Brevet FR2700327A1 — publié le 19940713

La présente invention a pour objet un procédé de pilotage d'un four à plâtre ainsi que le dispositif associé. Le gypse que l'on transforme pour fabriquer du plâtre est l'espèce minérale naturelle de formule CaSO4, 2H20. Ce gypse doit être déshydraté pour former des semihydrates de formule générale CaSO4, 0,5H20, et les différentes variétés de semi-hydrates obtenues se différencient par leur état de cristallisation qui est lié au procédé de fabrication et aux conditions de cuisson. Ainsi, si l'on réalise une déshydratation du gypse sous pression, la formation des semi-hydrates est régie par un mécanisme de dissolution-recristallisation en milieu liquide et on obtient la variété dite a. Si l'on opère par contre à des pressions inférieures à 1 bar, l'eau contenue dans le gypse s'élimine à l'état de vapeur sèche et on obtient un solide micro-poreux, la variété P. Dans la réalité, ces deux variétés a et ss sont obtenues dans les deux cas extrêmes mais nécessairement les transformations industrielles conduisent à ltob- tention de produits contenant des mélanges de variété a et de variété ss. Ainsi les semi-hydrates P industriels obtenus, qui sont généralement préparés par calcination du gypse à 1400 C contiennent une certaine proportion de va riété a lorsque la cuisson est réalisée dans des fours à la pression atmosphérique. Les proportions a, P, varient en fonction des grades en température et de pression de vapeur d'eau dans la masse soumise à la calcination. Il convient donc de réaliser des plâtres de type semi-hydrates avec néanmoins une certaine proportion de phase a. Par ailleurs, le gypse est introduit dans des fours marmites à axe de rotation horizontal et ce type de four travaille en continu mais avec des charges successives subissant chacune un cycle. Ce four marmite comprend un orifice d'entrée servant au chargement et un orifice de sortie servant au déchargement. L'orifice d'entrée peut être obturé au moyen d'une porte amovible et il est alimenté par un chargeur de type projeteur par exemple. Le four marmite est disposé dans une maçonnerie réalisée en matériau réfractaire dans laquelle débouchent des brûleurs, ce qui assure la mise en température de l'enceinte du four. Cette enceinte est montée rotative autour de son axe longitudinal horizontal et cette enceinte est par ailleurs montée sur des systèmes de pesée en continu. L'orifice de sortie débouche dans une boîte qui assure une certaine étanchéité avec l'extrémité de l'enceinte et cette boîte est reliée à sa partie inférieure à une trémie qui débouche dans une vis d'Archimède chargée de l'évacuation du plâtre fabriqué après cuisson du gypse. A la partie supérieure, cette boîte est reliée à un conduit d'évacuation des buées ainsi que cela sera décrit ultérieurement. Par ailleurs, afin d'évacuer ces buées, il est prévu un système d'aspiration monté sur les conduits d'évacuation des buées et sur les différents moyens d'évacuation du plâtre fabriqué. Cette aspiration comprend de façon générale un ventilateur, avec un filtre interposé entre ce ventilateur et les différents conduits d'évacuation du four. Sur les installations existantes, les moyens d'aspiration comprennent un aspirateur et un volet de ré- glage dont la position est réglée préalablement et reste inchangée au cours des cycles. Le système est complété de façon connue par un système d'alimentation des brûleurs et par un ensemble de conduits d'évacuation des gaz brûlés. En outre, le four est complété par des moyens permettant un meilleur échange thermique entre l'ambiance chaude contenue dans l'enceinte en matériau réfractaire et l'enceinte proprement dite du four ainsi que des éléments tels que des spirales disposées à l'intérieur de l'enceinte et permettant en fonction du sens de rotation de l'enceinte dtintro- duire le gypse, de le faire progresser ou bien d'évacuer le plâtre après cuisson du gypse. Le fonctionnement d'un tel four est le suivant. Une quantité prédéterminée de gypse est introduite à l'aide d'un projeteur d'alimentation à travers lto- rifice d'entrée dans l'enceinte proprement dite du four. Durant cette étape les moyens d'aspiration sont mis en marche afin de créer une dépression à l'intérieur du four. Les brûleurs ayant préalablement été mis en route, l'enceinte proprement dite du four est chauffée à la température adéquate de façon à transformer le gypse de formule CaSO4, 2H20 en semi-hydrate CaS04, 0,5H20. Dans ce but, la porte d'entrée est mise en place de façon à obturer l'orifice d'entrée. Les moyens d'aspiration permettent d'évacuer la vapeur d'eau générée par la déshydratation du gypse. Deux problèmes sont alors posés. Le premier concerne la transformation du gypse car la dépression étant très importante on obtient en quasi totalité de la forme P, à l'exclusion de toute forme a, ce qui conduit à un produit de faible in térêt. Par ailleurs, le moyens d'aspiration créent une dépression qui génère un second problème à savoir que du gypse cru circule par l'orifice de sortie et s'accumule dans la boîte de sortie et ce gypse cru est conduit à travers la trémie dans le circuit d'évacuation du plâtre fabriqué auquel il se mélange. Aussi, dès que le plâtre fabriqué dans l'enceinte est évacué, à travers la boîte de sortie, la trémie et la vis d'Archimède, par mise en rotation en sens inverse de cette enceinte, il y a un mélange du gypse cru avec le plâtre proprement dit. Le produit fabriqué présente des défauts de qualité. Le cycle suivant consiste après évacuation d'une grosse partie de la première charge à introduire à nouveau le complément en gypse et à opérer un nouveau cycle. Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif qui permettent de pallier les inconvénients précités et notamment qui conduisent à la fabrication d'un produit de qualité ctest-à-dire un semi-hydrate avec une certaine quantité de produit tendant vers la forme a et par ailleurs qui évite le mélange de gypse cru avec le plâtre ainsi fabriqué. A cet effet, le procédé de pilotage d'un four à plâtre selon l'invention, qui est un four du type continu, à charges successives, avec une enceinte comprenant un orifice d'entrée et une porte d'entrée, des moyens de chauffage de cette enceinte, des moyens de chargement d'un mélange cru et de déchargement du plâtre par l'orifice de sortie du four, et des moyens pour mettre l'enceinte en dépression ainsi que des moyens de pesage en continu du produit contenu dans le four, se caractérise essentiellement en ce que, pour un cycle de cuisson il comprend les étapes suivantes - chargement du mélange cru dans le four, - maintien d'une faible dépression durant le chargement porte ouverte, - fermeture de la porte, dès que les moyens de pesage enregistrent la valeur de consigne du poids de chargement, - maintien de la dépression, - chauffage et cuisson du produit avec maintien d'une faible dépression correspondant à la tension de vapeur maximale admissible à l'intérieur de lten- ceinte, et - abaissement de la dépression durant le défournement, dès l'ouverture de la porte de l'orifice d'en trée. Toujours selon le procédé de l'invention, on prévoit de réguler la valeur de dépression dans l'enceinte et de la maintenir à une valeur inférieure à celle de la pression atmosphérique de façon à prendre en compte les variations de taux d'humidité de l'air introduit, du taux d'humidité du produit cru, des conditions de pression extérieure, et de la quantité de vapeur issue de la déshydratation du gypse. Plus particulièrement, cette dépression est maintenue entre 0,2 et quelques millimètres de hauteur d'eau, de préférence 0,5. Le dispositif selon l'invention comprend essentiellement - une enceinte munie d'un orifice d'entrée avec une porte d'obturation, ainsi que d'un orifice de sortie, - des moyens de chargement disposés au droit de lto- rifice d'entrée, - des moyens de défournement disposés à la sortie de l'enceinte, complétés par des moyens d'évacuation du plâtre produit, - des moyens de pesée en continu du produit contenu dans l'enceinte, - des moyens d'aspiration des buées disposés à la sortie de l'enceinte, ainsi que des moyens de filtration de ces buées, et ce dispositif se caractérise plus particulièrement en ce qu'il comprend des moyens d'asservissement des moyens d'aspiration en fonction des différentes étapes du cycle de déshydratation du gypse. Plus particulièrement, selon une caractéristique importante de l'invention, les moyens de pilotage comprennent une sonde de mesure de pression et un régulateur de commande des moyens d'aspiration de façon à réguler la dépression dans l'enceinte durant les phases de chargement, de cuisson et de déchargement et à maintenir dans l'enceinte une tension de vapeur nécessaire pour une bonne transformation du gypse tendant vers la phase a. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la sonde de mesure est un pressostat disposé dans le circuit d'évacuation des buées. Quant aux moyens d'aspiration selon l'invention, ils comprennent un volet de commande de débit, disposé en amont d'un aspirateur, lui-même disposé en aval des filtres. De plus, de façon à contrôler la température à coeur du produit, à veiller à sa bonne transformation et à sa bonne déshydratation, le dispositif selon l'invention comprend une canne pyrométrique plongeant dans le produit contenu dans l'enceinte. L'invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation particulier accompagné d'une description des différentes étapes du procédé, ceci en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en élévation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe transversale de ce même dispositif, et - la figure 3 représente une courbe du traitement en continu du gypse en vue de la production de plâtre avec les cycles successifs. Sur la figure 1 on a représenté une enceinte 10, de four munie d'un orifice d'entrée 12 avec une porte d'obturation 14 ainsi qu'un orifice de sortie 16. Ce dispositif est complété par des moyens de chargement 18 disposés au droit de l'entrée 12 de l'en- ceinte 10, ainsi que des moyens de défournement 20, disposés au droit de l'orifice de sortie 16 avec des moyens d'évacuation 22 du plâtre ainsi produit. Le dispositif comprend également des moyens de pesée 24 ainsi que des moyens d'aspiration 26 des buées disposés en aval de la sortie de l'enceinte ainsi que des moyens de filtration 28. Le chauffage de l'enceinte est assuré par une chambre 30 en matériau réfractaire dans laquelle débouchent des brûleurs 32 alimentés par un système dtin- jection de combustible 34, les fumées étant extraites par des moyens d'évacuation 36 comprenant une aspiration 38, l'ensemble débouchant dans une cheminée 40. Ce dispositif est en outre complété par des moyens d'asservissement 42, un pressostat 44 et un circuit d'évacuation des buées 46, reliant la sortie du four au filtre 28 de façon parallèle au circuit d'évacuation du plâtre. La température à coeur du produit est mesurée grâce à une canne pyrométrique 48, également représentée sur cette figure 1. L'enceinte 10, du type cylindrique, dite également four marmite, est montée à rotation autour de son axe longitudinal 50 et entraînée en rotation par des moyens moteurs 52, ces moyens moteurs comportant également un inverseur. Cette enceinte de type connu, comprend des spires internes qui permettent de faire progresser le me- lange à l'intérieur du four pour en assurer le malaxage, ces spires 54 étant mieux représentées sur la vue en coupe de la figure 2. De telles spires permettent également par inversion du sens de rotation d'évacuer le produit par ltori- fice de sortie 16. La quasi totalité de cette enceinte est disposée à l'intérieur d'une construction en matériau réfractaire 30 qui assure le chauffage de cette enceinte grâce aux brûleurs 32. L'enceinte a un profil de type connu, tel que représenté sur la figure 2, qui permet une circulation des gaz chauds autour du four avant qu'ils ne soient évacués. Les moyens de défournement 20 comprennent une boite collectrice 56, montée tout autour de l'orifice de sortie 16, cette boite collectrice débouchant dans une trémie 58 prévue pour collecter le plâtre produit qui est évacué à l'aide d'une vis d'Archimède 60 constituant l'élément principal des moyens d'éva- cuation 22. Le plâtre produit est transféré hors de l'enceinte par l'orifice de sortie 62 de ces moyens d'évacuation. Sur la figure 3, on a représenté une courbe correspondant à des cycles de fabrication. Cette courbe correspond à l'évolution de la température du produit dans l'enceinte en fonction du temps. Lorsque le produit est enfourné, la température a est à 165O C environ puis elle chute à une valeur b de l'ordre de 90 C jusqu'à ce que le produit se ré- chauffe, ensuite la température remonte jusqu'à une valeur c de l'ordre de 1250 C et elle reste sensiblement stable ce qui correspond au palier de déshydratation lorsque l'eau est éliminée du gypse et que le produit commence à monter en température après avoir perdu son eau jusqu'à une valeur de l'ordre de 1580 C, correspondant au point d. Dès lors le plâtre de la qualité recherchée est prêt et il est nécessaire de défourner dans un laps de temps relativement court, la température atteignant alors la valeur précédente du point a; le cycle est ainsi terminé. Ces différentes phases s'effectuent de la façon suivante en regard de la figure 1. Les moyens de chargement 18 après ouverture de la porte d'obturation 14, délivrent une première charge dans l'enceinte 10, tandis que les moyens d'entraînement 52 font tourner cette enceinte 10 autour de l'axe longitudinal 50 de telle façon que le gypse soit mélangé dans cette enceinte 10. Au fur et à mesure du chargement, les moyens de pesée 24 enregistrent l'augmentation de la charge jus qu'à ce que celle-ci atteigne une valeur de consigne prédéterminée. Pendant ce chargement, les moyens d'aspiration 26 sont en fonctionnement, l'aspirateur 25 travaillant en continu tandis que le volet 27 est ouvert de fa çon que la dépression enregistrée à l'aide du pressostat 44 soit très légèrement inférieure à la pression atmosphérique. Le pilotage du volet est assuré par les moyens d'asservissement 42. Dès que la valeur de consigne de chargement est atteinte et enregistrée par les moyens de pesage 24, la porte d'obturation 14 est fermée et les moyens d'asservissement 42 permettent de régler le volet 27 pour que la dépression reste très légèrement inférieure à la pression atmosphérique de l'ordre de 0,2 à quelques millimètres de colonne d'eau. Durant toute la phase de chargement, on remarque que l'aspiration très faible évite toute migration du plâtre cru dans la bote 56, dans la trémie 58, dans le filtre 28 et à fortiori dans la vis 60. Après cuisson, le four est en grande partie vidé et une partie, de l'ordre de 50 % par exemple subsiste dans l'enceinte 10. Durant cette phase de déchargement, les moyens d'asservissement 42 pilotent le volet 27 pour maintenir la dépression constante. Ainsi, selon le procédé de l'invention, l'asservissement de la dépression aux différentes parties du cycle permet de tenir compte des variations du taux d'humidité dans le four, c'est-à-dire du taux dthu- midité contenu dans le gypse enfourné, mais également de prendre en compte les variations du taux d'humidité en fonction de l'hygrométrie extérieure, de la saison, ou bien des conditions de pression nocturne ou diurne, et de la quantité de vapeur issue de la déshydratation du gypse. On obtient donc une amélioration de la cristallisation de la phase P pour tendre vers une phase a. Ceci est obtenu en maintenant la tension de vapeur à un niveau de dépression situé immédiatement en-dessous de la pression atmosphérique. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'un four à plâtre est travaillant en continu avec des charges successives comprenant une enceinte (10) avec une ouverture d'entrée muni d'une porte d'obturation (14), des moyens de chauffage (32, 34) de cette enceinte, des moyens de chargement (18) d'un mélange cru et des moyens de déchargement (20) du plâtre de cette enceinte à travers un orifice de sortie (16), des moyens (26) pour mettre l'enceinte en dépression ainsi que des moyens de pesage (24) du produit contenu dans le four, caractérisé en ce qu'un cycle de cuisson comprend les étapes suivantes - chargement du mélange cru dans le four, - maintien d'une faible dépression durant le chargement porte ouverte, - maintien de la dépression, - fermeture de la porte, lorsque est atteinte la valeur de consigne du poids de chargement, - chauffage et cuisson du produit avec maintien d'une faible dépression correspondant à la tension de vapeur maximale admissible à l'intérieur de lten- ceinte, et - déchargement avec maintien de la dépression. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on régule la valeur de la dépression dans l'enceinte et on maintient cette valeur inférieure à la pression atmosphérique de façon à prendre en compte les variations de taux d'humidité du mélange cru introduit, de l'air ambiant, des conditions de pression extérieure, et de la quantité de vapeur issue de la déshydratation. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on maintient la dépression à une valeur comprise entre 0,2 et quelques millimètres de hauteur d'eau, de préférence 0,5. 4. Dispositif de production de plâtre permettant la mise en oeuvre du procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, du type comprenant - une enceinte (10) munie d'un orifice d'entrée (12) avec une porte d'obturation (14), et d'un orifice de sortie (16), - des moyens de chargement (18) disposés au droit de l'orifice d'entrée, - des moyens de défournement (20) disposés à la sortie (16) de l'enceinte, complétés par des moyens d'évacuation (22) du plâtre produit, - des moyens de pesée (24) en continu du mélange contenu dans l'enceinte (10), - des moyens d'aspiration (26) des buées disposés à la sortie de l'enceinte, et - des moyens de filtration (28) des buées aspirées caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'asservissement (42) des moyens d'aspiration (26) en fonction des étapes du cycle. 5. Dispositif selon la revendication 4, ca ractérisé en ce que les moyens d'asservissement comprennent une sonde de mesure de pression (44) et un régulateur (27) de commande des moyens d'aspiration de façon à réguler la dépression dans l'enceinte durant les phases de chargement, de cuisson et de déchargement et à maintenir dans l'enceinte une tension de vapeur nécessaire pour une bonne transformation du gypse tendant vers la phase a. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la sonde de mesure (44) est un pressostat disposé dans le circuit (46) d'évacuation des buées. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens d'aspiration (26) comprennent un volet (27) de commande du débit disposé en amont d'un aspirateur (25), lui-même disposé en aval des moyens de filtration (28). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une canne pyrométrique (48) plongeant dans le mélange contenu dans l'enceinte (10) de façon à contrôler la température à coeur du produit.