Brevet FR2682617A1 — publié le 19930423

BROYEUR, EN PARTICULIER A MASSES OSCILLANTES, ET BOL POUR UN TEL BROYEUR. L'invention est relative à un broyeur, en particulier un broyeur à masses oscillantes, du genre de ceux qui comprennent un bol dans lequel est versé le produit à broyer, au moins un organe de broyage mobile disposé à l'intérieur du bol, et des moyens pour mettre en mouvement l'organe de broyage dans le bol. De tels broyeurs sont utilisés, notamment, pour broyer des produits prélevés au cours d'un processus industriel afin d'obtenir un échantillon pulvérulent satisfaisant en vue d'effectuer, sur cet échantillon, des analyses chimiques et/ou physicochimiques et/ou physiques. La qualité et la précision de ces analyses dépendent, en partie, de la qualité du broyage et de l'absence de tout effet mémoire d'un broyage au suivant ; autrement dit, il convient que la composition d'un échantillon soit la moins altérée possible par celle d'un échantillon précédent qui a été broyé dans le même bol. Pour préciser le problème, sans pour autant le limiter à ce cas, dans un exemple déterminé, à partir d'échantillons de 2,5 kg environ, il fallait préparer pour les contrôles analytiques deux échantillons représentatifs de 100 g chacun, à 150 micromètres de granulométrie. Cette préparation devait s'effectuer à une cadence d'un échantillon toutes les heures et ne présenter aucun effet mémoire entre préparations. Il est de plus souhaitable que le broyage soit rapide notamment en ce qui concerne les opérations d'évacuation du produit broyé. Il serait avantageux, en outre, de pouvoir effectuer des prélèvements intermédiaires représentatifs, avant la fin du broyage complet, sans interrompre les opérations. L'invention vise à fournir un broyeur qui réponde mieux que les broyeurs proposés jusqu'à ce jour aux diverses exigences évoquées ci-dessus. Selon l'invention, un broyeur, en particulier à masses oscillantes, du genre défini précédemment, est caractérisé par le fait que le bol est équipé, en partie basse, d'une évacuation sensiblement tangentielle orientée dans un sens opposé au sens de déplacement de l'organe mobile lors du broyage. Cette évacuation tangentielle est avantageusement constituée par une tubulure dont l'axe est situé dans un plan parallèle au fond du bol et voisin de ce fond ; l'axe de cette tubulure forme un angle inférieur à plus ou moins 100 avec la tangente au périmètre du bol au point de raccordement de la tubulure et du bol. De préférence, le bol est équipé d'un couvercle qui comporte une entrée d'air comprimé suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe du bol, de sorte que de l'air comprimé peut être envoyé dans le bol au moment où l'on souhaite prélever le produit broyé, pour favoriser la sortie par l'évacuation sensiblement tangentielle. Un embout, en particulier coaxial au bol, est prévu sur le couvercle du bol, pour l'introduction du produit à broyer dans le bol. Avantageusement, le broyeur comporte des moyens d'inversion du sens d'entraînement de l'organe de broyage mobile, l'inversion étant commandée pour provoquer la sortie du produit broyé par l'évacuation tangentielle. Le broyeur est de préférence du type à anneau libre à l'intérieur du bol et à masselotte disposée libre à l'intérieur de l'anneau, le bol étant soumis à des oscillations provoquant des déplacements relatifs entre l'anneau et la masselotte et entre ces éléments et le bol. Le bol peut être fixé de manière permanente sur une tête soumise aux oscillations. Cette tête est montée par des moyens de suspension sur un bâti fixe tandis qu'un moteur électrique suspendu à la tête est propre à entrainer en rotation un balourd engendrant des vibrations lors de la rotation, vibrations qui sont communiquées à la tête portant le bol. L'invention est également relative à un bol de broyeur, en particulier à masses oscillantes, ce bol étant caractérisé par le fait qu'il est équipé, en partie basse, d'une évacuation sensiblement tangentielle orientée dans un sens déterminé, correspondant au sens opposé du sens de déplacement d'un organe mobile de broyage. Le bol est muni d'un couvercle qui comporte une entrée d'air comprimé, suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe du bol, décalée radialement par rapport à cet axe. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec référence aux dessins ciannexés; mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1, de ces dessins, est une vue en perspective éclatée d'un broyeur conforme à l'invention, le capot du bâti de protection étant fermé. La figure 2 est une vue en coupe verticale axiale du bol de broyage, muni de son couvercle. La figure 3, enfin, est une vue de dessus avec parties arrachées de ce même bol de broyage, couvercle retiré. En se reportant aux dessins, et plus particulièrement à la figure 1, on peut voir un ensemble de broyage B comprenant un broyeur proprement dit 1 disposé à l'intérieur d'un châssis 2, en forme de parallélépipède rectangle, muni à sa partie supérieure d'un capot 3, lequel comporte sur sa face frontale avant une fenêtre 4 en matière transparente, notamment en matière plastique résistante aux chocs. Le capot 3 est articulé autour d'un axe transversal horizontal 5, situé vers l'arrière, de manière à pouvoir être relevé et offrir un accès dégagé au broyeur 1. Des vérins à gaz, tels que 6, sont prévus pour compenser le poids du capot 3 et faciliter son relevage ; chaque vérin est articulé, à une extrémité, sur une partie fixe du châssis 2, et, à son autre extrémité, sur le capot. Une plaque-support horizontale 7 est fixée dans le châssis 2, sensiblement à mi-hauteur. Une tête oscillante 8, par exemple en forme de plaque octogonale, est montée sur ressorts 9, par exemple au nombre de quatre aux sommets d'un carré, prenant appui sur la plaque 7, en bordure d'une ouverture circulaire 7a. Un bol de broyage 10 est monté dans une ouverture centrale 11 de la tête 8 et est fixé sur cette tête. Le bol 10 peut être fixé à demeure sur la tête 8, en particulier par des vis coopérant avec des trous taraudés non visibles sur les dessins. Le bol 10 comprend une enveloppe extérieure lOa et un bol intérieur lob en une matière particulièrement résistante à l'abrasion, notamment en carbure de tungstène. En variante, le bol intérieur lOb, où a lieu le broyage, peut être réalisé en acier au chrome ou en agate, selon le type de produits à broyer. Le bol intérieur lOb comporte une paroi cylindrique dont l'extrémité supérieure lObc fait saillie légèrement au-dessus du bord supérieur de l'enveloppe lOa. Des bras 12 verticaux dirigés vers le bas sont fixés sous la tête 8. Un moteur électrique 13, d'axe vertical, est fixé par un flasque 14 à l'extrémité inférieure des bras 12. L'arbre du moteur 13, tourné vers le haut, porte une masse excentrée 14 créant un balourd. La mise en rotation de l'arbre du moteur 13 et de la masse 14 excentrée engendre des oscillations transmises à la tête 8 et au bol 10 fixé sur cette tête. Le bol 10 comporte un couvercle 15 (voir figure 2) muni d'un embout central cylindrique coaxial 16 permettant l'introduction, dans le bol 10, de la matière à broyer provenant, par exemple, d'une trémie non représentée. La fermeture de l'embout 16 est assurée par un disque mobile fixé à la partie supé- rieure de la trémie non représentée. Ce disque est équipé des arrivées des fluides de lavage et de séchage : eau, alcool, air comprimé. Le couvercle 15 comporte, sur sa face inférieure, un rebord périphérique dont le contour cylindrique intérieur 15a constitue un centrage propre à coopérer avec l'autre centrage constitué par la surface cylindrique extérieure de l'extrémité lObc. Un premier organe de broyage mobile constitué par un anneau 20 est placé dans le bol 10. L'axe de cet anneau 20 est parallèle à l'axe du bol et le diamètre de l'anneau est inférieur au diamètre du bol mais supérieur au rayon du bol, de sorte que l'embout 16 débouche toujours à l'intérieur de l'anneau 20. La hauteur de l'anneau 20, c'est-à-dire sa dimension parallèlement à son axe, est légèrement inférieure à la hauteur intérieure du bol 10. A l'intérieur de l'anneau 20 est disposée une masselotte cylindrique 21, limitée par deux faces parallèles, de diamètre inférieur à celui de l'anneau 20 et de hauteur sensiblement égale à celle de l'anneau 20. L'axe de la masselotte 21 est parallèle à celui du bol 10. L'anneau 20 et la masselotte 21 sont réalisés en une matière particulièrement dure, de même que l'intérieur du bol 10, par exemple en carbure de tungstène. Cet anneau 20 ainsi que la masselotte 21 peuvent se déplacer librement dans le bol 10 de sorte que par inertie, la masselotte 21 roule contre la surface intérieure cylindrique de l'anneau 20, en broyant les grains contre cette surface. L'anneau 20 se déplace lui-même contre la surface cylindrique interne du bol 10. On conçoit que pour un sens de rotation déterminé de l'arbre du moteur 13, les déplacements de l'anneau 20 et de la masselotte 21 s'effectuent suivant un sens déterminé correspondant. Une commande 22 est prévue pour inverser le sens de rotation du moteur 13, en vue de la sortie du produit broyé La mise en mouvement de l'anneau 20 et de la masselotte 21 dans le bol 10 est donc assurée par les oscillations engendrées par le moteur électrique 13 qui constitue ainsi un moyen pour mettre en mouvement les organes de broyage 20 et 21. Le bol 10 est équipé, en partie basse, d'une évacuation sensiblement tangentielle 23. Cette évacuation est constituée par une tubulure 24 fixée, en particulier par un cordon de soudure 25 (figure 3), sur la paroi extérieure du bol de manière à se raccorder à un orifice 26 traversant la paroi du bol suivant une direction tangentielle et constituant un prolongement de la surface interne de la tubulure 24 qui communique ainsi avec l'intérieur du bol. L'axe 27 de la tubulure 24 est situé dans un plan parallèle au plan du fond 28 du bol. La hauteur h (voir figure 2) de l'axe 27 au-dessus du fond 28 est égale, de préférence, au rayon interne de la tubulure 24 et de l'orifice 26 de sorte que la surface interne de la tubulure 24 et de l'orifice 26 est tangente, par sa génératrice inférieure, au plan du fond 28. De préférence, l'axe 27 est parallèle à la tangente T au périmètre circulaire interne du bol 10 au point de raccordement 29 du passage interne avec le bol. Toutefois, l'axe 27 peut former un angle réduit compris entre + 100 avec la susdite direction tangente T au point 29. La tubulure 24 est orientée dans un sens opposé au sens de déplacement des organes mobiles 20, 21 lors du broyage. Dans l'exemple considéré de la figure 3, la tubulure 24 s'ouvre vers le haut du dessin car, lors du broyage, l'anneau 20 et la masselotte 21 tournent dans le sens des aiguilles d'une montre. On comprend immédiatement qu'avec une telle disposée tion le produit en cours de broyage n'a pas tendance à entrer dans l'orifice 26 et la tubulure 24, constamment ouverte. Comme visible sur la figure 2, le bol 10 comporte, en partie haute, une collerette 30 faisant saillie radialement vers l'extérieur. Une entrée d'air comprimé 31 est prévue sur le couvercle 15 suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe du bol 10. Cette entrée d'air 31, constituée par un ajutage traversant le couvercle 15 est décalée radialement par rapport à l'axe du couvercle. Elle permet de favoriser l'évacuation du produit broyé en envoyant de l'air comprimé dans le bol 10 sous une pression de l'ordre 200 millibars, de manière à balayer le bol et à faire sortir tout le produit broyé par la tubulure 24. Avantageusement, on prévoit pour la commande du moteur électrique 13 deux vitesses de rotation possibles commandées à partir d'un commutateur 32. Dans un exemple de réalisation ces vitesses sont respectivement de 690 t/mn et 910 t/mn. La mise en marche du moteur électrique 13 est commandée lors de la fermeture du capot 3 qui agit sur un interrupteur 33. Des contacts de sécurité peuvent être prévus aux endroits appropriés pour empêcher toute mise en marche du moteur électrique 13 lorsque les conditions de sécurité ne sont pas satisfaites. Le fonctionnement du broyeur résulte immédiatement des explications qui précèdent. Pour charger le bol 10, on soulève le capot 3 et on commande l'ouverture du disque drobturation de la trémie. On introduit dans la trémie l'échantillon, qui, par gravité et par les vibrations engendrées par le broyeur, descend dans le bol 10. ----------------- En refermant le capot 3 du châssis, par action sur l'interrupteur 33, on commande la mise en marche du moteur 13 à la plus faible vitesse. On peut ensuite passer à la vitesse supérieure en agissant sur le commutateur 32. Les oscillations engendrées par le balourd sont transmises à la tête 8 et au bol 10. L'anneau de broyage 20 et la masselotte 21 agissent sur les grains de l'échantillon pour les réduire en poudre. Après un temps de broyage prédéterminé le moteur 13 est arrêté et son sens de rotation est inversé de sorte que le produit pulvérulent est évacué par la tubulure 24. L'envoi d'air comprimé par l'ajutage 31 permet d'effectuer un balayage complet du bol 10 qui se trouve vidéde l'échantillon. Il est procédé alors au lavage du bol, par introduction d'eau, puis d'alcool. Le séchage du bol s'effectue à l'air comprimé à grand débit. Il est possible de compléter le nettoyage par un lavage et un rinçage. I1 est à noter que l'échantillon introduit par l'embout 16 tombe à l'intérieur de l'anneau 20 et sera donc entièrement soumis à l'action de la masselotte 21 et au broyage avant de pouvoir s'échapper par la tubulure 24. Un avantage du broyeur conforme à l'invention est de permettre de prélever, à partir du bol 10, des échantillons broyés tout au cours du processus de broyage de manière à faire des analyses sur des échantillons de granulométries différentes et à étudier l'évolution du broyage. Les produits ne peuvent sortir par la tubulure 24 qu'après avoir subi un broyage. Cet appareil, permet un broyage ultrarapide, notamment grâce à une excentration importante du balourd, sur des produits tels que - minerais, ferro-alliages, laitier, coke, roches, béton, verre, briques réfractaires, ciments, céramiques etc ... , notamment tous produits cassants. L'appareil peut être équipé d'une minuterie multigamme, par exemple 0-6 secondes, 0-60 secondes, 0-6 minutes. Dans un exemple de réalisation le moteur 13 est un moteur triphasé commutable 220/380 Volts - 1,1 Kw - 950 t/mn. La granulométrie obtenue peut être inférieure à 20 microns, selon produit et temps de broyage. Il est possible d'effectuer un broyage humide. On peut prévoir un arrêt automatique du broyage en cas de coupure d'air comprimé. Le volume des bols de broyage 10 est généralement inférieur ou égal à 250 cm3. Les fonctions du broyeur peuvent être commandées par un automate programmable. La programmation est réalisée comme suit - chaque produit dont la nature fait l'objet de paramètres de broyage spécifiques est affecté d'un programme dédié - un dialogue opérateur, en clair sur terminal industriel, permet de sélectionner le programme à exécuter par produit ; - chaque séquence est contrôlée par des capteurs et dans la dynamique de durée ; - les programmes peuvent être modifiés au niveau des paramètres accessibles, à savoir - choix de la vitesse de rotation du broyeur, - choix du sens de rotation du moteur, - la durée des séquences de broyage, - la durée des séquences de lavage, pour chaque fluide et chaque poste, - la durée des séquences de vibrage, - choix de l'évacuation des fluides de lavage et de rinçage du bol dans un collecteur. Ce broyeur permet d'effectuer des analyses de qualité car il n'a pratiquement pas d'effet mémoire, le produit broyé étant totalement évacué entre deux broyages, d'une manière simple et rapide. Le système d'évacuation est d'un fonctionnement fiable et n'est pas sujet à une usure prématurée, car ne faisant pas intervenir de clapets traversés par le produit broyé. Bien que la description ait été effectuée à propos d'un broyeur à masses oscillantes, l'invention peut s'appliquer à d'autres types de broyeurs, par exemple des broyeurs à hélice. REVENDICATIONS 1. Broyeur, en particulier broyeur à masses oscillantes, comprenant un bol dans lequel est versé le produit à broyer, au moins un organe de broyage mobile disposé à l'intérieur du bol, et des moyens pour mettre en mouvement l'organe de broyage dans le bol, caractérisé par le fait que le bol (10) est équipé, en partie basse, d'une évacuation (23) sensiblement tangentielle, orientée dans un sens opposé au sens de déplacement de l'organe mobile (20, 21) lors du broyage. 2. Broyeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'évacuation tangentielle (23) est constituée par une tubulure (24) dont l'axe (27) est situé dans un plan parallèle au fond (28) du bol et voisin de ce fond. 3. Broyeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la tubulure (24) est fixée sur la paroi extérieure du bol (10) et est prolongée par un orifice tangentiel (26) traversant la paroi du bol. 4. Broyeur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'axe (27) de la tubulure forme un angle inférieur à + 10 avec la tangente (T) au périmètre du bol au point de raccordement (29) de la tubulure au bol. 5. Broyeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le bol (10) est équipé d'un couvercle (15) qui comporte une entrée d'air comprimé (33) suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe du bol (10), de sorte que de l'air comprimé peut être envoyé dans le bol au moment où l'on souhaite prélever le produit broyé, pour favoriser la sortie par l'évacuation (23) sensiblement tangentielle. 6. Broyeur selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un embout (16), en particulier coaxial au bol (10), est prévu sur le couvercle (15) pour l'introduction du produit à broyer dans le bol. 7. Broyeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (22) d'inversion du sens d'entrainement de l'organe de broyage mobile (20, 21), l'inversion étant commandée pour provoquer la sortie du produit broyé par l'évacuation tangentielle (23). 8. Broyeur selon l'une revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est du type à anneau libre (20) à l'intérieur du bol (10) et à masselotte (21) disposée libre à l'intérieur de l'anneau (20), le bol (10) étant soumis à des oscillations provoquant des déplacements relatifs entre l'anneau (20) et la masselotte (21) et entre ces éléments (20, 21) et le bol (10). 9. Broyeur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le bol (10) est fixé à demeure sur une tête oscillante (8) montée, par l'intermédiaire de ressorts (9), sur un support fixe (7), un moteur électrique (13), à arbre vertical, étant suspendu à cette tête oscillante (8) et étant propre à entrainer en rotation une masse excentrée (14). 10. Bol pour un broyeur suivant l'une des revendications précédentes, en particulier un broyeur à masses oscillantes, caractérisé par le fait qu'il est équipé, en partie basse, d'une évacuation (23) sensiblement tangentielle orientée dans un sens déterminé, correspondant au sens opposé du sens de déplacement d'un organe mobile de broyage (20, 21). 11. Bol selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il est muni d'un couvercle (15) comportant une entrée d'air comprimé (31), suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe du bol, décalée radialement par rapport à cet axe. 12. Bol selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que la hauteur (h) de l'axe (27) d'une tubulure (24), constituant l'évacuation tangentielle (23), au-dessus du fond (28) du bol, est égale au rayon interne de la tubulure (24).