Brevet FR2598098A1 — publié le 19871106

La présente invention concerne une machine pour broyer une matière se présentant sous forme de gros morceaux, notamment une matière volumineuse sous forme de blocs comme par exemple des électrodes agencées sous forme de corps profilés en carbone, comportant des outils de broyage montés de façon tournante et formant entre eux un intervalle de broyage. De l'aluminium métallique est obtenu à partir d'alumine par électrolyse d'un bain de fusion dans des cellules d'électrolyse, qui sont revêtues d'un garnissage en carbone ou de corps profilés en carbone qui servent de cathodes tandis que les anodes sont suspendues sous la forme de blocs de carbone dans les cellules d'électrolyse. Les électrodes sont fabriquées dans des usines de fabrication d'anodes et de cathodes à partir de coke de pétrole calciné, d'anthracite calciné, de résidus broyés d'anodes et cathodes usées, d'électrodes de rebuts broyés ainsi que de brai utilisé comme liant.Jusqu'à maintenant, les masses brutes ont été désagrégées dans un grand nombre de machines de désagrégation, puis broyées et classifiées en fraction de granulométries déterminées qui sont ensuite mélangées intimement avec du brai servant de liant, ce mélange étant ensuite comprimé, par exemple dans des machines de moulage par secouage, pour former des corps profilés en carbone verts ( non cuits ). I1 est évident que, lors de la fabrication de corps profilés en carbone verts, les frais de désagrégation et de broyage ont une influence importante sur les frais d'investissement et d'exploitation de l'ensemble de l'usine de fabrication d'anodes et de cathodes. Cela s'applique notamment à la désagrégation des résidus d'anodes et cathodes usées et brûlées ainsi qu'à des blocs complets d'anodes de rebut , qui ont la forme d'un parallélépipède ayant des dimensions par exemple de 1200 mm de longueur, 880 mm de largeur et 560 mm de hauteur, tandis que les résidus d'anodes usées et brûlées ont, pour la même longueur et la même largeur, une hauteur plus petite. La désagrégation notamment de blocs complets d'anodes de rebut nécessite des machines de désagrégation ayant de grandes ouvertures d'entrée. En pratique, on a souvent utilisé à cet égard un broyeur à mâchoires qui a une grande ouverture d'entrée pour pouvoir saisir et broyer un bloc d'anodeS complet.Le broyeur à mâchoires doit, dans un cas normal, broyer cependant seulement des résidus d'anodes brûlées de petit volume, et rarement un bloc complet d'anodes de rebut, de sorte que le broyeur à mâchoires est considérablement surdimensionné pour le cas normal d'utilisation et qu'il fonctionne de façon non économique, avec une consommation spécifique d'énergie trop élevée. Si on broyait les résidus d'anodes brûlées ainsi que les blocs complets d'anodes de rebut dans un broyeur à cylindres à pointes, on enregistrerait les mêmes inconvénients que ceux indiqués pour le broyeur à mâchoires. L'invention a pour but de créer, pour la désagrégation d'une matière se présentant sous forme de gros morceaux, notamment une matière volumineuse sous forme de blocs comme par exemple des électrodes agencées comme des corps profilés en carbone, une machine qui soit en mesure de broyer économiquement, avec des frais d'investissement et des frais d'exploitation comparativement faibles, aussi bien dans un cas normal des résidus d'électrodes de petits volumes que dans un cas particulier des blocs complets d'électrodes de gros volumes. Ce problème est résolu conformément à l'invention au moyen d'une machine de broyage qui est caractérisée en ce que les outils de broyage comportent des segments de cylindres, qui sont séparés l'un de l'autre par intervalle de broyage, qui sont tournés l'un vers l'autre par leurs arcs de segments et qui sont reliés à un dispositif d'entrai- nement agencé de manière à déplacer les segments de cylindres par rotation vers l'avant et vers l'arrière d'une distance correspondant à peu près à la longueur des arcs de segments. Selon d'autres particularités de la machine de broyage conforme à l'invention - Les deux segments de cylindres placés l'un en regard de l'autre sont montés de façon séparable et amovible chacun sur un support d'outil de broyage pouvant tourner autour d'un axe de pivotement, un bras de levier étant relié à chaque support d'outil de broyage. - Le dispositif d'entrainement assurant la rotation vers l'avant et vers l'arrière des segments de cylindres se compose, pour chaque segment de cylindre respectif, d'au moins un cylindre hydraulique de pivotement, qui est articulé d'un côté sur le bâti de machine et de l'autre côté sur un bras de levier du support d'outil de broyage pivotant. - Les bras de levier sont disposés à peu près horizontalement et s'étendent vers l'extérieur des supports d'outils de broyage perpendiculairement à l'intervalle de broyage et les cylindres hydrauliques de pivotement s'accrochant sur les bras de levier sont disposés à peu près verticalement. - Les bras de levier s'étendent à peu près verticalement vers le bas à partir des supports d'outils de broyage et les cylindres hydrauliques de pivotement s'accrochant sur les bras de levier sont disposés à peu près horizontalement. - Les arcs des segments de cylindres s'étendent respectivement sur à peu près un quart d'un cercle périphérique complet. - Les axes de pivotement des supports d'outils de broyage sont placés respectivement au centre du cercle passant par les arcs de segments de cylindres. - Les axes de pivotement des supports d'outils de broyage sont placés respectivement de façon exentrée par rapport au centre du cercle passant par les arcs des segments de cylindres. - Les segments de cylindres comportent plusieurs rangées de dents dans la zone de la surface contenant les arcs de segments. - I1 est prévu dans le plan médiateur vertical de l'intervalle de broyage, une poutre d'arrêt placée en dessous de la zone la plus étroite de l'intervalle de broyage et parallèlement à celui-ci. Dans la machine de broyage conforme à l'invention, les outils de broyage ne sont pas constitués, comme par exemple dans le cas d'un broyeur à cylindres, par deux viroles cylindriques tournant en sens inverses mais par deux segments de cylindres qui sont agencés comme décrit cidessus. En outre le dispositif d'entraînement assurant la rotation vers l'avant et vers l'arrière des segments de cylindres se compose d'au moins un cylindre hydraulique de pivotement, agencé comme décrit ci-dessus. De cette manière, les deux segments de cylindres sont déplacés alternativement en rotation et en synchronisme en broyant les produits sous forme de blocs dans l'intervalle de broyage. Un broyeur à mâchoires, un broyeur à percussion, un broyeur à cylindres ou analogue ayant une ouverture d'entrée suffisamment grande pour pouvoir saisir et broyer un bloc d'anodes complet constitueraient une machine d'une grosseur excessive, très coûteuse et qui serait surdimensionnée dans des proportions importantes pour le cas normal consistant dans le broyage des résidus d'anodes de petit volume et devrait par conséquent être utilisée d'une façon non rentable.Par contre, pour résoudre le même problème de broyage, la machine conforme à l'invention n'est pas surdimensionnée car, du fait de sa grande ouverture d'entrée qui est par exemple de 880 mm x 1200 mm elle peut saisir sans difficulté des blocs d'anodes complets1 dont le broyage est seulement un peu plus long que le broyage des résidus d'anodes de petit volume, ce qui ne présente aucun inconvénient car, pour le cas particulier du broyage de blocs d'anodes complets, on dispose sans difficulté du temps supérieur de broyage qui est nécessaire à cet égard. Par suite de l'entraînement au moyen de cylinares hydrauliques de pivotement, il est possible d'une manière idéale de faire déplacer alternativement les bras de levier des outils de broyage d'une façon assez lente, c'est-à-dire que les segments de cylindres sont entraînés en rotation vers l'avant et vers l'arrière de façon comparativement lente, de sorte qu'avec la machine conforme à l'invention, on obtient une faible vitesse de broyage qui a pour consé quence une usure des outils de broyage qui est bien plus faible que dans des broyeurs à mâchoires, des broyeurs à percussion ou analogues.Du fait que les bras de leviers de la machine d broyage conforme à l'invention n'effectuent que des mouvements lents de pivotement, cette machine fonctionne pratiquement de façon exempte de vibrations de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des dispositifs d'amortissement de vibrations et qu'on peut ainsi réduire des frais de fondations, ce qui est absolument différent d'un broyeur à mâchoires, d'un broyeur à percussion ou analogue. Du fait que le dispositif d'entraînement de la machine conforme à l'invention se compose de cylindres hydrauliques de pivotement, qui s'appuient contre le bâti de la machine ou également l'un contre l'autre, il ne se produit pratiquement pas de forces extérieures.En outre, un dispositif d'entraînement hydraulique a une consommation spécifique d'énergie plus petite que celle d'un broyeur à mâchoires, d'un broyeur à percussion, d'un broyeur à cylindres ou analogue, où il faut utiliser des dispositifs conventionnels d'entraînement en rotation comportant de gros moteurs délectriques, des embrayages, des réducteurs, des engrenages, etc. Enfin, la machine de broyage conforme à l'invention présente encore l'avantage suivant : du fait qu'un broyeur à mâchoires doit être surdimensionné obligatoirement dans le cas normal pour résoudre le problème de broyage défini ci-dessus, il ne fonctionne, pour un programme de travail déterminé, que quelques heures par jour, ce qui n'est pas économique. Pour remplir le même programme de travail, la machine conforme à l'invention, du fait qu'elle n'est pas surdimensionnée, peut travailler 24 heures par jour avec une faible consommation spécifique d'énergie, et par conséquent de façon rentable.La productivité du broyeur conforme à l'invention peut être adaptée de façon très précise à la productivité effectivement nécessaire, et notamment par modification des cycles de broyage ou de la fréquence de travail des cylindres hydrauliques, ce qui peut être réalisé d'une façon simple par exemple par variation du débit d'huile hydraulique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente en vue en élévation latérale une première forme de réalisation de la machine de broyage conforme à l'invention, la figure 2 est une vue en plan de la machine de la figure 1, la figure 3 est une vue latérale d'une seconde forme de réalisation de la machine de broyage selon l'invention, la figure 4 est une vue en plan de la machine de la figure 3, et la figure 5 est une vue en élévation de face de la machine de la figure 3, dans une direction perpendiculaire au plan vertical traversant l'intervalle de broyage. La machine de broyage conforme à l'invention comporte un bâti 10, dans lequel sont montés de façon tournante sur des axes de pivotement 11, 12 des supports d'outils de broyage 13, 14 sur lesquels sont fixés de façon séparable et amovible des segments de cylindres 15, 16 servant d'outils de broyage et qui délimitent entre eux un intervalle de broyage 17. Les arcs des segments de cylindres 15, 16 s'étendent chacun sur à peu près un quart d'un cercle périphérique complet.Les segments de cylindres 15, 16 sont séparés l'un de l'autre par l'intervalle de broyage 17, ils sont tournés l'un vers l'autre par leurs arcs de segments et ils sont reliés à un dispositif d'entrainement agencé de telle sorte qu'il fasse tourner vers l'avant et vers l'arrière les segments de cylindres 15, 16 d'une distance correspondant à peu près à une longueur d'arc de cylindre, ce qui est indiqué par les doubles flèches 18. A cet effet, chaque support d'outil de broyage est relié à un bras de levier sur lequel s'accroche au moins un cylindre hydraulique. Dans l'exemple de réalisation considéré représenté sur les figures 1 et 2, le bras de levier 19 est relié rigidement au support d'outil de broyage 13 tandis que le bras de levier 21 est relié rigidement à l'autre support d'outil de broyage 14, les deux bras de levier 19, 21 étant disposés à peu près horizontalement et s'étendant perpendiculairement à l'intervalle de broyage 17 vers 1'exiFieur des supports outils de broyage.Quatre cylindres hydrauliques de pivotement 23, 24, 25, 26 disposés à peu près verticalement sont articulés d'un côté sur le bâti de machine 10 et de l'autre côté sur les extrémités des bras de levier de sorte que les extrémités libres des bras de levier 19, 21 peuvent pivoter sans entrave. A titre d'exemple, pour le cylindre hydraulique de pivotement 23, il est indiqué sur le dessin que ce cylindre comporte l'axe de pivotement 27 placé sur le bâti de machine 10 ainsi que l'axe de pivotement 28 prévu à l'extrémité du bras de levier 19. La machine conforme à l'invention convient pour broyer d'une façon économique non seulement des résidus d'électrodes en carbone usées et brûlées et des matériaux volumineux analogues mais également des blocs complets d'anodes en carbone, qui ont par exemple les grandes dimensions suivantes : largeur 880 mm, longueur 1200 mm, hauteur 560 mm. Sur la figure 1 est représenté un bloc complet d'anodes en carbone 29 de ce genre, c'est-à-dire que la grande ouverture d'entrée de la machine de broyage conforme à l'invention a une largeur d'au moins 880 mm. et une longueur d'au moins 1200 mm. En service, par l'intermédiaire d'une pompe hydraulique non représentée, les pistons de tous les cylindres de pivotement 23 à 26, et par conséquent également les extrémités extérieures des bras de levier 19, 21, sont poussés vers le haut, les rangées supérieures de dents 31, 32 des segments de cylindres détachent des morceaux du bloc d'anodes 29, les morceaux d'anode ainsi détaché tombent et continuent à être broyés par les rangées inférieures de dents 33, 34 des segments de cylindres 15, 16 et, après que les segments de cylindres 15, 16 ont été déplacés par pivotement vers le bas d'une distance correspondant à peu près à un quart d'un cercle périphérique complet, le liquide hydraulique refoule à nouveau les pistons vers le bas dans les cylindres de pivotement et les segments de cylindres 15, 16 sont à nouveau déplacés par pivotement inverse vers le haut jusque dans leur position initiale, le bloc d'anodes à broyer 29 se déplace vers le bas d'une certaine distance dans l'intervalle de broyage et le processus de broyage est répété jusqu'à ce que le bloc d'anodes complet 29 soit complètement désagrégé. La productivité de la machine de broyage conforme à l'invention, qui est par exemple de 30 t/h, peut être réglée d'une manière idéale tout à fait simplement et avec précision par réglage des cycles de broyage et elle peut également être modifiée, ce qui est obtenu par un réglage ou une modification par exemple de la quantité d'huile hydraulique fournie aix cylindres hydrauliques de pivotement 23 à 26.Les cylindres hydrauliques de pivotement produisent une force qui est par exemple de 150 tonnes pour chaque cylindre ; la force linéaire de compression se produisant dans l'intervalle de broyage 17 existant entre les cylindres de broyage 15, 16 s'élève par exemple à 10 t/cm de longueur de segment de cylindre. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, il est également à noter que les axes de pivotement ll et 12 des segments de cylindres .15 et 16 sont montés dans des manchons excentriques 35 et 36 dont la rotation permet de modifier la largeur de l'intervalle de broyage 17. Les axes de pivotement 11, 12 des supports d'outils de broyage 13, 14 sont respectivement placés au centre du cercle passant par les arcs des segments de cylindres 15, 16. En conséquence l'intervalle de broyage 17 conserve toujours la même grandeur dans chaque plan de hauteur de l'intervalle pendant le pivotement des segments de broyage 15, 16. Il est cependant également possible de disposer les axes de pivotement des supports d'outils de broyage de façon qu'ils soient respectivement excentrés, c'est-à-dire écartés du centre du cercle contenant l'arc de segment de cylindre de telle sorte que, pendant le pivotement des segments de cylindres, la largeur de l'intervalle de broyage dans chaque plan de hauteur ne reste pas constante mais puisse également se rétrécir ou s'élargir de façon continue.Pour empêcher le passage de morceaux non suffisamment broyés, il est prévu, conformément à la figure 1, dans le plan médiateur vertical de l'intervalle de broyage 17, en dessous de la zone la plus étroite de l'intervalle de broyage et parallèlement à celui-ci, une poutre d'arrêt 37 qui peut être réglable en hauteur et qui peut influencer le comportement de broyage ainsi que la granulométrie de la matière sortant de la machine de broyage conforme à l'invention. La matière broyée est amenée par l'intermédiaire d'un entonnoir 38 sur un organe transporteur, qui transporte la matière en vue de son broyage de finition et de son traitement ultérieur pour la fabrication de nouveaux blocs d'anodes en carbone. Sur la figure 1 est représenté le cas particulier du broyage de blocs d'anodes en carbone complets. Dans le cas normal, la même machine de broyage sert à broyer des résidus d'anodes usées et brûlées, auquel cas le broyage de ces résidus s'effectue en correspondance plus rapidement que celui des blocs d'anodes complets. I1 est évident que les rangées individuelles de dents (31, 33 ou 32, 34 ) qui sont disposées dans la zone des surfaces d'arcs des segments de cylindres 15, 16, peuvent se chevaucher mutuellement par leurs intervalles et leurs dents. En outre les dents des deux segments de cylindres peuvent ne pas être disposées symétriquement entre elles mais elles peuvent être décalées mutuellement radialement et/ou axialement. L'autre exemple de réalisation de la machine de broyage conforme à l'invention et représenté sur les figures 3 à 5 se différence de l'exemple de réalisation des figures 1 et 2 par le fait que - comme le montrent notamment les figures 3 et 4 - les bras de levier 40, 42 sont orientés à peu près verticalement et s'étendent vers le bas à partir des supports d'outils de broyage 13, 14 et par le fait que les cylindres hydrauliques de pivotement 43, 44, 45, 46 s'accrochant sur les bras de levier 40, 42 sont disposés à peu près horizontalement. Ce mode de construction offre l'avantage d'occuper moins de place que la structure de la figure 1.Les tiges de pistons des cylindres hydrauliques de pivotement sont montées de façon articulée sur le bâti 47 de la machine, par exemple en ce qui concerne l'articulation 48 du cylindre 43, qui s'accroche de son côté sur l'articulation 49 du bras de levier 40.-Pendant la marche de la machine de broyage conforme à l'invention, les extrémités inférieures des bras de levier 40, 42 sont déplacées alternativement, au moyen des cylindres de pivotement 43 et 46, d'une légère distance de sorte que les segments de cylindres 15 et 16 peuvent tourner d'une distance correspondant à peu près à un quart de la longueur du cercle périphérique complet contenant l'arc de segment. Egalement cette forme de réalisation de la machine de broyage a une ouverture d'entrée suffisamment grande pour pouvoir saisir un bloc d'anodes en carbone complet 29, qui est engagé dans la trémie de réception 50 de la machine. Les deux cylindres hydrauliques de pivotement 43 et 45 ou 44 et 46 peuvent respectivement être remplacés également par un seul cylindre de pivotement, qui s'accroche également simultanément sur les deux extrémités des bras de levier et qui assure alternativement leur écartement mutuel ou leur rapprochement mutuel. La matière broyée quittant l'intervalle de broyage 17 vers le bas est déchargée par l'intermédiaire de l'entonnoir 51 latéralement vers un côté frontal de la machine, ce qui est mis en évidence sur la figure 5. Par ailleurs, sur les figures 3 à 5, les composants qui correspondent aux composants de la forme de réalisation des figures 1 et 2 ont été désignés par les mêmes références numériques. REVENDICATIONS 1. Machine pour broyer une matière se présentant sous forme de gros morceaux, notamment une matière volumineuse sous forme de blocs comme par exemple des électrodes agencées sous forme de corps profilés en carbone, comportant des outils de broyage montés de façon tournante et formant entre eux un intervalle de broyage, caractérisée en ce que les outils de broyage comportent des segments de cylindres (15, 16), qui sont séparés l'un de l'autre par intervalle de broyage (17), qui sont tournés l'un vers l'autre par leurs arcs de segments et qui sont reliés à un dispositif d'entraînement agencé de manière à déplacer les segments de cylindres par rotation vers l'avant et vers l'arrière d'une distance correspondant à peu près à la longueur des arcs de segments. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux segments de cylindres (15, 16) placés l'un en regard de l'autre sont montés de façon séparable et amovible chacun sur un support d'outil de broyage (13, 14) pouvant tourner autour d'un axe de pivotement (11, 12), un bras de levier (19, 21, ou 40, 42 ) étant relié à chaque support d'outil de broyage. 3. Machine selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement assurant la rotation vers l'avant et vers l'arrière des segments de cylindres (15, 16) se compose, pour chaque segment de cylindre respectif, d'au moins un cylindre hydraulique de pivotement (23 à 26 ou 43 à 46 ), qui est articulé d'un côté sur le bâti de machine ( 10 ou 47 ) et de l'autre côté sur un bras de levier ( 19, 21 ou 40, 42 ) du support d'outil de broyage pivotant (13, 14). 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les bras de levier (19, 21 ) sont disposés à peu près horizontalement et s'étendent vers l'extérieur des supports d'outils de broyage (13, 14) perpendiculairement à l'intervalle de broyage (17) et en ce que les cylindres hydrauliques de pivotement (23 à 26 ) s'accrochant sur les bras de levier sont disposés à peu près verticalement. 5. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les bras de levier (40, 42 ) s'étendent à peu près verticalement vers le bas à partir des supports d'outils de broyage (13, 14) et en ce que les cylindres hydrauliques de pivotement (43 et 46 ) s'accrochant sur les bras de levier sont disposés à peu près horizontalement. 6. Machine selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les arcs des segments de cylindres (15, 16) s'étendent respectivement sur à peu près un quart d'un cercle périphérique complet. 7, Machine selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les axes de pivotement (11, 12) des supports d'outils de broyage (13, 14) sont placés respectivement au centre du cercle passant par les arcs de segments de cylindres. 8. Machine selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les axes de pivotement des supports d'outils de broyage sont placés respectivement de façon excentrée par rapport au centre du cercle passant par les arcs des segments de cylindres. 9. Machine selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les segments de cylindres (15, 16) comportent plusieurs rangées de dents (31, 32, 33, 34) dans la zone de la surface contenant les arcs de segments. 10. Machine selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'il est prévu, dans le plan médiateur vertical de l'intervalle de broyage (17), une poutre d'arrêt (37) placée en dessous de la zone la plus étroite de l'intervalle de broyage et parallèlement à celuici.