Brevet FR2692171A1 — publié le 19931217

PERFECTIONNEMENT AUX PROCEDES ET DISPOSITIFS DE BROYAGE DE MATIERES SOLIDES, TELS QUE DES MINERAIS. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le broyage de matières premières, tels que des minerais, en vue de la réduction de ces matériaux à un niveau de granulométrie approprié, notamment en vue de l'obtention de fines utilisables dans les étapes de traitement ultérieures. L'invention s'applique plus particulièrement à un procédé et un dispositif utilisant deux cylindres jumelés parallèles et tournant en sens inverse l'un de l'autre. La matière est déversée continûment entre les deux cylindres et subit au passage un écrasement aboutissant à l'obtention d'une granulométrie inférieure. On connaît de nombreuses installations et dispositifs de broyage fonctionnant d'après le principe général mentionné ci-dessus. Notamment on connaît, par la demande de brevet français nO 90-04.474, un procédé et un dispositif utilisant deux cylindres parallèles tournant en sens inverse, l'un des cylindres étant monté sur un axe mobile et soumis à une poussée variable dans le temps. Ce dispositif donne entièrement satisfaction. Cependant, il est susceptible d'améliorations. Les cylindres, sont soumis, lors du broyage, à des sollicitations présentant diverses origines, puisqu'elles dépendent principalement de facteurs propres aux matériaux broyés. En premier lieu, la granulométrie, à l'entrée de la zone de broyage entre les cylindres, est variable dans le temps. En second lieu, la résistance à la compression des divers grains de la matière en cours de broyage est variable dans le temps, que les grains soient constitués de la même matière, et à fortiori lorsque la matière est constituée de matériaux différents, par exemple lorsque cette dernière est constituée d'un mélange destiné à la fabrication de ciment (clinker, calcaire et gypse). Ces sollicitations variables dans le temps provoquent des vibrations dans les cylindres et dans l'ensemble du broyeur. Ces vibrations sont extrêmement nuisibles aux cylindres et au broyeur car elles risquent d'entraîner la destruction rapide des paliers des axes des cylindres et des réducteurs d'entraînement des cylindres en rotation. Ces vibrations également sont la cause du phénomène d'écaillage de la couche de matériau dur constituant le revêtement des cylindres. Les vibrations sont transmises depuis les cylindres vers le palier de ce dernier puis sur le bâti qui transmet à son tour les vibrations à l'ensemble de la structure et des moyens d'entraînement (réducteur et moteur). Par ailleurs, en présence d'un corps étranger non susceptible d'être broyé, au sein de la matière, le dispositif de broyage décrit dans le demande de brevet mentionnée précédemment comprend des moyens aptes à permettre le recul de l'un des cylindres. Ce dispositif est très avantageux puisqu'il permet le passage du corps étranger entre les deux cylindres sans endommagement de ces derniers. Cependant, cette faculté est limitée au déplacement du cylindre. En présence de corps étrangers de relative grande taille, ce dispositif ne permet en fait que d'atténuer mais non pas d'annihiler l'effet du passage dudit corps étranger indésirable entre les deux cylindres. Le procédé et le dispositif proposés selon l'invention, apportent une solution aux problèmes mentionnés ci-dessus, et notamment permet d'éviter les conséquences des vibrations auxquelles sont soumis les deux cylindres et l'ensemble de la structure du broyeur. A cette fin, selon l'invention, le procédé de broyage de matières premières solides, tels que des minerais, dans lequel on soumet ladite matière à l'action de compression de deux cylindres de compression parallèles tournant en sens inverse l'un de l'autre, et entre lesquels la matière est entraînée, est caractérisé en ce que les deux dits cylindres sont montés sur des axes mobiles parallèles l'un à l'autre, en ce que l'on soumet lesdits axes à la poussée d'au moins un organe de pression et en ce que la poussée développée par ledit organe de pression est contrôlée de façon à faire varier dans le temps la pression des deux cylindres mobiles s'exerçant sur la matière. De préférence, on soumet les deux dits cylindres chacun à une poussée variant dans le temps, selon des lois différentes, telles que par exemple des lois sinusoïdales. L'invention concerne également un dispositif pour le broyage de matières premières solides, tels que des minerais, comportant deux cylindres de compression parallèles tournant en sens inverse l'un de l'autre, et entre lesquels la matière est entraînée, caractérisé en ce que les deux cylindres sont montés sur des axes mobiles et en ce qu'il comporte des moyens de poussée aptes à soumettre les deux dits cylindres à une poussée variant dans le temps. L'invention sera bien comprise à la lumière de la discription qui suit se référant au dessin annexé dans lequel - La figure 1 représente une vue schématique et en perspective d'un dispositif à deux cylindres à pressions pulsées selon l'invention. - Les figures 2a et 2b représentent deux positions respectives d'un registre permettant le réglage de la variation de pression appliquée aux deux cylindres mobiles selon la figure 1 ; et - La figure 3 représente un schéma de réalisation d'une installation de broyage utilisant le dispositif selon l'invention. Le dispositif de broyage selon l'invention comprend un premier cylindre 10 monté sur un axe 15 et un deuxième cylindre 20 monté sur un axe 25. Les deux cylindres 10 et 20 sont parallèles et animés d'un mouvement de rotation autour de leur axe respectif. Les sens de rotation des deux cylindres 10 et 20 sont opposés, comme l'indique les flèches sur la figure 1. Les moyens d'entraînement en rotation des cylindres sont connus en eux-mêmes et ne sont donc pas représentés, pour des raisons de clarté. L'espace entre les deux cylindres constitue la zone de broyage ou de compression, où règne une haute pression, où est déversée de la matière à broyer par l'intermédiaire d'une trémie 3 disposée en position supérieure par rapport aux cylindres et disposée au droit de la zone de broyage. La trémie 3 est elle-même alimentée de façon régulière et continue par un convoyeur 4 constitué d'un tapis roulant. Les axes respectifs 15 et 25 des premier et second cylindres 10 et 20 sont montés sur deux paliers d'extrémité 16 et 16' pour le premier cylindre 10 et 26 et 26' pour le second cylindre 20. Les paliers d'extrémité sont solidaires de tiges portant les références respectives 17, 17', 27 et 27', lesdites tiges constituant un piston déplaçable dans leur vérin respectif 18, 18', 28 et 28'. A noter que, pour des raisons de clarté, le vérin, la tige et le palier, du premier cylindre 10, vers l'arrière de la figure 1, ne sont pas représentés. Chacun des vérins 18 et 18' associés au premier cylindre 10 sont alimentés par une canalisation commune 19 depuis une première source de pression P1 et une seconde de pression P2 alimentant la conduite commune 19 par l'intermédiaire d'un distributeur 31. De même, les vérins 28 et 28' associés au second cylindre 20 sont alimentés par une conduite commune 29 reliée à une pression P1 et P2 par l'intermédiaire d'un distributeur 30. Les pressions P1, P2, P'1 et P'2 sont obtenues par des moyens générateurs de pression connus en eux-mêmes et non représentés. A titre d'exemple, les pressions P1 et P'1 sont largement supérieures aux pressions P2 et P'2. Par exemple, les pressions P1 et P'1 correspondent à une pression exercée au niveau du cylindre 2 de l'ordre de 500 à 800 kilogrammes par cm2. La pression P2 est considérablement inférieure, voire égale à la pression atmosphérique. La matière broyée, issue de la zone de broyage disposée entre les premier et les second cylindres de broyage 10 et 20, est éventuellement soumise à une seconde opération de broyage par l'intermédiaire de deux rouleaux 40 et 41 parallèles l'un à l'autre et tournant en sens inverse. La matière soumise à cette seconde opération tombe sur un tapis roulant 42 d'évacuation. Les axes 15 et 25 des premier et second cylindres 10 et 20 sous l'effet des vérins correspondants sont soumis à des forces telles qu'elles engendrent au niveau des cylindres des pressions variables dans le temps entre une valeur équivalente à la pression atmosphérique, et des valeurs maximales de l'ordre de 500 à 800 kilogrammes par cm2. La variation dans le temps des pressions ainsi communiquées aux cylindres 10 et 20 est réalisée par l'intermédiaire des distributeurs 30 et 31, constitués de vannes à registre telles que représentées sur les figures 2a et 2b montrant la vanne à registre ou distributeur 30, étant entendu que la vanne à registre ou distributeur 31 est similaire à celle représentée sur la figure 2. Le registre coulissant 50 est susceptible de placer la conduite commune 29 , selon sa position, avec la pression P1 ou la pression P2.Ainsi, en fonction du mouvement du registre 50, la pression développée par chacun des vérins 28 et 28' et par conséquent reportée sur le second cylindre 20, varie. Il en est de même pour le premier cylindre 10. En déplaçant le registre suivant une loi de dépassement déterminée dans le temps, cyclique ou non, il est possible de provoquer une pulsation de variation des pressions, par conséquent une pulsation dans l'effort de compression exercé par le second cylindre 20 sur la matière, et de même il est possible de provoquer une pulsation de variation des pressions dans l'effort de compression exercé par le premier cylindre 10. Les ensembles respectifs du premier cylindre 10 et du second cylindre 20 se trouvent ainsi respectivement soumis à une poussée et un effort de compression variable dans le temps. Les lois de variation dans le temps des premier et second cylindres 10 et 20 peuvent être les mêmes. Dans une variante, les lois de variation dans le temps respectivement pour le premier et le second cylindre sont différentes. De même, les pressions P1 et P'1 peuvent être soit égales, soit différentes, il en est de même des pressions P2 et P'2. Etant entendu que les pressions portant indice 2 sont très supérieures aux pressions portant indice 1. Les variations de pressions appliquées aux cylindres 10 et 20 respectivement, sont de préférence cycliques, selon un cycle régulier ou non. Selon un mode préféré de réalisation, les variations de pressions sont déterminées de manière que la pulsation de pression appliquée aux deux cylindres 10 et 20 contrebalance les forces dues aux vibrations auxquelles sont soumis les deux cylindres 10 et 20. A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend des moyens aptes à mesurer ces vibrations, sous forme d'effort, de force, de pression ou de fréquence, tels que ces vibrations sont appliquées aux cylindres 10 et 20. Les données issues de ces moyens de mesure (non représentés et connus en eux mêmes) alimentent, par l'intermédiaire d'une ligne 56 (voir figure 1), des moyens de commande 57 susceptibles d'agir, par l'intermédiaire de lignes de commande 58 et 59 respectivement sur les distributeurs/registres respectivement 31 et 30. Ainsi, l'information relative aux vibrations et injectée par la ligne 56 dans les moyens de commande 57, permet de commander le mouvement des registres coulissants des distributeurs respectifs 30 et 31, afin de placer en communication les lignes communes hydrauliques 19 et respectivement 29, respectivement avec les pressions soit P1 ou P'1, soit P2 ou P'2. Le dispositif comporte avantageusement un système de boucle à rétro-action, par l'intermédiaire des moyens de mesure des vibrations et du moyen de commande 57, susceptible de soumettre les cylindres 10 et 20 à une pulsation de pression telle qu'elle annulle au moins partiellement les vibrations. Dans une première forme de réalisation, la poussée peut être égale sur les deux paliers de chaque cylindre, de sorte que c'est l'ensemble bâti-cylindre (cylindre 10 ou cylindre 20) qui exerce une poussée linéaire dans la zone de broyage. A noter que la fréquence de pulsation appliquée aux cylindres 10 et 20 est également avantageusement fonction du matériau à traiter. Dans une variante de réalisation, les pulsations imprimées aux paliers respectivement 26-et 26' du second cylindre 20 sont asynchrones. Il est ainsi possible d'obtenir par un décalage de phase approprié, entre les cycles de pulsation imprimés à chacun des pistons 27 et 27' un effet de déplacement du point de pression maximum le long des génératrices des cylindres 10 et 20 en regard. On comprend, en effet, que si un palier, par conséquent une extrémité du cylindre, subit une poussée maximale, tandis que le palier opposé est à son niveau de poussée minimale, la pression maximale s'exercera entre les deux cylindres du côté du palier soumis à la pression maximale. Le cycle se poursuivant, le palier soumis à une pression maximale va voir décroître sa pression, tandis que le palier opposé va voir croître la poussée qu'il subit. Ainsi dans un instant extrêmement court, en fonction du cycle et de la fréquence des pulsations, le point ou la zone de pression maximale va se déplacer le long des cylindres depuis un palier jusqu'à l'autre, pour revenir au premier point.On provoque ainsi un gradient instantané de pression le long des deux cylindres et ce gradient évolue dans le temps de façon cyclique, de telle façon que la zone de haute pression suit une onde qui se déplace le long des deux cylindres. On provoque dans ces conditions, un effet maximal de détente de l'air emprisonné au niveau de chaque particule ou granule en cours de traitement. On provoque ainsi, grâce à un mouvement relativement lent des rouleaux, une accumulation de la pression suffisante, suivie d'une détente extrêmement rapide avec l'effet voulu d'éclatement et d'explosion des particules aboutissant à leur fragmentation, sans phénomène parasite de concrétion, et de réagglomération ultérieure. Les avantages du dispositif selon l'invention par rapport à l'art antérieur sont notamment les suivants. Les vibrations auxquelles sont soumis les cylindres 10 et 20, et notamment la structure, sont absorbées grâce aux pulsations de pression auxquels sont soumis lesdits cylindres, réalisant ainsi un effet d'amortissement. Par ailleurs, tout écart d'alignement entre les paliers d'un même cylindre peut être rattrapé par la double action des vérins sur chaque cylindre. De plus, le phénomène d'absorption des vibrations est accru par le désaccouplement des deux cylindres par rapport à la structure, du fait que les deux cylindres sont montés sur des axes mobiles. Enfin, le dispositif est pourvu de moyens de détection de corps étrangers disposés dans la matière, et n'étant pas susceptibles d'être comprimés ou concassés. Une fois la présence de tels corps détectée, les conduites d'alimentation 19 et 29 sont mises en communication avec la pression minimale P1 ou P'1, provoquant ainsi l'écartement des deux cylindres 10 et 20, réalisant par là même un passage agrandi pour le ou lesdits corps étrangers. Ceci permet d'éviter tout endommagement aux cylindres par lesdits corps étrangers. Un schéma de principe d'un circuit de broyage avec broyeurs à cylindres, selon l'invention, pour la fabrication du ciment, est représenté à la figure 3. Après broyage par broyeur à cylindres à pression pulsée, selon l'invention, on effectue un broyage de finition dans un broyeur à boulet 32 , à la sortie duquel la matière est séparée par exemple dans le séparateur 33. Les fines recherchées sont évacuées en 34, tandis que les passants de granulométrie plus élevés sont recyclés en 35 en amont de l'alimentation du broyeur cylindre à pression pulsée tel que décrit précédemment, Les particules intermédiaires sont recyclées par la ligne 36 vers le broyeur à boulet. REVENDICATIONS 1 - Procédé de broyage de matières premières solides, tels que des minerais, dans lequel on soumet ladite matière à l'action de compression de deux cylindres de compression parallèles tournant en sens inverse l'un de l'autre, et entre lesquels la matière est entraînée, caractérisé en ce que les deux dits cylindres sont montés sur des axes mobiles parallèles l'un à l'autre, en ce que l'on soumet lesdits axes à la poussée d'au moins un organe de pression et en ce que la poussée développée par ledit organe de pression est contrôlée de façon à faire varier dans le temps la pression des deux cylindres mobiles s'exerçant sur la matière. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet les deux dits cylindres chacun à une poussée variant dans le temps, selon des lois différentes. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on soumet les deux dits cylindres à des poussées variant de façon cyclique dans le temps. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on soumet les deux dits cylindres à une poussée variant de façon sinusoïdale dans le temps. 5 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la variation dans le temps de la poussée est telle qu'elle s'oppose aux vibrations auxquelles sont soumis lesdits cylindres lors de la compression de ladite matière. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on mesure les vibrations et on engendre une pulsation de compression pour chaque cylindre de fréquence et de phase telle qu'elle s'oppose et/ou absorbe lesdites vibrations. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on détecte la présence au sein de la matière de corps étrangers, susceptibles d'être broyés ou compressés, et, en cas de détection d'un ou plusieurs corps étrangers, on soumet au moins l'un des deux cylindres à une poussée sensiblement nulle. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on soumet les deux cylindres à une poussée nulle, en vue de permettre au deux cylindres de se déplacer en direction opposée et donc de laisser le passage libre auxdits corps étrangers. 9 - Dispositif pour le broyage de matières premières solides, tels que des minerais, comportant deux cylindres de compression parallèles tournant en sens inverse l'un de l'autre, et entre lesquels la matière est entraînée, caractérisé en ce que les deux cylindres sont montés sur des axes mobiles et en ce qu'il comporte des moyens de poussée aptes à soumettre les deux dits cylindres à une poussée variant dans le temps. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de poussée sont aptes à engendrer une poussée variable cycliquement dans le temps. 11 - Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la poussée varie de façon sinusoïdale avec le temps. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les moyens de poussée sont aptes à engendrer une poussée variable telle que cette dernière contrebalance les vibrations auxquelles sont soumis les deux dits cylindres.