Brevet FR2565849A1 — publié le 19851220

Broyeur à rouleaux L'invention concerne un broyeur à rouleaux verti- caux et plus particulièrement, un broyeur pour le broyage final de clinker ou de laitier de haut fourneau utilisés comme matières premières pour le ciment. La figure 1 montre un broyeur classique à rou- leaux verticaux comprenant une table 1 et plusieurs rou- leaux 2, chaque rouleau 2 ayant la forme générale d'un pneumatique et présentant un plan radial central P qui est perpendiculaire à la surface supérieure de la table rota- tive 1 et perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumati- que. La matière à broyer ou à concasser est amenée à une partie centrale de la table 1, qui se meut de façon centri- fuge vers l'extérieur et vers les rouleaux 2, et broyée entre les rouleaux et la table. Chaque rouleau 2 a un plan radial P situé axiale- ment en son centre. Les rouleaux sont mis en place dans une gorge annulaire formée sur la surface supérieure de la table et le jeu CL entre la périphérie extérieure de chaque rouleau 2 et le fond de la gorge est minimal au plan cen- tral P o, également, la pression des rouleaux est maxi- male. Pratiquement dans le plan central P, le rouleau 2 et la table 1 tournent à la même vitesse circonférentielle. Cela cause des patinages dus à des différences de vitesse circonférentielle entre des parties adjacentes du -25 rouleau et de la table, comme représenté graphiquement sur la figure 2, des deux côtés du plan central P. Le sens de patinage d'un côté du plan P est opposé à celui de l'autre côté et le patinage sur le côté extérieur du plan P est beaucoup plus grand que sur le côté intérieur. Cela aug- mente la force de patinage due à la pression des rouleaux sur le côté extérieur, causant ainsi un déséquilibre de forces sur les côtés opposés du plan P. Le déséquilibre de forces cause un grand couple de flexion autour du pivot support 5 de chaque rouleau et exige que le bras 3 qui supporte chaque rouleau soit très rigide. Le déséquilibre dû au patinage cause aussi des -2- vibrations du rouleau dans la direction circonférentielle de la table. Cette tendance est particulièrement forte dans un broyeur à rouleaux pour broyage fin parce que le jeu entre la table et les rouleaux est diminué pour obtenir une force de patinage efficace. Un autre broyeur à rouleaux verticaux anté- rieur est décrit dans la publication provisoire de brevet NP 58-109146. Ce broyeur comprend une table tournante et des rouleaux qui ont à la fois des surfaces circulaires et coniques. Le broyeur forme une région de broyage grossier dans laquelle le patinage relatif entre la table et les rouleaux est réduit en vue d'une moindre usure et une autre région de broyage fin o le patinage relatif est accru en vue d'une plus grande efficacité de broyage. Un but général de l'invention est de fournir un broyeur perfectionné à rouleaux verticaux qui présente une région de patinage convenant à l'obtention d'un broyage fin entre les rouleaux et la table sans causer de vibrations circonférentielles des rouleaux. Un broyeur à rouleaux selon l'invention comprend une base et une table supportée par la-base, la table pou- vant être mise en rotation sur un axe généralement verti- cal. La table présente une gorge annulaire dans sa surface supérieure, la gorge ayant une section semi-circulaire. Au moins un rouleau est supporté par la base au-dessus de la table, chaque rouleau pouvant tourner sur un axe qui coupe l'axe vertical de la table et qui est fixe dans la direc- tion circonférentielle de la table relativement à la base. Chaque rouleau présente une partie périphérique arquée qui fait partie d'un cercle de courbure en coupe, du côté exté- rieur à la table, radialement. Le rouleau et la table tour- nent sur leurs axes respectifs et ils sont conçus pour com- primer et broyer de la matière dans la gorge qui se trouve entre eux, un jeu étant formé, pour recevoir la matière, entre la partie périphérique du rouleau et la gorge. Le rouleau a une largeur axiale intérieure et une largeur - 3 - axiale extérieure, ces largeurs se trouvant sur des côtés opposés d'un plan radial du rouleau, le centre du cercle passant par le plan radial. La largeur axiale extérieure est située à l'extérieur du plan et la largeur radiale in- térigure est située à l'intérieur du plan et la largeur intérieure est plus grande que la largeur extérieure. Des modes d'exécution préférentiels de l'inven- tion sont à présent décrits à titre non limitatif et en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue latérale fragmentaire, partiellement en coupe, d'un broyeur à rouleaux classique; la figure 2 est un graphique montrant la relation entre les distances radiales sur la table et les vitesses circonférentielles du broyeur classique représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue latérale fragmentaire, partiellement en coupe, d'un broyeur à rouleaux selon un premier mode d'exécution de l'invention; la figure 4 est un graphique montrant la relation entre les distances radiales sur la table et les vitesses circonférentielles relatives du broyeur de la figure 3 et les figures 5 et 6 sont des vues similaires à la figure 3 mais montrant un deuxième et un troisième modes d'exécution de l'invention. Comme le montre la figure 3, le broyeur comprend une table rotative 11 formée d'un métal résistant à l'usure, qui est supportée par une base (non représentée) et est entraînée pendant le fonctionnement sur un axe ver- tical 10. La surface supérieure 9 de la table 11 est géné- ralement horizontale, à l'exception d'une gorge annulaire 14 formée auprès de sa périphérie extérieure. La gorge 14 est semi-circulaire vue en coupe dans un plan qui comprend l'axe vertical 10 de la table, le cercle ayant un centre CO et un rayon de courbure RO. ? uAu moins un rouleau 12 (un seul étant repré- senté), f omé d'un métal résistant à l'usure est monté individuellement sur l'extrémité d'un bras 13 qui est -4- supporté par un support 16 fixé à la base du broyeur. Le bras 13 peut pivoter sur un tourillon 15 dans un plan ver- tical qui coupe l'axe 10 de la table mais le bras est empê- ché de se mouvoir hors de ce plan. - Le rouleau 12 a un axe de rotation 18 qui, dans cet exemple, passe par le centre du tourillon 15 et il a un plan radial Pa qui est perpendiculaire à l'axe 18. L'inter- section 19 de l'axe 18 avec le plan Pa se trouve plus bas que le tourillon 15 de sorte que le bras s'incline vers le bas et que l'axe 18 et le plan Pa font des angles avec l'axe 10 de la table. De la matière à broyer (non repré- sentée) est amenée à la région centrale de la table 9 et se meut radialement vers l'extérieur par action centrifuge et la matière entre dans la gorge 14. Le rouleau 12 et le bras 13 pivotent vers le bas par gravité et sous l'action de moyens de compression classiques (non représentés) tels qu'un ressort ou un mécanisme hydraulique et le rouleau 12 court par dessus la matière tandis que la matière se meut vers l'extérieur à travers un jeu étroit 20 entre la sur- face périphérique 17 du rouleau et la gprge 14. La matière est ainsi comprimée et broyée entre le rouleau et la gorge. Normalement, un broyeur comprend plusieurs de ces rouleaux espacés de distances égales à la circonférence de la table. Le rouleau 12 présente une surface périphérique 17 qui a une section pratiquement semi-circulaire, le cer- cle ayant un centre C1 et un rayon de courbure R1. Le cen- tre de courbure C1 est situé dans le plan radial Pa et le centre de courbure Co de la gorge 14 est aussi situé prati- quement dans le plan Pa. Le rayon R1 du rouleau 12 est plus petit que le rayon RO de la gorge et le jeu 20 est minimal pratiquement dans le plan radial Pa. Le côté du rouleau 12 qui se trouve à gauche du plan radial Pa (relativement à la figure 3) est appelé ici son côté intérieur radialement et l'autre côté, qui se trouve à droite du plan Pa, est appelé côté extérieur radialement. Le côté intérieur est bien entendu plus proche - 5 - de l'axe 10 de la table 9. Comme indiqué sur la figure 3, le rouleau 12 a une plus grande dimension (W1) sur le côté intérieur radialement du plan radial Pa que sur le côté extérieur radialement W2. Le rapport de la largeur inté- rieure W1 du rouleau à sa largeur extérieure W2 se situe entre 1,1 et 2,0, et de préférence entre 1,2 et 1,5. Cette différence de largeur, comme indiqué sur la figure 4, équi- libre les forces de patinage sur les côtés opposés du plan Pa, le patinage étant plus grand en chaque point du côté extérieur radialement. Sur la figure 4, le trait plein montre comment la vitesse linéaire ou circonférentielle de la table varie avec la distance radiale à l'axe 10 et le tireté indique cette variation pour différentes parties de la surface périphérique du rouleau. Dans le plan radial Pa, les vitesses sont égales dans le jeu 20 et les deux lignes se coupent. Les zones hachurées représentent les forces de patinage et les zones sont pratiquement égales de part et d'autre du plan Pa. Par suite, aucun couple de flexion notable n'est engendré autour du tourillon 15 supportant le rouleau et par suite, le rouleau ne vibre pas. Par suite, le broyeur peut fonctionner avec sécurité pour réaliser un broyage efficace et le rouleau 12 peut être supporté par un bras léger 13. Sur le côté intérieur radialement du plan radial Pa, la force de patinage en chaque point peut être petite, augmentant ainsi le taux de broyage par compression (rap- port de la force de compression à la force de patinage) en vue d'un broyage grossier efficace. Cela améliore l'effica- cité du broyage du côté intérieur qui est une région de broyage grossier. La disposition de la figure 5 est similaire à celle de la figure 3, la largeur intérieure radialement Wbl de chaque rouleau 22 étant plus grande que la largeur exté- rieure radialement Wb2. Le rouleau 22 présente une partie périphérique extérieure 27 ayant un rayon de courbure Rbl en coupe. La table 21 présente une gorge annulaire 24 ayant un rayon de courbure RbO en coupe qui est plus grand que le -- 6 -- rayon Rbl. Toutefois, sur la figure 5, la gorge 24 et la partie périphérique 27 du rouleau sont pratiquement concen- triques en section et ont un centre de courbure commun Cb au moins du côté extérieur radialement du plan radial Pb du rouleau, côté qui se trouve radialement à l'extérieur de l'axe de la table 21. Le centre Cb est situé dans le plan Pb. Sur le côté extérieur radialement, étant donné que le jeu CLb entre le rouleau 22 et la gorge 24 ne pré- sente pas de divergence vers l'extérieur, la force totale de patinage est plus grande que dans la construction de la figure 3, augmentant ainsi l'effet de broyage fin qui se produit sur le côté extérieur du rouleau. Cela pourrait causer un déséquilibre plus sérieux des forces de patinage sur les côtés opposés du plan Pb, mais le déséquilibre est éliminé pratiquement par le fait que la largeur intérieure Wbl du rouleau est plus grande que la largeur extérieure Wb2, comme expliqué à propos de la figure 3. La matière broyée est forcée de quitter l'extré- mité extérieure de l'espacement entre le rouleau 22 et la gorge 24 par la force centrifuge et par la pression du rou- leau. L'effet de broyage fin du côté extérieur est encore amélioré par un barrage annulaire 25 ou une saillie prévue sur la table 21 au bord extérieur de la gorge 24. Le bar- rage 25 est fixé à la partie périphérique extérieure de la table et une partie du barrage s'étend sur la partie exté- rieure radialement du jeu et ainsi, empêche la matière de se mouvoir radialement. La disposition de la figure 6 est similaire à celle de la figure 5, la largeur intérieure Wcl de chaque rouleau 32 étant plus grande que la largeur extérieure Wc2. La gorge annulaire 34 de la table 31 et la partie périphé- rique du rouleau 32 sont aussi pratiquement concentriques entre elles en coupe, autour d'un centre de courbure commun Cc, au moins du côté extérieur radialement du plan radial Pc du rouleau 32, plan dans lequel est situé le centre Cc. -7 - Sur le côté extérieur, le jeu CLc entre le rou- leau 32 et la gorge 36 est constant de sorte qu'une force de patinage suffisante est appliquée à la matière à broyer et de façon similaire à la figure 5 ceci assure un broyage fin et efficace. Sur la figure 6, l'axe de rotation AT de la table et l'axe de rotation AR du rouleau se coupent en un point PO. Au moins partiellement du côté intérieur radialement du plan radial Pc, qui se trouve à l'intérieur radialement par rapport à la table 31, la gorge 34 de la table présente une surface conique 36 d'un cône qui serait formé autour de l'axe AT de la table, son sommet étant en PO. La surface conique 36 est tangente au cercle de courbure de la gorge 34 en coupe axiale. Au moins partiellement du côté intérieur radiale- ment du plan Pc, le rouleau 32 a aussi une surface coni- que 37 d'un cône qui serait formé autour de l'axe AR du rouleau et qui a aussi son sommet en PO. La surface coni- que 37 est tangente au cercle de courbure du rouleau 32 en coupe axiale. Cette configuration ne cause pratiquement aucun patinage entre le rouleau et la gorge, au moins partielle- ment du côté intérieur radialement du plan Pc. Toutefois, les surfaces coniques larges 36 et 37 engendrent entre elles une grande force totale de compression, relativement à la force de patinage du côté extérieur du plan Pc. Par conséquent, le rouleau 32 peut tourner pratiquement sans vibrations. Il est préférable de former principalement les surfaces coniques 36 et 37 du côté intérieur radialement par rapport au plan Pc, de sorte que le broyage grossier est très efficace. Du côté extérieur radialement du plan Pc, le jeu CLc peut autrement rétrécir vers l'extérieur pour accroître la force de patinage. Dans tous les modes d'exécution ici décrits, la partie de la table qui se trouve radialement à l'extérieur de la gorge annulaire a une plus grande surface supérieure que la partie située radialement à l'intérieur de la gorge. -- 8 -- REVENDICATIONS 1. Broyeur à rouleaux comprenant une table conçue pour &tre entrainée en rotation sur un axe pratiquement vertical, destinée à recevoir la matière dans une zone cen- trale autour de l'axe et présentant une surface supérieure pratiquement horizontale et une gorge annulaire formée dans cette surface à l'extérieur de la zone centrale, la gorge ayant une surface de fond courbe, au moins un rouleau (12, 22, 32) ayant un axe de rotation situé au-dessus de la sur- face supérieure de la table et coupant pratiquement l'axe vertical, le rouleau pénétrant dans la gorge et ayant une surface périphérique extérieure courbe en section, la table et le rouleau étant mis en rotation en service et la matière pénétrant dans un jeu 20 formé entre la surface périphérique du rouleau et la surface de fond de la gorge, le rouleau ayant un plan radial (Pa, Pb, Pc) qui traverse le jeu à un endroit o la vitesse circonférentielle du rou- leau est égale à la vitesse circonférentielle de la table, broyeur caractérisé par le fait que la argeur (W1, Wbl, Wcl) du rouleau (12, 22, 32), du côté intérieur radialement par rapport au plan (Pa, Pb, Pc), est plus grande que sa largeur (W2, Wb2, Wc2) du côté extérieur radialement. 2. Broyeur selon la -revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites surfaces sont pratiquement circu- laires du côté extérieur du plan et que les centres des cercles se trouvent pratiquement dans le plan radial men- tionné (Pa, Pb, Pc). 3. Broyeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le jeu 20 est pratiquement constant en sec- tion, au moins partiellement sur le côté extérieur. 4. Broyeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport de la largeur (W1, Wbl, Wcl) du rouleau sur son côté intérieur à sa largeur (W2, Wb2, Wc2) sur son côté extérieur est pratiquement compris entre 1,1 et 2,0. -9-- 5. Broyeur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le rapport mentionné est compris entre 1,2 et 1,5.