Brevet FR2326976A1 — publié le 19770506

La présente invention concerne un broyeur a projection destiné a broyer is minerais et minéraux non métallifères divers charges, produits inorganiques grillés et frittés, combustible, solides, engrais et autres produits chimiques, ainsi que les grains, os et autres matériaux solides d'origine végétale ou animale. Le dispositif selon l'invention peut trouver son application dans l'énergétique, dans les industries minière, houillère, chimique, alimentaire, ainsi que dans la métallurgie et le bâtiment. On connait bien un broyeur à projection qui possède des injecteurs de broyage orientés l'un vers l'autre, dans lesquels la matière a broyer est emportée par un flux ou écoulement moteur gazeux et accélérée jusqu'8 une vitesse voisine de celle du flux moteur, et une chambre de broyage où les injecteurs de broyage mentionnés sont montés coaxialement. La chambre de broyage assure une collision libre et une fragmentation de la matière a broyer. On utilise des flux moteurs froids (par exemple d'air comprimé) et à haute température (par exemple de vapeur surchauffée). Le broyeur à projection connu possède aussi un séparateur qui sépare le produit broyé fini du demi-produit dont les particules n'ont pas encore atteint la dimension recherchée. Le fond du séparateur est constitué par des plans inclinés vers les injecteurs de broyage de manière à former un angle obtus entre leur surface extérieure et la direction du courant de la matière projetée de la chambre de broyage. Le séparateur est relié a la chambre de broyage travers une conduite verticale prévue pour la réception de la lumière broyée dans la chambre de broyage et aux éléments-récepteurs des injecteurs de broyage a travers des conduites inclinées destinées a faire revenir le demi-produit pour le finissage dans les injecteurs (voir par exemple l'ouvrage de V.I.Akunov "broyeurs projection" Machguiz, 1967, p. 139-142. La présence dans le broyeur à projection connu de la conduite verticale nécessite, outre la consommation du flux moteur pour le travail essentiel (le broyage de la matière dans la chambre de broyage), une consommation complémentaire du flux moteur nécessaire pour assurer le transport pneumatique des particules lourdes 9 travers la conduite verticale ainsi qup pour surmonter les pertes de charges dans cette dernière. Cette consommation complémentaire du flux moteur n'est pas moins importante que celle nécessaire pour le broyage car, afin d'obtenir la finesse de broyage voulue, les particules de la matière doivent passer à plusieurs reprises (4 à 20 fois) a travers les mêmes organes du broyeur. La hauteur à laquelle peut etre montée la matière à broyer dans le transport pneumatique est limitée, ce qui rend difficile la mise au point de broyeurs a haut rendement. la dimension des particules qu'on peut transporter pneumatiquement par la conduite verticale ascendante ntest pas grande, tandis que la vitesse du gaz de transport doit etre importante. Par exemple, pour réaliser le transport vertical du clinker de ciment, composé des grains de deux centimètres de diamètre, depuis la chambre de broyage vers le séparateur, la vitesse des solides en suspension dans le gaz doit etre de 30 m/s et davantage. Pour assurer la haute vitesse des solides en sus pension dans la conduite, cette dernière doit être de faible diamètre et on doit y introduire complémentairement, outre le flux moteur, une quantité approximativement égale à ce dernier de gaz à basse pression (de l'ordre de 1 à 1,5 atmosphère absolue) appelé gaz complémentaire. La haute vitesse des solides en suspension et le faible diamètre de la conduite provoquent l'usure élevée des parois de la conduite et la pénétration d'impuretés (particules de la matière constituant des parois de la conduite) dans le produit à broyer. Dans certains cas, par exemple, lors du broyage des clinkers durs blancs, le taux des impuretés peut aller jusqu'à 1% par rapport au poids du produit fini. L'utilisation de conduites reliant le séparateur aux injecteurs de broyage rend plus compliquée l'exploitation du broyeur. Ainsi pour assurer le déverserment du demi-produit du séparateur par la conduite, cette dernière doit avoir une inclinaison considérable, ce qui amène à monter le séparateur au-dessus de la chambre de broyage et à augmenter respectivement la longueur de la conduite verticale les reliant, et impose par conséquent une hauteur considérable du broyeur En plus, le broyage des matières humides, et surtout des matières adhésives, est limité en cas de retour du demi-produit à travers les conduites d'où nécessité d'utiliser des dispositifs mécaniques supplémentaires interdisant l'adhérence de la matière aux parois de la conduite (vibrateurs, remueuses, etc.) En cas d'utilisation dans le broyeur à projection d'un flux moteur chaud, par exemple de la vapeur surchauffée ou de l'air chaud, l'utilisation des conduites, reliant la chambre de broyage au séparateur et le séparateur aux injecteurs de broyage, nécessite de monter des compensateurs à presse-étoupe ou autres qui compliquent l'exploitation du broyeur et exigent des remplacements fréquents. De ce fait, des broyeurs à projection connus, caractérisés par la mise en communication du séparateur avec la chambre et les injecteurs de broyage par l'intermédiaire des conduites, consomment le flux moteur non seulement pour effectuer le travail utile (broyage) mais aussi pour réaliser des processus supplémentaires : le déplacement de la matière à broyer à travers les conduites de communication. Le coût de broyage dans les broyeurs de ce type est deux fois au moins plus élevé que le coût des processus memes de broyage et de séparation. L'invention vise à remédier aux inconvénients cités ci-dessus. L'invention a pour objet de creer un broyeur a projection dans lequel la communication de la chambre de broyage avec le séparateur assurerait un haut rendement des opérations effectuées, une haute qualité du produit fini, le coût de broyage étant relativement bas. Le problème visé est résolu du fait que dans le broyeur à projection constitué par des injecteurs de broyage montés dans une chambre de broyage et orientés l'un vers l'autre, et par un séparateur relié à la chambre de broyage et ayant un fond composé de secteurs inclinés vers les injecteurs de broyage, selon l'invention, la chambre de broyage est reliée directement au séparateur, des éléments-récepteurs des injecteurs sont montés dans le fond du séparateur et, dans ce cas, la surface extérieure des secteurs inclinés forme un angle aigu avec la direction du courant de matière sortant de la chambre de broyage. En cas de nécessité d'envoyer les particules du demi-produit dans les éléments-récepteurs des injecteurs de broyage pour le finissage, on prévoit au moins un écran monté à l'intérieur du séparateur sous un angle par rapport à la direction du courant des solides en suspension sortant de la chambre de broyage. Pour faciliter l'évacuation de gros grains de demi-produit de broyage de la chambre de broyage, un orifice, destiné à amener complé mentairement du gaz a basse pression dans la chambre, est prévu au centre du fond de la chambre de broyage. L'essence de l'invention proposée consiste en ce qui suit. Vu que la chambre de broyage est reliée directement au séparateur de sorte que sa partie de sortie coincide avec le fond du séparateur, on a la possibilité de broyer une matière ayant dans sa composition des particules de grande dimension. Cela s'explique par le fait que chaque grosse particule projetée en haut par le courant composé du mélange du gaz et de la matière broyée (solides en suspension) qui se forme par suite du heurt dans la chambre des jets sortant des injecteurs, arrive directement dans le séparateur et glisse suiant le fond vers l'élément-récepteur (vers orifice, la tubulure, etc.) d'un des injecteurs de broyage.C'est pourquoi le transport pneumatique au séparateur d'une grande quantité de matière comprenant les particules lourdes ne nécessite pas d'application d'efforts supplémentaires ni de consommation supplémentaire de flux moteur. Il en résulte que la masse de la plus grande particule (d'après ses dimensions) à broyer peut dépasser de deux fois au minimum la masse de ia plus grande particule broyée dans les broyeurs à projection connus, avec un débit économique du flux moteur. De ce fait, le rendement maximal du broyeur augmente de 8 à 10 fois environ. Grâce a la communication de la sortie de la chambre de broyage avec le fond du séparateur, on n'a plus besoin de consommation supplémentaire de gaz, nécessaire pour le transport de grosses particules à travers la conduite. Seule l'amenée d'une faible quantité de gaz supplémentaire est possible pour former le courant d'acheminement de la matière broyée dans la chambre de broyage vers sa sortie. Le besoin du gaz supplémentaire, dans ce cas, sera de 3 ou 4 fois inférieur que dans le broyeur à projection connu. L'usure de la surface intérieure de la conduite et la pénétration des impuretés dans la matière à broyeur, due à cette usure, sont éliminées. La hauteur du broyeur à projection est considérablement diminuée. Vu que les éléments-récepteurs des injecteurs de broyage sont montés dans le fond du séparateur, on n'a plus besoin d'avoir recours à des dispositifs mécaniques contribuant au déplacement du demi-produit vers les injecteurs de broyage. On peut aussi se passer des compensateurs installés sur les conduites lors de l'utilisation du flux moteur chaud, afin de neutrsEsr l'effet nuisible des variations de leur longueur par suite des oscillations de la température. L'orifice prévu dans le fond de la chambre de broyage pour amener complémentairement du gaz à basse pression dans la chambre permet de faciliter l'évacuation de grosses particules du demi-produit de la chambre de broyage au séparateur travers sa sortie. Le poids maximal de la particule de la matière à broyer dans le broyeur à projection, dans ce cas, est au moins deux fois plus grand que le poids de la particule qui pourrait être broyée en l'absence d'un tel orifice d'amenée du gaz. Pour assurer la distribution uniforme du demi-produit entre les injecteurs de broyage, on a prévu à l'intérieur du séparateur au moins un écran monté sous un certain angle par rapport à la direction du courant des solides en suspens ion sortant de la chambre de broyage. Les particules de demi-produit, qui se trouvent en suspension, se heurtent contre l'écran et, après avoir changé de direction, sont renvoyées par l'écran pour arriver dans les éléments récepteurs des injecteurs de broyage. L'utilisation des écrans amène un effet supplémentaire : la désagrégation des particules qui sont fragmentées par suite de la collision dans la chambre de broyage. De ce fait, le nombre de cycles de circulation de la matière à l'intérieur du broyeur a projection jusqu'à sonbroyage complet, ainsi que la consommation du flux moteur se trouvent diminués, respectivement. La valeur de cet effet est fonction des propriétés de la matière à broyer : de sa viscosité élasticité, humidité, homogénéité, etc., ainsi que de la vitesse de la collision des particules dans la chambre de broyage et leur heurt contre l'écran. Ainsi, la communication directe de la chambre de broyage avec le séparateur de sorte que sa partie de sortie se trouve réunie avec le fond du séparateur portant les éléments récepteurs montés'des injecteurs de broyage, l'installation à l'intérieur du séparateur des écrans placés sous un angle par rapport la direction du courant des solides en suspension sortant de la chambre de broyage et l'orifice pratiqué dans le fond de cette dernière pour amener complémentairement dans la chambre du gaz basse pression, permettent - de réduire de 30 à 40% la consommation du flux moteur nécessaire pour le broyage, en fonction de la viscosité de la matière à broyer, de son humidité, de la finesse de son broyage, de la vitesse d'écoulement du flux moteur des buses;; -d'augmenter la masse (le poids) de la plus grosse particule à broyer dans le broyeur à projection a dimensions imposées, au moins de deux fois; - de réduire de 50% les cotes d'encombrement et respectivement la masseetlecoût du broyeur; - de diminuer la pénétration dans le produit de broyage des particules de la matière constituant les parois du broyeur à projection et d'augmenter ainsi la pureté du produit et de réduire les dépenses pour le revêtement et les pertes de temps pour son remplacement; - d'augmenter l'effet des opérations utiles supplémentaires, qui peuvent accompagner le broyage dans le broyeur à projection : séchage, chauffage ou refroidissement, désagrégation, extraction d'un des composants de la matière a broyer, traitement par des réactifs chimiques qui peuvent être introduits avec les matières à broyer, avec le flux moteur, avec le gaz amené complémentairement grâce à l'amélioration du soufflage de tous les cotés de chaque particule de la matière dans la chambre de broyage et dans le séparateur. Pour mieux comprendre l'essence de l'invention, sa description est suivie d'un dessin annexé, représentant un exemple préféré de réalisation du broyeur à projection servant simultanément à broyer, malaxer, traiter par des agents tensio-actifs et sécher partiellement des quantités convenablement dosées de clinker de ciment, de plâtre à humidité naturelle et des additions amaigrissantes sous forme de scorie métallurgique granulée. La grosseur des particules de ce mélange va jusqu'à 30 mm. En tant que flux moteur, on utilise de la vapeur surchauffée à 300"C. Le dessin représente la coupe transversale du broyeur à projection destiné à broyer le mélange susmentionné, c'est-a-dire pour obtenir le ciment Portland hydrophobe. Le broyeur à projection représenté sur ce dessin comprend une chambre de broyage 1, deux injecteurs de broyage 2 montés dans cette dernière, orientés l'un vers l'autre et possédant des buses 3 destinées à introduire un flux moteur dans ces injecteurs, un séparateur 4, relié directement à la chambre de broyage 1 et dont le fond 5 a des plans inclinés vers les éléments-récepteurs des injecteurs de broyage 2 réalisés sous forme des tubulures 6. La partie de sortie 7 de la chambre de broyage 1 coincide avec le fond 5 du separateur. Les tubulures 6 sont mises en coincidence avec les points les plus bas du fond 5 du séparateur 4. Dans le séparateur 4, au-dessus de la partie de sortie 7 de la chambre de broyage 1, est placé un écran 8 à deux surfaces réfléchissantes servant à renvoyer de grosses particules du demi-produit dans les tubulures de réception 6 des injecteurs de broyage 2. Ltécran 8 forme un angle a avec la direction A du courant des solides en suspension sortant de la chambre de broyage. Au-dessus de l'écran 8 se trouve l'écran 9 à plusieurs sections qui sert a renvoyer les petites particules du demi-produit dans la tubulure de réception 6. Le séparateur 4 a derrière écran 9 une tubulure 10 de sortie destinée l'évacuation du produit de broyage du broyeur à projection. Dans le fond de la chambre de broyage I est prévu un orifice ll qui sert à amener supplémentairement dans la chambre le gaz à basse pression. A l'orifice Il se raccorde la conduite 12 reliée aux trémies 13 servant à évacuer de gros grains de matière qui ne sont pas sortis de la chambre de broyage 1 dans le séparateur 4, et à la conduite 14 destinée amener le gaz à basse pression. Chacune des trémies 13 possède une soupape d'échappement 15. Au voisinage du fond du séparateur 4 se trouvent des tubulures 16 qui servent à alimenter le broyeur à projection en matière de départ à broyer. Le broyeur à projection proposé fonctionne de façon suivante. Un mélange de clinker de ciment, de plâtre à humidité naturelle et de scorie métallurgique granulée, mouillé par une solution aqueusedevinasse de sulfite et d'alcool (agent tensio-actif) arrive à travers les tubulures 16 dans la partie inférieure du séparateur 4 où il est mélangé avec le demi-produit isolé par le séparateur du produit fini de broyage. Ensuite, le mélange va par les tubulures 6 dans les injecteurs de broyage 2, et étant attrapé par les jets de la vapeur surchauffée, découlant des buses 3 sous une pression de 3 à 59-atmospheres de la pression excessive se trouve accéléré jusqut la vitesse de 100 à 200 m/s et arrive à cette vitesse dans la chambre de broyage 1.Les particules de la matière projetées par les jets de la vapeur des injecteurs 2 orientés l'un vers l'autre, se fragmentent en se heurtant mutuellement. Les solides en suspension formés par la matière fragmentée et bien mélangée avec de la vapeur surchauffée d'dchappemellt, sont évacués, à travers la partie de sortie 7 de la chambre de broyage 1, dans le séparateur 4. Une fois dans le séparateur 4, les solides en suspension perdent de la vitesse; de ce fait, la fraction grossière du mélange homogénéisé des matériaux de départ, qui n'a pas atteint la finesse de broyage recherchée est précipitée du courant général des solides en suspension sur le fond incliné 5 du séparateur 4 et glisse dans les tubulures 6 des injecteurs de broyage 2 pour subir le finissage. Les particules du demi-produit relativement grosses, de dimension de 10 mm et inférieure, fendillées lors de la collision dans la chambre de broyage 1 se fragmentent en heurtant l'écran 8, se dispersent et, étant repoussées par l'écran, arrivent dans les tubulures 6. Les plus fines particules du demi-produit repoussées par les surfaces réfléchissantes de l'écran 9, à plusieurs sections, retournent aussi sur le fond 5 du séparateur 4 et dans les tubulures 6 pour le finissage. Les sections de l'écran 9 peuvent tourner dans le plan vertical, ce qui permet, en modifiant leur angle d'inclinaison par rapport à la direction du courant des solides en suspension et en réduisant simultanément l'espace entre les sections, de régler les dimensions des particules renvoyées pour le finissage et, par conséquent, la finesse de broyage de la matière dans le broyeur à projection. Le produit fini est évacué du broyeur à travers la tubulure 10 vers l'endroit de destination. Les morceaux trop gros de clinker, de plâtre ou des inclu- sions accidentelles, qui ne peuvent pas être déplacés de la chambre de broyage 1 dans le séparateur 4 par le courant des solides en suspension tombent par l'orifice 11 dans la conduire 12, ensuite dans les trémies 13 et enfin sont évacués du broyeur. Pour interdire l'aspiration non prévue dans la chambre de broyage 1 de l'air atmosphérique à travers les trémies 13, ces dernières sont équipées de soupapes d'échappement 15. Pour évacuer de grosses particules du demi-produit de la chambre de broyage 1, pour interdire la retombée dans les trémiesl3 des particules relativement fines du demi-produit et pour améliorer le fonctionnement du séparateur, grâce à la meilleure dilution des solides en suspension, on amène complémentairement d'en bas dans la chambre de broyage 1, à travers l'orifice 11 et les conduites 14 et 12, le gaz basse pression (l'air ou la vapeur en fonction des conditions locales). On peut aussi introduire le flux moteur d'échappement sorti du broyeur à projection par l'intermédiaire de la tubulure 10. Le dispositif selon l'invention permet de réaliser le broyage de matière à plus grandes dimensions des particules de départ, dépassant de deux å trois fois les dimensions des particules broyées dans d'autres broyeurs à projection ayant un rendement de même ordre. De ce fait, dans certains cas, on peut éviter le concassage préalable de la matière de départ Le débit spécifique du flux moteur, pour le broyage de la matière jusqu'a un degré de dispersion requis se trouve réduit de 30 à 40% avec diminution respective du coût du broyage. La simplification de l'ensemble de séparation du broyeur à projection améliore ses caractéristiques epermet de fabriquer les parois du séparateur en béton armé sans recourir aux métaux utilisés à présent. L'emploi a l'intérieur du séparateur de broyeur, des écrans renvoyant les particules du demi-produit contenues dans les solides en suspension directement dans les éléments-récepteurs des injecteurs de broyage pour le finissage, permet de réduire la hauteur de la partie supérieure de la chambre de broyage disposée au-dessus du niveau des injecteurs de broyage et d'augmenter, par conséquent, de 15 à 30% la grosseur des particules de la matière projetée de la chambre de broyage dans le séparateur. Il en résulte l'augmentation de 15 à 30% des dimensions des particules de départ de la matière à broyer pour le même rendement du broyeur à projection. La désagregation (lors de leur heurt contre écran) des particules fendillées à la collision dans la chambre de broyage permet de réduire davantage le débit spécifique ( en outre de celui indiqué ci-dessus) du flux moteur pour le broyage (de 5 à 15%). La réduction du doit (sa valeur) est fonction de la structure, et de la viscosité de la matière à broyer ainsi que de la vitesse de collision et heurt des particules contre l'écran. L'orifice, prévu dans le fond de la chambre de broyage et destiné à amener complémentairement dans la chambre le gaz de basse pression, permet de réutiliser les gaz sortant du broyeur à projection, et cela de pair avec l'amdlioration du fonctionnement du séparateur et l'augmentation des dimensions des particules de la matière-de départ qui se déplacent de la chambre de broyage dans le séparateur. De ce fait, la capacité requise du capteur des poussières (filtre, scrubber, etc.) monté en aval du broyeur se trouve diminuée de deux fois environ et, en cas d'utilisation du flux moteur chaud, les consommations de la chaleur nécessaire pour le broyage, en dehors de l'économie obtenue grâce à la réduction du débit du flux moteur, sont diminuées encore de 10 à 20%. Par suite de la diminution de la hauteur du broyeur et respectivement du volume du local pour son installation, le coût de toute l'installation à broyer est diminué de 50%. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par les spécialistes au dispositif selon l'invention qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Broyeur à projection destiné à la réduction en poudre de matériaux dans le contre-courant réalisé à l'aide des injecteurs de broyage montés dans une chambre de broyage et orientés l'un vers l'autre et d'un séparateur relié à la chambre de broyage et ayant un fond constitué par des sections inclinées vers les injecteurs de broyage, ce broyeur étant caractérisé en ce que la chambre de broyage est reliée directement au séparateur et le fond du séparateur porte montés des éléments-récepteurs des injecteurs de broyage et, dans ce cas, la surface extérieure des sections inclinées du fond du séparateur forme, avec la direction du courant de la matière sortant de la chambre de broyage, un angle aigu. 2. Broyeur à projection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'intérieur du séparateur, sous un angle par rapport B'la direction du courant des solides en suspension sortant de la chambre de broyage, se trouve monté au moins un écran servant à faire retourner les particules du demi-produit contenues dans les solides en suspension dans les injecteurs de broyage pour le finissage. 3. Broyeur à projection selon la revendication 1, caractériséenceque dans le fond de la chambre de broyage est pratiqué un orifice servant à introduire supplémentairement du gaz a basse pression dans la chambre de broyage.