Brevet FR2529473A1 — publié le 19840106

Pérfectionnements aux broyeurs rotatifs à billes. L'invention est relative aux broyeurs comprenant, d'une part, une cuve fixe ayant une paroi cylindrique d'axe vertical qui est obturas à sa partie supérieure par un couvercle ouvrant, permettant l'introduction d'un produit à broyer, et à sa partie inférieure par un fond plat muni de moyens d'évacuation pour le produit broyé, cette cuve étant divisée par un tamis sensiblement horizontal en une chambre supérieure et en une chambre inférieure et, d'autre part, un rotor coaxial à la cuve et essentiellement constitué d'un arbre rotatif qui traverse de façon étanche le fond de la cuve et sur lequel sont calés une roue de turbine située dans la chambre supérieure et un plateau ajouré portant une virole annulaire qui porte elle-même extérieurement un disque de broyage horizontal, lesquels plateau , virole et disque de broyage sont situés dans la chambre inférieure dont la partie extérieure à la virole est garnie de billes en matière dure alors que la virole affleure par son bord supérieur le tamis horizontal et est agencée de façon à laisser libre, à sa partie infé rieure,un passage transversal muni d'une grille pour le produit en cours de broyage. Un tel broyeur fonctionne de la manière suivante : A l'aide de son couvercle convenablement ouvert, on introduit dans la cuve le produit à broyer, puis après fermeture du couvercle, on fait tourner l'arbre du rotor, de préférence'à vitesse réglable, à l'aide d'un moteur et d'une transmission appropriés. Le produit à broyer est entraîné en un mouvement tourbillonna ire qui le fait descendre le long de l'arbre, de la chambre supérieure à l'intérieur de la virole, enlui faisant traverser le plateau ajouré. Puis, sous effet de la force centrifuge, le produit emprunte le passage transversal au bas de la virole en traversant la grille et arrive ainsi au contact des billes qui sont entraides par le disque de broyage et entre lesquelles ce produit subit un premier broyage. Le produit est ensuite entratné du dessous au dessus du disque de broyage, traverse le tamis horizontal de bas en haut et remonte le long de la paroi cylindrique de la cuve. Le produit redescend ensuite le long de l'arbre après avoir traversé la roue de turbine, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'on arrête l'arbre. Au cours du broyage, le tamis retient les billes au bas de l'appareil. Le produit broyé est enfin extrait de la cuve à l'aide des susdits moyens d'évacuation qui sont eux-mEmes agencés pour retenir les billes. Le broyeur est alors pret pour une nouvelle opération de broyage, éventuellement après nettoyage à 11 aide d'un solvant, rinçage et séchage. Dans les broyeurs de ce type connus et utilisés jusqu'ici (voir par exemple le FR-A-1.569.116), la surface cylindrique intérieure de la cuve se raccorde à angle droit avec le fond de la cuve et avec le tamis horizontal. L'invention amour but d'améliorer le fonctionnement des broyeurs du genre défini en préambule, en particulier en diminuant la durée de broyage et en augmentant la finesse et lthomogéneité des produits broyés. Pour atteindre ce but, le broyeur conforme à l'invention est essentiellement caractérisé en ce que la cylindrique surfacevintdrieure de la cuve se raccorde au fond de celleci et de préférence aussi au tamis horizontal par une zone de transition annulaire concave1 dont le rayon de courbure est constant sur le pourtour de la chambre inférieure. Selon un perfectaonnement ou de l'invention, le ou chaque transition est laé au rayon de courbure R de la/zone de transition est lié au rayon r des billes par une loi de proportionnalité R = k.r, où k est un coefficient qui croit avec la capacité du broyeur, c'est-à-dire -avec le volume des billes qu'il contient. Il y a intérêt à ce que le coefficient k varie approximativement comme la racine carrée de la capacité. Les essais qui ont été effectués avec le broyeur conforme à l'invention ont permis de constater que le but de l'invention était atteint. L'invention va être maintenant décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés. La figure 1 de ces dessins représente, en coupe axiale schématique, les éléments essentiels d'un broyeur conforme à l'invention. La figure 2 représente, à plus grande échelle, la partie inférieure gauche de la figure 1. Le broyeur représenté comprend une cuve fixe 1 ayant une paroi cylindrique 2 d'axe vertical. Cette paroi 2 est constituée, à sa partie supérieure, d'une paroi intérieure 3 et d'une paroi extérieure 4 entre lesquelles peut circuler un premier liquide de refroidissement et, à sa partie inférieure, d'une paroi intérieure 5 et d'une paroi extérieure 6, entre lesquelles peut circuler un deuxième liquide de refroidissement. A sa partie supérieure, la paroi cylindrique 2 est obturée par un couvercle 7 capable de pivoter sur une charnière 8 d'axe horizontal et d'être maintenu en position d'obturation par un système de fermeture 9. Ce couvercle 7 est muni d'une ouverture centrale 10, garnie d'un tampon amovible 11 et permettant l'introduction du produit à broyer.A sa partie inférieure, la paroi cylindrique 2 est obturée par un fond plat 12 muni de moyens d'évacuation 13 pour le produit broyé. La cuve 1 est divisée par un tamis sensiblement horizontal 17 en une chambre supérieure 18 et-en une chambre inférieure 19. Le broyeur comprend aussi un rotor 14, coaxial à la cuve 1 et essentiellement constitué d'un arbre rota tif 15 qui traverse le fond 12 par 'iintermddiaire d'un palier étanche 16. Dans la chambreS18, une roue de turbine 20 est calée sur l'arbre 15 à l'aide de moyens de fixation 21 permettant de régler la position de cette roue 20 en hauteur. Un plateau ajouré 22 est claveté sur l'arbre 15, par l'intermédiaire d'un moyeu 23. Ce plateau porte sur son pourtour une virole annulaire 24 qui porte elle-mAme extérieurement un disque de broyage horizontal 25. Le plateau 22, la virole 24 et le disque de broyage 25 sont situés dans la chambre inférieure 19 de la cuve 1. Des billes 26 en matière dure (verre, porcelaine, stéatite, corindon, oxyde de zirconium, acier, etc...), dont quelques-unes seulement ont été représentées à la figure 1, garnissent le volume compris entre le fond 12, la paroi intérieure de fond 5 , le tamis 17 et la virole 24, c'est-à-dire aussi bien au-dessous qu'au-dessus du disque de broyage 25. Par son bord supérieur, la virole (tournante) 24 affleure le tamis horizontal 17 (fixe). Cette virole 24 est munie d'une ouverture centrale 27, dans le prolongement de l'ouverture centrale 28 de la virole 24. Par son bord inférieur , la virole (tournante) 24 affleure le fond (fixe) 12 mais est agencée de façon à laisser libre, à sa partie inférieure, un passage transversal muni d'une grille 29 pour le produit en cours de broyage. Le broyeur décrit jusqu'ici, à l'aide de la figure 1, est de type connu et son fonctionnement à été décrit en détail au deuxième paragraphe de la description. Pour faciliter la Comprilension de ce fonctionnement, la circulation du produit en cours de broyage a été schématisée par des flèches fil, f2 et f3 dans le plan de la figure 1. Il va de soi que cette circulation se produit aussi transversalement, dans le sens de la rotation de l'arbre 15. Cela étant, conformément à l'invention, la surface cylindrique intérieure de la cuve 1, c'est-d-dire celle de la paroi intérieure du bas 5, se raccorde au fond 12 de la cuve 1 par une zone de transition annulaire concave 30, dont le rayon de courbure R est constant sur le pourtour de la chambre inférieure 19 19(voir la figure 2). De préférence aussi, la susdite surface cylindrique intérieure de la cuve 1 se raccorde au tamis horizontal 17 par une zone de transition annulaire concave 31 dont le rayon de courbure R1 est constant sur le pourtour de la chambre inférieure 19. Le rayon de courbure R de la zone de transition 30 et éventuellement le rayon de courbure R1 de la zone de transition R1 sont liés au rayon r des billes 26 par une loi de proportionnalité R = k.r (ou R1 = k1.r) où k (ou k1) est un coefficient qui croît avec la capacité C du broyeur. Le coefficient k (ou k1) varie approximativement selon la racine carr8ede la capacité C. On a constaté par des essais que les données numériques suivantes conduisent à des résultats satisfaisants: C = 250 litres R = 7 r C = 100 litres R = 5 r C = 50 litres R = 3 r C = 8 litres R = 1 r C = 1 litre R = 0,5r. Les essais effectués ont également révélé que les surfaces de transition 30 ou 31 ont pour effet de provoquer un glissement plutôt qu'un roulement des billes 26. Dans ces conditions, les couches inférieures supportent le poids des couches supérieures et les billes 26 sont amenées à glisser les unes contre les autres et non plus à rouler, sauf évidemment celles des couches supérieures qui se renouvellent sans cesse. Le broyeur conforme à l'invention se prête particulièrement bien au broyage des pigments. Ceux-ci sont livrés en particules élémentaires très fines dont il suffit de détruire les agrégats. C'est donc l'effet de friction par glissement qui est le mieux adapté et c'est lui seul qui permet d'obtenir des finesses de 1 à 10 microns. Le nombre des passages dus à cet effet de glissement est, donné, pour un temps/plus important. il permet donc un gain de temps et une plus grande finesse du produit fini. REVENDICATIONS 1. Broyeur comprenant, d'une part, une cuve fixe (1) ayant une paroi cylindrique (2) d'axe vertical qui est obturée à sa partie supérieure par un couvercle ouvrant (7), permettant l'introduction d'un produit à broyer, et à sa partie inférieure par un fond plat (t2) muni de moyens d'évacuation (13) pour le produit broyé, cette cuve (1) étant divisée par un tamis sensiblement horizontal (17) en une chambre supérieure (18) et en une chambre inférieure (19) et, d'autre part, un rotor (14) coaxial à la cuv et essentiellement constitué d'un arbre rotatif (15) qui traverse de façon étanche le fond (12) de la cuve (1) et sur lequel sont calés une roue de turbine (20) située dans la chambre supérieure (18)- et un plateau ajouré (22) portant une virole annulaire (24) qui porte elle-même extérieurement un disque de broyage horizontal (25), lesquels plateau (22), virole (24) et disque de broyage (25) sont situés dans la chambre infé- rieure (19) dont la partie intérieure à la virole g24) est garnie de billes (26) en matière dure alors que la virole (24) affleure par son bord supérieur le tamis horizontal (17) et est agencée de façon à laisser libre, à sa partie inférieure, un passage transversal muni'd'une grille (29) pour le produit en cours de broyage, caractérisé en ce que la surface cylindrique intérieure de la cuve (1) se raccorde au fond (12) de celle-ci par une zone de transition annulaire concave (30) dont le rayon de courbure (R) est constant sur le pourtour de la chambre infé- rieure (19). 2. Broyeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface cylindrique intérieure de la cuve (1) se raccordeau tamis horizontal (17) par une zone de transition annulaire concave (31) dont le rayon de courbure (R1) est constant sur le pourtour de la chambre inférieure (19). 3. Broyeur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rayon de courbure R (ou R1) de la zone de transition (30,31) est lié au rayon r des billes par une loi de proportionnalité du type R = k.r (ou R1 = k1.r) où k (ou k1) est un coefficient qui croit avec la capacité (C) du broyeur, c'est-d-dire avec le volume des billes (26) qu'il contient. 4. Broyeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le coefficient de proportionnalité (k ou k1) varie approximativement comme la racine carrée de la capacité.