en contact avec l'intérieur de la cuve. Cette section (4) est surmontée d'une projection (5) en forme d'ogive pénétrant à l'intérieur de la cuve. La surface de révolution (6) limitée par les sections (4) et (3) est pourvue d'ailettes (7) longitudinales colinéaires à la génératrice de ladite surface. Un axe (8) permettant de guider ledit dispositif d'obturation est fixé au centre de la section (3). Cet axe permet également le retrait dudit dispositif tout en évitant une manipulation dangereuse. Par ailleurs, cet axe est protégé par une coquille hémi-cylindrique (9) qui assure la protection de l'axe lors du retrait du dispositif d'obturation. En effet, la coulée de magma débouchant à l'extérieur, dégage un flux de chaleur susceptible d'endommager cet axe ou à tout le moins de le déformer. Les ailettes sont disposées régulièrement tout autour de la surface (6). Dans ce cas, les ailettes sont au nombre de 8. En général, le nombre d'ailettes dépendra de la circonférence du corps, de façon à assurer, comme cela a été expliqué précédemment, un retrait convenable du dispositif d'obturation. Selon la figure 2, une cuve (14) de forme cylindrique est pourvue d'un orifice 10 sur la paroi latérale à proximité du fond. Le fond est formé d'une pente douce (18) partant de la zone diamétralement opposée à celle où est situé l'orifice (10) de forme tronconique, la génératrice inférieure du bord de l'orifice étant dans le plan de ladite pente douce, celle-ci étant prolongée, à proximité de l'orifice, par une pente (19) plus inclinée jusqu'au niveau de l'orifice dégageant ainsi un pied de bain (20). Le dispositif d'obturation est positionné à l'intérieur de l'orifice (10), lui-même de forme tronconique identique à celle du dispositif d'obturation, avec une longueur L, correspondant à l'épaisseur de la cuve, égale à la longueur du dispositif alors que le rayon de cet orifice est égal au rayon du corps (2) augmenté de la largeur de la tranche du volume tronconique défini par les ailettes (7). Ainsi, il est possible de positionner et de bloquer le dispositif d'obturation par contact des ailettes avec la paroi de l'orifice. Cette disposition laisse ainsi des intervalles libres (11) s'étendant entre deux ailettes de la petite section à la grande section, et permettant ainsi au magma liquide présent à l'intérieur de s'infiltrer et d'obturer ces intervalles en se solidifiant. Par ailleurs, le dispositif est refroidi à l'aide d'une circulation d'eau à l'intérieur du corps, au moyen d'une entrée (12) et d'un circuit interne approprié (non figuré). Selon une variante avantageuse, la sortie (13) est située à l'extrémité inférieure de la coquille, ce qui permet de refroidir celle-ci et d'améliorer encore l'effet de protection vis-à-vis de l'axe. En outre, la projection (5) du fait de sa température inférieure à celle du magma en fusion situé à l'intérieur de la cuve, permet la formation d'un cône (17) de magma vitrifié solide s'étendant à partir d'une certaine distance du sommet de la projection jusqu'au bord intérieur (16) de l'orifice. A titre d'exemple, les ailettes ont une hauteur comprise entre 1 et 3 cm et sont espacées de 4 à 5 cm chacune. Le dispositif selon l'invention, le procédé et la cuve permettant de mettre en oeuvre le procédé, sont particulièrement adaptés aux procédés de vitrification décrits dans la demande de brevet français déposée par la Demanderesse le 18 décembre 1990 sous le numéro 90 15850. L'invention est ainsi particulièrement adaptée à la destruction des déchets tels que - l'amiante, - les déchets hospitaliers, - les boues des stations d'épuration, - les boues industrielles, - les PCB, les gaz dangereux et à l'élimination des odeurs désagréables. REVENDICATiONS 1. Dispositif d'obturation (1) de l'orifice (10) d'une cuve (14) pouvant contenir un magma vitreux en fusion issu notamment de la vitrification des déchets, caractérisé en ce que ledit dispositif est formé d'un matériau anti-adhérent vis-à-vis du magma vitreux, en ce qu'il est constitué d'un corps (2) de forme appropriée à l'orifice ayant une section interne (4) en contact avec le magma et une section externe (3) d'un volume tel qu'un espace libre régulier est laissé entre la paroi dudit orifice et la surface en regard dudit corps lorsque celui-ci est positionné à l'intérieur de l'orifice dans l'axe en ce que ladite surface est pourvue de moyens (7) associés audit corps disposés de telle manière qu'ils dégagent des intervalles libres s'étendant sur toute la longueur du corps tout en assurant le positionnement et le blocage de celui-ci dans l'orifice, ledit dispositif étant refroidi par un moyen approprié. 2. Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps présente une forme de révolution. 3. Dispositif d'obturation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps présente une forme tronconique, la petite section étant du côté de la face interne de la cuve. 4. Dispositif d'obturation selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle d'ouverture du cône est compris entre 15 et 45 . 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que les moyens associés audit corps sont des ailettes longitudinales disposées régulièrement sur la surface du corps. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes sont disposées suivant l'une des génératrices du corps de révolution. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens associés au corps doivent être suffisamment nombreux pour éviter que les couches de magma vitrifié solide formées acquièrent une cohésion trop importante. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte sur sa face interne en contact avec le magma une projection, notamment en forme d'ogive. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de refroidissement est constitué par un circuit intérieur au corps alimenté par une entrée et une sortie. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que à la face externe est fixé un axe assurant le positionnement et le retrait du dispositif et en ce que ledit axe est protégé par une coquille cylindrique. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement passe par la coquille cylindrique. 12. Procédé semi-continu d'évacuation d'un magma vitrifié liquide formé dans une cuve appropriée et notamment provenant de déchets, caractérisé en ce que l'obturation de l'orifice d'évacuation est assuré par un dispositif d'obturation tel que défini aux revendications 1 à 10, la température du dispositif refroidi étant telle qu'elle permet la formation d'un magma vitrifié solide dans les intervalles, puis en ce que lorsque l'on souhaite évacuer le magma liquide, on retire le dispositif, puis en ce que l'on replace ledit dispositif lorsque la quantité désirée a été évacuée avec la condition que la quantité restante de magma maintienne la zone inférieure du bord interne de l'orifice à une température suffisante pour conserver le magma à l'état liquide. 13. Cuve à vitrification de déchets pour mettre en oeuvre le procédé de la revendication 12, comportant à proximité de sa base sur une paroi latérale un orifice muni d'un dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 11 et en ce que le fond de la cuve comporte un retour vers l'intérieur formant un pied de bain en regard de l'orifice. 14. Cuve à vitrification de déchets selon la revendication 13, caratérisée en ce que l'orifice est situé sur la paroi latérale de la cuve et selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de ladite cuve.