Brevet FR2616359A1 — publié le 19881216

L'invention concerne un procédé pour le broyage continu par compression de matériaux cassants, comme par exemple du clinker de ciment, du minerai, du charbon ou des matériaux semblables, avec utilisation d'une presse à cylindres haute pression o le matériau est soumis à un broyage en un lit de matériau dans la zone la plus étroite entre les cylindres, selon lequel le matériau broyé et comprimé est désaggloméré et selon lequel on extrait le matériau fini suffisamment fin du matériau désaggloméré, dans un séparateur, tandis que la fraction grossière (arènes) est retournée pour être réintroduite dans la presse à cylindres. L'invention con- cerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé. D'importants efforts ont été entrepris ces derniers temps pour augmenter le faible rendement éner- gétique dans les installations de broyage et de mouture, en particulier dans celles comportant des tubes broyeurs ou des broyeurs à boulets. C'est ainsi que l'on connaît un procédé pour le broyage et la mouture de matériaux cassants (Fig. 2 du brevet européen 0 084 383) selon le- quel le matériau, par exemple des morceaux de clinker de ciment n'ayant pas subi un broyage préalable, est compri- mé sous haute pression d'abord, en un premier stade, dans l'espace entre les cylindres d'une presse à cylindres haute pression, ce qui conduit en partie à la désintégra- tion des morceaux et en partie à l'amorce de fissures à l'intérieur des morceaux et ce qui se manifeste de façon visible dans la formation d'agglomérés (appelés galettes), lesquels sont ensuite, dans une deuxième étape, désagglo- mérés ou désintégrés dans un tube broyeur ou un broyeur à boulets, avec une consommation énergétique relativement faible et o ils peuvent être broyés à la finesse désirée du matériau fini, du fait que l'aptitude à la mouture des agglomérés formés par la compression de la matière est considérablement améliorée en comparaison avec celle d'une matière non comprimée. Dans la zone la plus étroite entre les cylindres de la presse à haute pression, les différents grains du matériau s'écrasent mutuellement dans un lit de matériau, c'est-à-dire dans une masse de matériau comprimée entre deux surfaces, de sorte qu'on parle dans ce contexte d'un broyage dit en lit de maté- riau. En raison de la haute compression exercée par la presse, avec destruction de la structure, des granules comprimées de clinker par exemple, les agglomérés formés (galettes) présentent déjà une certaine fraction de par- ticules réduites jusqu'à la finesse désirée du ciment. Cette fraction, qui ne doit pas être broyée davantage, peut représeinter une charge pour le tube broyeur lors de la mouture finale des agglomérés délivrés par la presse à cylindres. Du fait que le rendement énergétique de tubes broyeurs ou de broyeurs à boulets continue à rester faible, ou du fait qu'une presse à cylindres a un plus faible besoin énergétique spécifique (kWh/t) comparati- vement à un broyeur à boulets pour réaliser le broyage en lit de matériau, on connaît également déjà un procédé pour le broyage et la mouture de matériaux cassants, comme par exemple la mouture de clinker en ciment (Fig. 4 du brevet européen 0 084 383) o on a totalement renoncé à l'utilisation d'un tube broyeur ou d'un broyeur à bou- lets. Selon ce procédé, le matériau,comprimé en galettes difformes entre les cylindres de la presse, est désagglo- méré ensuite et le ciment fini est extrait par triage du matériau désaggloméré, dans un séparateur, d'o la frac- tion grossière (arènes) est retournée à l'alimentation de la presse à cylindres. Au cas o la fraction de maté- riau fini suffisamment fin que contiennent les galettes comprimées sortant de la presse représente seulement 10 à 20 % environ, il faut conduire le processus de mouture avec de hautes charges recyclées, d'un facteur supérieur à 9. Cela signifie que, statistiquement, chaque particule du matériau à broyer ou à moudre doit non seulement être comprimée 10 fois environ, mais doit en plus être dés- agglomérée, triée et retournée autant de fois à la trémie d'alimentation de la presse à cylindres avant que l'on puisse en disposer en tant que matériau fini. Pour cette raison, le bilan énergétique de prime abord très favo- rable de la presse à cylindres elle-même, est dégradé de nouveau en raison des multiples passages du flux de ma- tériau à travers les trois équipements annexes que sont le désagglomérateur, le séparateur et les dispositifs de transport de galettes. Cet état de choses pourrait être amélioré, en premier lieu, par le renvoi direct d'un courant partiel des galettes obtenues de la presse dans la trémie d'alimentation de cette même presse. Cependant, en raison des masses volumiques différentes de nouveau matériau d'alimentation (dont la masse volumique est de 1600 kg/m3 par exemple) et de galettes (de 2400 kg/cm3 par exemple), il s'établit des distributions hétérogènes de la pression - que l'on appelle îlots de pression - dans l'espace entre les cylindres de la presse, de sorte que les galettes subissent, en raison de leur précompres- sion, la pression la plus haute - éventuellement trop haute - dans l'espace entre les cylindres, tandis que le nouveau matériau d'alimentation est soumis à une trop faible pression, en raison de sa plus grande porosité, et est de ce fait comprimé insuffisamment. Ainsi, même avec cet agencement de la presse, les galettes parvenant dans le séparateur peuvent contenir encore une trop grande quantité de matériau grossier, de sorte que la charge de matériau recyclé doit néanmoins rester élevée. De plus, en raison de la formation des îlots de pression dans l'espace entre les cylindres, les surfaces des tables des cylindres peuvent être soumises à une solli- citation excessive. Le but de l'invention est de perfectionner le procédé de broyage du type mentionné au début, en utilisant une presse à cylindres haute pression, mais sans employer un broyeur à boulets à sa suite, de manière qu'il soit possible, par exemple, de réduire du clinker en ciment fini avec un haut degré de broyage, de façon économique, c'est-à-dire, avec une consommation énergé- tique spécifique qui soit diminuée plus encore, et avec, des moyens relativement faibles en équipements. Un autre but de l'invention est de créer une installation de- broyage pour la mise en oeuvre. A cet effet, selon l'invention, un procédé comme défini au début est caractérisé en ce que l'on soumet le matériau comprimé (galettes) venant de la presse à cylindres, avant sa désagglomération, à au moins une deuxième compression dans l'espace entre les cylindres d'au moins une presse à cylindres supplémentaire. Selon d'autres caractéristiques du procédé de l'invention: - la force de compression agissant sur le matériau dans la première et la deuxième presse à cylindres est supé- rieure à 2 MNl/m de longueur des cylindres et on com- prime le matériau dans l'espace entre les cylindres de la deuxième presse avec une compression maximale supérieure à celle dans l'espace entre les cylindres de la première presse; - on retourne un courant partiel du matériau (galettes) quittant la deuxième presse dans la trémie d'alimenta- tion de cette seule deuxième presse; et - on retourne la fraction grossière (arènes) quittant le séparateur dans la trémie d'alimentation de la pre- mière presse et/ou de la deuxième presse. Une installation selon l'invention pour le broyage continu par compression de matériaux cassants, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, com- prend une presse à cylindres, haute pression, qui est suivie par un désagglomérateur et un séparateur. Une telle installation est caractérisée en ce qu'au moins une deu- xième presse à cylindres est interposée entre la presse cylindres et le désagglomérateur. Conformément à d'autres caractéristiques de l'installation selon l'invention: - la deuxième presse est disposée directement, par sa trémie d'alimentation, sous la sortie de matériau de la première presse; et - un organe de division quantitative du matériau est dis- posé dans la sortie de matériau de la deuxième presse, en amont du désagglomérateur, organe à partir duquel un parcours de retour de matériau mène à la trémié d'alimentation de cette deuxième presse. Dans le procédé de broyage et de mouture selon l'invention, au moins deux presses à cylindres haute pression sont prévues l'une derrière l'autre en ce sens que le matériau comprimé (galettes) sortant de la première presse est, immédiatement après cela, comprimé au moins une deuxième fois entre les cylindres d'au moins une presse supplémentaire. Chaque particule du nouveau matériau d'alimentation est donc comprimée au moins deux fois. En d'autres termes, chaque particule de matériau quittant l'espace entre les cylindres de la deuxième presse, a été comprimée au moins deux fois avant d'être soumise avec le matériau comprimé à la désagglomération dans le désagglomérateur. De cette manière, le matériau alimentant le séparateur prévu à la suite est encore plus fin et le retour d'arènes depuis le séparateur à la pre- mière et/ou la deuxième presse peut être réduit considé- rablement, ce qui diminue nettement la consommation éner- gétique spécifique dans l'ensemble. D'autres avantages procurés par l'invention sont les suivants. Le clinker de ciment doit être com- primé entre les cylindres d'une presse sous des pressions très élevées comparativement au calcaire par exemple. Plus la porosité du matériau à comprimer est faible, plus la pression de broyage effective entre les cylindres est élevée, pour une force de pressage préfixée des cylindres (la cause en est que le diagramme de pression dans l'es- pace entre les cylindres devient plus étroit dans le sens circonférentiel des cylindres mais prend une valeur plus grande en amplitude). Cela revient à dire qu'avec la même force de pressage des cylindres, le matériau entre les cylindres de la deuxième presse peut être comprimé avec une pression maximale plus élevée que dans l'espace entre les cylindres de la première presse. Ainsi, les galettes provenant de la première presse, grâce à leur précompres- sion, et par suite grâce à leur plus faible porosité, peuvent être comprimées dans l'espace entre les cylindres de la deuxième presse sous des pressions très hautes et dans une plage énergétiquement favorable. La nature même des presses à cylindres fait que l'épaisseur des galettes sortant de la deuxième presse est plus grande que l'épaisseur des galettes is- sues de la première presse. Cela signifie qu'à vitesse circonférentielle constante des cylindres, le débit de la deuxième presse est également supérieur dans une me- sure correspondante. Ceci offre la possibilité de recy- cler un courant partiel du matériau comprimé (galettes) sortant de la deuxième presse dans la trémie d'alimenta- tion de cette même deuxième presse, en tant que charge recyclée. Ce processus évite, dans la deuxième presse, l'inconvénient de la formation d'ilots de pression qui se produiront inévitablement en cas d'utilisation d'une seule presse à cylindres. Par suite de la régula- tion ainsi obtenue,les deux presses peuvent être chargées de façon optimale et le dimensionnement n'est aucunement critique. Grâce au retour direct d'une fraction réglable du débit de la deuxième presse dans la trémie d'alimen- tation de celle-ci, on peut faire fonctionner cette deu- xième presse à son débit maximal, même sous des condi- tions d'alimentation (d'humidité par exemple) variables et sa conception n'est pas davantage critique. Etant don- né que, conformément à l'invention, tout le matériau est comprimé au moins deux fois, le séparateur reçoit un pro- duit plus fin comparativement à un processus qui n'uti- lise qu'une seule presse à cylindres. Plus la deuxième presse est grande en comparaison avec la première, plus fin est le produit que'reçoit le séparateur. La finesse du matériau peut ainsi être ajustée dès le départ entre certaines limites, c'est-à-dire en tenant compte d'as- pects économiques. En effet, l'augmentation du recyclage interne de galettes par la deuxième presse provoque une nouvelle augmentation de la fraction de matériau fin pré- sentée au séparateur installé à la suite; la fraction d'arènes et par suite le renvoi d'arènes vers la première et/ou la deuxième presse sont ainsi diminués. Il s'ensuit que le désagglomérateur, le séparateur et les dispositifs de transport d'arènes peuvent être conçus nettement plus petits, de sorte qu'ils consomment également moins d'éner- gie encore (ce qui correspond à un meilleur rendement global) que dans le cas du procédé de broyage mentionné au début et utilisant seulement une presse à cylindres. Dans la pratique, on choisira les dimensions de la deu- xième presse suffisamment grandes pour que le séparateur - lui-même optimisé quant à la conception et à la con- duite - reçoive une fraction suffisante de matériau très fin pour qu'il puisse délivrer un matériau fini ayant la répartition granulométrique requise. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation non limi- tatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé. Le dessin montre schématiquement le procédé selon l'invention, de même que le dispositif selon l'in- vention pour le broyage et la mouture de matériaux cas- sants, par un diagramme d'écoulement du matériau. Le pre- mier étage de broyage et de mouture est constitué par une presse à cylindres haute pression 10 équipée d'une tré- mie d'alimentation 12, laquelle est alimentée avec le matériau à broyer 11, par exemple du clinker de ciment n'ayant pas été soumis à un broyage ou un concassage préalable et avec une grosseur des morceaux pouvant atteindre 100 mm par exemple. La grosseur des morceaux d'une partie essentielle du matériau d'alimentation 11 est plus grande que la largeur de l'espace entre les deux cylindres à l'endroit le plus étroit, correspondant par exemple à un espacement de 20 mm, les cylindres de pres- sage pouvant avoir un diamètre de 900 mm par exemple. La force de pressage exercée par les cylindres de la presse sur le matériau est supérieure à 2 MN/m de longueur des cylindres et est par exemple de 6 à 9 MN/m. Le maté- riau 11 est broyé dans l'espace entre les cylindres par la combinaison d'un broyage de grains ou morceaux indi- viduels et d'un broyage en lit de matériau. Pour obtenir ce dernier type de broyage, le matériau est amené en si grande quantité à l'espace entre les cylindres de la presse 10, à travers la trémie d'alimentation 12 située au-dessus de cet espace, que le matériau à broyer, lequel est tiré entre les cylindres, écarte les cylindres l'un de l'autre et que les fragments du matériau s'écrasent mutuellement, collectivement, dans une masse de matériau comprise dans l'espace entre les cylindres. Le clinker sort de cet espace à l'état broyé et partiellement agglo- mérë, c'est-à-dire comprimé en galettes 13, dont la frac- tion de particules déjà réduites jusqu'à la finesse dé- sirée du ciment est dès lors relativement élevée (générale- ment une fraction d'environ 25 % inférieure à 90 iim). Alors que la masse volumique du matériau en vrac 11 à l'alimentation est de 1600 kg/m3, la masse volumique des galettes comprimées 13 est d'environ 2400 kg/cm3. Conformément à l'invention, les galettes 13 venant de la presse 10 sont introduites directement dans la trémie d'alimentation 14 d'une deuxième presse à cylindres haute pression 15, o le matériau est comprimé une deuxième fois au moins dans l'espace compris entre les cylindres. Le matériau comprimé sortant de la deu- xième presse 15, à savoir les galettes 16, est dés- aggloméré, c'est-à-dire désintégré dans un désintégrateur 17 et est amené sous cette forme à un séparateur 18 qui extrait du matériau désaggloméré, par triage, le matériau suffisamment fin pour constituer du matériau fini 19 (ciment), tandis que la fraction grossière 20 (arènes) quittant le séparateur 18 est renvoyé dans la trémie d'alimentation 12 de la première presse 10 et/ou la tré- mie d'alimentation 14 de la deuxième presse 15. Comme les galettes 13 ont été précomprimées dans la première presse 10 et possèdent de ce fait une plus faible porosité, elles peuvent être comprimées avec une pression maximale d'autant plus élevée, pour la même force de pressage, dans l'espace entre les cylindres de la deuxième presse 15. L'épaisseur des galettes 16 sor- tant de la deuxième presse 15 est plus grande que l'épais- seur des galettes 13 issues de la première presse 10, ce qui veut dire aussi qu'à vitesse circonférentieile égale des cylindres, le débit de la deuxième presse 15 est plus grand que celui de la première presse 10. Ceci offre la possibilité de retourner un courant partiel 21 du débit en galettes 16 de la deuxième presse 15 dans la trémie d'alimentation 14 de cette même presse, en tant que charge recyclée. L'inconvénient décrit au début de la formation des ilots de pression, comme cela se produit en cas d'utilisation d'une seule presse à cylindres, est supprimé. En d'autres termes, la première presse 10 comprime un matériau (11 et éventuellement 20) de grande porosité et la deuxième presse 15 comprime un matériau homogène (13, 21 et éventuellement 20) de faible porosité; la surcharge par suite de pointes de pression est impos- sible sur l'une comme sur l'autre presse, les deux presses sont chargées de façon optimale et leur dimensionnement n'est aucunement critique. Il est particulièrement avantageux que la deuxième presse 15 possède de plus grandes dimensions que la première presse 10, de sorte que le recyclage interne de galettes 21 par la deuxième presse 15 peut être accru. Ceci a l'avantage que la fraction de matériau fin dans le séparateur 18 prévu à la suite peut être accrue plus encore. La fraction d'arènes et par suite le recyclage d'arènes 20 dans le premier et/ou la deuxième presse sont ainsi diminués. Il s'ensuit que les trois équipements an- nexes, constitués par exemple par le convoyeur de retour de matériau, le séparateur 18 et le désagglomérateur 17 deviennent nettement plus petits (par tonne de matériau fini), de sorte qu'ils consomment égalment beaucoup moins d'énergie par tonne de matériau fini, si bien que le be- soin spécifique en énergie (kWh/t) de l'ensemble de l'in- stallation est réduit encore plus. Au cas o la réparti- tion granulométrique du produit fini 19 ne correspond pas tout à fait aux valeurs de consigne, par exemple par de trop faibles fractions extrêmement fines, on peut ren- voyer un courant partiel 22 du matériau désaggloméré, mais non encore trié, dans la trémie d'alimentation 12 ou 14 de la première et/ou de la deuxième presse. Pour la mise en pratique du broyage par com- pression selon l'invention, on a comprimé du clinker entre les cylindres d'une presse à cylindres haute pres- sion. Les galettes obtenues à partir du clinker ont été introduites ensuite dans une autre presse à cylindres, dans désintégration préalable. Ce deuxième passage par une presse a apporté, pour ce qui concerne la production de matériau fin et l'économie en énergie de broyage, un accroissement net et en partie même supérieur à un accroissement proportionnel, ainsi que le confirment les résultats d'essai suivants: a) Essais d'aptitude au broyage selon Zeisel à la finesse 3000 cm2/g mesurée selon BLAINE: clinker non comprimé 23,3 kWh/t " comprimé une fois 19,6 " " comprimé deux fois 15,0 " Autrement dit, l'économie en énergie de broyage spé- cifique après la première compression était de 3,7 kWh/t (= 16 %); la seule deuxième compression a procuré une économie de 4,6 kWh/t (= 23 %). b) Essais d'aptitude au broyage selon Zeisel à-la finesse 4000 cm2/g, mesurée selon BLAINE: clinker non comprimé 37,0 kWh/t -" comprimé une fois - 33,0 " " comprimé deux fois 27,4 Autrement dit, l'économie en énergie spécifique de broyage après la première compression était de 4,0 kwh/t (= Il %); la seule deuxième compression a apporté une économie de 5,6 kWh/t (- 17 %). c) Produit passé à travers la crible, en % de masse à 32 lm 63 lm 90o im clinker comprimé une fois 13,4 19,9 24,3 " comprimé deux fois 25,1 27,5 44,1 La nouvelle formation de matériau fin ( de la valeur obtenue au premier passage. Après le deuxième passage par la presse, l'épaisseur des galettes était plus grande, d'un facteur de 1,5, qu'à la suite du premier passage par la presse, en raison de la plus grande masse volumique apparente du matériau d'alimentation. Ces résultats d'essais s'appliquent à une sorte de clinker déterminée; ils peuvent être encore plus favorables pour d'autres sortes de clinker de ciment. Grâce au broyage par compression conformé- ment à l'invention, avec application d'au moins deux presses à cylindres haute pression montées l'une à la suite de l'autre, il est possible, par exemple, de fabri- quer du ciment fini avec une consommation énergétique mi- nimale, sans que l'on soit obligé d'utiliser un tube broyeur ou un broyeur à boulets en tant que machine de broyage fin et sans que l'on soit obligé d'accepter des charges élevées - qui ne sont plus acceptables économique- ment - de recyclage dans l'ensemble du système. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le broyage continu par compres- sion de matériaux cassants, comme par exemple du clinker de ciment, du minerai, du charbon ou des matériaux sem- blables, avec utilisation d'une presse à cylindres haute pression o le matériau est soumis à un broyage en un lit de matériau dans la zone la plus étroite entre les cy- lindres, selon lequel le matériau broyé et comprimé est désaggloméré et selon lequel on extrait le matériau fini suffisamment fin du matériau aggloméré, dans un sépara- teur, tandis que la fraction grossière (arènes) est re- tournée pour être réintroduite dans la presse à cylindres, caractérisé en ce que l'on soumet le matériau comprimé (galettes 13) venant de la presse à cylindres (10), avant sa désagglomération, à au moins une deuxième compression dans l'espace entre les cylindres d'au moins une presse à cylindres (15) supplémentaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la force de compression agissant sur le matériau dans la première et la deuxième presse à cy- lindres est supérieure à 2 MN/m de longueur des cylindres et que l'on comprime le matériau dans l'espace entre les cylindres de la deuxième presse (15) avec une pression maximale supérieure à celle dans l'espace entre les cylindres de la première presse (10). 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on retourne un courant partiel (21) du matériau (galettes 16) quittant la deuxième presse (15) dans la trémie d'alimentation de cette seule deuxième presse (15). 4. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on retourne la fraction grossière (arènes 20) quittant le séparateur (18) dans la trémie d'alimentation de la première presse (10) et/ou de la deuxième presse (15). 5. Installation pour le broyage continu par compression de matériaux cassants, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une presse à cylindres haute pression, qui est suivie d'un désagglomérateur et d'un séparateur, caractérisée en ce qu'au moins une deuxième presse à cylindres (15) est interposée entre la presse à cylindres (10) et le désagglomérateur (17). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la deuxième presse (15) est dis- posée directement, par sa trémie d'alimentation (14), sous la sortie de matériau de la première presse (10). 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un organe de division quantitative du matériau est disposé dans la sortie de matériau de la deuxième presse (15), en amont du désagglomérateur (17), organe à partir duquel un parcours de retour de matériau (21) mène à la trémie d'alimentation (14) de cette deu- xième presse (15).