Brevet FR2668952A1 — publié le 19920515

La présente invention a pour obJet un procédé de broyage et un broyeur pour la mise en oeuvre de ce procédé constitué par au moins un anneau à axe horizontal supporté par des galets ou des patins permettant sa rotation autour de son axe. au moins un rouleau placé à l'intérieur dudit anneau et pressé élastiquement sur sa face intérieure, et des moyens pour introduire une matière à broyer entre le rouleau et l'anneau de telle sorte que, lorsque l'anneau et/ou le rouleau sont entraînés en rotation autour de leur axe respectif, le rouleau roule sur l'anneau et la matière est écrasée entre le rouleau et l'anneau. Pour le broyage fin des matériaux tels que ceux entrant dans la fabrication du ciment. on utilise des broyeurs tubulaires à boulets1 des broyeurs à meules verticaux, qui conviennent aux broyage et séchage simultanés des matieres premières, des presses à cylindres essentiellement utilisées en prébroyage du clinker. Les broyeurs à boulets ont un très mauvais rendement énergétique. en particulier parce qu'ils ne permettent pas d'effectuer un broyage systématique, l'avancement de la matière dans le broyeur et l'action des boulets sur la matière étant incertains. On remédie en partie à cet inconvénient en faisant fonctionner le broyeur en circuit fermé avec tri des produits broyés pour séparer la fraction du produit broyé ayant la finesse voulue des refus qui sont recycles. Cette solution a l'inconvénient d'augmenter les coûts d'investissement. Les broyeurs à meules verticaux ont un meilleur rendement de broyage. Cependant, la pression moyenne exercée sur la matière pendant le broyage est relativement faible, généralement inférieure à 100 bars1 et pour obtenir la finesse désirée on doit faire passer la matière sous les meules un grand nombre de fois. Pour cela, on équipe ces appareils de plusieurs meules, billes ou galets et on effectue un recyclage interne des produits. Ces appareils qui comportent une multiplicité d'organes de broyage sont lourds et coûteux et la recirculation d'une grande quantité de matière, généralement par voie pneumatique, absorbe une quantité d'énergie importante qui annule en grande partie le gain d'énergie de broyage. On utilise aussi des broyeurs à cylindres dans lesquels la matière à broyer est soumise à une pression moyenne supérieure à 500 bars en un seul passage. Ces appareils fournissent un produit prébroyé et aggloméré et, pour obtenir le produit à la finesse voulue la matière prébroyée doit subir un broyage complémentaire dans un autre appareil tel qu'un broyeur à boulets. Une autre possibilité consiste à dés agglomérer le produit prébroyé et à le recycler plusieurs fois dans le broyeur au prix d'une augmentation de la taille du broyeur proportionnellement au taux de recirculation. Cet appareil a un meilleur rendement mais l'agglomération de la matière due aux fortes pressions appliquées absorbe une partie de l'énergie en pure perte tandis que, à cause des pressions de broyage très élevées, les organes du broyeur1 en particulier les paliers et les revêtements des cylindres. sont soumis à des contraintes mécaniques très importantes. Enfin son champ d'application est restreint au broyage des matières fragiles, très peu humides et trop abrasives. Le but de la presente invention est de proposer un procédé et un broyeur du type défini plus haut assurant un broyage systématique qui permet d'augmenter le rendement énergétique sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des pressions trop élevées ou des taux de recyclage trop importants et permettant de broyer des matières variées sèches ou humides voire abrasives. Le procédé de broyage objet de l'invention est caractérisé en ce que, dans un broyeur à anneau du type décrit plus haut, la vitesse de rotation de l'anneau est égale ou supérieure à la vitesse critique, de sorte que la matière est retenue sur l'anneau par la force centrifuge, en ce que la pression moyenne exercée par le rouleau sur la matière en cours de broyage est comprise entre 100 et 400 bars, et en ce que, à chaque tour de l'anneau. la matière qui est retenue sur l'anneau est déplacée dans une direction parallèle à l'axe de l'anneau sur une distance qui est une fraction de la largeur de la piste du broyage constituée par la face intérieure de l'anneau. de telle sorte que la matière passe plusieurs fois entre le rouleau et l'anneau avant de quitter la piste de broyage. Lt invention a également pour objet un broyeur à anneau du type décrit plus haut comportant un anneau1 des moyens pour entrainer cet anneau en rotation autour de son axe à une vitesse égale ou supérieure à la vitesse critique et un rouleau placé à l'intérieur de l'anneau et pouvant tourner autour de son axe, parallèle à l'axe de 1 t anneau, et se déplacer radialement mais empêché de tourner autour de l'axe de l'anneau et caractérisé en ce que l'anneau est supporté par un appui placé sous le rouleau et en ce qu'un dispositif est prévu pour déplacer la matière sur la piste de broyage, constituée par la face intérieure de l'anneau, parallèlement à l'axe de l'anneau et sur une distance égale à une fraction seulement de la largeur de la piste à chaque tour de l'anneau. Le dispositif d'avance de la matière pourra avantageusement etre constitué par un Jeu de pales dont la largeur. comptée parallèlement à l'axe de l'anneau, est une fraction de la largeur de la piste. dont les plans font un angle avec un plan perpendiculaire à l'axe de 1 ' anneau et qui sont disposés de façon à pénétrer dans la couche de matière retenue sur la piste par la force centrifuge lorsque l'anneau est en rotation. L'anneau pourra être fixé sur une virole cylindrique coaxiale formant, en amont de l'anneau une chambre d'admission pour la matiere à broyer qui y est centrifugée, et le dispositif d'avance de la matière sera conçu pour amener la matière de la chambre d'admission sur la piste de broyage de l'anneau. On pourra éventuellement prévoir deux rouleaux angulairement espacés l'un de l'autre à l'intérieur de l'anneau et associer à chaque rouleau un dispositif d'avance de la matière. On pourra aussi prévoir, à l'intérieur d'une virole cylindrique à axe horizontal, plusieurs anneaux axialement espacés l'un de l'autre, et à l'intérieur de chaque anneau un ou plusieurs rouleaux. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, deux formes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est une vue en élévation d'un broyeur à anneau conforme à l'invention,' La figure 2 est une coupe suivant A-A du broyeur de la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation d'un autre broyeur conforme à l'invention; et La figure 4 est une coupe suivant B-B du broyeur de la figure 3. Le broyeur représenté sur les figures 1 et 2 comporte un corps rotatif 10 constitué par une courte virole cylindrique 12 à axe horizontal et un anneau concentrique 14 fixé à l'intérieur de la virole et constituant une piste de broyage. Le corps 10 est supporté par un bàti 16 sur lequel il repose par l'intermédiaire d'un coussinet 18 situé sous l'anneau 14, qui épouse la forme de la virole et permet la rotation autour de son axe. Un système de lubrification, non représenté, fournit, lorsque le corps 10 est entraîné en rotation, de l'huile sous pression au coussinet 18 de façon à maintenir, par effet hydrodynamique, un film d'huile entre les surfaces de glissement du coussinet et de la virole. Le corps 10 est entraîné en rotation par un groupe motoréducteur, non représenté, dont l'arbre de sortie porte un pignon 20 en prise avec une couronne dentée 22 fixée sur la virole. Lune des extrémités de la virole est fermée par une paroi fixe 24 percée d'une ouverture à laquelle est raccordée une goulotte d'alimentation 26. Le volume compris entre la paroi 24 et 1 ' anneau constitue une chambre d'admission pour la matière à broyer qui est centrifugée et amenée à l'intérieur de l'anneau par un dispositif décrit ci-après. L'autre extrémité débouche dans un carter 28 qui est relié, à sa partie supérieure, à un circuit pneumatique permettant l'évacuation de la fraction fine des produits broyés, et dont le fond recueille l'autre fraction des produits broyés et permet leur évacuation à travers un sas non représenté. L'évacuation pneumatique pourra être assurée par de l'air de refroidissement ou par des gaz chauds de séchage, lorsque la matière à broyer contient de l'humidité, balayant l'intérieur de la virole. Un rouleau 30 est monté à l'intérieur de l'anneau lit, au-dessus du bâti 16 et roule sur la face intérieure de l'anneau lorsque le corps 10 est entraîné en rotation. Le rouleau 30 est monté fou sur un arbre 32 parallèle à l'axe de l'anneau 14. Les extrémités de l'arbre 32, qui sont à l'extérieur de la virole, sont guidées par des glissières verticales solidaires du bâti 16 ou par des leviers articulés sur ce bâti. Des ressorts ou des vérins associés à un système hydropneumatique permettent d'exercer sur les extrémités de l'arbre des efforts qui sont transmis au rouleau et pressent ce dernier sur l'anneau 14. Des moyens classiques sont prévus pour régler les efforts exercés par les ressorts ou les vérins. Le rouleau peut avoir une surface extérieure cylindrique ou légèrement convexe (bombée). La surface de la piste peut être cylindrique ou légèrement concave. Un dispositif 34 destiné à assurer l'avance des produits, d'une extrémité à l'autre de la virole 12, est disposé dans la moitié supérieure du corps 10, sur la partie descendante de la trajectoire circulaire suivie par les produits broyés maintenus sur la piste lIL par la force centrifuge. Ce dispositif est constitué par une traverse fixe 36 qui s'détend de la paroi 24 au fond du carter 28 et qui porte sur toute sa longueur des pales 38 régulièrement espacées l'une de l'autre et dont les plans sont parallèles entre eux et forment un angle La distance, comptée parallèlement à l'axe de vanneau, entre le bord amont et le bord aval de chaque pale est une fraction de la largeur de la piste de broyage, de sorte que, à chaque tour de l'anneau, la matière se trouvant sur la piste est déplacée par les pales d'un pas égal à cette fraction de la largeur de la piste; elle passe donc plusieurs fois entre le rouleau et l'anneau et subit plusieurs broyages avant d'être chassée de la piste et évacuée. Les pales 38 sont montées sur la traverse 36 de telle sorte qutil soit possible de modifier leur orientation (angle ) ) et, par conséquent, de régler le temps de séjour de la matière sur la piste de broyage 14. Les moyens permettant ce réglage, qui peuvent être télécommandés, n'ont pas été représentés. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 3 et 4, le corps 110 du broyeur est constitué par une virole cylindrique 112 à l'intérieur de laquelle sont montés deux anneaux 116 revêtus de plaques d'usure 114 constituant deux pistes de broyage. Le corps 110 est supporté par quatre patins 118, deux sous chaque anneau, reposant par l'intermédiaire de rotules sur des bâtis 120. Ces patins sont lubrifiés de la même manière que le coussinet 18 de la première forme de réalisation décrite ci-dessus Une couronne dentée 122 fixée sur la virole permet d'entraîner le broyeur en rotation. Quatre rouleaux 124 sont montés à l'intérieur de la virole de façon à pouvoir rouler sur les pistes 114, lorsque le broyeur est entraîné en rotation. Chaque rouleau est situé au-dessus d'un patin 118. Les rouleaux sont montés fous sur leurs axes, et les axes des rouleaux de chaque paire qui roulent sur une même piste, sont fixés sur un palonnier 126 articulé sur une poutre 128 disposée longitudinalement à l'intérieur de la virole et la traversant de part en part. Les extrémités de la poutre 128 sont guidées par des glissières solidaires de bâtis 130 ou par des leviers articulés sur ces bâtis. Des ressorts ou des vérins associés à un système hydropneumatique agissant sur les extrémités de la poutre ou sur les leviers permettent de presser les rouleaux sur les pistes. En variante, les ressorts ou vérins pourraient être placés entre les rouleaux et les palonniers ou entre ceux-ci et la poutre 128. Un dispositif 132, de même conception que le dispositif 34, et muni de pales destinées à assurer 1 'avance de la matière d'une extrémité à l'autre du broyeur, est disposé dans la moitié supérieure du broyeur. L'extrémité d'entrée de la virole est fermée par une paroi fixe 144 percée d'une ouverture pour le passage d'une goulotte d'alimentation 146 et son autre extrémité débouche dans un carter 148 à travers lequel les produits broyés sont évacués. En variante, le broyeur pourrait être équipé de deux goulottes d'alimentation et de deux dispositifs d'avancement de la matière placés en amont, en considérant le sens de rotation du broyeur, de chaque rouleau. Au lieu d'être supporté par un coussinet ou des patins le corps rotatif du broyeur pourrait être supporté par des galets. On pourrait entraîner le ou les rouleaux en rotation, par exemple au moyen d'une allonge à cardans, l'anneau ou les anneaux étant alors entraînés par friction. Il est bien entendu que ces modifications et toutes celles apportées aux formes de réalisation décrites par la substitution de moyens techniques équivalents entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de broyage utilisant un broyeur constitué par au moins un anneau rotatif à axe horizontal, au moins un rouleau placé à l'intérieur dudit anneau de façon à pouvoir rouler sur la piste constituée par la face intérieure de l'anneau et pressé élastiquement sur celle-ci, et des moyens pour introduire une matière à broyer entre le rouleau et l'anneau, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de l'anneau est égale ou supérieure à la vitesse critique de sorte que la matière est retenue sur l'anneau par la force centrifuge, en ce que la pression moyenne exercée par le rouleau sur la matière en cours de broyage est comprise entre 100 et 400 bars, et en ce que, à chaque tour de l'anneau, la matière est déplacée dans une direction parallèle à l'axe de 1 ' anneau sur une distance qui est une fraction de la largeur de la piste, de telle sorte que la matière passe plusieurs fois entre le rouleau et l'anneau avant de quitter la piste de broyage. 2. Broyeur constitué par au moins un anneau rotatif à axe horizontal, au moins un rouleau placé à l'intérieur dudit anneau de façon à pouvoir rouler sur la piste constituée par la face intérieure de l'anneau et pressé élastiquement sur celle-ci, et des moyens pour introduire une matière à broyer entre le rouleau et l'anneau, caractérisé en ce que ledit anneau (lit, 116) est supporté par un appui (18. 118) autorisant sa rotation et placé sous ledit rouleau (2IL. 12IL). et en ce qu'un dispositif (3IL. 132) est prévu pour déplacer la matière sur la piste parallèlement à l'axe de l'anneau et sur une distance égale à une fraction seulement de la largeur de la piste à chaque tour de l'anneau. 3. Broyeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif d'avance de la matière comporte une série de pales (38) dont la largeur, comptée parallèlement à l'axe de l'anneau (14), est une fraction de la largeur de la piste1 dont les plans font un angle avec un plan perpendiculaire à l'axe de l'anneau et qui sont disposées de façon à pénétrer dans la couche de matière retenue sur la piste par la force centrifuge lorsque l'anneau est en rotation. Broyeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour modifier l'orientation desdites pales. 5. Broyeur selon la revendication 2, 3 ou IL, caractérisé en ce que l'anneau est fixé sur une virole cylindrique coaxiale (12, 112) qui forme sur un des côtés de l'anneau une chambre d'admission pour les produits à broyer, et en ce que ledit dispositif d'avance de la matière est aussi actif dans ladite chambre pour amener la matière de la chambre dans l'anneau. 6. Broyeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux rouleaux angulairement espacés à l'intérieur de l'anneau, chaque rouleau étant placé au-dessus d'un appui de l'anneau, et un dispositif d'avance de la matière est placé en amont de chaque rouleau1 en considérant le sens de rotation de l'anneau. 7. Broyeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'appui ou chaque appui de l'anneau est constitué par un coussinet ou un patin (18, 118) relié à un système de lubrification qui maintient un film d'huile entre les surfaces de glissement du coussinet ou du patin et de l'anneau lorsque ce dernier est entraîné en rotation.