Brevet FR2635279A1 — publié le 19900216

1. La présente invention concerne le domaine de la classification pneumatique de différents matériaux puivéru- lents dans un courant d'air ascendant et a notamment pour objet un classificateur de matériaux pulvérulents par gravité. L'invention peut être avantageusement appliquée dans les industries métallurgique, chimique, minière, dans le bâtiment, dans la fonderie, ainsi que dans d'autres branches industrielles là o on a besoin d'utiliser des matériaux pulvérulents à séparer en deux ou en plusieurs produits d'après la grosseur de leurs particules, de préfé- rence, des particules d'une taille de 5 à 0,05 mm. Le problème de création des dispositifs qui assure- raient la séparation hautement efficace des matériaux pulvérulents est important à l'heure actuelle compte-tenu du développement de technologies nouvelles ainsi que du perfectionnement des technologies connues, par exemple dans la métallurgie des poudres, dans la production de matériaux de moulage, etc. qui imposent l'établissement de prescrip- tions plus sévères concernant la composition granulométrique des matériaux de départ, des semi-produits, des produits finis. La classification pneumatique est l'un des procédés de séparation le plus avancé. En pratique, un classifica- teur par gravité du type à étages, a manifesté ses bonnes qualités à la mise en oeuvre du procédé de classification pneumatique des matériaux pulvérulents. Ce classificateur se présente sous la forme d'un corps tridimensionnel, partagé par des cloisons verticales en une rangée de chemi- nées, installées au-dessus d'un fond perforé. La séparation d'un matériau dans les cheminées est effectuée soit à l'aide des éléments de séparation, montés sur les parois internes des cheminées (SU, A, 787113), soit à l'aide des parois des cheminées qui sont réalisées en zigzag (GB, B, 2623038). Ce mode de réalisation des classificateurs permet d'obtenir les caractéristiques suivantes: l'efficacité caractérisée d75 par l'indice d'Eder-Mayer d 100: jusqu'à 70 à 75% (ici d75, d25) désignent les dimensions des particules qu'on extrait en produits 'fins à 75%c et à 25% , respectivement) pour une concentration de matériau de départ par mètre cube débité pour la classification y = 2,0 à 2,5 kg/m3 et un débit atteignant 60 à 100 t/h. La consommation d'énergie ne dépasse pas 2,5 kW par tonne de matériau de départ. Dans les types décrits de classificateurs, le procédé de classification de matériaux pulvérulents consiste à créer un lit fluidisé en utilisant, à cet effet, un courant de gaz ascendant passant à travers le fond perforé. A la suite de la fluidisation, le matériau se déplace dans la direction de l'inclinaison du fond perforé. Il est alors trié en fractions fines et grossières sous l'action des forces de l'apesanteur et de la résistance aérodynamique. Des classes fines de particules sont entraînées par le courant d'air ascendant dans les che- minées de classement o elles sont soumises au classement supplémentaire et sont débarrassées de grosses particules qui ont pénétré occasionnellement dans ces cheminées. Ainsi, dans les constructions susmentionnées, on effectue le classement à plusieurs reprises tant d'un produit fin que d'un produit grossier ce qui permet d'obtenir une bonne efficacité. Toutefois, il convient de noter que l'effica- cité de ces types de classificateurs s'avère insuffisante dans le cas o les exigences auxquelles doit satisfaire la composition granulométrique des matériaux pulvérulents, deviennent plus sévères, par exemple en cas de fabrication de matériaux de moulage, de poudres à meuler et de poudres à polir, de poudres métalliques, etc... Cet inconvénient est dû au fait que la concentration du matériau suivant la longueur du fond perforé et dans les cheminées de classe- ment, est différente et diminue suivant le cheminement du matériau car la plus grande portion de matériau fin est extraite dans les premières cheminées et les autres chemi- nées se trouvent insuffisamment chargées. On sait que la diminution de la concentration du matériau conduit à l'augmentation de la quantité relative de matériau entraîné et à l'élévation de la "limite de séparation", de ce fait, les différentes cheminées séparent les matériaux suivant les différentes limites, ce qui entraîne la pollution des produits fin et grossier du classement par de petites et grosses particules, respectivement. Ici et ensuite, dans la description qui va suivre, par le terme "limite de séparation", on entend le diamètre moyen des particules qui sont retirées dans des classifica- teurs réels en portions égales en produits fin et grossier du classement. Dans les classificateurs par gravité, la "limite de séparation" est habituellement réglée par la vitesse du courant d'air et détermine la plage des dimen- sions des particules tant du produit fin oue du produit grossier du classement. Donc, la concentration irrégulière suivant la longueur du fond perforé et suivant les cheminées de classement abaisse la qualité du classement. En outre, dans les classificateurs réalisés selon cette conception, a lieu une répartition irrégulière de la concentration du matériau dans la direction transversale, suivant la largeur du fond perforé, qui est due soit aux défauts de montage ou de fabrication du fond, soit, le plus fréquemment, au chargement irrégulier du matériau de départ suivant la largeur du fond.Ces facteurs provoquent le déplacement du matériau en un courant plus dense suivant le fond, le long de l'une des parois latérales du classificateur, et une diminution de la concentration du matériau près de la paroi latérale opposée sur le fond. De petites particules se trouvant dans le courant dense de matériau pénètrent dans le produit grossier en le polluant et en abaissant la qualité du classement. Il en résulte que la concentration irrégulière du matériau suivant la longueur et la largeur du fond et suivant les cheminées de classe- ment baisse la qualité du classement. On sait que l'efficacité du classement s'élève, en règle générale, avec l'augmentation du temps de séjour du matériau pulvérulent dans le classificateur car il est soumis, en grande mesure, à l'action de séparation exercée par le courant d'air ce qui réduit l'éventualité de la polluticn du proouît grossier par de petites particules. Quant au temps ce séjour des particulies dans les classifi- cateurs dJ type examiné, il dépend en grande mesure de l'angle d'inclinaison du fond. Plus l'angle d'inclinaison du fond est petit par rapport à l'horizontale, plus le temps de séjour des particules dans le classificateur est grand. Cependant, cans la plupart des cas, il est impossible de monter le fond par rapport à l'horizontale sous un angle d'inclinaison inférieur à 9B Cette difficulté est due à ce que la majorité des matériaux contient des particules dont les cimensions varient dans une large plage et les plus grosses earJ cules de ces matériaux ne sont pas soumises, en règle générale, dans le classificateur au régime de travail, à la fluidisation et, par conséquent, elles peuvent s'accumuler pendant le fonctionnement sur le fono et I'obstruer du fait que leur déplacement suivant le fono dans la direction du dispositif évacuant le produit grossier ne s'effectue que crâce à leur roulement sur une surface inclinée. Il s'ensuit que l'angle d'inclinaison et, par consequent, le temps de séjour du matériau pulvérulent dans le classificateur sont limités ce qui se traduit par une baisse de la cualité du classement. Ainsi, dans les conceptions ces classificateurs qui viennent d'être examinés, la qualité d. classement est limitée par deux causes, notamment: une concentration irrégulière du matériau en longueur et en largeur du fond perforé et un petit temps de séjour du matériau pulvérulent dans le classificateur. La tentative visant l'augmentation du temps de séjour du matériau pulvérulent dans le classificateur a été entreprise oans un classificateur par gravité (SU, A, 486814). Ce classificateur comporte un corps partagé par des cloisons verticales en cheminées, séparées chacune par des cloisons verticales en canaux sur les parois desquelles sont montés des éléments de séparation, disposés l'un au- dessus de l'autre. Le corps est pourvu d'un fond perforé d'une forme à gradins. Ce fond est incliné dans la direction du dispositif ce chargement, servant à amener le matériau de départ et fixé sur le corps du classificateur, vers le dispositif destiné à évacuer le produit grossier résultant de la classification et fixé au corps. Le dispositif de chargement est situé au-dessus du bord haut du fond et le dispositif d'évacuation du produit grossier se trouve près du bord bas du fond. Des tubulures, destinées à évacuer l'air et le produit fin de la classification, sont fixées à la partie haute du corps. Un espacement suffisant pour le passage du matériau pulvérulent est prévu entre les bords bas des cloisons et le fond perforé. Chacune des cloisons des cheminées est munie d'un volet articulé au bord bas de la cloison, qui se trouve en face du gradin du fond. Ce volet sert à diminuer l'écoulement de l'air chargé de petites particules du matériau d'une cheminée à l'autre. En outre, ce volet contribue au ralentissement du déplace- ment du matériau suivant le fond et augmente ainsi le temps de son séjour dans le classificateur ce qui améliore quelque peu la qualité du classement. Cependant, ce mode de réalisation du classificateur n'aboutit pas à une amélioration sensible de la qualité d classement du matériau pulvérulent par suite de la concen- tration irrégulière du matériau tant suivant la longueur que suivant la largeur du fond perforé et à cause du temps insuffisant de séjour du matériau pulvérulent dans le classificateur. Pendant le fonctionnement du classificateur envisagé, le matériau pulvérulent est amené depuis un dispositif de chargement dans le corps du classificateur sur le bord haut du fond perforé. En passant par les trous du fond, le courant d'air ascendant forme, sur le fond, un lit fluidisé de matériau. Lors de la fluidisation, le matériau pulvérulent se déplace dans la direction de l'inclinaison du fond vers le dispositif d'évacuation du produit grossier. Pendant ce déplacement, le matériau pulvérulent est séparé en fractions grossières et fines. Les fractions fines sont entraînées par l'air vers les cheminées de classement o elles sont soumises à plusieurs reprises à l'action de séparation des éléments de sépara- tion au fur et à mesure qu'elles de déplacent vers le haut. Selon le procédé mis en oeuvre dans ce classificateur, la concentration du matériau n'est pas identique suivant la longueur, ni suivant la largeur du fond perforé,ni dans les cheminées de classement et varie plusieurs fois. Par exemple, pour la séparation du chlorure de potassium pendant la production d'engrais, la plus grande partie de matériau est extraite dans les premières cheminées. En particulier, pour le rendement en produit fin Yf = 35,7%, il se répartit suivant les cheminées de la manière suivante: )'1 = 24,34%, 2 = 7,08%, 4 = 4,28%0.Comme il ressort des données citées ci-dessus, le rendement en matériau fin de la première cheminée est six fois plus grand que celui de la dernière cheminée et, sans doutela concentration du matériau de départ débité par mètre cube diffère elle aussi suivant la longueur du fond de 6 fois. Comme on l'a déjà noté, la diminution de la concentration du matériau dans chaque cheminée contribue à l'élévation de sa limite de séparation d'une cheminée à l'autre. Tout ceci réduit l'efficacité du travail du classificateur et baisse la qualité des produits de classification. De plus, la conception connue du classificateur présente un inconvénient qui consiste en ce que le matériau pulvérulent se déplace en formant une couche plus dense suivant l'une des parois latérales du corps du classificateur et une couche moins dense suivant une autre paroi par suite de l'inobservation de la précision de la fabrication ou du montage du fond et, en règle générale, à cause d'un chargement irrégulier du matériau suivant la largeur du fond perforé. En conséquence, de petites particules sont entraînées par la couche plus dense du matériau et parviennent dans le produit grossier en le polluant et en baissant la qualité du classement. L'expérience de l'utilisation du classificateur a démontré que l'angle d'inclinaison du fond perforé par rapport à l'horizontale, pour la plupart des matériaux pulvérulents dont la dimension des particules varie dans une large gamme, ne peut pas être inférieur à 9 . Dans le cas contraire, le fond perforé est engorgé par de grosses particules car elles ne sont pas sujettes au régime de fluidisation et ne peuvent se déplacer qu'en roulant sur la surface inclinée du fond perforé. Comme l'angle d'incli- naison du fond perforé est limité, le temps de séjour du matériau dans le classificateur est limité lui aussi ce qui baisse la qualité du classement. On s'est donc proposé de mettre au point un classi- ficateur par gravité pour un matériau pulvérulent dans lequel la réalisation du fond perforé du corps permettrait de répartir régulièrement la concentration du matériau suivant la longueur et la largeur du fond, suivant les cheminées de classement et d'assurer l'augmentation du temps de séjour du matériau dans le classificateur et d'améliorer ainsi la qualité de la classification des matériaux pulvérulents. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un classificateur par gravité comportant un corps creux ayant un fond perforé incliné avec des trous pour le passage d'un gaz, des éléments de séparation disposés à l'intérieur dudit corps, montés l'un derrière l'autre, un dispositif de chargement pour l'amenée d'un produit de départ dans le classificateur, situé au-dessus du bord haut du fond, un dispositif pour l'évacuation du produit grossier du classement, se trouvant près du bord bas du fond, au moins une tubulure pour l'évacuation du gaz et du produit fin, fixée à la partie supérieure du corps, ledit classificateur étant, selon l'invention, caractérisé en ce qu'au moins un seuil est monté en travers de la direction du déplacement du matériau, sur le fond du corps. Ce mode de réalisation du classificateur contribue à ce que, grâce au montage d'un seuil sur-le fond perforé, le matériau est freiné devant lui et à ce que la concen- tration du matériau croît dans la zone de montage du seuil tant dans le lit fluidisé de matériau au-dessus du fond perforé que dans l'espace du corps ou d'une cheminée de classement se trouvant au-dessus du seuil. L'augmentation de la concentration est déterminée par la hauteur du seuil. Ainsi, à l'aide d'un seuil on peut.influencer la valeur de la concentration du matériau suivant la longueur du fond perforé et suivant l'espace de chaque cheminée de classement et on peut obtenir sa répartition régulière ce qui contribue à l'amélioration de la qualité du classement des matériaux pulvérulents. En plus, le montage d'un seuil contribue au freinage du matériau pendant son déplacement suivant le fond perforé incliné dans la direction du dispositif d'évacuation du produit grossier et à l'augmen- tation du temps de séjour du matériau dans le classificateur, en améliorant par cela même la qualité du classement. Il est avantageux que le seuil soit constitué par une plaque réalisée de façgonr telle que le profil de son bord supérieur forme des dents et des entredents s'alternant entre elles et de façon telle que le niveau inférieur des entredents se trouve au niveau du fond perforé. Grâce à ce mode de réalisation du seuil, de gros morceaux de matériau, qui ne sont pas sujets à la fluidisa- tion, peuvent se déplacer librement, rouler à travers les entredents, suivant le fond perforé, vers le dispositif évacuant le produit grossier ce qui suDprimre l'obstruction du fond. Dans le cas du montage de deux seuils, ou plus, sur le fond, il est recommandé que chaque seuil suivant soit disposé par rapport au seuil précédent de façon que ses dents soient disposées en face des entredents du seuil précédent. Les dents des seuils montées de cette manière désagrégeront d'une façon périodique la couche dense de matériau pulvérulent qui se forme à la suite d'un chargement du classificateur irrégulier suivant la largeur du fond perforé ou à cause d'un défaut de fabrication ou de montage du fond. Ceci assure l'égalisation de la concentration du matériau pulvérulent suivant la largeur du fond, élimine l'entrainement de petites particules avec la couche dense de matériau vers le produit grossier et améliore la qualité du classement. On sait que, des deux classificateurs, dont les efficacités sont différentes, un seul classificateur dont l'efficacité est plus élevée peut fonctionner à une plus haute concentration de matériau dans la débit, les condi- tions auxquelles doit satisfaire la pureté des produits de classement étant égales. On sait également que le débit du classificateur Q1 \kg/s est déterminé à l'aide de la relation suivante: 01 = p Q2' o: p est la concentration du matériau de départ pulvérulent débité par mètre cube, kg/m3 Q2 est le débit de l'air passant à travers le 2 3 classificateur, m3/s. Cette relation montre que le rendement du classi- ficateur croit en proportion directe avec la concentration du matériau pulvérulent débité. Il en découle qu'en résolvant certains problèmes de production, par exemple les problèmes relatifs à la production de matériaux de construction pour bâtimentoud'engrais, là o on n'a pas besoin d'assurer une pureté élevée des produits du classement, le classificateur, conforme à l'invention, assure le fonctionnement fiable à une concentration élevée de matériau débité, ce qui augmente son rendement en produits classés. Le classificateur par gravité, réalisé selon la présente invention et destiné, par exemple, à classer des sables de moulage, a permis d'obtenir les résultats suivants: l'efficacité de classement estimée d'après l'indice Eder-Mayer t est d'environ 80%, pour la concentration du matériau p = 3,5 kg/m3 et un débit de t/h, les côtes d'encombrement du classificateur étant de 1600 mm de hauteur, 400 mm de profondeur, 1900 mm de longueur. La consommation d'énergie, y compris la consomma- tion pour le dépoussiérage de l'air, ne dépassait pas alors 1,5 kW par tonne de matériau pulvérulent de départ. L'invernion sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages ce celle-ci apparaîtront mieux à la lumière ce la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente d'une manière schématique, en isométrie, un classificateur par gravité, conforme à l'invention, destiné au classement d'un matériau pulvéru- lent; - la figure 2 représente d'une manière schématique la coupe réalisée suivant la ligne II-II de la figure 1, longitudinaiemr.ent par rapport au trajet du matériau; et - la figure 3 est la coume suivant la ligne III-III de la figure 2, à l'échelle agrandie. Le classificateur par gravité réalisé selon la présente invertion et destiné, par exemple, au classement des sables de moulage en grosseur, comporte un corps 1 (figure 1), un dispositif ce chargement servant à amener le sable de départ réalisé sous la forme d'une goulotte 2 et monté au-dessus du bord haut 3 (figure 2) du fond perforé incliné 4, un dispositif pour l'évacuation du produit grossier réalisé sous la forme d'une tubulure 5 fixée près-du boro bas 6 du fond perforé 4. Le fond perforé 4 est réalisé avec des trous 7 (figure 3) pour le passage du courant d'air ascendant et est incliné par rapport à l'horizontale suivant le cheminement du matériau, c'est-à-dire, dans le sens depuis le dispositif de charge- ment vers le dispositif d'évacuation du produit grossier issu du classement. Des seuils 8 (figure 2) se présentant sous la forme de plaques dont le profil du bord supérieur est formé de dents 9 (figure 3) et d'entredents 10 s'alternant entre elles, sont montés sur la surface du fond 4. Des tubulures 11 (figure 1) destinées à évacuer l'air et le produit fin de classement sont fixées à la partie supérieure du corps 1. Le corps du classificateur est partagé par des cloisons verticales 12 (figure 2) en cheminées de classement 13 dans lesquelles sont disposés des éléments de séparation constitués d'ailes inclinées 14. Ces dernières sont fixées sur les cloisosns verticales 12 et sur les parois latérales 15 et 16 (figure 3) du corps 1 (figure 2) et sont montées l'une au-dessus de l'autre. Pour créer un courant d'air ascendant à travers le fond 4, on a prévu un ventilateur centrifuge 17 (figure 1), dont une tubulure d'aspiration 18 est mise en communication par une conduite 19 à un collecteur 20. Chaque tubulure 11 d'évacuation d'air et de produit fin est raccordée à un cyclone 21 réalisé selon n'importe quelle conception pouvant être utilisée à la séparation du produit fin de l'air. Une tubulure de sortie 22 de chaque cyclone 21 est liée au collecteur 20 et chaque trémie 23 du cyclone 21 est montée au-dessus d'un transporteur à bande 24 réalisé selon n'importe quelle conception pour l'évacuation du produit fin. Pour charger le sable de départ dans la goulo-te 2 on fait appel à un transporteur 25. L'évacuation du produit grossier provenant de la classification du sable est effectuée à l'aide d'un transporteur 26, situé au-dessous d'un alimenteur 27, réalisé selon n'importe quelle conception et mis en communication avec la tubulure 5. Le classificateur par gravité fonctionne de la façon suivante. Par le transporteur à bande 25 (figure 1), le sable de départ est amené suivant la flèche "a", par la goulotte 2, vers le bord haut 3 (figure 2) du fond perforé 4 du corps 1 du classificateur. Sous l'effet d'une dépression créée dans le corps par le ventilateur 17 (figure 1), par le courant d'air ascendant passant par les trous 7 (figure 2) du fond 4, le sable est véhiculé vers la cavité de la cheminée 13. Il se produit alors la fluidisation sur la surface du fond incliné. Un lit fluidisé de sable se forme sur la surface du fond incliné 4 et le classement du sable en fractions grossière et fine commence sous l'action des forces de résistance et de l'apesanteur. Des fractions fines sont entraînées par le courant d'air ascendant vers les cheminées de classement 13 o elles sont soumises à plusieurs reprises à l'action des ailes 14, sont débarrassées des grosses particules de sable entraînées occasionnellement par le courant d'air. Ensuite, des fractions fines sont acheminées à travers les tubulures 11 (figure 1) par le courant d'air vers les cyclones 21 o elles sont séparées de l'air, accumulées dans les trémies 23,d'o elles sont évacuées dans la direction indiquée par la flèche "b" par un transporteur 24. Débarrassé des petites particules de sable, l'air parvient à travers la tubulure de sortie 22, le collecteur 20, la conduite d'air 19 dans la tubulure d'aspiration 18 du ventilateur 17. En se déplaçant suivant le fond perforé incliné 4 dans le lit fluidisé, les grosses particules sont débarrassées des petites particules, puis ayant passé par la tubulure 5 et l'alimentateur 27, débouchent du classificateur et sont évacuées dans la direction indiquée par la flèche "c" par le transporteur à bande 26. - Pendant son déplacement sur le fond incliné 4 (figure 2), le sable est freiné près de chaque seuil 8 et, de ce fait, la concentration du matériau croît dans la zone du montage des seuils tant dans le lit fluidisé au- dessus du fond perforé 4 que dans l'espace du corps 1 ou d'une cheminée de classement 13 qui se trouve au-dessus du seuil 8. En augmentant la concentration déterminée par la hauteur des seuils, on peut répartir régulièrement la concentration du sable suivant toute la longueur du fond perforé 4 et dans chaque colonne de classement ce qui contribue à l'amélioration de la qualité du classement. De plus, les seuils 8 freinent (ralentissent) le déplacement du sable suivant le fond 4 dans la direction de la tubu- lure 5 ce qui augmente le temps-de séjour du sable dans le classificateur et améliore encore davantage la qualité du classement. Comme les seuils 8 sont réalisés avec les entredents 10 (figure 3), les gros morceaux du matériau qui n'ont pas été soumis à la fluidisation roulent librement en passant par les entredents 10 suivant le fond perforé 4 vers la tubulure 5 (figure 2) ce qui supprime l'obstruction du fond 4. Pendant le déplacement de la couche dense de sable sur le fond perforé incliné 4, près de l'une des parois latérales 15, 16 (figure 3) du corps 1 du classificateur, les dents 9 formant le profil du bord supérieur des seuils 8 (figure 2) provoquent la détério- ration de la couche dense de sable et contribuent à la répartition régulière de la concentration du matériau pulvérulent suivant la largeur du fond. Il convient de noter qu'en disposant une dent 9 de chaque seuil suivant 8 en face d'une entredent 10 du seuil précédent 8, on répartit régulièrement la concentration du matériau suivant la largeur du fond 4 sur toute sa longueur et, donc, sur toute la surface en empêchant ainsi une couche dense de matériau d'entraîner avec elle de petites particules dans le produit grossier. La qualité du classement est ainsi nettement améliorée. Le classificateur, réalisé selon la nrésente invention, fonctionne d'une manière efficace aux concentrations élevées de matériau débité et assure également, de ce fait, un plus haut rendement en produit classé. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Classificateur des matériaux pulvérulents par gravité comportant un corps creux (1) ayant un fond incliné perforé et des trous (7) pour le passage du gaz, des éléments de séparation montés à l'intérieur du corps (1) l'un au-dessus de l'autre, un dispositif de chargement destiné à amener un matériau de départ, situé au-dessus du bord haut (3) du fond (4), un dispositif pour l'évacua- tion du produit grossier issu du classement se trouvant près du bord bas (6) du fond (4), au moins une tubulure d'évacuation de gaz et de produit fin, fixée à la partie haute du corps (1), caractérisé en ce qu'au moins un seuil (8) est monté sur le fond (4) du corps (1) en travers du déplacement du matériau. 2.- Classificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil (8) est constitué par une plaque dont le profil du bord supérieur est formé de dents (9) et d'entredents (10), le niveau inférieur de chacune des entredents (10) se trouvant au niveau du fond perforé (4). 3.- Classificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que,dans le cas o deux seuils, et plus, sont montés sur le fond (4), chaque seuil suivant (8) est disposé par rapport au seuil précédent de manière que ses dents (9) soient disposées en face des entredents (10) du seuil précédent.