Procédé de contrôle de l'opération d'une installation de chargement d'un four à cuve et installation conçue pour la mise en oeuvre de ce procédé

Abstract

 Pour assurer une chute verticale et symétrique de la matière de chargement d'une trémie sur une goulotte de distribution on commande le clapet d'écoulement de la trémie et le clapet d'un sas d'alimentation de la trémie de manière à former un barrage dans le fond de la trémie. Pour contrôler la formation de ce barrage at avoir l'assurance qu'il persiste pendant toute la durée d'une phase de chargement, on pèse séparément la trémie et le sas et on produit des signaux pour la commande des clapets de dosage.
Pour réduire la ségrégation des particules dans la trémie (70), celle-ci peut être mise en rotation autour de son axe vertical pendant la formation du barrage.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de contrôle de l'opération d'une installation de chargement d'un four à cuve comprenant une goulotte de distribution rotative ou oscillante, une trémie avec une ouverture d'écoulement centrale au-dessus de la goulotte contrôlée par un organe de dosage à action symétrique autour de l'axe central du four et surmontée d'au moins un sas pourvu de clapets d'étanchéité supérieurs et inférieurs, ainsi qu'un organe de dosage pour régler l'écoulement vers la trémie. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.

[0002] Les installations classiques de chargement à goulotte rotative ou oscillante comportent deux sas juxtaposés opérant en alternance. Il est bien connu que ces installations présentent l'inconvénient d'une chute asymétrique sur la goulotte, due à la position excentrique des sas par rapport à l'axe central. Pour y remédier, on a déjà prévu plusieurs systèmes de rectification de la trajectoire de chute.

[0003] Le but de la présente invention est de prévoir un procédé et une installation de chargement qui permettent une chute verticale et symétrique de la matière de chargement.

[0004] Pour atteindre cet objectif, le procédé proposé par l'invention est caractérisé en ce que l'on ouvre d'abord le clapet de dosage du sas pour provoquer l'écoulement d'une quantité de matière suffisante pour la formation d'un barrage de matière au-dessus de la tubulure d'écoulement de la trémie, en ce que l'on n'ouvre le clapet de dosage de celle-ci qu'après la formation de ce barrage, en ce que l'on pèse séparément et pendant toute la durée de chargement aussi bien la trémie que le sas qui est en communication avec la trémie et en ce que l'on produit des signaux représentant respectivement le contenu de la trémie, le contenu du sas et la somme des contenus de la trémie et du sas.

[0005] L'invention propose également une installation de chargement d'un four à cuve comprenant une goulotte de distribution rotative ou oscillante, une trémie avec une ouverture d'écoulement centrale au-dessus de la goulotte contrôlée par un organe de dosage à action symétrique autour de l'axe central du four et surmontée de deux sas de stockage juxtaposés de part et d'autre de l'axe vertical du four et portés par l'intermédiaire de pesons, ces sas étant pourvus chacun de tubulures d'écoulement dirigées vers la trémie, une paire de clapets d'étanchéité et une paire de clapets de dosage associés respectivement aux tubulures d'écoulement pour mettre les sas alternativement en communication avec l'intérieur du four, caractérisée en ce que ladite trémie est contenue dans une carcasse étanche dans laquelle pénètrent les tubulures d'écoulement, en ce que ladite trémie est suspendue à la carcasse par l'intermédiaire de pesons et en ce que des moyens sont prévus à l'extérieur de la carcasse pour faire tourner la trémie autour de l'axe du four et pour actionner son organe de dosage à travers la suspension centrale de la trémie.

[0006] L'organe de dosage de la trémie est, de préférence, constitué par un élément déplaçable verticalement et définissant avec la paroi de la trémie une ouverture d'écoulement annulaire dont la section est variable par déplacement vertical dudit élément.

[0007] La suspension de la trémie est constituée par un cylindre vertical traversant axialement la partie supérieure de la carcasse au niveau d'un soufflet d'étanchéité et porté par les pesons reposant sur la carcasse, une tige creuse disposée coaxialement dans ledit cylindre, la partie inférieure de cette tige étant reliée par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs traverses à la trémie, alors que sa partie supérieure subit, à l'extérieur de la carcasse, l'action d'un moyen d'entraînement pour la faire tourner autour de l'axe vertical du four et par une tige traversant coaxialement ladite tige creuse, la partie inférieure de cette tige étant reliée à l'organe de dosage, alors que sa partie supérieure subit à l'extérieur de la carcasse l'action d'un vérin pour occasionner le déplacement vertical de la tige et de l'organe de dosage.

[0008] Le cylindre extérieur de la suspension de la trémie est, de préférence, relié à la carcasse par des éléments flexibles de stabilisation horizontale qui n'entravent pas la liberté de mouvement vertical de la suspension de la trémie.

[0009] D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode d'exécution préféré présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux figures annexées dans lesquelles :

[0010] la figure 1 montre schématiquement une vue latérale d'une installation de chargement avec une trémie de formation d'un barrage de matières de chargement ;

la figure 2 représente un graphique qui montre l'évolution du poids d'un sas de la trémie lors du chargement et

la figure 3 montre schématiquement une vue d'ensemble , partiellement en coupe verticale axiale d'une installation selon la présente invention.

[0011] La figure 1 montre la partie supérieure d'un haut fourneau 10 dans la tête duquel est montée une goulotte de distribution rotative 12 à angle de déversement ajustable. Au-dessus du four 10 se trouve une charpente 14 qui supporte l'installation d'alimentation de la matière de chargement. Cette installation comporte, entre autres, une trémie 16 dont l'ouverture d'écoulement se trouve au-dessus de la goulotte 12 sur l'axe central 0 et qui est contrôlée par un organe de dosage 18 composé de deux registres à action symétrique autour de l'axe 0. La charpente 14 supporte également un ou plusieurs sas dont un seul est représenté par la référence 20. Ce sas communique avec la trémie 16 à travers une cage à clapets 22 qui comporte un clapet d'étanchéité non montré et un clapet de dosage 24 contrôlant l'écoulement du sas 20, analogue au clapet 18.

[0012] Conformément à la présente invention , la trémie 16 repose sur un certain nombre de pesons 26 qui permettent de fournir, en permanence, des signaux représentatifs du poids de la trémie et de son contenu. De la même manière, le sas 20 repose sur plusieurs pesons 28 permettant de fournir des signaux représentatifs du contenu du sas 20. Pour permettre de peser séparément la trémie 16 et le sas 20, on a prévu des compensateurs 30 et 32 de part et d'autre de la trémie 16 pour désolidariser celle-ci du sas et du four.

[0013] On va maintenant décrire une phase de chargement en référence aux figures 1 et 2. Par phase de chargement, il faut entendre le dépôt d'une couche uniforme d'un poids P_o sur la surface de chargement dans le four 10. Au début de la phase de chargement, toute la quantité du matériau de chargement de poids P_o se trouve dans le sas 20 dont le clapet de dosage 24 est encore fermé. La trémie 16 qui est vide est également fermée par son clapet de dosage 18.

[0014] Le procédé le plus simple et le plus avantageux dans le mode de réalisation de la figure 1 consiste à se servir du clapet 24 simplement comme clapet de retenue et de l'ouvrir à fond pour permettre l'écoulement de la matière dans la trémie jusqu'à l'arrêt naturel de l'écoulement, ce qui est représenté à la figure 1. Le dosage est alors effectué par le clapet 18 et la matière descend, sans tomber, du sas à travers la cage dans la trémie 16 au fur et à mesure qu'elle s'écoule de celle-ci.

[0015] Il est bien entendu également possible de provoquer la formation d'un barrage de hauteur réduite, qui ne s'étend pas jusque dans le sas 20. Dans ce cas, le clapet 24 doit être utilisé comme clapet de dosage pour régler l'écoulement du sas 20 de façon à assurer le maintien du barrage dans la trémie 16.

[0016] Sur la figure 2, les courbes P_t et P_s représentent respectivement le poids du contenu de la trémie et le poids du contenu du sas. Il montre l'évolution du poids de ces contenus en fonction du temps T.

[0017] Au moment T = ₀, on voit donc que le poids P_s est égal à P₀ , tandis que le poids P_t est égal à 0. Dès l'ouverture du clapet de dosage 24 du sas, le contenu du sas 20 diminue de façon linéaire, ce qui est représenté par la chute de la courbe P_s . En même temps, le poids du contenu de la trémie 16 augmente ( son clapet 18 étant toujours fermé ), ce qui est représenté par la montée de la courbe P_t .

[0018] L'écoulement du sas 20 s'arrête automatiquement lorsque la matière de chargement s'accumule suivant son angle de repos dans la trémie 16 à travers la communication entre le sas et la trémie comme représenté sur la figure 1. Cette situation est détectée par l'évolution du poids de la trémie 16 et du sas 20 qui ne change plus dès que l'écoulement s'arrête, ce qui est illustré sur la figure 2 à partir du temps t_l où les courbes P_t et P_s prennent des directions horizontales.

[0019] Grâce à la mesure séparée des poids de la trémie 16 et du sas 20, on arrive par conséquent à détecter le moment t_i où l'on a formé le barrage souhaité au-dessus de l'ouverture d'écoulement dans la trémie 16. On peut dès lors ouvrir le clapet 18 pour commencer le vrai processus de chargement. Cette ouverture est effectuée au moment t₂ . Il est à noter que jusqu'à ce moment t₂ , la somme des poids Pt et P_s est toujours égale à P_o , ce qui est illustré sur la figure 2 par la courbe en traits interrompus.

[0020] Dès l'ouverture du clapet 18, la charge s'écoule de la trémie 16 vers l'intérieur du four. Le débit de la matière s'écoulant de la trémie 16 est réglé par le clapet 18 de manière qu'il ne soit pas supérieur au débit de l'écoulement du sas vers la trémie 16, de sorte que le poids du contenu de la trémie 16 reste constant tant que la matière de chargement se trouve encore dans le sas 20. Ceci est représenté par l'évolution horizontale de la courbe P_t au-delà du point t2. Par contre, la descente continue de la courbe P_s illustre l'écoulement progressif à partir du sas 20 vers la trémie 16. Le poids total P_s + P_t diminue, bien entendu, également à partir du moment t₂ , ce qui est illustré par le fait que la courbe en traits interrompus descend parallèlement à la courbe P_s .

[0021] Lorsque le sas 20 est vide au moment t₃ , son clapet d'étanchéité inférieur ainsi que son clapet de dosage 24 sont fermés pour permettre un nouveau remplissage. Pendant ce temps, l'écoulement de la trémie 16 se poursuit, ce qui est représenté par la descente regulière de la courbe P_t à partir du moment t₃ jusqu'au moment t₄ où elle est vide, à son tour.

[0022] Pour que le chargement se fasse dans des conditions optimales, il est important que le barrage de matière au-dessus de la tubulure d'écoulement de la trémie 16 demeure pendant toute la phase de chargement, c'est-à-dire que le clapet de dosage 18 soit réglé de telle manière que le débit de l'écoulement de la trémie 16 ne soit pas supérieur à celui du sas 20. Ce contrôle peut être effectué facilement par l'observation de la courbe Pt . Celle-ci doit en effet demeurer horizontale entre les points t₂ et t₃ , c'est-à-dire que la matière qui s'écoule de la trémie 16 doit être remplacée par la matière s'écoulant du sas vers la trémie 16. Toute correction de la position des clapets 18 doit être effectuée automatiquement à partir d'un signal représentatif d'une déviation de la courbe P_t de son évolution horizontale.

[0023] Au lieu d'effectuer ce contrôle par la mesure du poids de la trémie 16, il est également possible de prévoir dans la paroi de la trémie 16 des détecteurs de niveau qui vérifient, en permanence, le niveau du barrage au-dessus de la tubulure d'écoulement et fournissent un signal lorsque le niveau tombe trop bas, c'est-à-dire que le clapet 18 est trop ouvert ou que le clapet 24 ne l'est pas assez.

[0024] La figure 3 montre un mode de réalisation d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, et qui devient de plus en plus avantageux pour des fours de grande capacité. En effet, un problème bien connu dans les installations de chargement à goulotte de distribution est celui de la ségrégation des particules, c'est-à-dire leur séparation à l'intérieur d'une enceinte selon leur granulométrie. Ce phénomène, discuté plus en détail dans le brevet LU-85 810 s'intensifie avec l'augmentation du diamètre de l'enceinte. Ce problème risque également de se poser, de façon plus ou moins prononcée, dans la trémie dans laquelle on provoque le barrage lors de la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, notamment à cause du fait que le barrage se forme par croissance le long de la paroi conique de la trémie jusque dans la tubulure supérieure de l'un des sas.

[0025] Sur cette figure 3, on voit la partie supérieure d'un four à cuve 40 dans la tête duquel se trouve une goulotte de distribution 42 actionnée par un mécanisme d'entraînement se trouvant dans un boîtier 44 sur la tête du four 40. Une carcasse étanche 46 de forme sensiblement conique, portée par une charpente 48 supportée par la tête du four 40 est reliée par sa partie inférieure au moyen d'un compensateur 50 au boîtier 44 et communique à travers ce compensateur 50 avec l'intérieur du four 40.

[0026] La carcasse 46 porte, par l'intermédiaire de plusieurs pesons 52 deux sas 54 et 56 dont les tubulures obliques d'écoulement 58 et 60 pénètrent à l'intérieur de la carcasse 46. L'écoulement de ces tubulures 58 et 60 est contrôlée par des organes de dosage 62 et 64. L'étanchéité entre chacun des sas 54 et 56 et l'intérieur de la carcasse 46 et le four 40 est réalisée par deux clapets d'étanchéité 66 et 68 coopérant avec des sièges montés dans la carcasse.

[0027] Alors que dans les installations de chargement classiques avec une goulotte rotative, la matière de chargement s'écoule directement des tubulures 58 et 60 le long de la paroi inclinée de la carcasse 46 sur la goulotte 42, on a prévu dans l'installation proposée par la présente invention en vue de la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, une trémie conique 70 à l'intérieur de la carcasse 46. L'ouverture d'écoulement inférieure de cette trémie 70 est contrôlée par un organe de dosage dont le but est de provoquer la formation d'un barrage de la matière dans la trémie 70 comme décrit ci-dessus en référence à la figure 1.

[0028] Pour réduire le phénomène de ségrégation dans cette trémie 70, l'installation comporte des moyens pour faire tourner cette trémie 70 autour de l'axe vertical 0 du four 40. Cette rotation permet, en effet, un meilleur remplissage de la trémie 70 et un remplissage qui s'effectue sur 360 plutôt qu'un talus qui grimpe depuis le clapet 72 jusqu'aux tubulures des sas 54 et 56 et qui favorise le phénomène de ségrégation. Toutefois, le problème causé par la rotation de la trémie 70 est la nécessité de pouvoir contrôler l'écoulement de la matière par une pesée de la trémie 70 , pesée qui avec une trémie immobile ne présentait aucun problème.

[0029] Pour pouvoir résoudre ce problème , la trémie 70 est suspendue par une ou plusieurs traverses 74 à une tige creuse 76 disposée sur l'axe central 0 et maintenue à l'intérieur d'un cylindre coaxial extérieur 78 qui traverse, de façon étanche, la partie supérieure de la carcasse 46 au niveau d'un soufflet 80. Ce cylindre 78 repose à l'extérieur sur plusieurs pesons 82 qui fournissent des signaux représentant le poids de la trémie 70, de son contenu et de tous ses accessoires de suspension et d'entraînement. La tige 76 est reliée, à l'extérieur de la carcasse 46, à des moyens non représentés pour la faire tourner avec la trémie 70 autour de l'axe central 0 comme symbolisé par les flèches A et B. Le clapet de dosage 72 qui règle l'écoulement hors de la trémie 70 est conçu sous forme de disque ou de cloche qui, par déplacement vertical, définit une ouverture annulaire à section variable avec la paroi de la trémie 70. A cet effet, l'organe de dosage 72 est porté par l'extrémité d'une tige 84 traversant coaxialement la tige 76 et subissant à l'extérieur de la carcasse 46 l'action d'un vérin 86 pour déplacer l'organe de dosage 72 entre la position fermée illustrée en traits pleins et une position ouverte illustrée en traits pointillés.

[0030] Pour assurer une certaine stabilité horizontale de la suspension de la trémie 70, le cylindre 78 est relié par des lames 88 à la carcasse 46, ces lames étant suffisamment flexibles pour ne pas gêner la liberté de mouvement vertical du cylindre 78, c'est-à-dire d'exercer une influence néfaste sur les résultats de la pesée.

[0031] Il est donc possible de peser le contenu de la trémie 70 pendant que celle-ci tourne autour de l'axe vertical. La pesée de la trémie 70 et celle du sas en phase d'écoulement permettent le contrôle et la commande du chargement notamment la manoeuvre de l'organe de dosage 72 en fournissant des signaux représentant le contenu de la trémie 70 et celui d'un des sas 54 ou 56, c'est-à-dire pendant la pesée, on considère le sas en phase d'écoulement et la trémie comme un seul récipient.

[0032] Bien entendu, il est également possible de se servir de la pesée de la trémie 70 pour la surveillance du niveau de son contenu. Etant donné toutefois qu'à poids égal, le volume et la courbe de niveau du contenu de la trémie peuvent varier, il est préférable de surveiller le niveau de remplissage de la trémie par détecteurs de niveau comme par exemple des sondes à ultra-sons,à isotopes, optiques, etc.

[0033] L'installation décrite ci-dessus permet de procéder de deux manières différentes pour vider le contenu d'un sas dans le four. Il est possible de procéder selon le schéma de la figure 2, c'est-à-dire de n'ouvrir l'organe de dosage 72 qu'après l'arrêt d'écoulement à travers la tubulure 60, c'est-à-dire après la formation d'un barrage depuis le fond de la trémie 70 jusque dans l'un des sas 54 ou 56.

[0034] Il est toutefois également possible et généralement préférable à cause de la rotation de la trémie 70 dans le mode de réalisation de la figure 3, d'ouvrir l'organe de dosage 72 avant l'arrêt de l'écoulement à travers la tubulure 60 et de régler, par le contrôle du niveau du contenu de la trémie 70,les clapets de dosage 62 ou 64 du sas en phase d'écoulement, de manière à maintenir un niveau de chargement constant dans la trémie 70.

Revendications

1. Procédé de contrôle de l'opération d'une installation de chargement d'un four à cuve comprenant une goulotte de distribution rotative ou oscillante, une trémie avec une ouverture d'écoulement centrale au-dessus de la goulotte contrôlée par un organe de dosage à action symétrique autour de l'axe central du four et surmontée d'au moins un sas pourvu de clapets d'étanchéité supérieurs et inférieurs ainsi que d'un organe de dosage pour régler l'écoulement vers la trémie, caractérisé en ce que l'on ouvre d'abord le clapet de dosage du sas pour provoquer l'écoulement d'une quantité de matière suffisante pour la formation d'un barrage de matière au-dessus de la tubulure d'écoulement de la trémie, en ce que l'on n'ouvre le clapet de dosage de celle-ci qu'après la formation de ce barrage, en ce que l'on pèse séparément et pendant toute la durée de chargement aussi bien la trémie que le sas qui est en communication avec la trémie et en ce que l'on produit des signaux représentant respectivement le contenu de la trémie, le contenu du sas et la somme des contenus de la trémie et du sas.

2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on règle la position de l'organe de dosage de la trémie de telle manière que le débit de l'écoulement de la trémie ne soit pas supérieur au débit de l'écoulement du sas vers la trémie.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on n'ouvre l'organe de dosage de la trémie qu'après arrêt naturel de l'écoulement hors d'un sas par formation d'un barrage qui remonte jusque dans celui-ci.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ouvre l'organe de dosage de la trémie avant l'arrêt naturel de l'écoulement hors d'un sas et en ce que l'on règle la position de l'organe de dosage de celui-ci de manière à assurer le maintien du barrage dans la trémie.

5. Installation de chargement d'un four à cuve (40) comprenant une goulotte de distribution rotative ou oscillante (42), une trémie (70) avec une ouverture d'écoulement centrale au-dessus de la goulotte (42) contrôlée par un organe de dosage à action symétrique autour de l'axe central (O) du four (40) et surmontée de deux sas de stockage (54, 56) juxtaposés de part et d'autre de l'axe vertical (O) du four (40) et portés par l'intermédiaire de pesons (52), ces sas (54, 56) étant pourvus chacun de tubulures d'écoulement (58, 60) dirigées vers la trémie (70) , une paire de clapets d'étanchéité (66, 68) et une paire de clapets de dosage (62, 64) associés respectivement aux tubulures d'écoulement (58, 60) pour mettre les sas (54, 56) alternativement en communication avec l'intérieur du four (40), caractérisée en ce que ladite trémie (70) est contenue dans une carcasse étanche (46) dans laquelle pénètrent les tubulures d'écoulement (58, 60) , en ce que ladite trémie (70) est suspendue a la carcasse (46) par l'intermédiaire de pesons (82) et en ce que des moyens sont prévus à l'extérieur de la carcasse (46) pour faire tourner la trémie (70) autour de l'axe (O) du four (40) et pour actionner son organe de dosage (72) à travers la suspension centrale de la trémie (70).

6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'organe de dosage (72) de la trémie (70) est constituée par un élément déplaçable verticalement et définissant avec la paroi de la trémie (70) une ouverture d'écoulement annulaire dont la section est variable par déplacement vertical de l'organe de dosage (72).

7. Installation selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la suspension de la trémie (70) est constituée par un cylindre vertical (78) traversant axialement la partie supérieure de la carcasse (46) au niveau d'un soufflet d'étanchéité (80) et porté par les pesons (82) reposant sur la carcasse (46), une tige creuse (76) disposée coaxialement dans ledit cylindre (78), la partie inférieure de cette tige (76) étant reliée par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs traverses (74) à la trémie (70), alors que sa partie supérieure subit, à l'extérieur de la carcasse (46) , l'action d'un moyen d'entraînement pour la faire tourner autour de l'axe vertical (O) du four (40) et par une tige (84) traversant axialement ladite tige creuse (76), la partie inférieure de cette tige (84) étant reliée à l'organe de dosage (72) alors que sa partie supérieure subit à l'extérieur de la carcasse (46) l'action d'un vérin (86) pour occasionner le déplacement vertical de la tige (84) et de l'organe de dosage (72).

8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le cylindre (78) de la suspension de la trémie (70) est relié à la carcasse (16) par des éléments flexibles (88) de stabilisation horizontale.

9. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que la trémie (70) est associée à des détecteurs de niveau.

Dessins