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). 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 : ύ

- 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 : - 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 disposé 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 à 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 la dilatation/rétractation du cylindre du four ;

- l'air frais aspiré 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 à 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.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique, en coupe, partielle, d'un dispositif de refroidissement conforme à l'invention. - 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 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 soufflage 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.

II 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 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 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 ie 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 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 des 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 élèctriques 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 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. 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 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.

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),

15 Valve,

41 Paroi extérieure (Pièce d'extrémité 4), 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.