Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02858156 2014-06-04
WO 2013/093212 PCT/FR2011/000678
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TITRE : Dispositif de refroidissement d'une embouchure d'un four tubulaire
rotatif par soufflage d'air frais.
L'invention est relative à un dispositif de refroidissement d'une
embouchure d'un four tubulaire rotatif par soufflage d'air frais.
Le domaine de l'invention est celui des fours tubulaires rotatifs,
en particulier des fours utilisés dans la calcination de matières minérales,
tel
que par exemple dans la fabrication de clinker de ciment.
Un four tubulaire rotatif est constitué essentiellement d'un
cylindre métallique, usuellement dénommé virole, dont la paroi intérieure est
protégée par un matériau réfractaire tel que de la brique ou du béton. Des
matières sont introduites dans le cylindre du four à l'intérieur duquel elles
sont
destinées à être cuites. Lors de la cuisson, le cylindre du four est animé
d'un
mouvement de rotation sur son axe.
La majeure partie du cylindre métallique du four se situe à l'air
libre. En revanche, chacune des extrémités du cylindre métallique pénètre
dans une boîte fixe dans laquelle circulent des gaz chauds, assurant ainsi la
continuité du circuit de traitement entre le four rotatif et les parties fixes
de
l'installation dont le four fait partie.
L'extrémité de sortie des matières chaudes comporte
classiquement un brûleur et est bien souvent la partie la plus chaude du
cylindre du four. A cette extrémité, le cylindre du four est ainsi soumis à de
fortes contraintes thermiques et il est nécessaire de la refroidir pour
assurer sa
protection. Cette extrémité du cylindre métallique est par ailleurs protégée
par
un dispositif de protection qui comporte une ou plusieurs pièces d'extrémité,
métalliques, fixées à l'extrémité du cylindre, recouvertes d'un revêtement
réfractaire.
Le refroidissement est généralement réalisé par soufflage d'air
frais, et il est connu de canaliser de l'air le long de la paroi du cylindre
du four
en construisant plusieurs enveloppes autour du cylindre. (FR-2.443.654 et FR-
2.494.827).
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Dans les dispositifs de refroidissement connus, les ventilateurs
qui apportent l'air nécessaire au refroidissement sont fixes par rapport au
bâti.
Selon un premier état de la technique connu, ces ventilateurs
soufflent en face de l'un des canaux annulaires, directement ou par
l'intermédiaire d'une conduite de distribution. Seule une partie de l'air
pénètre
dans le canal, le reste s'échappant dans l'atmosphère ambiante. Le
refroidissement est incertain, à moins de disposer d'une capacité de
ventilation
fortement excédentaire. .
Selon un second état de la technique connu, un joint tournant
présente une couronne fixe entourant le cylindre, munie d'un système glissant
sur la surface du cylindre et assure l'étanchéité à l'air entre les
ventilateurs et
l'un des canaux annulaires. Dans ce cas, les pertes d'air sont évitées, mais
le
système d'étanchéité est soumis à une forte usure, nécessitant un entretien
régulier.
Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients
précités en proposant un dispositif de refroidissement d'une embouchure d'un
four tubulaire rotatif par soufflage d'air frais, de maintenance aisée et de
performance de refroidissement améliorée.
Un autre but de la présente invention est de proposer un
dispositif de refroidissement de sécurité accrue dans le cas d'un arrêt d'un
ventilateur.
D'autres buts et avantages de la présente invention
apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à
titre
indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter.
Aussi l'invention concerne un dispositif de refroidissement
d'une embouchure d'un four tubulaire rotatif par soufflage d'air frais, ledit
four
comprenant un cylindre métallique revêtu intérieurement d'un matériau
réfractaire, ledit cylindre étant monté tournant par rapport au bâti du four,
à
l'intérieur duquel des matières sont destinées à être introduites et cuites,
ledit dispositif de refroidissement comprenant :
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- ledit cylindre dudit four rotatif et une pièce d'extrémité du
cylindre, métallique, recouverte d'un matériau réfractaire, fixée audit
cylindre,
destinée à protéger des hautes températures l'extrémité du cylindre du four,
- deux enveloppes métalliques concentriques, dites
enveloppe intérieure et enveloppe extérieure, lesdites deux enveloppes
entourant ledit cylindre du four et constituant deux canaux annulaires entre
d'une part, ledit cylindre et ladite enveloppe intérieure, dit premier canal,
et
d'autre part, entre ladite enveloppe intérieure et ladite enveloppe
extérieure, dit
deuxième canal,
- des moyens de ventilation aptes à permettre la circulation
d'air frais dans lesdits canaux annulaires,
de telle façon à permettre la circulation d'air dans ledit premier
canal jusqu'à la pièce d'extrémité, puis la circulation de l'air en sens
inverse
dans ledit deuxième canal, avant échappement de l'air par une ouverture
d'échappement dudit deuxième canal.
Selon l'invention, ledit dispositif de refroidissement comprend :
- une chambre de distribution, annulaire, entourant ledit
cylindre et fixée audit cylindre du four, alimentant en air ledit premier
canal,
- lesdits moyens de ventilation comprenant au moins un
ventilateur et un moteur électrique actionnant ledit au moins un ventilateur,
lesdits moyens de ventilation étant embarqués sur le cylindre métallique du
four, montés tournant -avec lui, alimentant de manière étanche à l'air ladite
chambre de distribution,
- des connecteurs électriques, tournants, comprenant des
bagues annulaires entourant ledit cylindre four, et des contacts, aptes à
glisser ou rouler sur les bagues annulaires lors de la rotation du four pour
permettre l'alimentation en électricité du ou des moteurs électriques desdits
moyens de ventilation.
Selon des caractéristiques optionnelles de l'invention, prises
seules ou en combinaison :
4
- les bagues annulaires sont placées sur la chambre de distribution,
disposées sur la paroi du ladite chambre de distribution la plus extérieure
par rapport
au cylindre du four ;
- la chambre de distribution comporte des orifices d'évent sur ladite paroi
de la chambre de distribution la plus extérieure par rapport au cylindre du
four de
façon à laisser s'échapper une fraction mineure de l'air soufflé par lesdits
moyens de
ventilation, représentant notamment entre 2% et 20% de l'air soufflé par
lesdits
moyens de ventilation ;
- un écran annulaire est dispose entre ladite ouverture d'échappement du
deuxième canal et lesdits connecteurs électriques, tournants ;
- les bagues annulaires sont solidaires rigidement du cylindre du four, et
les contacts, tournants ou glissants, sont solidaires du bâti, les contacts
étant libres en
translation suivant un axe parallèle a l'axe du cylindre par l'intermédiaire
de moyens
de guidage en translation entre lesdits contacts et le bâti du four de telle
façon à suivre
le déplacement des bagues annulaires lors de Ta dilatation/rétractation du
cylindre du
four ;
- l'air frais aspire par ledit au moins un ventilateur circule
dans une
enveloppe entourant le moteur électrique dudit ventilateur avant son entrée
dans le
ventilateur ;
- le dispositif comprend plusieurs ventilateurs alimentant en air frais, en
parallèle, ladite chambre de distribution par l'intermédiaire de circuits
indépendants
joignant respectivement chacun des ventilateurs à ladite chambre de
distribution, une
valve a fermeture automatique étant associée à chacun desdits ventilateurs,
apte à
fermer ledit circuit correspondant joignant ledit ventilateur et ladite
chambre de
distribution dans le cas d'un arrêt dudit ventilateur.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de refroidissement
d'une embouchure d'un four tubulaire rotatif par soufflage d'air frais, ledit
four
comprenant un cylindre métallique revêtu intérieurement d'un matériau
réfractaire,
ledit cylindre étant monté tournant par rapport au bâti du four, à l'intérieur
duquel des
matières sont destinées à être introduites et cuites,
ledit dispositif de refroidissement comprenant :
- ledit cylindre dudit four rotatif et une pièce d'extrémité du
cylindre,
métallique, recouverte d'un matériau réfractaire, fixée audit cylindre,
destinée' à
protéger des hautes températures l'extrémité du cylindre du four,
- deux enveloppes métalliques concentriques, dites enveloppe
intérieure
et enveloppe extérieure, lesdites deux enveloppes entourant ledit cylindre du
four et
constituant deux canaux annulaires entre d'une part, ledit cylindre et ladite
enveloppe
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intérieure, dit premier canal, et d'autre part, entre ladite enveloppe
intérieure et ladite
enveloppe extérieure, dit deuxième canal,
- des moyens de ventilation aptes à permettre la circulation
d'air frais
dans lesdits canaux annulaires,
de telle façon à permettre la circulation d'air dans ledit premier canal
jusqu'à la pièce d'extrémité, puis la circulation de l'air en sens inverse
dans ledit
deuxième canal, avant échappement de l'air par une ouverture d'échappement
dudit
deuxième canal, qui comprend:
- une chambre de distribution, annulaire, entourant ledit
cylindre et fixée
audit cylindre du four, alimentant en air ledit premier canal,
- lesdits moyens de ventilation comprenant au moins un
ventilateur et un
moteur électrique actionnant ledit au moins un ventilateur, lesdits moyens de
ventilation étant embarqués sur le cylindre métallique du four, montés
tournant avec
lui, alimentant de manière étanche à l'air ladite chambre de distribution,
- des connecteurs électriques, tournants, comprenant des bagues
annulaires entourant ledit cylindre du four, et des contacts, aptes à glisser
ou rouler
sur les bagues annulaires lors de la rotation du four pour permettre
l'alimentation en
électricité du ou des moteurs électriques desdits moyens de ventilation,
et dans lequel :
- les bagues annulaires sont placées sur la chambre de
distribution, sur la
paroi de ladite chambre de distribution la plus extérieure par rapport au
cylindre du
four,
- un écran annulaire est disposé entre ladite ouverture
d'échappement du
deuxième canal et lesdits connecteurs électriques, tournants,
- l'air frais aspiré par ledit au moins un ventilateur circule dans une
enveloppe entourant le moteur électrique dudit ventilateur avant son entrée
dans ledit
ventilateur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante
accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels :
- Ta figure 1 est une vue schématique, en coupe, partielle, d'un dispositif
de refroidissement conforme à l'invention.
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- la figure 2 est une vue du dispositif de refroidissement selon
la figure 1, complétée de la chambre de distribution et des moyens de
ventilation.
- la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de
5 refroidissement conforme à l'invention, selon un mode de réalisation,
comportant plusieurs ventilateurs.
Aussi, l'invention concerne un dispositif 100 de refroidissement
d'une embouchure d'un four tubulaire rotatif 1 par sôufflage d'air frais.
Le four comprend un cylindre 3 métallique revêtu
intérieurement d'un matériau réfractaire 73, lequel cylindre 3 est monté
tournant par rapport au bâti du four.
Des matières, notamment minérales, sont destinées à être
introduites dans le cylindre 3 et sont destinées à être cuites à l'intérieur
du
cylindre 3.
Il peut notamment s'agir d'un four tubulaire rotatif d'une
installation pour la calcination de matières minérales, par exemple utilisée
pour
la production de clinker en cimenterie.
La majeure partie du cylindre 3 du four est à l'air libre. En
revanche, chacune des extrémités du cylindre 3 métallique pénètre dans une
boîte fixe dans laquelle circulent des gaz chauds, assurant ainsi la
continuité
du circuit de traitement entre le four rotatif et les parties fixes de
l'installation
dont le four fait partie.
L'extrémité de sortie des matières chaudes comporte
classiquement un brûleur et est bien souvent la partie la plus chaude du
cylindre du four. A cette extrémité, le cylindre du four est ainsi soumis à de
fortes contraintes thermiques et il est nécessaire de la refroidir pour
assurer sa
protection. Cette extrémité pénètre dans une boite fixe 2, usuellement appelée
capot de chauffe. Un dispositif d'étanchéité 20 assure la fermeture du circuit
de l'installation entre la boîte fixe 2 et le cylindre 3, mobile, du four
tubulaire
rotatif, en coopérant notamment avec une enveloppe extérieure 6 qui sera
décrite par la suite. Cette extrémité du cylindre métallique est par ailleurs
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protégée par un dispositif de protection qui comporte une ou plusieurs pièces
d'extrémité 4 du cylindre, métalliques, fixées à l'extrémité du cylindre,
recouvertes d'un matériau réfractaire 74, tel que de la brique ou du béton.
La ou les pièces d'extrémité 4 sont disposées à l'intérieur de la
boîte fixe 2.
Par simplification dans le reste de la demande, il sera fait
mention de la pièce d'extrémité 4. Dans la pratique, cette pièce d'extrémité 4
peut être en réalité constituée par plusieurs pièces métalliques réparties sur
le
pourtour du cylindre 3, et fixées à l'une des extrémités dudit cylindre.
La pièce d'extrémité 4, métallique peut présenter une paroi
extérieure 41, notamment concave, facilitant le garnissage et l'accrochage du
matériau réfractaire 74, une aile 43 s'étendant vers l'extérieur du cylindre 3
du
= four, et une aile 42 s'étendant vers l'axe du cylindre 3, venant
notamment
recouvrir le chant du matériau réfractaire 73 disposé sur la paroi intérieure
du
cylindre 3.
Ledit dispositif 100 de refroidissement comprend :
- ledit cylindre 3 dudit four rotatif et la pièce d'extrémité 4 du
= cylindre, métallique, recouverte du matériau réfractaire 74, fixée audit
cylindre
3, destinée à protéger des hautes températures l'extrémité du cylindre 3 du
four,
- deux enveloppes 5, 6 métalliques concentriques, dites
enveloppe intérieure 5 et enveloppe extérieure 6, lesdites deux enveloppes 5,
6, cylindriques, entourant ledit cylindre 3 du four 1 et constituant deux
canaux
annulaires 50, 60 entre d'une part, ledit cylindre 3 et ladite enveloppe
intérieure
5, dit premier canal 50, et d'autre part, entre ladite enveloppe intérieure 5
et
ladite enveloppe extérieure 6, dit deuxième canal 60,
- des moyens de ventilation aptes à permettre la circulation
d'air frais dans lesdits canaux annulaires 50, 60.
= Dans Un tel dispositif, la circulation d'air s'effectue dans ledit
premier canal 50 jusqu'à la pièce d'extrémité 4, puis en sens inverse dans
ledit
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deuxième canal 60,- avant échappement de l'air par une ouverture
d'échappement dudit deuxième canal 60.
L'air est: ainsi soufflé depuis l'extérieur de la boîte fixe 2 dans
le premier canal 50. Dans le premier canal 50, l'air vient lécher le cylindre
3,
puis lécher la pièce d'extrémité 4, notamment l'aile 43, refroidissant le
cylindre
3 et ladite pièce d'extrémité 4. Ensuite, l'air circule en sens inverse dans
le
deuxième canal 60 depuis l'intérieur de la boîte fixe 2, vers l'extérieur où
il
s'échappe par une ouverture d'échappement du deuxième canal 60.
On notera que l'enveloppe intérieure 5 est agencée à distance
par rapport à la pièce d'extrémité 4 de façon à créer un passage annulaire 51
entre le premier canal 50 et le deuxième canal 60. Ce passage 51 est défini
entre la pièce d'extrémité 4, l'enveloppe intérieure 5 et l'enveloppe
extérieure
6. Au contraire, l'enveloppe extérieure 6 est en contact étanche à l'air avec
l'aile 43 de la pièce d'extrémité 4.
Selon l'invention, ledit dispositif de refroidissement comprend :
- une chambre de distribution 8,. annulaire, entourant ledit
cylindre 3 et fixée audit cylindre 3 du four, alimentant en air ledit premier
canal
50,
- lesdits moyens de ventilation comprenant au moins un
ventilateur 9 et un moteur électrique actionnant ledit au moins un ventilateur
9,
lesdits moyens de ventilation étant embarqués sur le cylindre 3, métallique,
du
four, montés tournant avec lui, alimentant de manière étanche à l'air ladite
chambre de distribution 8,
- des connecteurs électriques 10, 11, tournants, comprenant
des bagues annulaires 10 entourant ledit cylindre 3 four, et des contacts 11,
aptes à glisser ou rouler sur les bagues annulaires 10 lors de la rotation du
four pour permettre l'alimentation en électricité du ou des moteurs
électriques
desdits moyens de ventilation.
Avantageusement, le ou les ventilateurs 9 des moyens de
ventilation sont solidaires du cylindre 3 du four rotatif, permettant
d'alimenter
en air soufflé le premier canal 50 en évitant, voire en limitant fortement les
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pertes d'air, et sans l'utilisation d'un joint tournant tel que connu de
l'état de la
technique.
L'alimentation en air soufflé par les moyens de ventilation
s'effectue par l'intermédiaire d'une chambre de distribution 8 dont la
fonction
est de répartir de manière homogène le flux d'air soufflé sur toute la section
annulaire du premier canal 50. La section de la chambre de distribution est
ainsi dimensionnée à cet effet.
Le ou les ventilateurs 9 sont mus par un ou plusieurs moteurs
électriques, dont l'alimentation électrique est assurée par l'intermédiaire
des
connecteurs électriques 10, 11, tournants. Les bagues annulaires 10 sont
solidaires rigidement du cylindre 3 du four 1, et les contacts 11, tournants
ou
glissants, sont solidaires du bâti fixe.
Le nombre des bagues annulaires 10 (et donc des contacts
11) dépend du mode de branchement électrique dès moteurs. Le nombre de
bagues sera, par exemple, d'au moins trois (i.e. trois) pour des moteurs
fonctionnant avec courant triphasé et de deux pour des moteurs fonctionnant
en courant alternatif monophasé ou en courant continu.
Eventuellement, une bague annulaire supplémentaire (et un
contact associé) peut être ajoutée pour un signal supplémentaire destiné au
contrôle du ou des moteurs électriques 9.
La chambre de distribution 8, annulaire, peut être réalisée
entre la paroi extérieure du cylindre 3 et un capotage 80, annulaire,
prolongeant l'enveloppe intérieure 5.
Le cylindre 3 métallique du four, protégé par le matériau
réfractaire 73 intérieur, peut atteindre plusieurs centaines de degrés
Celsius,
même dans sa partie située à l'air libre.
Afin de protéger les conducteurs électriques 10, 11 des hautes
températures, les bagues annulaires 10 peuvent être placées sur la chambre
de distribution 8, qui est maintenue à faible température grâce à l'air qui y
circule, sur la paroi de ladite chambre de distribution 8 la plus extérieure
par
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rapport au cylindre 3 du four 1. Cette chambre de distribution 8 peut être de
section rectangulaire.
Dans le même souci de refroidissement des conducteurs
électriques, la chambre de distribution 8 peut comporter des orifices d'évent
14
sur ladite paroi de la chambre de distribution la plus extérieure par rapport
au
cylindre du four 1,de façon à laisser s'échapper une fraction mineure de l'air
soufflé par lesdits moyens de ventilation.
Cette fraction mineure peut représenter entre 2 % et 20% de
l'air soufflé par lesdits moyens de ventilation et permet d'assurer le
refroidissement des bagues annulaires 10.
Les conducteurs électriques 10, 11 peuvent être protégés du
courant d'air chaud s'échappant du deuxième canal 60 grâce à un écran 12
annulaire disposé entre ladite ouverture d'échappement du deuxième canal 60
et lesdits connecteurs électriques, tournants 10, 11.
On peut protéger également des hautes températures chaque
moteur de ventilateur 9 en faisant circuler l'air frais aspiré par le
ventilateur 9
dans une enveloppe entourant le moteur électrique dudit ventilateur 9, avant
son entrée dans ledit ventilateur 9.
Le cylindre 3 du four étant soumis à une dilatation/rétractation
du fait des variations de sa température, la position des bagues annulaires 10
suivant l'axe du cylindre 3 n'est pas unique par rapport à un repère fixe.
Avantageusement et afin de pallier cette contrariété, les
contacts 11 peuvent être libres en translation suivant un axe parallèle à
l'axe
du cylindre 3 par l'intermédiaire de moyens de guidage en translation entre
lesdits contacts 11 et le bâti du four de telle façon à suivre le déplacement
des
bagues annulaires 10 lors de la dilatation/rétractation du cylindre du four.
Afin de pallier une éventuelle défaillance d'un ventilateur, les
moyens de ventilation peuvent comprendre plusieurs ventilateurs 9 alimentant
en air frais, en parallèle, ladite chambre de distribution 8 par
l'intermédiaire de
circuits indépendants joignant respectivement chacun des ventilateurs 9 à
= ladite chambre de distribution 8.
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Avantageusement, afin d'empêcher l'échappement de l'air frais
par le biais du ventilateur arrêté, une valve 15 à fermeture automatique peut
être associée à chacun desdits ventilateurs 9, apte à fermer ledit circuit
correspondant joignant ledit ventilateur 9 et ladite chambre de distribution 8
5 dans le cas d'un arrêt dudit ventilateur (Figure 3).
Naturellement d'autres modes de réalisation auraient pu être
envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention telle que définie
par
les revendications ci-après.
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NOMENCLATURE
1 Four tubulaire rotatif,
2 Boîte fixe,
3 Cylindre,
4 Pièce d'extrémité,
5 Enveloppe intérieure,
6 Enveloppe extérieure,
8 Chambre de distribution,
9 Ventilateur,
10 Bagues annulaires (Connecteurs électriques),
11 Contacts (Connecteurs électriques),
14 Orifices d'évent (Chambre de distribution 8),
Valve,
41 Paroi extérieure (Pièce d'extrémité 4),
15 42 Aile (Pièce d'extrémité 4),
43 Aile (Pièce d'extrémité 4),
50 Premier canal,
51 Passage annulaire,
60 Deuxième canal,
72 Matériau réfractaire (Boite fixe 2),
73 Matériau réfractaire (Cylindre 3),
74 Matériau réfractaire (Pièce d'extrémité 4),
80 Capotage (Chambre de distribution 8),
100 Dispositif de refroidissement.
