Brevet FR2822531A1 — publié le 20020927

La présente invention concerne le transfert de matières premières chaudes d'une unité de prétraitement à un four électrique de réduction ou de fusion. L'unité de prétraitement peut être un four de calcination, une installation de réduction directe ou un four à sole tournante, dans lequel un minerai est calciné, fritté ou réduit. Les problèmes liés au transport de matières premières chaudes proviennent de leurs caractéristiques inhérentes, lesquelles peuvent inclure certaines ou la totalité de celles qui suivent : (a) Les matières sont chaudes (jusqu'à 1000 C), sont normalement abrasives et contiennent normalement une quantité significative de fines. Cette combinaison de caractéristiques a un fort impact négatif sur l'équipement mécanique et électrique, à tel point qu'il n'est pas commode d'utiliser certains équipements et dispositifs qui fonctionnent de manière satisfaisante sur de longues périodes avec des matières moins agressives. (b) Une fois que les matières, par exemple de la latérite calcinée préréduite, sont exposées à l'air, elles peuvent commencer à brûler, dégageant des polluants qui doivent ensuite être capturés. (c) Le processus de réduction directe dans un four de calcination ou autre dispositif réduit la teneur en oxygène des minerais métalliques. La combustion consécutive dans l'air inverse le processus de réduction et gaspille par conséquent une partie de l'énergie utilisée dans la réduction. (d) Certains minerais réduits, par exemple du minerai de fer partiellement réduit, ont tendance à s'agglomérer s'ils sont empilés même pendant de brèves périodes. Par conséquent, le transport discontinu dans un récipient avec un fond en forme de trémie peut provoquer une agglomération suffisante en 5 à 10 minutes pour empêcher la matière de s'écouler en dehors de l'ouverture dans le fond du récipient. Un système typique de transfert de matières chaudes pourrait se composer des éléments suivants : (a) Une soupape à l'extrémité de sortie d'un four de calcination décharge du calcinat dans un récipient situé en dessous, qui est monté sur un chariot de transfert. (b) Une fois que le récipient est rempli, le chariot de transfert circule dans la structure du four avec le récipient plein, lequel est ensuite ramassé par la grue de chargement du four. La grue élève le récipient jusqu'à une hauteur juste au-dessus du haut des bacs d'alimentation du four, qui sont situés juste au-dessus du four. (c) La grue place le récipient sur le bac et l'action consistant à faire redescendre le récipient provoque le déchargement du calcinat dans le bac. Le processus de transfert qui vient d'être décrit est caractérisé par une libération importante de polluants, au niveau de la soupape d'évacuation du four de calcination, à partir du récipient proprement dit pendant qu'il est en déplacement, et au moment du chargement du bac d'alimentation à partir du récipient. La distance totale parcourue par le récipient, verticale et horizontale, est, dans un cas typique, d'environ 60 mètres. La mise à disposition d'un système de contrôle des émissions, suffisamment grand pour couvrir l'agencement qui vient d'être décrit, et constitué d'une hotte, d'un ventilateur de canalisation, d'une chambre de filtration et de commandes, impose une lourde charge financière, aussi bien en coûts d'investissement qu'en coûts d'exploitation. Les systèmes utilisant des convoyeurs à chaînes porteuses ou d'autres méthodes de transport présentent des problèmes similaires. Un système de transfert qui a été largement décrit mais pas couramment employé, consiste à placer le four de calcination à un niveau plus haut que le four et à utiliser la gravité pour transférer la matière chaude vers le bas à travers des tuyaux ou des conduits fermés. Ceci présente les avantages suivants : (a) La pollution et la poussière sont éliminées car la matière est enfermée en permanence dans une atmosphère privée d'oxygène. (b) Une source de matière se déchargeant en continu peut être distribuée en continu dans le four situé en dessous sans avoir à recourir à une alimentation discontinue du four. Ceci est particulièrement avantageux avec un four électrique de réduction. (c) Aucun équipement mécanique/électrique complexe, qui pourrait être endommagé par la matière chaude, abrasive et poussiéreuse, n'est nécessaire. Les avantages opérationnels de ce système sont neutralisés par les coûts d'investissements très élevés générés par la mise en place d'un four de calcination ou d'un four à sole tournante I 30 mètres au-dessus du niveau du sol, en particulier dans les zones présentant un risque sismique élevé. Dans des situations particulières, il peut être nécessaire que la matière soit introduite dans les fours à un niveau sensiblement différent mais généralement plus haut que celui auquel elle est déchargée de l'unité de calcination. Le calcinat doit être distribué de manière contrôlée à travers plusieurs orifices d'alimentation dans le four. La présente invention a pour objet de proposer un système de transfert qui résolve les problèmes susmentionnés. Selon l'invention, le dispositif pour transférer une matière chaude entre une unité de prétraitement et un four électrique comprend une enceinte fermée s'étendant entre l'unité et le four et à l'intérieur de laquelle une atmosphère contrôlée est maintenue, au moins un bac ayant au moins un compartiment recevant la matière première provenant de l'unité au niveau d'un poste de déchargement, un mécanisme pour déplacer l'au moins un bac le long d'une trajectoire à l'intérieur de l'enceinte entre le poste de déchargement et des tubes de décharge situés au-dessus de et conduisant au four, à des emplacements répartis, et un mécanisme de décharge pour faire tomber la matière de chaque compartiment jusque dans un tube de décharge. La trajectoire peut être horizontale, verticale ou inclinée, pour convenir aux emplacements correspondants de l'unité de prétraitement et de la batterie. Chaque bac est généralement divisé de façon à alimenter plusieurs tubes. Le mécanisme de déplacement peut être un engin de levage, un rail ou une longueur de câble, et le mécanisme de décharge est typiquement constitué par des moyens pour faire basculer le bac. Le bac doit être tel que la profondeur de matière contenue à l'intérieur pendant le transport soit suffisamment basse pour limiter la coagulation de la matière transportée, si cela pose un problème. Cet agencement permet à toute l'opération de transfert d'être effectuée dans une atmosphère contrôlée, avec un temps de transfert réduit au minimum, et sans aucune accumulation statique substantielle de matière, tout en permettant, en même temps, aux composants de transfert d'être très simples et robustes, avec des besoins de maintenance minimum. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description faite ciaprès de modes de réalisation actuellement préférés de l'invention, en référence aux dessins joints. La figure 1 est une coupe verticale à travers un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, et d'un four associé ; la figure 2 est une vue en plan schématique, illustrant des tubes raccordés entre un premier groupe, inférieur, de goulottes et la voûte du four ; la figure 3 est une vue en plan schématique, illustrant un raccordement de tubes entre un second groupe, supérieur, de goulottes et la voûte du four ; la figure 4 est une élévation schématique correspondant à la figure 2 ; la figure 5 est une élévation schématique correspondant à la figure 3 ; la figure 6 est une vue en plan d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, faisant partie d'une unité de calcination associée, et d'un four présentant une couverture supérieure de passages entre l'unité et le four omise par souci de clarté ; la figure 7 est une élévation latérale correspondante, avec une couverture latérale d'un passage omise par souci de clarté ; et la figure 8 est une vue en coupe transversale verticale du dispositif et du four suivant la ligne 8-8 sur la figure 7. En référence à la figure l, une tour fermée 2 est érigée le long d'un appentis 4 renfermant un four électrique 6, avec des parois latérales 8, une sole 10, une voûte 12 et une rangée d'électrodes 14 descendant à travers la voûte à partir de mécanismes d'électrode et de commande 16 recevant une alimentation électrique de transformateurs 18. La construction du four est classique et ne fait pas partie de l'invention, outre le fait que la voûte 12 du four possède des orifices à travers lesquels des tubes 20,21, 22 et 23 délivrent la matière prétraitée au four. La tour 2 contient deux engins de levage 24 montés de façon à effectuer un mouvement limité sur une plateforme 26 sur un axe horizontal perpendiculaire à l'axe de la rangée d'électrodes de four 14. Des paires d'ensembles d'entonnoirs 28a, 28b, 29a, 29b, 30a, 30b et 31a, 31b sont montées sur la paroi de la tour la plus proche de l'appentis 4, à différents niveaux audessus des fours 6. Les ensembles d'entonnoirs sont chacun divisés en quatre entonnoirs, dont chacun forme une ouverture agrandie vers l'un des tubes, à travers lesquels le calcinat est délivré au four. Les raccordements des tubes entre les goulottes et le four sont illustrés sur les figures 2 à 5. Chaque engin de levage est relié par des câbles 42 à un bâti 32 supportant un plateau compartimenté 34 par l'intermédiaire de pivots 36, de telle sorte que le plateau peut être basculé, dans sa représentation la plus en hauteur, comme le montre la figure 1, par un mécanisme de basculement 40 pour décharger le contenu de ses compartiments dans les entonnoirs d'un ensemble d'entonnoir adjacent. Chaque plateau mesure environ la même largeur qu'un ensemble d'entonnoir. Lorsqu'un plateau 34 se trouve dans la position la plus basse, représentée sur la figure 1, ses compartiments reçoivent la matière les uns après les autres, par l'intermédiaire d'une goulotte 38, en provenance d'une unité de calcination (non représentée). Les compartiments n'ont pas à être remplis de manière égale, offrant ainsi une grande souplesse pour déterminer comment la matière est distribuée à l'intérieur du four. Une fois qu'un plateau est chargé, son engin de levage associé est actionné pour le surélever dans une position situé juste au-dessus d'un ensemble d'entonnoir auquel il doit décharger son chargement, et il est ensuite déplacé vers la droite (en référence à sa représentation sur la figure 1) jusqu'à la position centrale illustrée sur ce dessin, et levé encore vers le haut afin que le mécanisme de basculement décharge son contenu dans la goulotte, après quoi il est retiré vers la gauche et abaissé dans sa position initiale au fond de la tour pour recevoir encore de la matière. Une plate-forme 26 et son engin de levage associé dessert, les uns après les autres, les ensembles d'entonnoirs 28a, 29a, 30a et 31a, tandis que l'autre dessert, les uns après les autres, les ensembles d'entonnoirs 28b, 29b, 30b et 31b, desservant chaque goulotte d'évacuation de façon à distribuer la matière de part et d'autre du four. L'engin de levage 24 et le plateau 34 sont prévus en double pour supprimer le besoin d'un déplacement à l'intérieur de la tour, parallèle aux électrodes, le fonctionnement des engins de levage étant synchronisé de façon à ce qu'un plateau soit toujours disponible pour recevoir un débit de matière continu à partir de la goulotte d'alimentation 38. Les câbles de levage 42 sont croisés, comme représenté, d'une manière connue, afin d'amortir le balancement du plateau. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 6 à 8, l'unité de prétraitement, en l'occurrence une unité de calcination 100, se trouve à un niveau plus haut que le four 106, et l'axe de ce dernier est aligné à l'unité de traitement. La tour 2 est remplacée par deux passages 102 s'étendant de chaque côté des électrodes 114 du four et au-dessus de la voûte de four 112. À l'intérieur de chaque passage, un bâti 132 supporte un bac 134 pour qu'il puisse se déplacer le long de rails 142 dans le passage. À tout moment, l'un ou l'autre des bacs 134 est positionné pour recevoir le calcinat à travers une goulotte de décharge 138, à partir de l'unité de calcination 100, tandis que l'autre décharge le calcinat vers un ensemble d'entonnoir choisi 130 qui distribue le calcinat au four à travers des tubes 120. Les bacs 134 dans l'exemple représenté se composent de quatre compartiments se présentant sous la forme de récipients tubulaires que des guides 144 obligent à basculer vers une position verticale pour placer les extrémités ouvertes des tubes en dessous de la goulotte 138, de façon à ce que chacun puisse être entièrement ou partiellement rempli de calcinat. Les récipients tubulaires sont ramenés en position presque horizontale pour le transport (comme le montrent les figures 6 et 7) avant d'être basculés, extrémité ouverte vers le bas, au niveau d'un ensemble d'entonnoir choisi 130, par un mécanisme de basculement mis en prise de façon sélective (non représenté) afin de décharger leur contenu dans les entonnoirs de l'ensemble qui sont reliés aux tubes 120. Dans chaque mode de réalisation, la tour 2 ou les passages 102 sont fermés, de façon à exclure l'atmosphère ambiante, et l'atmosphère, à l'intérieur, est contrôlée, à la fois pour éviter le dégagement de vapeurs, et pour éviter des réactions indésirables avec la matière qui est transportée. Par exemple, les effluents gazeux de l'unité de calcination ou du four, ou les gaz brûlés provenant d'un autre endroit dans l'unité peuvent être admis, l'excédent de gaz étant envoyé vers une unité de traitement appropriée. Le gaz peut être admis soit en haut soit au fond du volume à remplir, selon qu'il est plus lourd ou plus léger que l'air ambiant, de façon à déplacer l'air du volume concerné. En variante, le volume peut être laissé se remplir de gaz émis par la matière, des installations de traitement adaptées étant là encore prévues pour traiter l'excédent de gaz. La tour ou les passages offrent également la possibilité à la poussière provenant de la matière de se déposer. Une trémie 48 (figure 1) ou 148 (figure 7) fournit un moyen pour capturer et éliminer la poussière qui s'est déposée. Les modes de réalisation décrits ne sont qu'exemplaires. Dans les modes de réalisation décrits, la trajectoire de déplacement est respectivement verticale et horizontale. Il convient de noter que des applications dans lesquelles les enceintes (tour ou passage) sont inclinées, soit latéralement soit longitudinalement, de façon à présenter une étendue à la fois verticale et horizontale, sont également incluses dans la portée de l'invention, la ou les navettes prévues pour le ou les plateaux ou bacs disposant d'un guidage adapté pour suivre la trajectoire inclinée. Indépendamment de l'agencement utilisé, un mécanisme de déplacement à l'intérieur de l'enceinte est utilisé pour permettre un transport rapide de la matière, au fur et à mesure qu'elle est déchargée, jusqu'à des points répartis à l'intérieur du four, sans aucune accumulation substantielle de matière. La distribution de la matière à l'intérieur du four peut être contrôlée en contrôlant la quantité de matière déchargée dans chaque compartiment à l'intérieur de la navette, du plateau ou du bac, tout en permettant d'utiliser des mécanismes extrêmement simples et robustes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, tout en restant dans la portée de l'invention, telle qu'elle est définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour transférer une matière chaude entre une unité de prétraitement et un four électrique (6), comprenant une enceinte fermée s'étendant entre l'unité et le four (6) et à l'intérieur de laquelle une atmosphère contrôlée est maintenue, au moins un bac (134) ayant au moins un compartiment recevant la matière provenant de l'unité au niveau d'un poste de déchargement, un mécanisme pour déplacer l'au moins un bac (134) le long d'une trajectoire à l'intérieur de l'enceinte entre le poste de déchargement et des tubes de décharge situés audessus de et conduisant au four (6), à des emplacements répartis, et un mécanisme de décharge pour faire tomber la matière de chaque compartiment jusque dans un tube de décharge. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte s'étend verticalement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme de déplacement est un engin de levage. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte s'étend horizontalement. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes de décharge présentent des entonnoirs à leur extrémité supérieure, regroupés pour recevoir simultanément la matière à partir des compartiments d'un bac (134). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bac (134) est déchargé par basculement. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bac (134) est un plateau compartimenté. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bac (134) comprend plusieurs compartiments tubulaires. 9. Dispositif selon la revendication 1, comportant deux bacs (134) et deux mécanismes de déplacement, un bac étant au niveau du poste de déchargement tandis que l'autre est déplacé vers les tubes de décharge.