[0001] L'invention a pour objet un dispositif de jonction entre un four rotatif incliné
de cuisson d'une matière et une pluralité de tubes de refroidissement disposés en
satellite autour dudit four.
[0002] Pour la cuisson de certaines matières et en particulier du clinker de ciment, on
utilise généralement des fours rotatifs de grand diamètre entrainés en rotation autour
de leur axe, celui-ci étant incliné d'amont en aval. Avant la sortie du four, il est
utile de refroidir le clinker et on utilise souvent pour cela des tubes de refroidissement
qui sont disposés en satellites autour du four à l'aval de celui-ci ; chaque tube
étant relié à son extrémité amont avec l'intérieur du four par un conduit de liaison.
La paroi du four est donc munie d'une pluralité d'orifices de sortie de la matière
par lesquels celle-ci tombe dans les conduits de liaison, ceux-ci ayant généralement
une direction sensiblement radiale au four. A sa sortie, le conduit de liaison débouche
dans le tube de refroidissement au-dessus d'un coude de jonction qui peut être constitué
de différentes façons.
[0003] Dans le mode de réalisation le plus simple, le coude de jonction est constitué par
une paroi de guidage sur laquelle est déversée la matière tombée dans le conduit de
liaison et qui ferme l'extrémité amont du tube, cette paroi pouvant avoir une forme
conique. Après sa chute, la matière descend vers l'aval à l'intérieur du tube de refroidissement
au cours de la rotation de celui-ci autour du four et elle est refroidie par de l'air
qui est aspiré à l'entrée du tube de refroidissement et passe par le conduit de liaison
dans le four où il est utilisé pour la combustion.
[0004] Dans ce type de refroidisseur, le revêtement réfractaire de la paroi de guidage risque
de subir une usure très rapide ou des collages de matière dans la zone où frappe le
produit chaud tombant par le conduit de liaison.
[0005] D'autre part,la matière tombée dans chaque tube forme à l'intérieur de celui-ci un
talus qui avance lentement d'amont en aval dans le sens d'inclinaison du four et il
faut éviter que la matière ne risque de retomber dans le four lorsque le tube passe
au-dessus de l'axe du four. Il est donc utile de disposer le coude de jonction de
telle sorte que la matière soit rapidement guidée assez loin de l'orifice de sortie
du conduit de liaison de façon à diminuer le risque de retombée dans le four. Cependant,
il ne faut pas non plus allonger de façon excessive la longueur du coude.
[0006] Pour éviter les retombées de matière dans le four, on a proposé également de munir
le tube de refroidissement d'un barrage placé en aval de l'orifice d'arrivée du conduit
de liaison et constitué par exemple par une tôle pliée glissée dans une entaille ménagée
dans la paroi du tube et positionnée de façon à barrer le retour de la matière vers
le conduit de liaison. Cependant, de telles entailles dans la paroi présentent l'inconvénient
de réduire la rigidité de l'extrémité d'entrée du tube de refroidissement.
[0007] L'invention a pour objet un dispositif de jonction qui permet d'éviter simultanément
ces inconvénients grâce à une disposition très simple alors que les coudes de jonction
utilisés jusqu'à présent ne permettaient généralement pas, malgré des dispositions
assez complexes, et onéreuses, d'obtenir l'ensemble des avantages recherchés.
[0008] Conformément à l'invention, au moins dans la zone de déversement de la matière, au-dessous
de l'orifice de sortie du conduit de liaison, la paroi de guidage forme avec la paroi
du tube de refroidissement une goulotte à section en V..dont le fond est constitué
par l'arête d'intersection des deux parois et ladite arête s'enroule autour de l'axe
du tube sur au moins un quart de tour en formant sensiblement une hélice dont le pas
est supérieur à celui correspondant à la vitesse d'avancement de la matière sous l'effet
de l'inclinaison et de la rotation du tube autour du four.
[0009] Dans un mode de réalisation préférentiel, la paroi de guidage a la forme d'une surface
cylindrique de révolution dont l'intersection avec le tube de refroidissement coincide
partiellement avec l'intersection du conduit de liaison et dudit tube dans la zone
de déversement de la matière et dont l'axe et le diamètre sont choisis de telle manière
que l'arête d'intersection s'enroule en hélice autour du tube en aval de la zone de
déversement sur au moins un quart de tour.
[0010] L'invention va maintenant être décrite, en se référant à un mode de réalisation particulier,
donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés.
La figure 1 est une vue en coupe transversale du four entouré de ses tubes satellites.
La figure 2 est une vue de dessus, la partie supérieure du four étant enlevée.
La figure 3 est une vue de c8té du coude de jonction.
La figure 4 est une vue du tube de refroidissement et du conduit de liaison en coupe
transversale selon IV-IV, figure 3.
Les figures 5 à 11 représentent diverses positions du coude de jonction au cours de
la rotation autour de l'axe, à droite en vue de côté et à gauche en coupe transversale.
Les figures 1 et 2 représentent schématiquement la partie du four rotatif où se produit
le déversement de la matière dans les tubes refroidisseurs.
[0011] Comme on le voit sur la figure 1, le four cylindrique 1 qui est entrainé autour d'un
axe 10 incliné vers l'aval par rapport à l'horizontale est entouré d'une pluralité
de tubes 2 disposés en satellites autour de lui et entrainés en rotation avec lui.
[0012] Chaque tube 2 est d'autre part relié avec l'intérieur du four par un conduit de liaison
3. Chaque conduit de liaison débouche dans le four par un orifice d'entrée de la matière
31 et dans le tube correspondant par un orifice de sortie 32.
[0013] Lorsque le four est entrainé en rotation, la matière 4 forme à l'intérieur de celui-ci
un talus dont l'inclinaison dépend de la granulométrie de la matière et des conditions
de circulation dans le four et, généralement, est de l'ordre de 30° par rapport à
l'horizontale. L'importance du talus dépend évidemment de la quantité de matière introduite
dans le four et de sa vitesse de circulation et on peut considérer que le bord inférieur
du talus se trouve au voisinage de la génératrice inférieure du four.
[0014] Comme on le voit bien sur la figure 2, la matière tombe successivement dans les orifices
31 au cours de leur rotation et l'observation montre que le début de la chute se produit
lorsque l'axe 30 de l'orifice a dépassé d'environ 30° le plan vertical passant par
l'axe du four, c'est à dire dans la position repérée G sur la figure 1.
[0015] Habituellement, cloaque conduit de liaison 3 débouche dans le four selon une direction
radiale. Pour améliorer les conditions d'alimentation du clinker et diminuer les risques
de retour de matière dans le four, il est utile de donner au conduit 3 unα forme couudée,
Le conduit se compose alors, comme on l'a représenté sur la figure, d'un premier élément
33 dont l'axe 30 coupe l'axe 10 du four, et d'un second élément 34 dont l'axe 35 forme
avec l'axe 30 un angle qui, généralement, sera compris entre 20 et 40°. De la sorte,
le début de la chute du clinker se produitsensiblement au moment où le bord supérieur
310 de l'orifice d'entrée 31 passe à l'aplomb du bord inférieur 320 de l'orifice de
sortie 32. De préférence, le second élément 34 se raccorde tangentiellement au tube
2 ; la matière tombe dans le tube pratiquement sans toucher les parois du conduit
d'alimentation 34.
[0016] Le conduit 3 se raccorde au tube 2 par un coude de liaison 5 constitué d'une paroi
qui sert en même temps à fermer l'exttémité du tube et à guider la matière tombant
par l'orifice 32 de sorte qu'elle se répande bien dans le tube 2. On a déjà proposé
les formes les plus diverses pour réaliser ce coude de liaison 5. Dans un des modes
de réalisation les plus simples, il se compose d'une paroi de forme conique sur laquelle
se répand la matière. Cependant, celle-ci tombant d'une hauteur assez importante,
la zone de chute risque de s'user assez rapidement. L'une des caractéristiques de
la présente invention, réside dans le fait que le clinker tombe dans une sorte de
goulotte ayant une section en V. Il en résulte que la matière tombe sur des parois
inclinées et risque mins de les user d'autant plus que l'épaisseur de réfractaire
est plus grande. D'autre part, la matière ne tombe pas d'un seul coup dans l'orifice
31, le débit de matière augmentant puis diminuant progressivement. Par cnnséquent,
lorsque la chute commence, sous un faible débit, la matière peut s'accumuler dans
le fond de la goulotte en V et former ainsi un matelas qui protège la paroi au moment
où le débit de chute est maximal.
[0017] Mais le coude de liaison doit remplir également un autre r8le.
[0018] Sur les figures 5 à 11, on a représenté diverses positions d'un tube de refroidissement
entrainé en rotation autour de l'axe 10 du four et qui portent les références G, A,
B, C, D, E, F sur la figure 1. On peut repérer chaque position en fonction de l'angle
de rotation de l'axe 30 à partir d'une position origine qui, sur le figure 1, correspond
à la position A pour laquelle l'axe 30 du premier élément du conduit de liaison 3
est horizontal, la position C correspondant par conséquent à une rotation d'environ
300°.
[0019] A partir de la position B pour laquelle le second élément 34 est horizontal, le clinker
se trouvant dans le tube 2 risque de repasser par la goulotte d'alimentation s'il
se trouve à la hauteur de l'orifice 32. Or une chute du clinker dans le four est dangereuse
car elle risque de détériorer le revêtement et la tuyère de cuisson se trouvant dans
l'axe du four, le danger est maximal lorsque l'orifice 31 passe dans la position C.
En revanche, à partir de la position D pour laquelle l'élément 33 est horizontal,
il n'y a plus de risque de retombée du clinker dans le four.
[0020] Le coude de liaison 5 doit donc favoriser l'avancement dans le tube 2 de la matière
tombée pendant la phase d'alimentation jusqu'à une distance de l'orifice 31 telle
que la matière ne risque pas de revenir vers cet orifice tant que le tube n'est pas
passé par la position D.
[0021] Selon une caractéristique essentielle de la présente invention, cet effet est obtenu
en donnant à la goulotte à section en V dans laquelle est déversée la matière, une
forme hélicoïdale s'enroulant autour du tube sur au moins un quart de tour.
[0022] Les figures 3 et 4 montrent que de telles conditions peuvent être obtenues lorsque
le coude 5 est formé d'une paroi cylindrique dont l'axe et le diamètre sont choisis
judicieusement.
[0023] Sur les figures 3 et 4, on a représenté partiellement le four 1 et l'extrémité amont
d'un tube 2 se trouvant sensiblement dans la position F de la figure 1. On voit nettement
sur la figure 4 la goulotte de liaison coudée formée de deux éléments 334 et 34 débouchant
respectivement dans le four 1 et dans le tube 2, par l'orifice d'entrée 31 et par
l'orifice de sortie 32.
[0024] Comme on l'a déjà indiqué, l'élément 34 et le tube 2 ont un plan tangent commun P
(figure 4) qui est défini par la génératrice xx' du tube 2 (fig.3) et par la génératrice
yy' du conduit 34, les deux génératrices se coupant en un point I. La paroi de guidage
5 va être choisie de telle sorte que son intersection avec le tube 2 coïncide sensiblement
avec la partie amont du contour de l'orifice 32 dans la zone de déversement de la
matière. Pour réaliser cette condition, les génératrices de la paroi cylindrique 5
seront sensiblement parallèles à la tangente au point I au contour de l'orifice 32
et l'axe 50 de la paroi cylindrique 5 sera placé sensiblement dans le plan tangent
commun P de telle sorte qu'il coupe la génératrice xx' en 0. De plus, la paroi cylindrique
5 aura un diamètre compris entre 2 et 3 fois celui du tube 5. Dans l'exemple des figures
3, 4, la paroi 5 a un diamètre légèrement supérieur eu double de celui du tube 2,
comme on le voit sur la figure 4 où l'on a prolongé en traits mixtes l'ellipse correspondant
à la section de la paroi 5 par le plan perpendiculaire à l'axe du tube 2 et passant
par le point I.
[0025] La paroi 5 coupe le tube 2 suivant une ligne 51 dont on a représenté en traits mixtes
sur la figure 3 le développement 510 le long du plan P. On constate que, depuis le
point 1 jusqu'au point K le plus éloigné vers l'aval sur le tube 2, la ligne 510 correspondant
à la développée de la courbe d'intersection 51 est pratiquement rectiligne ce qui
montre bien que la courbe 51 forme sur le tube 2 une hélice entre I et K c'est à dire
pratiquement sur un demi-tour.
[0026] Sur les figures 5 à 11, on a représenté dans la mesure du possible l'évolution de
la forme 40 du talus de matière à l'intérieur du tube 1, celui-ci étant supposé transparent.
[0027] La figure 5 représente le tube pendant le déversement de la matière. La partie gauche
est une coupe selon A A de la partie droite, c'est à dire par un plan passant par
le point I. La paroi 5 est coupée selon A A suivant une portion d'ellipse 52 et selon
B B suivant une ellipse 53 indiquée en pointillés sur les figures. On voit ainsi la
forme en V de la goulotte constituée par l'intersection de la paroi 5 et du tube 2
et dans laquelle la matière s'accumule puis se déverse en suivant l'arête hélicoïdale
51, jusqu'à la partie inférieure du tube 2. Lorsque le tube continue à tourner autour
de l'axe 10 du four en passant par la position A, la goulotte provoque par son mouvement
de vis un avancement de la matière vers l'aval à une vitesse supérieure à celle qui
correspond à l'avancement dû uniquement à l'inclinaison de l'axe du tube.
[0028] De plus, la paroi 5 s'incline vers le bas ce qui favorise le déversement de la matière
contenue dans la goulotte.
[0029] L'effet de la vis hélicoïdale se produit jusqu'à la position B représentée sur la
figure 7, la matière s'étant accumulée à l'extrémité de la goulotte, à une distance
du centre de la tubulure d'alimentation qui dépend des caractéristiques de la paroi
cylindrique 5.
[0030] Le tube 2 continue à tourner et la matière accumulée au pied de la goulotte et entrainée
par le mouvement du tube, a tendance à remonter vers le haut, puis à se déverser,
selon le processus classique d'avancement dans incliné un tube rotatif. Cependant
comme on le voit sur la partie gauche de la figure 8 qui est une coupe par le plan
BB écarté du point I vers l'aval, la paroi 5 tend à devenir de plus en plus verticale,
ce qui augmente, dans cette partie le déversement de la matière qui reste ainsi accumulée
près de l'extrémité aval K de la paroi 5. Ainsi, pour la position D qui correspond
au risque maximal présenté pour le retour de la matière dans le four, celle-ci est
maintenue suffisamment écartée de l'orifice 31.
[0031] La rotation du tube continuant, la matière passe sur la paroi cylindrique du tube
qui permet le redressement du talus 40, et la matière qui s'était accumulée a ainsi
tendance à se déverser légèrement vers l'amont. Cependant, comme on l'a représenté
sur la figure 9, pour des conditions de remplissage normales du tube le talus de matière
n'est revenu à proximité de l'orifice 32 que lorsque l'axe 30 est horizontal, c'est
à dire à 180° de la position origine A. Or à partir de cette position D, il n'y a
plus de risque de retombée de la matière dans le four puisque le premier élément 33
du conduit d'alimentation s'incline ensuite vers le bas en partant du four.
[0032] Cependant dans le cas de remplissage très important du tube pouvant aller jusqu'à
40 % par exemple du volume disponible, on pourrait craindre un retour prématuré de
la matière dans le conduit d'alimentation 3. C'est pourquoi, pour éviter ce risque,
il est utile de prévoir un barrage constitué d'une paroi 6 placée juste en aval de
l'orifice 32 et constituant un obstacle au retour de la matière vers le conduit d'alimentation
3.
[0033] Comme on l'a représenté sur la figure 4, le barrage 6 est formé d'un support métallique
constitué d'un tube 60 de section rectangulaire sur lequel est montée une paroi réfractaire.
Le tube 60 débouche à ses deux extrémités à travers la paroi 5et la paroi cylindrique
du refroidisseur 2. Le refroidissement est ainsi assuré par l'effet de cheminée créé
par la convexion.dans le tube 60.
[0034] Pour que le barrage possède une efficacité maximum en cas de remplissage important
du tube refroidisseur, son arête supérieure est orientée de façon à se trouver parallèle
au talus de matière lorsque celui-ci arrive au contact avec le barrage, c'est à dire
avant la position D représentée sur la figure 9.
[0035] D'autre part, comme on le voit sur la figure 3, le barrage sera de préférence incliné
de 20 à 40° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe 20 du refroidisseur 2. On
augmente ainsi l'effet d'éloignement de la matière par rapport à l'orifice 32.(Cependant,
pour simplifier le dessin, le barrage a été représenté perpendiculaire à l'axe 20
sur les figures 5 à 11). La ligne 41 représente en pointillés sur les figures 9, 10,
11, la forme possible du talus pour le remplissage maximal. On voit que le barrage
peut commencer à produire son effet dès la position B (figure 7) à partir de laquelle
le talus de matière risque de remonter vers l'amont. La matière a ainsi tendance à
s'accumuler contre le barrage et, à partir de la position D ( figure 9) pour laquelle
il n'y a plus de danger de chute du clinker dans le four, le barrage cesse de produire
son effet et laisse la matière refluer progressivement vers l'orifice.
[0036] D'ailleurs, selon une caractéristique importante de l'invention, cet effet est recherché
et même favorisé par les dispositions selon l'invention.
[0037] En effet, à partir de la position E représentée sur la figure 10, la forme de la
paroi 5 favorise l'accumulation de matière au début de la goulotte hélicoidale 51
de telle sorte qu'il peut se former à proximité du point I un lit de matière qui favorise
l'amortissement de la chute du clinker à la position C.
[0038] Il apparait ainsi que en choisissant judicieusement la forme de la paroi 5 de fermeture
du coude deliaison, on a favorisé successivement l'éloignement de la matière vers
l'aval pour éviter son retour dans le four tant que le risque existe et ensuite le
retour de la matière vers l'entrée de la goulotte hélicoïdale pour permettre la formation
d'un lit de matière sur lequel tombera le clinker au début de sa chute.
[0039] Mais le coude de liaison selon l'invention présente une autre caractéristique originale
et intéressante. En effet, le conduit de liaison n'a pas une section constante. Le
second élément 34 qui est tangent au point I au tube de refroidissement 2 a une section
droite circulaire et il se raccorde au premier élément 33 le long d'un plan perpendiculaire
à son axe. De ce fait, le premier élément 33 a une section elliptique et la section
droite circulaire de l'élément 34 est supérieure d'environ 30 % à la section elliptique
du premier élément 33.
[0040] Il en résulte que l'air aspiré dans le four et passant dans le conduit de liaison
3 à contrecourant de la matière augmente progressivement de vitesse. Par rapport aux
solutions classiques, la diminution de la vitesse de l'air à l'entrée 32 du conduit
de liaison et l'amélioration des conditions aérodynamiques contribuent à amoindrir
l'effet abrasif de la charge des poussières entrainées dans le four avec l'air de
refroidissement.
[0041] Les dispositions qui viennent d'être décrites permettent donc de réduire simultanément
certains facteurs qui nuisent à la longévité du revêtement réfractaire et en particulier
le martèlement, le collage et l'usure dans 1-a zone de chute de la matière venant
du four, le risque de retour de clinker dans le four pour les positions hautes des
tubes de refroidissement et l'érosion de conduit de liaison par l'air de refroidissement
chargé de poussières et aspiré dans le four. Or ces divers avantages sont obtenus
par une disposition qui, en même temps, simplifie beaucoup la fabrication du coude
de liaison et de son revêtement réfractaire puisqu'elle est constituée uniquement
d'une paroi cylindrique inclinée judicieusement. Enfin la longueur du coude de liaison
a pu être réduite.
[0042] Mais l'invention n'est évidemment pas limitée aux détails du mode de réalisation
qui vient d'être décrit et qui pourrait être modifié sans sortir du cadre de l'invention,
notamment par l'emploi de moyens équivalents assurant les mêmes fonctions.
1.- Dispositif de jonction entre un tube de refroidissement et un four rotatif incliné
de cuisson d'une matière, autour duquel sont disposés en satellites une pluralité
de tubes de refroidissement d'axes parallèles à celui du four, et entrainés en rotation
avec lui, chaque tube étant relié à son extrémité supérieure avec l'intérieur du four
par un conduit de liaison débouchant dans le tube au-dessus d'un coude de jonction
constitué par une paroi de guidage de la matière fermant l'extrémité amont du tube,
caractérisé par le fait que, au moins dans la zone de déversement de la matière, au
dessous de l'orifice de sortie 32 du conduit de liaison 3, la paroi de guidage 5 forme
avec la paroi du tube 2 une goulotte à section en V dont le fond est constitué par
l'arête 51 d'intersection des deux parois et dans laquelle vient s'accumuler la matière
déversée et que ladite arête 51 s'enroule autour de l'axe du tube 2 sur au moins un
quart de tour en formant sensiblement une hélice dont le pas est supérieur à celui
correspondant à la vitesse d'avancement de la matière sous l'effet de l'inclinaison
et de la rotation du tube autour du four.
2.- Dispositif de jonction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la
paroi de guidage 5 a la forme d'une surface cylindrique sensiblement de révolution
dont l'axe 50 et le diamètre sont choisis de telle manière que l'arête d'intersection
51 s'enroule en hélice autour du tube en aval du point de déversement I sur au moins
un quart de tour.
3.- Dispositif de jonction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le
conduit de liaison 3 se raccorde tangentiellement au tube de refroidissement et que
les intersections du conduit de liaison 3 et de la paroi de guidage 5 avec le tube
de refroidissement 2 coïncident partiellement dans la zone de déversement de la matière,
en amont du point de tangence I.
4.- Dispositif de jonction selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le
conduit de liaison 3 se compose de deux éléments cylindriques 33,34 formant un coude
dont le sommet est tourné du c8té du sens de rotation du four 1, le premier élément
33 étant dirigé radialement par rapport au four 1 et le deuxième élément 34 ayant
un plan tangent commun avec le tube de refroidissement 2 et faisant un angle compris
entre 20 et 40° avec l'axe du premier élément 33.
5.- Dispositif de jonction selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le
second élément 34 a une section droite circulaire et que le premier élément 33 a une
section droite elliptique.
6.- Dispositif de jonctionselon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait
que l'axe 50 de la paroi de guidage cylindrique 5 est placé sensiblement dans le plan
tangent commun au tube de refroidissement 2 et au second élément 34 du conduit de
liaison 3.
7.- Dispositif de jonction selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la
paroi de guidage cylindrique 5 a un diamètre compris entre 2 et 3 fois celui du tube
de refroidissement 2 et passe sensiblement par le point de tangence I du tube de refroidissement
2 et du conduit de liaison 34 et que l'axe 50 de ladite paroi de guidage 5 est parallèle
à la tangente au contour 320 de l'intersection du tube 2 et du conduit 34 audit point
de tangence I.
8.- Dispositif de jonction selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'axe
50 de la paroi de guidage cylindrique 5 coupe la génératrice du tube de refroidissement
placée dans le plan tangent commun et fait avec celle-ci un angle compris entre 45°
et 75°.
9.- Dispositif de jonction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé
par le fait qu'il comprend un barrage 6 obturant partiellement le tube en aval de
l'orifice de sortie 32 du conduit de liaison 34 et placé de façon à interdire la remontée
de matière vers l'orifice 34 lorsque le conduit de liaison 34 est au-dessus de l'axe
du four 1 et permettant au contraire la remontée vers l'amont de matière le long de
la paroi de guidage 5 lorsque le conduit de liaison 34 est passé au-dessous de l'axe
du four 1.
10.- Dispositif de jonction selon la revendication 9, caractérisé par le fait que
le barrage 6 est constitué d'un conduit tubulaire 60 traversant le tube, ouvert à
ses extrémités pour le passage d'air de refroidissement et sur lequel s'appuie ure
paroi 6 en matière réfractaire.