Brevet FR2729587A1 — publié le 19960726

L'invention concerne un procédé pour le broyage d'une matière à broyer, de préférence pour un broyage fin à très fin de la matière à broyer préconcassée et une installation correspondante pour la mise en oeuvre de ce dernier. En particulier pour le broyage de clinkers de ciment, mais également de minerais et de matières premières pour la fabrication du ciment, on utilise de plus en plus aujourd'hui un broyage bi-étagé, partiellement aussi un broyage fini à la presse à rouleaux respectivement un broyeur à cylindres à haute pression afin de réduire, de manière conséquente, la consommation spécifique énergétique (ZKG 43 (1990) 7, pages 347-351). L'économie théoriquement possible, réalisée par l'application du concassage à haute pression dans une presse à rouleaux, n'est malheureusement pas obtenue dans la pratique en ce qui concerne le broyage du ciment étant donné que la ligne caractéristique de la granulométrie du produit est trop raide, c'est-à-dire qu'il existe une répartition très étroite des classes de granulométrie avec relativement peu de finesse de grain inférieure à 10 un, d'autre part, la forme du grain est plate et à arêtes vives. La conséquence est une détérioration des propriétés de transformation, telle que l'augmentation d'apport d'eau nécessaire pour obtenir la rigidité standard, un début précoce de solidification et, pour finir, du fait de la détérioration du rapport eau-ciment, dans le béton, cela produit également une diminution des résistances standard à la pression. Cette influence négative des propriétés du ciment survient même quand la granulométrie d'un ciment de presse à rouleaux (broyage fini) coïncide à celle d'un ciment traditionnel broyé dans un tube broyeur. La cause réside dans le fait que les particules présentent des arêtes vives. Celles-ci doivent être arrondies. Jusqu'à présent, on a toujours utilisé un tube broyeur qui présente, cependant, les inconvénients suivants: consommation énergétique élevée; - grand besoin de surface et équipement considérable - chaleur de broyage élevée et génération de bruit. Il est connu que, de par la friction de broyage dans des broyeurs agitateurs à galets, les particules sont arrondies de manière abrasive, les agglomérats sont détruits et en particulier, le déclassé supérieur est éliminé. Un véritable broyage ultérieur, c'est-à-dire le concassage supplémentaire des particules primaires est dans la plage la plus fine, n'est également possible, dans le broyeur agitateur à galets, qu'au prix d'une grande consommation d'énergie. Cela implique des vitesses de rotation élevées de la part de l'agitateur et une dissipation énergétique élevée. Cela se produirait si le broyeur agitateur à galets était utilisé pour le broyage de finissage sans avoir procédé auparavant à un important concassage préliminaire. Les constructions connues pour les broyeurs agitateurs à galets en vue du broyage à sec, par exemple ceux qui présentent une vis sans fin faisant office d'organe agitateur (EP 0217 977 A2, DD 296 7936), ne sont appropriées, pour le broyage de finissage du ciment, que de manière restreinte, étant donné que le gaz de fluidification est amené depuis le fond du broyeur, par exemple par l'intermédiaire d'un arbre creux ou également, depuis la paroi externe du récipient et que le produit fini est déchargé vers le haut, le fond de récipient étant fermé. Ainsi, aucune particule à arêtes vives non souhaitée ne peut parvenir dans le produit. D'autres solutions suivant lesquelles le produit fini est déchargé en chute libre vers le bas, par l'intermédiaire d'une plaque fendue ou perforée (DD 275 188, DD 291 707, DE OS 42 02 101), présentent l'inconvénient que les corps broyés peuvent se répartir entre les ouvertures de la plaque de décharge et l'agitateur à vis sans fin respectivement le racleur monté en dessous. L'arbre agitateur s'use davantage respectivement peut se bloquer et la section transversale de décharge est en outre diminuée. L'invention a pour but de perfectionner le procédé de broyage et l'installation de broyage correspondante du type cité, à partir d'un prébroyeur et d'un broyeur secondaire, de manière à éliminer ou diminuer les inconvénients précités des structures d'installation connues. Ce but est atteint conformément à l'invention par les mesures suivantes: après son préconcassage à un grain primaire, présentant un refus de criblage (R) d'un maximum de 3 %, à une largeur de maille de 500 pm ou à une superficie spécifique mesurée selon Blaine, d'au moins 1600 cm2/g, de préférence de 2500 à 4000 cm2/g, la matière à broyer préconcassée est broyée à la finesse de mouture du produit fini par broyage par friction au moyen d'un broyeur agitateur à galets; - la matière broyée à la finesse du produit fini est déchargée dans la zone du fond du broyeur agitateur vertical à galets; - le prébroyage s'effectue dans une presse à rouleaux respectivement un broyeur à cylindres à haute pression respectivement dans un broyeur à rouleaux respectivement dans un broyeur pulvérisateur à galets MPS (ou broyeur Bowl-Mill); - le broyeur agitateur à galets est actionné en continu, en mouvement circulaire sans séparateur d'air, ou en mouvement circulaire avec séparateur d'air à haute puissance; - dans la zone de fond du broyeur agitateur à galets, un fluide est soufflé, de préférence, de l'air, pour assister la décharge de la matière. D'autres configurations avantageuses de l'invention se caractérisent également par les faits suivants: a) l'installation de broyage, comprenant un dispositif de broyage dont le produit déchargé est broyé à la finesse de broyage du produit fini dans un broyeur secondaire, se caractérise par le fait que le broyeur est conçu comme un broyeur agitateur à galets, connu en soi, équipé d'un agitateur à vis sans fin à pas unique ou multiple, qui est disposé, côté fond, sur une plaque de décharge respectivement d'usure, munie d'ouvertures de décharge, de préférence de fentes de décharge, les ouvertures de décharge étant disposées dans la zone de la périphérie des pas de vis sans fin de l'agitateur à vis sans fin et de la paroi interne du récipient, b) en utilisant des galets de broyage, dont le diamètre est supérieur à 15 mm, les ouvertures de décharge sont réparties dans la plaque de décharge sur toute la section transversale, c) des ouvertures, s'élargissant vers l'extérieur de préférence coniquement, sont disposées, sous forme de fentes de décharge, dans la paroi interne du récipient, juste au-dessus de la plaque de décharge, d) un tube distributeur est disposé dans la zone inférieure du broyeur agitateur à galets, de manière à assurer l'amenée de l'air de fluidification, e) l'agitateur à vis sans fin est associé, côté fond, à un ou plusieurs éléments agitateurs dont la distance par rapport à la plaque de décharge est au moins deux fois plus grande que le diamètre maximal du corps de broyage et en ce qu'il existe un faible écart entre le bord externe de l'élément agitateur et la paroi interne du récipient, f) l'arbre de l'agitateur à vis sans fin est logé, par deux fois, en porte-àfaux du côté de l'entraînement quand ce dernier est placé en haut, ou bien est logé en plus côté fond, auquel cas l'arbre de l'agitateur est relié, par l'intermédiaire d'un accouplement élastique, à l'entraînement de l'agitateur, g) l'entraînement est disposé côté fond et l'arbre agitateur est logé en aval de la plaque de décharge, h) en aval de la plaque de décharge, est disposée une trappe de déchargement ou une roue de déblayage rotative qui est entraînée séparément ou qui est reliée à l'arbre agitateur, i) la paroi interne du récipient est revêtue de plaques d'usure, de préférence, en acier moulé résistant à l'usure ou en céramique et les plaques d'usure sont munies d'un bourrelet qui forme, dans le sens périphérique de la paroi interne du récipient, un anneau fermé. Dans le procédé de broyage, conforme à l'invention, le principe, connu en soi, du concassage par friction dans un broyeur agitateur à galets, est appliqué pour le broyage secondaire de clinkers de ciment ou d'un autre produit, présentant des arêtes vives ou ayant déjà subi un broyage préliminaire important. Le procédé, conforme à l'invention, prévoit d'amener de la matière à broyer, de préférence des clinkers de ciment, après son préconcassage à un grain primaire, présentant un refus de criblage (R) d'un maximum de 3 %, à une largeur de maille de 500 pm, ou bien une matière de chargement déjà préconcassée et préclassée à une surface spécifique d'au moins 1600 cm2/g, de préférence, 2500 à 4000 cm2/g (mesuré selon Blaine), à un broyeur agitateur à galets pour le concassage par friction et de décharger la matière, broyée à la finesse du produit fini, dans la zone de fond du broyeur, si bien que les avantages du principe d'agitation, tels que la dispersion rapide, l'abrasion rapide, la densité énergétique élevée, du fait du remplissage élevé du récipient de broyage (environ 80 % de la capacité de remplissage de la matière à broyer), sont exploités. En particulier, le concassage à haute pression fournit des particules, présentant des microfissures, qui peuvent être détruites, de manière avantageuse sur le plan énergétique, dans le broyeur agitateur à galets, jusqu'à obtention des grains primaires (sans fissure). L'installation de broyage, conforme à l'invention, se compose d'un dispositif de préconcassage, tel qu'une presse à rouleaux ou un broyeur à cylindres, qui est placé en aval d'un broyeur agitateur à galets. Le broyeur agitateur à galets est muni d'un agitateur à vis sans fin à pas unique ou multiple, et côté fond, d'une plaque d'usure respectivement de décharge. La plaque de décharge dispose, dans la zone périphérique des pas de vis de l'agitateur à vis sans fin et de la paroi interne du récipient, d'ouvertures de décharge sous forme de fentes. L'avantage de l'invention réside dans le fait que, dans le cas d'un broyage bi-étagé qui utilise une presse à rouleaux respectivement un broyeur à cylindres à haute pression en tant que premier étage de broyage et un broyeur agitateur à galets en tant que second étage de broyage, on peut produire sans problème et de manière peu coûteuse, un produit fini qui présente la finesse et la forme de grain souhaitées du produit fini. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La figure 1 est un schéma du montage, conforme à l'invention, d'une installation de broyage. La figure 2 est une variante du montage, conforme à l'invention, d'une installation de broyage. La figure 3 est la conception, conforme à l'invention, du second étage de broyage en coupe transversale. D'après la figure 1, la matière à charger, de préférence des clinckers de ciment, avec ou sans substrat porteur sulfaté ainsi qu'avec ou sans additif de broyage, est amenée au préconcasseur 14 qui est déjà en mesure de produire des finesses de broyage très élevées. Le choix d'un chargement commun avec le substrat sulfaté respectivement avec les additifs de broyage dépend de la granulométrie et de la capacité au broyage de ces substances. Le gypse REA, dont la granulométrie définie est inférieure à 30 pm, pourrait par exemple être ajouté par dosage dans le second étage de broyage, c'est-à-dire dans le broyeur agitateur à galets 16. Le classificateur préliminaire 15, en règle générale un panier- séparateur à barres, muni d'un désagglomérateur, ou d'un séparateur électrique (séparateur en V), fait en sorte qu'aucun déclassé supérieur à 2 mm, mais de préférence supérieur à environ 400 pm, ne parvienne dans le broyeur agitateur à galets 16. Les graviers 18, séparés dans le préclassificateur 15, sont ramenés au premier étage de broyage. Les presses à rouleaux ou broyeurs à cylindres montés dans une unité de broyage fini partielle, pour le broyage du ciment avec le séparateur précité, permettent de produire un produit intermédiaire jusqu'à 4000 cm2/g. Il est ainsi garanti qu'une matière à broyer, qui est préconcassée à une surface spécifique d'au moins 1600 cm2/g, de préférence 2500 à 4000 cm2/g, est amenée au broyeur agitateur à galets 16 pour être broyée à la finesse du produit fini. Les particules de ce produit fini du premier étage de concassage comprennent, du fait de la sollicitation multiple à haute pression, un grand nombre de microfissures. Ce produit est donc particulièrement bien adapté à la poursuite du concassage par friction dans le broyeur agitateur à galets 16. Une élévation sensible de la température dans le broyeur agitateur à galets 16 n'est pas à craindre au contraire des tubes broyeurs traditionnels. De ce fait, il n'y a pas d'effets négatifs sur les propriétés du substrat sulfaté. On peut se passer d'un système de refroidissement supplémentaire. Dans le prébroyage extrêmement élevé, décrit précédemment, le broyeur agitateur à galets 16 peut être actionné en continu. Du fait du retour d'un courant partiel (broyage en mouvement circulaire sans séparateur), la répartition de la granulométrie peut être influencée selon les besoins. Le circuit circulaire du broyeur agitateur à galets 16, d'après la fig. 2, avec un classificateur de produit fini 20 (séparateur à haute puissance) permet un réglage rapide sans problème de la finesse souhaitée du produit fini. Pour découpler les deux circuits de réglage du débit du préconcasseur et du broyeur agitateur à galets 16, il est recommandé de faire intervenir, pour le montage en mouvement circulaire avec un séparateur à haute tension, un stockage intermédiaire du produit fini 21 du premier étage de concassage. Dans ce cas, des additifs de broyage 22, déjà prébroyés, respectivement du gypse REA fin 23 peuvent être ajoutés par dosage dans le broyeur agitateur à galets 16 si bien que le circuit de la presse à rouleaux est soulagé. La figure 3 montre le broyeur agitateur à galets, conçu conformément à l'invention, qui fait office de second étage de concassage. Conformément à l'invention, les inconvénients précités des dispositifs connus sont éliminés, en chargeant la matière à broyer par le haut et en la déchargeant, côté fond, par l'intermédiaire d'une plaque d'usure respectivement de décharge 1 munie de fentes qui se trouvent seulement entre la périphérie des pas de vis de l'agitateur à vis sans fin 2 et la paroi interne 3 du récipient, et par l'intermédiaire de fentes de décharge latérales 4 qui sont disposées dans la paroi de récipient. Ainsi, des coincements entre l'agitateur respectivement le racleur 5, côté fond, sont évités aussi longtemps qu'un écart minimal est maintenu entre la plaque de décharge lisse 1 et le racleur 5. La vitesse de décharge peut être réglée par l'intermédiaire de l'air de fluidification qui est amené de préférence par un tube distributeur 6 se trouvant dans la paroi interne du récipient. Des grands galets de broyage 7 d'environ 15 mm sont utilisés, ainsi les fentes de décharge peuvent être également réparties sur toute la section transversale de la plaque de décharge 1, si bien qu'il ne se produit pas de coincements même dans le cas d'une distance la plus faible possible entre le racleur 5 et la plaque de décharge 1. Un élément agitateur supplémentaire 8, qui présente une distance minimale par rapport à la plaque de décharge qui fait le double du diamètre maximal des galets de broyage et qui s'étend presque jusqu'à la paroi interne 3 du récipient, assure la décharge libre par les fentes latérales 4, se trouvant dans la paroi de récipient, et par les fentes externes de la plaque de décharge 1. La suppression des fentes de décharge, au centre de la plaque de décharge 1, permet un centrage de l'arbre agitateur au moyen d'un cône de centrage 9 qui est logé au moyen d'un palier axial 10, côté fond. Ce palier supplémentaire assure une marche calme de l'arbre agitateur tout en présentant une exactitude de il révolution élevée. Etant donné que les entraînements de l'agitateur présentent constamment deux paliers et sont conçus pour un montage en porte-à-faux, l'accouplement 11 est élastique quand l'arbre de l'agitateur est centre. La décharge du broyeur peut s'effectuer en chute libre par des trappes de déchargement (non représentées) ou une roue de déblayage 12. La roue de déblayage 12 peut être entraînée séparément ou par l'intermédiaire de l'arbre agitateur, tel que représenté à la fig. 3. Il est également possible d'entraîner le broyeur agitateur à galets par le fond. Dans ce cas, l'arbre agitateur est guidé à travers la plaque de décharge 1 et est protégé de la poussière par de l'air bloquant (non représenté). Le logement de l'arbre agitateur s'effectue en aval de la plaque de décharge 1 ou est assuré par l'engrenage à utiliser. Cette variante de l'entraînement est avantageuse dans le cas de hauteur de construction faible et pour des puissances d'entraînement importantes supérieures à 400 kW. La paroi interne 3 du récipient de broyage est protégée par des plaques d'usure 13 en acier, en acier moulé résistant à l'usure ou en céramique. Ces plaques d'usure 13 sont munies d'un bourrelet qui forme, dans le sens de la périphérie, un anneau fermé si bien que la matière à broyer, s'écoulant vers le bas le long de la paroi interne 3 du récipient de broyage, est comprimée vers l'intérieur et, ce, ensemble avec les galets de broyage. De cette manière, des courants de court-circuit sont évités directement contre la paroi interne 3 du récipient de broyage. Revendications: 1 - Procédé pour le broyage d'une matière à broyer, de préférence pour broyage fin à très fin de la matière préconcassée, caractérisée en ce qu'après son préconcassage à un grain primaire, présentant un refus de criblage (R) d'un maximum de 3 %, à une largeur de maille de 500 un ou à une superficie spécifique mesurée selon Blaine, d'au moins 1600 cm2/g, de préférence de 2500 à 4000 cm2/g, la matière à broyer préconcassée est broyée à la finesse de mouture du produit fini (19) par broyage par friction au moyen d'un broyeur agitateur à galets (16). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière broyée à la finesse du produit fini est déchargée dans la zone du fond du broyeur agitateur vertical à galets. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le prébroyage s'effectue dans une presse à rouleaux respectivement un broyeur à cylindres à haute pression respectivement dans un broyeur à rouleaux respectivement dans un broyeur pulvérisateur à galets MPS (ou broyeur Bowl-Mill). 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le broyeur agitateur à galets est actionné en continu, en mouvement circulaire sans séparateur d'air, ou en mouvement circulaire avec séparateur d'air à haute puissance. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans la zone de fond du broyeur agitateur à galets, un fluide est soufflé, de préférence, de l'air pour assister la décharge de la matière. 6 - Installation de broyage, comprenant un dispositif de broyage dont le produit déchargé est moulu à la finesse de mouture du produit fini dans un broyeur secondaire, caractérisée en ce que le broyeur est conçu comme un broyeur agitateur à galets connu en soi équipé d'un agitateur à vis sans fin (2) à pas unique ou multiple, qui est disposé, côté fond, sur une plaque de décharge (1) respectivement d'usure munie d'ouvertures de décharge, de préférence de fentes de décharge, les ouvertures de décharge étant disposées dans la zone de la périphérie des pas de vis sans fin de l'agitateur à vis sans fin (2) et de la paroi interne (3) du récipient. 7 - Installation de broyage selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'en utilisant des galets de broyage, dont le diamètre est supérieur à 15 mm, les ouvertures de décharge sont réparties dans la plaque de décharge (1) sur toute la section transversale. 8 - Installation de broyage selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que des ouvertures, s'élargissant vers l'extérieur de préférence coniquement, sont disposées, sous forme de fentes de décharge (4), dans la paroi interne (3) du récipient, juste au-dessus de la plaque de décharge (1). 9 - Installation de broyage selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'un tube distributeur (6) est disposé dans la zone inférieure du broyeur agitateur à galets, de manière à assurer l'amenée de l'air de fluidification. - Installation de broyage selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que l'agitateur à vis sans fin (2) est associé, côté fond, à un ou plusieurs éléments agitateurs (8) dont la distance par rapport à la plaque de décharge (1) est au moins deux fois plus grande que le diamètre maximal du corps de broyage et en ce qu'il existe un faible écart entre le bord externe de l'élément agitateur (8) et la paroi interne (3) du récipient. 11 - Installation de moulure selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que l'arbre de l'agitateur à vis sans fin (2) est logé, par deux fois, en porte-à-faux du côté de l'entraînement quand ce dernier est placé en haut, ou est logé en plus côté fond, auquel cas l'arbre de l'agitateur est relié, par l'intermédiaire d'un accouplement élastique (11), à l'entraînement de l'agitateur. 12 - Installation de broyage selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que l'entraînement est disposé côté fond et l'arbre agitateur est logé en aval de la plaque de décharge (1). 13 - Installation de broyage selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisée en ce qu'en aval de la plaque de décharge (1) est disposée une trappe de déchargement ou une roue de déblayage (12) rotative qui est entraînée séparément ou qui est reliée à l'arbre agitateur. 14 - Installation de broyage selon l'une des revendication 6 à 13, caractérisée en ce que la paroi interne (3) du récipient est revêtue de plaques d'usure (13), de préférence, en acier moulé résistant à l'usure ou en céramique et en ce que les plaques d'usure (13) sont munies d'un bourrelet qui forme, dans le sens périphérique de la paroi interne (3) du récipient, un anneau fermé.