Brevet FR2395071A1 — publié le 19790119

L'invention, due à Monsieur Nicolas SANCHEZ, est relative à un procédé de broyage de matières, notamment destinées à être réduites à un état pulvérulent. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un procédé de broyage, pour cimenterie, de matières rocheuses,tellesqieducalcaire ou autre, à partir desquelles sont obtenus les produits pulvérulents de cimenterie. L'invention a pour but, surtout, de rendre le procédé de broyage tel qu'il réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment tel que la consommation d'énergie pour le broyage d'une masse déterminée soit réduite. Selon l'invention, le procédé de broyage est caractérisé par le fait qu'on applique, à la matière à broyer, des ultra-sons dans des conditions et sous une fréquence telles que le broyage de la matière soit assuré. Avantageusement, pour le broyage des matières utilisées en cimenterie, notamment pour le broyage de pierres calcaires, la fréquence des ultra-sons est supérieure à 20 KHz' et de préférence de l'ordre de 22 KHz. L'invention concerne également un appareil pour le broyage de matières, notamment destinées à être réduites à un état pulvérulent. Selon l'invention, cet appareil est caractérisé par le fait qu'il comprend:un récipient dans lequel est disposée une quantité de matériaux à broyer; au moins un transducteur propre à émettre des ultra-sons, et des moyens pour appliquer le transducteur émettant les ultra-sons contre la matière à broyer, l'ensemble étant tel que les ultra-sons soient transmis à cette matière et provoquent son broyage. Avantageusement, le récipient coTBteunfbndserEiiblement horizontal dans lequel sont prévues des ouvertures de filtrage propres à laisser s'écouler les produits suffisamment pulvérisés, de telle sorte que le niveau supérieur de la quantité de matière à broyer baisse progressivement en cours d'opération de broyage, et les moyens pour appliquer le ou les transducteurs contre la matière à broyer sont agencés de manière à descendre progressivement les transducteurs pour qu'ils restent au contact de la surface supérieure de la matière à broyer. On peut prévoir un dispositif de chargement péro- dique du récipient ; ce dispositif de chargement comprend notamment une goulotte prévue dans une paroi du récipient, et à travers laquelle est introduite la quantité de matière à broyer à la fin d'une opération de broyage et avant le début de l'opération suivante. On peut prévoir, dans les parois du récipient, un écran pour freiner la transmission des ultra-sons vers l'ex- térieur. Plusieurs transducteurs peuvent être prévus et appliqués simultanément contre la -surface supérieure de la matière à broyer. Les transducteurs peuvent être appliqués directement contre la matière ; selon une variante, les transduc teurs sont appliqués-contre une plaque de contact, avantageu sement métallique, reposant sur la surface supérieure de la matière à broyer. Le transducteur est, de préférence, placé avec son axe vertical. Chaque transducteur comprend, avantageusement, une partie supérieure et une partie inférieure métalliquesempri sonnant, en sandwich, au moins une,et de préférence deux céramiques propres à transformer en vibrations mécaniques ultra-sonores des signaux électriques. Des moyens de liaison, tels qu'une vis, relient la partie inférieure metallique du transducteur à la partie supérieure ; cette vis peut traver ser les céramiques en étant entourée par un manchon isolant. Les faces positives des deux céramiques sont tour nées l'une vers l'autre , tandis que les faces négatives de ces céramiques sont au contact des parties supérieure et inférieure métalliques du transducteur. La source électrique excitatrice a sa borne positive reliée aux deux faces en contact des céramiques et sa borne négative reliée en parallèle aux interfaces des céramiques et des parties métalliques du transducteur. La partie supérieure de ce transducteur est de préférence en acier, tandis que la partie inférieure est de préférence en titane ou en alliage d'aluminium à haute résistance mécanique. La partie inférieure du transducteur se prolonge, vers le bas, par une pointe dont la section diminue progressivement de manière à accroitre l'amplitude des oscillations ultra-sonores longitudinales transmises à la matière à broyer. On dispose avantageusement une plaque mince de laiton, ou analogue, entre les deux faces voisines des deux céramiques prises en sandwich entre les deux parties du transducteur. La zone du transducteur comportant les céramiques correspond à un noeud de vibrations ultra-sonores,et les moyens pour appliquer le transducteur contre la matière à broyer comprennent des moyens de support qui maintiennent le transducteur au voisinage des céramiques, c'est-à-dire vers un noeud de vibrations. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec référence au dessin ci-annexé, mais qui ntest nullement limitatif. La figure 1, de ce dessin, est une coupe transversale schématique d'un appareil conforme à l'invention. La figure 2, enfin, est une coupe à plus grande échelle, d'un transducteur. En se reportant à la figure 1, on peut voir un appareil 1 pour le broyage de matières, notamment de matières rocheuses telles que des pierres 2 de calcaire ou autre, à partir desquelles sont obtenus les produits pulvérulents des cimenteries. Les pierres à broyer ont des dimensions sensiblement identiques. A titre d'exemple, nullement lumitatif, on peut indiquer un diamètre moyen d'environ 4 cm et une longueur de l'ordre de 6 cm. Le matériau pulvérulent à obtenir, à partir de ces pierres, est composé de grains dont le diamètre est inférieur à 50 microns. L'appareil 1 comprend un récipient 3, représenté sous la forme d'une cuve, à fond horizontal 4 et à parois verticales 5. Ce récipient est ouvert à sa partie supérieure. Une goulotte 6 est prévue dans une paroi 5 pour le chargement en matière à broyer du récipient 3. Cette goulotte est reliée à une trémie de chargement 7. Un volet 8, orientable, permet,lorsqu'il est ouvert, le déversement de la matière dans le récipient 3 à partir de la goulotte 6. Le fond 4 du récipient comporte des ouvertures 9 munies de filtres 10 propres à laisser passer, par gravité, la matière 11 suffisamment pulvérisée qui est évacuée par une canalisation de sortie 12. Une batterie de transducteuls 13, propres à produire et à transmettre des ultra-sons, est disposée au-dessus de la couche de pierres 2. Dans l'exemple représenté, trois transducteurs 13 sont prévus, avec leurs axes parallèles, chaque transducteur ayant une forme générale cylindrique, à axe vertical. Des moyens de maintien 14 sont prévus pour appliquer l'extrémité inférieure 15, en forme de pointe, des -transducteurs contre les pierres 2. Les pointes 15 peuvent être appliquées soit directement contre les pierres 2, soit, comme représenté sur la figure 1, contre une plaque métallique de contact 16 qui, elle-même,repose sur la surface supérieure de la couche de pierres 2. Les moyens de maintien 14 sont propres à faire descendre progressivement les transducteurs 13 de manière qu'ils suivent la surface supérieure de la couche de pierres 2, au fur et à mesure que la matière pulvérisée Il coule par les ouvertures 9. La plaque 16 peut être supportée par les moyens de maintien 14, et maintenue en appui contre les pointes 15. Selon une variante, la plaque 16 est supportée, à partir du fond 4 du récipient, par des moyens permettant le déplacement vertical de cette plaque 16. Les parois dru récipient 3 comprennent, de préférence, un écran 17 propre à freiner la transmission des ultra-sons vers l'extérieur. Cet écran 17 peut être formé par une couche d'air séparant deux épaisseurs de paroi ou par tout autre écran approprié. Comme visible sur la figure 2, chaque transducteur comprend une partie supérieure métallique 13a, de préférence en acier et une partie métallique inférieure 13b, de préférence en titane ou en alliage d'aluminium à haute résistance. Deux céramiques 18a, 18b, sont prises en sandwich entre la partie supérieure et la partie inférieure. Ces céramiques sont propres à transformer en vibrations mécaniques longitudinales, suivant l'axe du cylindre 13, des impulsions électriques fournies par une source 19. Une plaque mince 20 de laiton, ou analogue, est placée entre les deux céramiques 18a, 18b. Les faces des céramiques en contact avec cette plaque 20 sont les faces positives ; les faces négatives des céramiques sont respectivement au contact de la partie supérieure 13a et de la partie inférieure 13b du transducteur. La borne positive de la source 19 est donc reliée à la plaque 20, tandis que la borne négative de la source d'impulsions électriques 19 est reliée, en parallèle, aux deux faces de contact des céramiques avec les parties inférieures et supérieure du transducteur. Les deux parties 13a, 13b, sont liées l'une à l'autre par une vis 21 dont l'extrémité filetée coopère avec un trou taraudé 22 prévu dans la partie inférieure 13b,et dont la tête est en appui contre la face supérieure de la partie 13a. Cette vis 21 traverse les céramiques 18a, 18b, qui comportent un- trou central pour le passage de la vis. Un manchon 23 de matière isolante est prévu autour de la vis pour la traversée des céramiques. La pointe 15 prolonge la partie inférieure 13b; cette pointe a une forme de révolution et sa directrice a une forme exponentielle permettant d'assurer l'augmentation de l'amplitude des vibrations longitudinales en bout de pointe. La région des céramiques 18a, 18b, correspond à un noeud d'amplitude pour les vibrations longitudinales ultrasonores ; l'amplitude de ces vibrations est maximale à l'extrémité de la pointe 15. Les moyens de maintien 14 comprennent avantageusement des bvs ouirfures 14a maintenant les transducteurs 13 au voisinage des céramiques 18a, 18b, c'est-à-dire au voisinage du noeud de vibration, de manière à gêner le moins possible la production des ondes ultra-sonores. Ces ceintures de fixation sont reliées à des moyens 14b permettant de faire monter ou descendre l'ensemble des transducteurs 13 de manière à suivre le niveau supérieur de la couche de pierres 2. Les moyens de maintien 14 sont en outre agencés pour appuyer la batterie de transducteurs 13 contre la couche de pierres 2 contre la plaque 16 avec une force déterminée, correspondant à une pression déterminée. Le fonctionnement du broyeur selon l'invention résulte immédiatement des explications précédentes. En début d'opération, on remplit le fond du récipient 3 avec une quantité déterminée de pierres 2 à broyer, par ouverture du volet 8. Lorsque cette opération est terminée, on ferme le volet 8. On alimente alors, en énergie électrique, la source 19 qui envoie des impulsions électriques sur les céramiques 13a, 18b. Ces céramiques transforment en vibrations mécaniques ultra-sonores longitudinales les impulsions électriques. Les transducteurs 13 communiquent, par les pointes 15 soit directement aux pierres 2, soit par l'intermédiaire de la plaque 16, les ultra-sons ainsi produits. L'énergie ultre-sonore transmise aux pierres 2 provoque leur désagrégation et leur broyage. I1 est apparu que pour le broyage de pierres de calcaire al analogue la fréquence des ultra-sons doit être avantageusement supérieure à 20 KHz et de préférence de l'ordre de 22 KHz. Dans le cas où une plaque 16 est utilisée, on peut prévoir, avantageusement, des alvéoles 16a sur la face de cette plaque au contact avec la matière. A titre indicatif, et simplement pour fixer les idées, on peut préciser que, dans l'application envisagée aux cimenteries, les transducteurs 13,et donc les céramiques, pourraient avoir un diamètre de l'ordre de 1 mètre, tandis que le récipient 3 aurait un diamètre intérieur de l'ordre de 4 mètres. Le rendement énergétique d'un tel broyeur est satisfaisant. Un tel appareil et un tel procédé de broyage peuvent convenir à de nombreuses autres matières à broyer1 par exemple du café. Les puissances et la fréquence d'excitation des céramiques et, donc, des ultra-sons émis et la durée du traitement sont déterminées, notamment, en fonction de la matière à broyer, des dimensions du produit initial et du produit final. La pression d'application des transducteurs 13 ou de la plaque 16 contre la matière à broyer est également choisie selon les conditions opératoires et le résultat final souhaité (granulé plus ou moins fin). La durée de vie d'un tel appareil est relativement longue. A titre d'exemple,enfin, on peut indiquer comme matériau possible pour les céramiques 18a, 18b, le zirconate ou le titanate de plomb. REVENDICATIONS 1. Procédé de broyage de matières, notamment destinées à être réduites à un état pulvérulent, caractérisé par le fait qu'on applique, à la matière à broyer, des ultra-sons dans des conditions et sous une fréquence telles que le broyage de la matière soit assuré, 2. Procédé selon la revendication 1, pour le broyage de matières utilisées en cimenterie, notamment pour le broyage de pierres calcaires, caractérisé par le fait que la fréquence des ultra-sons est supérieure à 20 KHz et avantageusement de l'ordre de 22 KHz. 3. Appareil pour le broyage de matières, notamment destinées à être réduites à l'état pulvérulent, caractérisé par le fait qu'il comprend - un récipi-ent dans lequel est disposseune quantité de matériaux à broyer - au moins un transducteur propre à émettre des ultra-sons, - et des moyens pour appliquer le transducteur émettant les ultra-sons contre la matière à broyer, l'ensemble étant tel que les ultra-sons soient transmis à cette matière et provoquent son broyage. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le récipient comporte un fond sensiblement horizontal dans lequel sont prévus des ouvertures de filtrage propres à laisser s'écouler les produits suffisamment pulvérisés, de telle sorte que le niveau supérieur de la quantité de matière à broyer baisse progressivement en cours d'opération de broyage, les moyens pour appliquer le ou les transducteurs contre la matière à broyer étant agencés de manière à descendre progressivement les transducteurs pour qu'ils restent au contact de la surface supérieure de la matière à broyer. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait qutil comporte un dispositif de chargement périodique du récipient comprenant une goulotte prévue dans une paroi du récipient et à travers laquelle est introduite la quantité de matière à broyer à la fin d'une opération de broyage et avant le début de l'opération suivante. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que les parois du récipient comportent un écran pour freiner la transmission des ultrasons vers ltextérieur. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que le ou les transducteurs sont appliqués contre une plaque de contact, notamment métallique, reposant sur la surface supérieure de la matière à broyer, cette plaque de contact étant propre à se déplacer avec ladite surface supérieure de la matière à broyer. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que chaque transducteur comprend une partie supérieure et une partie inférieure métallique emprisonnant, en sandwich, au moins une et avant geusement deux céramiques propres à transformer en vibrations mécaniques ultra-sonores des signaux électriques, des moyens de liaison, tes qu'une vis, reliant la partie inférieure à la partie supérieure du transducteur, cette vis pouvant traverser la ou les céramiques en étant entourée par un manchon isolant. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'une plaque mince de laiton, ou analogue, est disposée entre les deux faces positives voisines de deux céramiques prises en sandwich entre les deux parties du transducteur, cette plaque étant reliée à la borne positive d'une source électtique excitatrice, tandis que la borne négative de cette source est reliée en parallèle aux faces négatives des céramiques en contact avec les parties métalliques du transducteur. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que les moyens pour appliquer le ou les transducteurs contre la matière à broyer comprennent des moyens de support qui maintiennent le transducteur au voisinage des céramiques, c'est-à-dire vers un noeud de vibration.