Brevet FR2620050A1 — publié le 19890310

La présente invention se rapporte à un broyeur perfectionné et, plus particulièrement, à un broyeur per- fectionné du type à collision ainsi qu'à un procédé de broyage. Selon l'invention, un broyeur destiné à broyer une matière pulvérulente comprend une entrée de poudre servant à introduire la matière en poudre à broyer, un premier ajutage servant à injecter un gaz, un premier tu- be de Venturi aligné axialement sur ledit premier ajuta- ge et séparé de cet ajutage par ladite entrée de poudre, un deuxième ajutage servant à injecter un gaz et un deuxième tube de Venturi aligné axialement sur ledit deuxième ajutaqe et une autre entrée de poudre interpo- sée entre ledit deuxième ajutage et le deuxième tube de Venturi, lesdits premier et deuxième tubes de Venturi étant montés en opposition, avec interposition d'une chambre de mélange entre ces tubes de Venturi, un troi- sième ajutage servant à injecter un gaz, placé dans ladi- te chambre de mélange et présentant son axe longitudinal dans un plan sensiblement parallèle à celui de l'axe du- dit premier ajutage et dudit premier tube de Venturi, une chambre de séparation cylindrique qui possède une pa- roi circonférentielle et des sorties pour le gaz résidu- aire et pour la matière en poudre, et des moyens d'intro- duction qui traversent ladite paroi circonférentielle et qui comprennent un troisième tube de Venturi aligné axia- lement sur ledit troisième ajutage pour introduire une matière en poudre de ladite chambre de mélange dans ladi- te chambre de séparation cylindrique. Bien que le broyeur comprenne ladite chambre de séparation cylindrique, il va de soi que cette chambre peut également se comporter comme un broyeur à énergie fluidique, bar collision mutuelle des particules de pou- dre et que, si on le désire, on peut introduire une ma- tière gazeuse additionnelle dans ladite chambre, à tra- vers un ou plusieurs ajutage(s) de gaz. Ainsi qu'on peut le voir, le broyeur selon la présente invention est une combinaison d'un broyeur à collision formé de deux ensembles ajutage/tube de Venturi opposés et d'un troisième ensemble ajutage qui a pour effet d'entraîner la matière en poudre provenant des ensembles opposés dans un deuxième courant de gaz et d'introduire ce courant dans la chambre de séparation, dans laquelle il peut s'effectuer un nouveau broyage. La présence du troisième ajutage augmente le débit de passa- ge de la matière particulaire à travers le broyeur en ré- duisant la pression sur le côté de décharge des courants en collision qui proviennent des ensembles ajutage-tube de Venturi opposés. Le broyeur est particulièrement utile pour broyer une matière en poudre et la réduire à un interval- le de dimensions étroit et réglé, et en particulier, pour les types de poudres tels que les pigments, dans lesquels les propriétés du produit peuvent être modi- fiées en fonction par la dimension du produit. Les piqments inorganiques tels que le dioxyde de titane, la silice, les silicates, l'oxyde d'alumi- nium, les pigments d'antimoine, les pigments de calcium, le noir de carbone, l'oxyde de fer, l'oxyde de plomb, l'oxyde de zinc, l'oxyde de zirconium, sont tous de natu- re à pouvoir être broyés dans le broyeur perfectionné se- lon l'invention. On peut broyer dans ce broyeur d'autres matières telles que des pigments colorés organiques et des produits pharmaceutiques, en utilisant un gaz de broyage approprié. Le broyeur construit selon l'invention peut pos- séder n'importe quelle dimension choisie appropriée pour produire le débit voulu de poudre broyée et, selon la forme particulière choisie, il peut donc constituer un broyeur de laboratoire, aussi bien qu'une machine industrielle de taille normale. Les dimensions particu- lières des ajutages, des tubes de Venturi et de la cham- bre cylindrique dépendent de la quantité désirée de pou- 262OO50 dre broyée, et il en est de même pour le débit d'injec- tion du gaz de broyage ou du gaz porteur à travers les divers ajutages. Les ajutages et les cols des tubes de Venturi correspondants peuvent avoir des dimensions choisies dans un large intervalle de dimensions et les gaz achemi- nés à travers les ajutages peuvent être introduits dans un large intervalle de pressions, la pression étant choi- sie de manière à s'adapter aux dimensions particulières des ajutages ainsi qu'aux caractéristiques de production voulues. Une forme particulière d'un broyeur préféré construit selon l'invention présente un rapport entre la section de col du premier et du deuxième tubes de Venturi et la section du premier et du deuxième ajutages respectivement d'environ 11: 1 et un rapport entre la section de col du troisième tube de Venturi et la sec- tion du troisième ajutage d'environ 16: 1, dans le cas o l'on travaille à une pression d'environ 20 bars. On peut utiliser n'importe quel gaz approprié pour entraîner et transporter la matière à broyer dans le broyeur. On peut utiliser de la vapeur d'eau ou un gaz inerte, ou encore l'air. Le gaz peut être éventuelle- ment chauffé et, dans le cas de la vapeur, le degré de surchauffe choisi fixe la température du gaz utilisé. D'une façon générale, les gaz envoyés aux ajutages au- ront une pression d'au moins 5 bars et, de préférence, une pression d'au moins 10 bars. On verra que le premier et le deuxième ensem- bles ajutage/col sont montés en opposition pour injecter dans une chambre de mélange. Les deux jets entrent en collision entre eux et le troisième ensemble ajutage/col est prévu dans ladite chambre de mélange dans un plan sensiblement parallèle à celui de l'axe du premier ensem- ble ajutage/col. Le mélange des jets provenant du pre- mier et du deuxième ensembles ajutage/col est injecté dans la chambre de mélange dans le courant gazeux prove- nant du troisième ajutage et il passe dans le troisième col de tube de Venturi. On verra que des alimentations de gaz distinc- tes sont acheminées au premier, au deuxième et au troi- sième ajutages et que, dans un agencement particulier, le débit d'alimentation est tel que le troisième ajutage reçoive un gaz à un débit pouvant aller jusqu'au double du débit total fourni au premier et au deuxième ajuta- ges. Si on le désire, une alimentation additionnelle de gaz est introduite dans la chambre de séparation à travers une ou plusieurs entrée(s) qui traverse(nt) la paroi circonférentielle de cette chambre. Le débit total de gaz acheminé à la chambre de séparation par ces en- trées additionnelles, à travers la paroi circonférentiel- le, peut être sensiblement égal à celui qui est acheminé au broyeur par le premier ajutage, ou être inférieur à ce débit. Le broyeur selon l'invention peut être cons- truit en n'importe quelle matière appropriée, telle que l'acier inoxydable ou, en fait, certaines parties d'un broyeur donhé peuvent éventuellement être faites d'une matière céramique. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé qui est une vue schématique re- présentant une partie du broyeur par une vue en éléva- tion et en coupe. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, le broyeur est composé d'un premier ajutage 1 aligné axiale- ment sur un premier tube de Venturi 2 mais espacé de ce- lui-ci. Entre l'ajutage 1 et le tube de Venturi 2, se trouve une entrée 3 servant à introduire une matière en poudre issue d'une trémie 4. Un deuxième ajutage 5 est monté aligné axialement sur un deuxième tube de Venturi 6 et espacé de ce deuxième tube, lequel est monté en op- position par rapport au premier tube de Venturi 2, sur une chambre de mélange 7. Une entrée 8 est prévue entre le deuxième ajutage 5 et le tube de Venturi 6, pour in- troduire une poudre issue d'une trémie 9. La chambre de mélange 7 reçoit la matière prove- nant des deux tubes de Venturi 2 et 6 et la poudre est acheminée à un troisième ajutage 10 et passe dans un troisième tube de Venturi 11 aliqné axialement sur l'aju- tage 10. Le troisième tube de Venturi 11 forme un dispo- sitif d'injection de poudre qui introduit la poudre à travers une entrée de poudre 12 ménagée dans la paroi 13 d'une chambre cylindrique 14. La paroi cylindrique 13 de la chambre cylindri- que 14 est munie d'un certain nombre d'entrées de qaz 15 esoacées qui sont orientées pour introduire des quanti- tés additionnelles de gaz dans la chambre cylindrique 14. La chambre cylindrique 14 est équipée d'une sortie de gaz 16 placée au centre, en face d'une sortie de pou- dre broyée 17 alignée axialement sur cette sortie. En fonctionnement, la matière en poudre broyée est acheminée en provenance de la trémie 4, à travers l'entrée d'alimentation 3 et elle est entraînée dans le gaz fourni à travers l'ajutage 1. Le qaz, avec la ma- tière entraînée, est introduit à travers le tube de Venturi 2 et introduit dans la chambre de mélange 7, en même temps que la poudre provenant du deuxième ajutage 5 et du deuxième tube de Venturi 6. Le gaz issu du troi- sième ajutage 10 entraîne la matière. Dans la chambre 7, l'effet des tubes de Venturi, engendre une réduction de la pression, et un accroissement positif de la vitesse d'écoulement de la matière en poudre à broyer issue des trémies 4 et 9. Après avoir été entraînée et être passée à travers le troisième tube de Venturi 11, la matière est introduite sensiblement tangentiellement par l'en- trée d'alimentation 12 dans la chambre cylindrique 14, dans laquelle des quantités additionnelles de gaz peu- vent être introduites à travers les entrées de gaz 15, pour augmenter ainsi la vitesse du gaz à l'intérieur de la chambre 14 et renforcer l'effet de broyage qui est en- gendré dans cette chambre par les collisions entre parti- cules. Lorsque le fluide gazeux et les particules broyées sont transportées vers les régions centrales de la chambre 14, la vitesse du gaz en circulation devient insuffisante pour soutenir les particules broyées, qui sortent alors de la chambre à travers la sortie de parti- cules 17, tandis que le gaz d'échappement, éventuelle- ment avec une fraction de la matière qui possède une très petite dimension de particules, s'échappe à travers l'échappement de gaz 16. Dans un exemple spécifique, on a introduit un pigment de dioxyde de titane à un débit total de 220 kg par heure, réparti en parties égales, avec des débits de kg par heure, entre le premier et le deuxième ajuta- ges opposés 1 et 6. Chaque ajutage était alimenté en va- peur d'eau à un débit de 72 kg par heure et à une pres- sion relative de 20 bars. Le troisième ajutage 10 rece- vait 237 kg de vapeur par heure à la même pression. Les ajutages de broyage 15 ne recevaient pas de vapeur. Le rapport global vapeur/pigment était de 1,7: 1. Le produit obtenu soutient avantageusement la comparaison avec celui qui est obtenu après un double broyage dans un broyeur à énergie fluidique standard. L'expérience a été répétée avec de la vapeur à un débit de 145 kg par heure, et à une pression relative de 20 bars introduite par les ajutages 15. On n'a obser- vé aucune modification de la qualité du pigment. Bien entendu, diverses modifications oourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I ON S 1 - Broyeur destiné à broyer une matière pulvé- rulente caractérisé en ce qu'il comprend une entrée de poudre (3) servant à introduire la matière en poudre à broyer, un premier ajutage (1) servant à injecter un gaz, un premier tube de Venturi (2) aligné axialement sur ledit premier ajutage (1) et séparé de cet ajutage (1) par ladite entrée de poudre (3), un deuxième ajutage (5) servant à injecter un gaz et un deuxième tube de Ven- turi (6) aligné axialement sur ledit deuxième ajutage (5) et une autre entrée de poudre (8) interposée entre ledit deuxième ajutage (5) et le deuxième tube de Ventu- ri (6), lesdits premier et deuxième tubes de Venturi (2, 6) étant montés en opposition, avec interposition d'une chambre de mélange (7) entre ces tubes de Venturi, un troisième ajutaqe (10) servant à injecter un gaz, placé dans ladite chambre de mélange (7) et présentant son axe longitudinal dans un plan sensiblement parallèle à celui de l'axe dudit premier ajutage (1) et dudit premier tube de Venturi (2), une chambre de séparation cylindrique (14) qui possède une paroi circonférentielle (13) et des sorties (16, 17) pour le gaz résiduaire et pour la mati- ère en poudre, et des moyens d'introduction (15) qui tra- versent ladite paroi circonférentielle et qui compren- nent un troisième tube de Venturi (11) aligné axialement sur ledit troisième ajutage (10) pour introduire une ma- tière en poudre de ladite chambre de mélange (7) dans ladite chambre de séparation cylindrique (14) 2 - Broyeur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le rapport entre la section de col du pre- mier et du deuxième tubes de Venturi (2, 6) et la sec- tion du premier et du deuxième ajutages (1, 5) respecti- vement est d'environ 11: 1. 3 - Broyeur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport entre la section de col du troisième tube de Venturi (11) et la section du troisième ajutage (10) est d'environ 16: 1. 4 - Broyeur selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ladite chambre de séparation cylindrique (14) présente une ou Dlusieurs entrée(s) (15) servant à injecter un gaz, qui traverse(nt) la pa- roi circonférentielle (13) de la chambre. - Broyeur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le broyeur est construit en acier inoxydable. 6 - Broyeur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que le broyeur est fait d'une matière céramique. 7 - Procédé de broyaqe caractérisé en ce qu'on prépare, un broyeur destiné à broyer une matière pulvéru- lente, qui comorend une entrée de poudre (3) servant à introduire la matière en poudre à broyer, un premier aju- tage (1) servant à injecter un gaz, un premier tube de Venturi (2) aliqné axialement sur ledit premier ajutage (1) et séparé de cet ajutaqe (1) par ladite entrée de poudre (3), un deuxième ajutage (5) servant à injecter un qaz et un deuxième tube de Venturi (6) aliqné axiale- ment sur ledit deuxième ajutage (5) et une autre entrée de poudre (8) interposée entre ledit deuxième ajutage (5) et le deuxième tube de Venturi (6), lesdits premier et deuxième tubes de Venturi (2, 6) étant montés en oppo- sition, avec interposition d'une chambre de mélange (7) entre ces tubes de Venturi, un troisième ajutage (10) servant à injecter un gaz, placé dans ladite chambre de mélange (7) et présentant son axe longitudinal dans un plan sensiblement parallèle à celui de l'axe dudit pre- mier ajutage (1) et dudit premier tube de Venturi (2), une chambre de séparation cylindrique (14) qui possède une paroi circonférentielle (13) et des sorties (16, 17) pour le gaz résiduaire et pour la matière en poudre, et des moyens d'introduction (15) qui traversent ladite paroi circonférentielle et qui comprennent un troisième tube de Venturi (11) aligné axialement sur ledit troisi- ème ajutaqe (10) pour introduire une matière en poudre de ladite chambre de mélange (7) dans ladite chambre de séparation cylindrique (14), et on intrtoduit une mati- ère en poudre à broyer à travers lesdites entrées de pou- dre (3, 8) et un gaz à travers lesdits premier, deuxième et troisième ajutages (1, 5, 10) et on recueille ladite matière en poudre broyée. 8 - Procédé de broyage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz utilisé est l'air. 9 - Procédé de broyage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz employé est la vapeur d'eau. 10 - Procédé de broyage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz employé est un gaz iner- te. 11 - Procédé de broyage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz utilisé est chauffé. 12 - Procédé de broyaqe selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz envoyé aux ajutages a une pression d'au moins 5 bars. 13 - Procédé de broyage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz envoyé aux ajutages a une pression d'au moins 10 bars. 14 - Procédé de broyaqe selon une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que le dé- bit d'introduction du qaz est tel que le troisième ajuta- ge (10) soit alimenté en gaz à un débit pouvant aller jusqu'à deux fois le débit total envoyé au premier et au deuxième ajutages. - Procédé de broyage selon les revendica- tions 7 à 14, caractérisé en ce que le rapport entre la section de col du troisième tube de Venturi (11) et la section du troisième ajutage (10) est d'environ 16: 1 et que le gaz est envoyé auxdits ajutages à une pression d'environ 20 bars. 16 - Procédé de broyage selon une quelconque des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que la ma- tière en poudre à broyer est un pigment de dioxyde de ti- tane.