Brevet FR2582966A1 — publié le 19861212

L'invention est relative à un procédé de broyage de matériaux granulaires, ainsi qu'à des moyens pour la mise en oeuvre du procede. Notamment, mais non exclusivement, l'invention concerne le broyage de materiaux granulaires comme par exemple le clinker ou le charbon. Il est actuellement connu de broyer de tels matériaux en mettant en oeuvre au moins un tube cylindrique, qui présente d'un côté un orifice d'entrée pour les matériaux broyés, et de l'autre un orifice de sorti-e et qui est entrainé en rotation autour de son axe généralement horizontal. Le tube cylindrique présente un ou plusieurs compartiments. Chaque compartiment est rempli de corps broyants qui sont notamment constitués par des boulets sphériques ou des éléments connus sous le nom de Ucylpebs c'est à dire des éléments cylindriques dont la hauteur est sensiblement égal au diamètre. Le broyeur est rempli de différents calibres de corps broyants, de façon à réduire progressivement sur sa longueur la matiere à broyer, les plus gros calibres se trouvant du côté de l'entrée, et les plus fins du côté de la sortie du matériau -à broyer, et chaque compartiment contient à cet effet plusieurs calibres de corps broyants. On sait déterminer le volume maximum de corps broyants que peut contenir un compartiment par un calcul faisant intervenir les dimensions géométriques, celles de l'orifice d'entrée et de l'orifice de sortie, des orifices des cloisons de séparation de deux compartiments successifs. Par contre, pour chaque compartiment les quantités de corps broyants de chaque calibre sont le plus souvent déterminées de manière empirique, à partir d'une distribution de poids ou une distribution de nombres le plus souvent basée sur l'usage. Parfois, le module C2S du matériau à broyer intervient pour la détermination des quantités relatives des boulets de différents calibres mais sans efficacite réelle. Les méthodes actuellement connues pour déterminer ces quantités de boulets de différents calibres ne donnent donc pas les meilleurs résultats au niveau du broyage des matériaux granulaires car leur défaut principal est de ne pas suffisamment tenir compte des caractéristiques physiques du matériau à broyer et, de ce fait, la charge d'un broyeur est rarement optimale pour un matériau défini. En outre, les méthodes actuellement utilisées ne permettent pas de maîtriser le déroulement du broyage et en particulier, elles ne permettent pas de corriger efficacement la répartition des corps broyants des différents calibres* notamment dans le cas ou manifestement le rendement du broyeur n'est pas optimum. Un des buts de la présente invention est de proposer un procédé de broyage et des moyens pour la mise en oeuvre du procéde, qui permet d'optimiser la repartition des charges de corps broyants dans les différents compartiments d'un broyeur en tenant compte du materiau granulaire à broyer. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et des moyens pour contrôler l'adaptation de la charge de corps broyants au matériau à broyer et pour la corriger si besoin est. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et des moyens qui peuvent être facilement adaptes à tout type existant de broyeur. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Le procedé de broyage de l'invention met en oeuvre un broyeur constitué par au moins un tube cylindrique entraine en rotation autour de son axe, avec d'un côté un orifice d'entrée et de l'autre un orifice de sortie pour les materiaux a broyer* et chaque tube comprend au moins un compartiment. Chaque compartiment est rempli partiellement d'un volume défini de corps broyants de différents calibres, chaque calibre comprenant des corps broyants ayant sensiblement une même dimension principale, notamment un diamètre moyen. Le procédé est caractérisé en ce que : - on calcule pour l'ensemble des compartiments une résultante théorique à partir d'au moins deux grandeurs physiques et/ou chimiques caracteristiques du matériau a broyer, - pour au moins un des compartiments, on applique un coefficient correcteur sur la dite résultante et on calcule une résultante corrigée, - on charge le dit compartiment avec différents calibres de corps broyants dont on determine la quantité pour que la surface utile globale des corps broyants de chaque calibre réponde à une progression homothétique dont la saison d'évolution homothétique est déterminée d'apres la dite résultante corrigee, les calibres de corps broyants étant considerés dans l'ordre défini par la dimension principale des corps broyants qui leur appartiennent respectivement. Les moyens pour la mise en oeuvre du procédé sont caractérisés en ce qu'ils comprennent, pour l'ensemble des compartiments, des -moyens de calcul de la résultante théorique, pour au moins un des compartiments, des moyens de calcul de la résultante corrige et des surfaces utiles globales pour chaque calibre de corps broyants, à partir de grandeurs physiques etfou chimiques représentatives du matériau à broyer et des dimensions néométriques de la dite chambre du broyeur. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description ci-apres, faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin en annexe qui represente schématiquement - figure 1 : une vue en coupe transversale representant un broyeur comprenant trois compartiments, - figures 2 et 3 : deux courbes représentant la repartition des corps broyants d'une part, du matériau à broyer, d'autre part, sur la longueur du broyeur et illustrant le contrôle de la charge du broyeur. De façon à faciliter sa comprehension, l'invention va être décrite dans l'application a un broyeur a clinker, comprenant un tube cylindrique et trois compartiments. Cette application n'est pas limitative et l'invention s'applique également à tout broyeur destiné à d'autres materiaux notamment le charbon et généralement à tout type de broyeur, comprenant un nombre quelconque de tubes cylindriques, de compartiments. Dans l'illustration à l'application non limitative a un broyeur à clinker mentionné ci-dessus, la figure 1 représente un broyeur 1 constitue par un tube cylindrique 2, entraîne en rotation autour de son axe horizontal 3. Le tube cylindrique 2 comprend d'un côté un orifice d'entree 4 pour le matériau à broyer, et de l'autre un orifice de sortie 5 pour le matériau broyé avec notamment une ventilation forcée pour propulser le matériau a broyer de l'entrée vers la sortie du broyeur. Selon les types d'installation, le broyeur 1 fonctionne en circuit ouvert ou en circuit ferme, c'est à dire dans ce dernier cas que le matériau broyé en sortie traverse un séparateur qui recycle vers l'entrée 4 les grains insuffisamment broyés. Le broyeur 1 représenté dans la figure 1 presente trois compartiments 9, 10, 11 séparés par des cloisons 8, 12 simples ou doubles d'un type connu. Chaque compartiment 9, 10, 11 est rempli partiellement d'un volume defini de corps broyants, respectivement représenté en 13, 14, 15. Pour chaque compartiment 9 a 11, les volumes 13 a 15 de corps broyants sont constitués de corps broyants de differents calibres. Les calibres des corps broyants sont notamment définis par l'une de leurs dimensions principales, ce peut être notamment le diametre pour des boulets spheriques, et également le diamètre pour des éléments connus sous le nom de "cylpebs", qui sont des éléments cylindriques dont le diametre est égal a la longueur ou parfois dont la longueur est deux fois le diamètre. A titre d'exemple non limitatif, on supposera que le volume 13 de corps broyants du premier compartiment 9, est constitue par des boulets de calibre 90 millimètres, 80 millimètres 70 millimètres et 60 millimetres que le deuxième compartiment 10 contient principalement des boulets de calibres 50 millimètres, 40 millimètres et des boulets de calibre 60 millimètres et que le troisième compartiment 11 contient des boulets de calibre 30 millimètres, 25 millimètres, 20 millimètres, 17 millimètres. Naturellement, ce n'est qu'un exemple donne à titre d'illustration et les volumes 13, 14, 15 de corps broyants pourraient être constitués par tout autre repartition de calibres et tout autre type de corps. La paroi interne de chaque compartiment 9 à 11 est éventuellement revêtue de tout moyen approprié, par exemple de blindages classants, schématisé en 16 pour les compartiments 10, ll de manière qu'au cours de la rotation du broyeur, à l'intérieur de chaque chambre, les corps broyants se classent d'eux-mêmes selon des calibres décroissants, de l'entrée vers la sortie du compartiment. Dans certains cas, la mise en oeuvre de blindages classants, fait que le broyeur ne présente qu'une cloison 8 entre le premier compartiment et le suivant, et la séparation entre le deuxième et le troisième compartiment est dans ce cas fictive. L'entrainement en rotation du broyeur 1 autour de son axe 3 est réalisé par tout moyen approprié, et la vitesse angulaire de rotation est habituellement de l'ordre de 75 % de la vitesse critique, c'est à dire la vitesse à laquelle, sous l'effet de la force centrifuge, les corps broyants restent collés a la paroi de leur compartiment. Selon le procédé de l'invention, on calcule dans un premier temps une résult;ante théorique, definie par au moins deux grandeurs physiques et/ou chimiques caractéristiques du produit à broyer. Pour du clinker, la résultante theorique est une relation linéaire faisant intervenir au moins deux des grandeurs suivantes, module de KUHL (mK), module C2S (C2S), module silicique (mis), module alumino-ferrique (maf), densite du clinker, qui sont des grandeurs couramment utilises pour définir les caractéristiques physiques et/ou chimiques du clinker à broyer. La resultante théorique R peut être calculée par la formule suivante R = Ax mK - Bx C2S - Cx mS - Dx maf + E 4 où A, B, C, D et E sont des constantes. A titre d'illustration, on a obtenu de bons résultats en prenant les valeurs suivantes : - A compris entre 2,25 et 2,75 - B compris entre 0,0045 et 0,0055 - C compris entre 0,18 et 0,22 - D compris entre 0,23 et 0,27 - E compris entre 2,4 et 3,0 - les différents modules évalués selon les normes internationales du "SEMBUREAU". Naturellement, ces chiffres n'ont qu'une valeur indicative en regard de l'invention. Il faut remarquer que la resultante theorique R est représentative du matériau à broyer et donc qu'elle est calculee d'une manière générale pour l'ensemble des compartiments. A partir de la résultante théorique R, on détermine une resultante corrigée Rc, pour au moins un des compartiments, en appliquant un ou plusieurs coefficients correcteurs multiplicatifs sur la résultante théorique R. Pour les différents compartiments, les coefficients correcteurs dependent de la position du compartiment consideré au sein du broyeur. Ils dependent également du mode de fonctionnement circuit ouvert ou circuit fermé du broyeur. A titre d'exemple non limitatif, on a obtenu de bons resultats pour un broyeur tel que celui representé en figure 1, fonctionnant en circuit ouvert avec les coefficients correcteurs suivants, pour les différents compartiments : - 0,10 pour le premier compartiment 9, - 0,20 pour le deuxième compartiment 10, - 0,15 pour le troisième compartiment 11. Pour un broyeur semblable fonctionnant en circuit fermé, on a obtenu de bons résultats avec des coefficients correcteurs suivants : - 0,20 pour le premier compartiment 9, - 0,30 pour le deuxième compartiment 10, - 0,10 pour le troisième compartiment 11. Naturellement, ces chiffres n'ont pas de valeur limitative pour l'invention. On applique également sur la résultante un coefficient correcteur multiplicatif qui est determine après un certain temps de fonctionnement du broyeur, à partir du contrôle de la granulometrie du matériau à broyer le long du broyeur. Initialement, ce coefficient correcteur est égal à l'unité et il est ajusté au cours du fonctionnement du broyeur à la suite des contrôles effectués A l'aide de la résultante corrigee RC, pour le compartiment considéré, on détermine la quantite de corps broyants de chaque calibre, de façon que la surface utile globale des corps broyants de chaque calibre reponde à- une relation de progression homothetique c'est à dire de progression géométrique dont la raison d'evolution est déterminée à partir de la résultante corrigee. La surface utile globale est la surface extérieure totale des corps broyants d'un même calibre. Les calibres de corps broyants sont consideres pour chaque compartiment dans l'ordre défini par la dimension principale de leurs corps broyants et, de préférence, ils sont considerés dans l'ordre décroissant, du calibre le plus fort vers le calibre le plus faible. Compte tenu de ce sens, la raison d'évolution de la progression homothétique qui determine la surface utile globale de chaque calibre de corps broyants, est égale à la résultante corrigée augmentée de l'unité. En considérant l'exemple d'application precedent, pour pour le broyage de clinker présentant les caractéristiques suivantes - module de KUHL : mK = 0,93 - module C2S : C2S = 25,00 - module silicique : mS = 2,15 - module alumino-ferrique : maf = 1,50le broyeur fonctionnant en circuit ouvert, la résultante theorique a pour valeur 1,025 environ,la resultante corrigée a pour valeur: - Rc = 0,1025 pour le premier compartiment 9, - R'C = 0,2050 pour le deuxième compartiment 10, - R"C = 0,1538 pour le troisième compartiment 11. La raison d'evolution de la progression homothetique déterminant la surface utile globale de chaque calibre de corps broyants est la suivante - 1,1025 pour le premier compartiment 9, - 1,2050 pour le deuxième compartiment 10, - 1,1538 pour le troisième compartiment 11. Pour un compartiment defini, a partir du volume utile de remplissage, c'est à dire les volumes 13 a 15, et en tenant compte de la relation qui lie les surfaces utiles globales de chaque calibre de corps broyants, il est possible de calculer la quantite ou le tonnage des corps broyants de chaque calibre. A titre d'exemple non limitatif, pour le premier compartiment 9, il est possible d'operer de la manière suivante - volume de la chambre : 53,66 m3, - taux de remplissage retenu : 0,295 - vol une utile : 53,66 x 0,295 = 18,78 m3, - tonnage total : (volume utile x densité moyenne) : 18,78 x 4,55 = 85,45 tonnes. Une densité de 4,55 T/m3 est la valeur généralement adoptée pour des boulets sphériques. On calcule ensuite le coefficient C de répartition de la charge d'après la formule suivante C =1+ (80/9Q)x(-1 + Rc) + (70/90)x(1 - + RC) + (60/90)x(1 + Rc)3 avec RC = 0,1025 d'où C = 3,82 Les tonnages des boulets de différents calibres sont obtenus de la manière suivante - boulet de 90 : T90=Tt/C = 22,38 tonnes - boulet de 80 : T80=Tt/Cx(80/90-)x(l + RC) = 21,93 tonnes - boulet de 70 : T70=Tt/Cx(70/90)x(1 + RC) = 21,16 tonnes - boulet de 60 : : T60=Tt/Cx(60/90)x(l + RC) = 19,99 tonnes Connaissant le tonnage de chaque calibre de boulet, il est facile de déduire le nombre des boulets. Pour le deuxième compartiment 10 et le troisième compartiment 11, la determination des quantites de boulets de chaque calibre, est légèrement différente. Comme précédemment, on définit le volume utile des compartiments, mais en plus on définit un ratio de répartition du tonnage entre les deux compartiments 10, 11 qui depend de la nature des boulets et de la position de la cloison 12 et qui en général est compris entre 0,2 et 0,3. A titre d'exemple, la détermination peut être opérée de la manière suivante - volume total du deuxième compartiment et du troisième compartiment : 120,9 m3 - taux de remplissage retenu : 0,310 - volume utile: 37,49 m3 - tonnage total : 178,06 tonnes - ratio de répartition du tonnage en-tre les deux compartiments 10, 11 : 0,28 tonnage deuxième chambre : Tt'= 49,86 tonnes - tonnage troisième chambre : Tt"= 128,20 tonnes Le deuxième compartiment 10 contient des boulets de calibre 50 millimètres et 40 millimètres dont la surface specifique globale est reliee par une relation de progression géométrique. Cependant, compte tenu de la présence de la cloison de séparation 8 avec le premier compartiment 6, on ajoute un tonnage de boulets de calibre 60 millimètres qui représente le cinquième du tonnage global de la première chambre du deuxième compartiment, c'est à dire dans le cas présent : T60 = 9,97 tonnes, pour assurer la continuite entre le premier et le deuxième compartiment. Le troisième compartiment 11 contient des boulets de calibre 30, 25, 20 et 17. La determination des tonnages de chaque calibre se fait de la meme manière que dans le cas précédent, en tenant compte de la progression homothétique qui lie les surfaces utiles globales de chaque catégorie de corps broyants, avec les raisons de progression suivante - 1,2050 pour le deuxième compartiment 10, - 1,1538 pour le troisième compartiment 11. Ainsi, le deuxième compartiment 10 - coefficient de repartition de la charge C' = 1 + (40/50)x(1 + RC') = 1,964 avec RC' = 0,2050 d'où les tonnages suivants de corps broyants de chaque calibre : - boulet de 50 : T50'= (Tt' - T60,)/C' = 20,31 tonnes - boulet de 40 : T40,= T50'x(40/50)x(1+Rc 19,58 tonnes Pour le troisième compartiment 11 - coefficient de répartition de la charge C''=1+(25/30)x(1+Rc'')+(20/30)x(1+Rc'')2+(17/30)x(1+Rc'')3=3,72 T avec Rç" = 0,1538 d'où les tonnages suivants de corps broyants de chaque calibre - boulet de 30 T30" = Tt"/C" = 34,47 tonnes - boulet de 25 :: T25" =Tt"/C"x(25/30)x(1 + RC") = 33,14 T - boulet de 20 : T20" =Tt"/C"x(20/30)x(l+Rç")2 = 30,59 T - boulet de 17 : T17,, =Tt"/C"x(17/30)x(l+Rc")3 = 30,00 T Naturellement, il va de soi que l'ensemble de ces chiffres n'a qu'une valeur d'illustration pour l'invention et n'a pas de valeur limitative, en effet, ils dependent du materiau à broyer et à la fois de l'installation de broyage en elle-méme. L'homme de l'art est à même de determiner la chaîne des moyens assurant les fonctions des différentes phases du procede et qui permettent de calculer en fonction des donnees spécifiques du matériau à broyer et du broyeur, les quantites des différents calibres de corps broyants à charger dans les différentes chambres du broyeur. Dans un mode préferentiel, ces moyens seront des moyens informatiques. Selon l'invention, après chargement du broyeur, on contrôle en cours de fonctionnement l'adaptation de la charge de chaque chambre au matériau à broyer. Pour ce faire, on arrête le broyeur en pleine charge et on effectue des prelevements a des intervalles réguliers sur la longueur du broyeur. La granulométrie du materiau à prélever est par exemple évaluée en mesurant, pour une masse de prélèvement donniez la quantité de materiau à broyer refusant le passage au travers de la grille d'un tamis de dimension déterminée, par exemple deux cents microns. La courbe représentative de la granulométrie du materiau à broyer, le long du broyeur, est représentée à titre d'illustration en figure 3. Selon l'invention, on établit également une courbe qui represente en ordonnée le logarithme du diamètre des corps broyants ou de leur calibre, d'apres leur position sur la longueur du broyeur. Une telle courbe est représentée à titre d'illustration en figure 2. Le contrôle de l'adaptation de la charge du broyeur au matériau à broyer se fait en comparant l'allure de ces deux courbes, dont les variations doivent se suivre sensiblement ou plus exactement en controlant si la courbe de granulométrie en figure 3 suit globalement les mêmes variations que la courbe des calibres en figure 2. Au cas où les deux courbes ne correspondent pas eut ou, par exemple la courbe de la figure 3 présente un point angulaire franc sur la longueur de l'un des compartiments, il y a lieu éventuellement d'appliquer un coefficient correcteur de contrôle sur la résultante théorique, et de déterminer une nouvelle resultante corrigée et une nouvelle répartition des corps broyants de différents calibres à l'intérieur des différents compartiments du broyeur. L'origine d'une anomalie observée sur la courbe de granulomêtrie du materiau à broyer, peut provenir egalement d'une mauvaise ventilation à l-'intérieur du broyeur ou d'une perméabilité trop importante des corps broyants. Naturellement, la présente description n'est donnée qu'à titre indicatif et l'on pourrait adopter d'autres mises en oeuvre de l'invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci En particulier, pour un broyeur à charbon, la détermination des quantites de corps broyants de chaque catégorie se ferait d'une manière semblable à ce qui a été decrit dans l'application au broyeur à clinker. Les grandeurs physiques caractéristiques du matériau à broyer sont cependant différentes et dans le cas du charbon, il s'agit notamment du pourcentage de matière volatile, du pourcentage de cendre, de la dureté moyenne du charbon, et de son humidité moyenne. REVENDICATIONS Procéde de broyage d'un matériau granulaire tel que par exemple le clinker, le charbon, mettant en oeuvre au moins un tube cylindrique (2) entrainé en rotation autour de son axe (3) avec d'un côte un orifice d'entree (4) et de l'autre un orifice de sortie (5) pour le matériau à broyer, chaque tube (2) présentant au moins un compartiment (9, 10, 11), chaque compartiment etant rempli partiellement d'un volume défini (13, 14, 15) de corps broyants dé différents calibres, chaque calibre comprenant des corps broyants ayant sensiblement une même dimension principale, notamment un diamètre moyen, CARACTERISE par le fait que - on calcule pour l'ensemble des compartiments (9, 10, 11) une résultante théorique (R) à partir d'au moins deux grandeurs physiques et/ou chimiques caractéristiques du matériau a broyer, - pour au moins l'un des compartiments (9, 10, 11), on applique un coefficient correcteur sur la dite resultante théorique (R) et on calcule une resultante corrigée (RC), - on charge le dit compartiment (9, 10, 11) avec differents calibres de corps broyants dont on détermine la quantité pour que la surface utile globale des corps broyants de chaque calibre réponde à une progression géométrique dont la raison d'évolution est définie à partir de la dite resultante corrigée (RC), les calibres de corps broyants étant considérés dans l'ordre défini par la dimension principale des corps broyants qui les constituent respectivement. 2. Procéde selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on détermine pour chaque compartiment (9, 10, 11) la quantité de corps broyants de chaque calibre pour que la surface utile globale des corps. broyants des différents calibres pris dans l'ordre décroissant de la dimension principale, reponde a une relation de progression géométrique dont la raison d'evolution est la dite résultante corrigee (Rc) augmentée de l'unité. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que pour chaque compartiment (9, 10, 11) on applique un coefficient correcteur défini par la position du compartiment (9, 10, 11) au sein du broyeur (1). 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que pour chaque compartiment (9, 10, 11), on applique un coefficient correcteur dependant du mode de fonctionnement circuit ouvert/circuit ferme du broyeur (1). 5. Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 applique à un broyeur à clinker, caractérisé par le fait que l'on détermine la dite résultante théorique (R) pour l'ensemble des chambres (9, 10, 11) à partir de la relation linéaire suivante R = A mK - B C2S - C m5 - D m af +E 4 dans laquelle (mK) désigne le module de KUHL, (C2S) le module C2S, (mis) le module silicique, (mat) le module alumino-ferrique du matériau à broyer et dans laquelle A, B, C, D et E sont des constantes. 6. Procédé selon la revendication 5 pour un broyeur à clinker fonctionnant à circuit ouvert, constitué de trois compartiments (9, 10, 11), caractérisé par le fait que l'on applique à la résultante theorique (R) les coefficients correcteurs suivants - 0,1 pour le premier compartiment (9), - 0,2 pour le deuxième compartiment (10), - 0,15 pour le troisième compartiment (11). 7. Procedé selon la revendication 5 pour un broyeur à ciment fonctionnant en circuit fermé, constitue de trois compartiments (9, 10, 11), caractérise par le fait que l'on applique à la resultante théorique (R) les coefficients correcteurs suivants - 0,2 pour le premier compartiment (9), - 0,3 pour le deuxième compartiment (10), - 0,1 pour le troisième compartiment (11). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'en cours d'operation de broyage, on effectue dans les différents compartiments (9, 10, 11) du broyeur (1), à intervalles réguliers, des prélèvements de matières broyées, et on définit un coefficient correcteur de controle que l'on applique à la résultante théorique (R) à partir de la comparaison entre les variations de la courbe représentative de la granulométrie du matériau à broyer sur la longueur du broyeur (figure 3) et de la courbe représentant le logarithme du calibre des corps broyants sur la longueur du broyeur (figure 2). 9. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisés par le fait qu'ils comprennent pour l'ensemble des compartiments (9, 10, 11) des moyens de calcul de la resultante théorique (R), et pour au moins un des compartiments des moyens de calcul de la résultante corrigée (RC) et des surfaces utiles globales de chaque calibre de corps broyants1 a partir de grandeurs physiques et/ou chimiques caractéristiques du matériau à broyer* et de données spécifiques du broyeur.