Brevet FR2760676A1 — publié le 19980918

1) Installation pour la fabrication de céramiques La présente invention concerne une installation pour la fabrication à l'échelle industrielle de céramiques, telles que briques, tuiles ou similaires.2) Les installations pour la fabrication de céramiques, encore appelées groupes d'étirage sous vide ou mouleuses à malaxeur dégazeur incorporé, sont largement utilisées, en particulier dans des briqueteries. Le principe de25 fonctionnement de telles installations connues, dont un exemple est représenté à la figure 1, est le suivant. La matière à profiler, par exemple de l'argile dans le cas de fabrication de briques, est introduite en continu dans l'auge d'un malaxeur équipé d'un ou plusieurs arbres30) rotatifs à hélices 30 qui font passer l'argile à travers une grille 31. Cette grille a pour but d'arrêter éventuellement des impuretés, de réduire l'argile elle-même en fragments se présentant le plus souvent sous forme de filaments tréfilés, mais essentiellement d'assurer35 l'étanchéité entre le malaxeur et la chambre à vide. Le tréfilage a pour objet de faciliter une opération de dégazage ultérieure de l'argile. En effet, l'argile sortant de la grille sous forme de filaments tombe au fond d'une chambre étanche 34 qu'elle traverse à l'aide de piocheurs 32 qui rompent et transfèrent l'argile jusqu'à une extrudeuse à vis 33 apte à faire passer l'argile à travers des filières profilées de façon appropriée suivant la forme voulue du produit final extrudé. L'argile, ayant traversé de façon continue et en fragments dimensionnellement irréguliers la chambre à vide 34, est démunie d'une grande partie de l'air qu'elle contenait. Ce dégazage permet d'obtenir des produits extrudés d'une qualité meilleure et10) plus homogène. Il est à noter que l'étanchéité de la chambre 34 au niveau de l'arbre est assurée par des joints à lèvre représentés en 35. Une telle installation est représentée partiellement en vue de dessus à la figure 1 et est décrite en partie dans le brevet FR-A-2.252.739. Le problème de telles installations réside d'une part dans leur complexité, en raison de la multitude de pièces utilisées, d'autre part, dans la lourdeur des opérations de maintenance. En effet, du fait2) de la conception de telles installations, il se produit un certain nombre de bouchages au niveau de la grille 31 de la chambre à vide 34. Il est donc nécessaire de nettoyer fréquemment cette grille, voire de la remplacer par une grille propre. La conception de l'unité de dégazage25 entraîne l'accumulation de fragments d'argile dans le fond de la chambre à vide 34 étanche. Ces fragments adhèrent aux parois et une fois secs, il se détachent et n'arrivent pas à se réhumidifier suffisamment pour se mélanger au reste de l'argile, ce qui occasionne un bouchage au niveau de la ) filière. L'opération de fragmentation est réalisée de manière telle qu'il ne peut être garanti une qualité homogène du vide réalisé. En effet, selon la dimension des fragments, on obtiendra une efficacité du vide variable. Cette efficacité est donc aléatoire. Enfin, on constate,35 comme le montre la figure 1, que la vis 30 du malaxeur et la vis 33 de l'extrudeuse sont deux vis indépendantes entraînées chacune en rotation par un groupe motoréducteur indépendant. Il en résulte des opérations de maintenance plus lourdes et un coût plus élevé de l'installation car il faut prévoir, pour chacune des vis, des pièces de support et d'étanchéité dans la chambre à vide 34. Le but de la présente invention est donc de proposer une installation d'un nouveau type pour la fabrication à l'échelle industrielle de céramiques, telles que briques, tuiles ou similaires, dont le nombre de pièces est réduit et dont la conception est telle que toute accumulation de 1 fragments de matière sèche dans le fond de la chambre de l'unité de dégazage est empêchée. Un autre but de la présente invention est de fournir une installation comportant des moyens aptes à fournir avant extrusion des fragments de matière dimensionnellement réguliers pour accroître l'efficacité du dégazage et garantir sa régularité de manière à obtenir en sortie de filière des produits de qualité constante. 2) Un autre but de l'invention est encore de fournir une installation dont les arrêts de production sont limités en raison de l'absence de risque de rupture d'étanchéité à l'intérieur de la chambre à vide durant le cycle de production du fait de l'absence de pièces telles que des25 joints nécessaires à la réalisation de cette étanchéité. A cet effet, l'invention a pour objet une installation pour la fabrication à l'échelle industrielle de céramiques, telles que briques, tuiles ou similaires, du type30) comprenant au moins un malaxeur à vis, constitué d'une vis montée à rotation à l'intérieur d'une auge, suivi d'une unité de dégazage de la matière provenant du malaxeur, cette unité comprenant au moins une chambre soumise à une action de vide et des moyens de fragmentation de la35 matière, cette unité étant suivie d'une extrudeuse constituée d'une vis montée à rotation à l'intérieur d'une auge, cette extrudeuse convoyant la matière mélangée et dégazée jusqu'à une filière à travers laquelle la matière est mise en forme, caractérisée en ce que la chambre de l'unité de dégazage renferme une vis organisée autour d'un axe commun aux vis du malaxeur et de l'extrudeuse, cet axe étant constitué par un seul et même arbre rotatif, de préférence plein, portant l'ensemble des pièces d'usure de l'installation, telles que pale(s), hélice(s) et organe(s) de fragmentation, montées de manière amovible sur ledit arbre. Grâce à la conception d'une unité de dégazage ou unité de désaération à vis, la vis de l'unité de dégazage peut à la fois être utilisée comme organe de fragmentation, comme organe de raclage et comme organe assurant l'étanchéité à l'intérieur de ladite chambre à vide de l'unité de dégazage. Toutes ces fonctions peuvent donc être remplies par un seul et même élément, ce qui simplifie de manière notable la construction et la conception d'une telle installation. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, l'arbre portant les pièces d'usure est monté en porte-à- faux depuis un motoréducteur d'entraînement en rotation dudit arbre jusqu'à la bouche porte-filière de l'installation.25 L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels: ) la figure 1 représente une vue de dessus d'une installation conforme à l'état de la technique; la figure 2 représente une vue schématique de côté en coupe de l'ensemble d'une installation; la figure 3 représente une vue de dessus partiellement en coupe de la liaison entre arbre de l'installation et arbre du groupe motoréducteur; la figure 4 représente une vue en perspective en position éclatée des éléments portés par l'arbre au niveau de la chambre de l'unité de dégazage et la figure 5 représente une vue en coupe transversale d'une partie du malaxeur et de l'unité de désaération en position assemblée des éléments. L'installation, objet de l'invention, est utile pour la fabrication à l'échelle industrielle de céramiques, en particulier de briques. Par fabrication à l'échelle industrielle, on entend une installation capable de produire quelques dizaines de tonnes à une centaine de15 tonnes par heure de produit extrudé. Une telle installation est généralement destinée à s'inscrire dans une chaîne de production plus complète comprenant en amont de l'installation un système d'alimentation en continu de l'installation en matière à traiter et en aval de20 l'installation au moins une unité de découpe des produits découpant les produits à la dimension désirée, les autres dimensions étant obtenues par la filière, et une unité de séchage et éventuellement de cuisson des produits. Ces unités amont et aval à l'installation ne seront pas25 décrites ci-après car elles sont bien connues de l'homme de l'art. L'installation, objet de l'invention, permet la réalisation de trois opérations, à savoir un malaxage de la matière, un30 dégazage sous vide de la matière et une extrusion de la matière à travers une filière en vue de sa mise en forme. Le malaxeur 1, intégré à l'installation, est un malaxeur en soi connu. Ce malaxeur, appelé malaxeur à vis, est constitué d'un arbre 4 portant un pas hélicoïdal 6 à une35 extrémité et des pales 5 sur le reste de sa longueur. Le pas hélicoïdal et les pales sont délimités au moyen de pièces d'usure montées amovibles sur ledit arbre 4. Généralement, ces pièces d'usure se présentent sous forme de deux demi-coquilles destinées à être assemblées par des moyens de liaison appropriés autour de l'arbre 4. La vis ainsi constituée est montée à rotation à l'intérieur d'une auge 15. Cette auge 15 est généralement ouverte sur le5 dessus de manière à permettre l'alimentation en continu du malaxeur en matière à traiter. Cette matière est généralement portée par une bande transporteuse qui, au cours de son défilement, amène par gravité la matière à l'intérieur de l'auge 15. La matière ainsi amenée à10 l'intérieur de l'auge est malaxée par les pales 5 du malaxeur 1 avant d'être amenée dans la portion du malaxeur équipée d'hélices 6. Dans cette portion du malaxeur, les parois de l'auge 15 du malaxeur 1 convergent pour délimiter une bouche de compression 25 dont le rôle sera décrit ci-15 après. Le malaxeur 1 peut éventuellement être doté d'une rampe de mouillage et/ou d'une tuyauterie par vapeur pour permettre l'addition d'adjuvants tels que de l'eau à l'intérieur de la matière. L'arbre 4 porte-pales 5 et porte-hélices 6 du malaxeur 1 est entraîné en rotation au moyen d'un groupe motoréducteur 23. Ce groupe motoréducteur 23 est disposé à l'extérieur du malaxeur en amont de ce dernier dans le sens d'avancement de la matière à l'intérieur du malaxeur.25 Ce malaxeur 1 est suivi d'une unité 2 de désaération de la matière provenant du malaxeur 1. Cette unité 2 de désaération, qui sera décrite plus en détail ci-après, comprend une chambre 21 soumise à une action de vide au30 moyen d'une pompe à vide 11 reliée à ladite chambre et des moyens de fragmentation de la matière disposés en entrée de ladite chambre. Cette unité de dégazage 2 est suivie d'une extrudeuse 3 constituée, de manière classique, d'une vis montée à rotation à l'intérieur d'une auge 14. Cette extrudeuse 3 convoie la matière mélangée et dégazée jusqu'à une filière 22 à travers laquelle la matière est mise en forme. L'auge 14 est formée, de manière en soi connue, de deux demi- coquilles assemblées par des moyens de liaison appropriés, ces demicoquilles étant susceptibles de pivoter autour d'un axe sensiblement vertical pour permettre leur ouverture par pivotement dans la zone de l'extrudeuse opposée à celle portant la filière 22. Une telle articulation facilite ainsi l'accès à la vis de l'extrudeuse. Cette vis est constituée d'un arbre 4 et de pièces d'usure 13 en forme d'hélice de manière à constituer un pas de vis hélicoïdal continu permettant l'avancement de la matière à travers l'auge 14. L'auge 14 ainsi réalisée ménage en sortie une bouche portant la filière 22 de l'installation. La vis de l'extrudeuse est également entraînée à rotation au moyen d'un groupe motoréducteur, en l'occurrence dans l'exemple représenté, le groupe motoréducteur 23, entraînant en rotation la vis du malaxeur. Les conceptions du malaxeur 1 et de l'extrudeuse 3 ne présentent en soi aucune caractéristique nouvelle. A l'inverse, l'unité de dégazage 2 est plus particulièrement caractéristique de l'invention. La chambre 21 placée sous vide de l'unité de dégazage 2 renferme une vis organisée autour d'un axe commun aux vis du malaxeur 1 et de25 l'extrudeuse 3. Cette portion de vis est en particulier représentée à la figure 5. Cette portion de vis est constituée d'une portion de l'arbre 4 et de pièces d'usure 7 qui ménagent sur ledit arbre un pas hélicoïdal permettant l'avancement de la matière à travers ladite chambre à vide 21. La pompe à vide 11, disposée en dehors de l'installation, est reliée à ladite chambre 21 de manière à déboucher radialement dans ladite chambre, comme le montre la figure 5. Du fait de la disposition alignée du malaxeur 1, de l'unité de dégazage 2 et de l'extrudeuse 3, l'axe commun, autour duquel sont organisés le malaxeur 1, l'unité de dégazage 2 et l'extrudeuse 3, est constitué par un seul et même arbre rotatif 4. Pour des raisons de résistance mécanique, cet arbre est de préférence un arbre plein. Du fait de la conception en ligne de cette installation et de l'utilisation d'un seul et même arbre 4, qui constitue à la fois l'arbre du malaxeur 1, l'arbre de l'extrudeuse 3 et l'arbre de l'unité de dégazage 2, il est nécessaire de disposer l'ensemble des pièces d'usure nécessaires au fonctionnement du malaxeur 1, de l'unité de dégazage 2 et de l'extrudeuse 3, de manière amovible sur cet arbre. I() Comme le montrent les figures 2 et 3, cet arbre 4, qui porte l'ensemble des pièces d'usure de l'installation, est monté en porte-à-faux depuis le motoréducteur 23 d'entraînement en rotation de l'arbre jusqu'à la bouche15 porte-filière 22 de l'installation. Grâce à ce montage, on évite la présence de paliers au contact de la matière, ce qui réduit les opérations de maintenance et par suite d'arrêt de production. En outre, l'arbre 4, qui porte les pièces d'usure, représentées en 5, 6, 9, 10 et 13, de20 l'installation, entraîné en rotation au moyen du groupe motoréducteur 23 est sectionné par rapport à l'arbre de sortie 16 du groupe motoréducteur 23. La jonction entre les deux sections d'arbre 4 et 16 est assurée au moyen d'un arbre intermédiaire 17 couplé à l'arbre de sortie 16 du25 réducteur et recevant à emmanchement coulissant l'arbre 4 portant les pièces d'usure. Cet emmanchement est représenté à la figure 3. Ce même arbre intermédiaire 17 est supporté par au moins un palier porteur encaissant les efforts radiaux et axiaux de l'arbre 4 porte-pièces d'usure. En30 l'occurrence, dans l'exemple représenté à la figure 3, cet arbre intermédiaire 17 est équipé d'une butée 18 constituant un palier porteur encaissant les efforts axiaux de l'arbre et des roulements 19 constituant des paliers porteurs encaissant les efforts radiaux de l'arbre 4 porte-35 pièce d'usure. Cet arbre intermédiaire 17 est couplé à l'arbre 16 de sortie du réducteur au moyen d'un organe de fixation traversant 20, tel qu'une vis, comme le montre la figure 2. Cet organe de fixation traversant 20 vient également en prise à l'intérieur d'un taraudage de préférence central de l'arbre 4. Grâce à un tel couplage de l'arbre 4 à l'arbre de sortie 16 du groupe motoréducteur 23, il devient particulièrement aisé de démonter l'arbre 4. En effet, il suffit, comme cela peut être compris à partir de la figure 2, d'enlever au moins une partie des pièces d'usure de l'arbre, d'ouvrir l'auge de l'extrudeuse 3, de dévisser l'organe de fixation 20 et d'extraire l'arbre 4 par coulissement au moyen d'un dispositif de manipulation approprié. De ce fait, la réparation ou le changement d'un tel arbre 4 devient rapide et aisée. Parmi les pièces d'usure dont est équipé l'arbre 4, il doit être noté la présence d'au moins un organe de fragmentation 9. Cet organe de fragmentation 9 est constitué d'une grille affectant ici la forme d'une roue à rayons comme le montre la figure 4. Cet organe de fragmentation 9 porté par l'arbre 4 est disposé en entrée de la chambre 21 de l'unité de dégazage 2. Cet organe de fragmentation 9 coopère avec20 la portion de vis hélicoïdale contenue dans la chambre de désaération 21 de manière à obtenir un raclage continu des parois de la chambre 21 en empêchant ainsi tout colmatage de la chambre. En effet, la portion terminale radiale 8 de la vis hélicoïdale contenue dans la chambre à vide 21 de25 l'unité de dégazage 2 vient à affleurement contre le plan de l'organe de fragmentation 9. Cette extrémité terminale radiale 8 de la vis présente une ouverture 12 en forme de secteur hélicoïdal pour permettre une libre traversée de la matière fragmentée en direction de l'extrudeuse 3. On évite30 ainsi toute surpression au cours de la fragmentation. Ce secteur hélicoïdal représente sensiblement un tiers de la surface du pas hélicoïdal. En outre, il est prévu, dans la zone évidée 12 de la vis, un talon 24 formant entretoise entre le plan du pas de vis et le plan de l'organe de35 fragmentation 9. Ainsi, en fonction de la position de la vis rotative, les fragments de matière sortant de l'organe de fragmentation 9 peuvent librement tomber au fond de la chambre à vide 21 lorsque la sortie de ces fragments de la grille 9 s'opère au moment o la vis est dans une position du type de celle représentée à la figure 4. Le sens de rotation de la vis est représenté par une flèche dans cette figure 4. On n'observe aucun blocage de matière entre la 5 surface arrière du pas de vis et le plan de l'organe de fragmentation 9. La matière ayant ainsi librement chuté et reposant sur la paroi de fond de la chambre à vide 21 de l'unité de dégazage 2 est alors reprise au tour suivant de la vis. Ainsi, l'hélice de la vis dans la chambre à vis 2110 de l'unité de dégazage permet, du fait de sa conception, de racler les parois de la chambre en évitant ainsi tout colmatage et tout risque de surpression à l'intérieur de ladite chambre. Une fois la matière reprise par le pas de vis de la portion de vis disposée dans la chambre 21, cette15 matière est amenée au moyen de cette même vis dans la zone d'extrusion. On note que les parois délimitant la chambre à vide 21, de préférence circulaire, sont disposées dans le prolongement20 des parois de l'auge de l'extrudeuse 3. En entrée de la chambre 21 de l'unité de dégazage 2, l'opération de fragmentation peut s'effectuer suivant un grand nombre de modes de réalisation. Dans l'exemple25 représenté, la grille 9 rotative coopère avec un peigne 10, affectant la forme d'une roue crénelée intérieurement comme le montre la figure 4, ce peigne étant disposé en amont de la grille dans le sens d'avancement de la matière, de manière à obtenir un cisaillement systématique de la30 matière en fragmentant cette dernière de manière régulière sur le plan dimensionnel. Cette fragmentation régulière est particulièrement importante pour empêcher tout risque de colmatage au niveau de la vis hélicoïdale logée à l'intérieur de la chambre à vide 21.35 Il est à noter que l'hélice 7 de la vis disposée à l'intérieur de la chambre à vide 21 pourrait également être utilisée comme organe de fragmentation sous réserve que la 1I grille 9 soit une grille statique. La matière passant à travers la grille serait alors systématiquement fragmentée au cours de la rotation de la portion de vis logée à l'intérieur de la chambre 21. Les organes de fragmentation 9 et 10 peuvent être formés d'une seule pièce ou réalisés en plusieurs éléments, comme le montre la figure 4. La conformation des parois de l'auge 15 du malaxeur 1 est telle que le malaxeur est terminé par une bouche de 1) compression 25 située immédiatement en amont de l'organe de fragmentation 9 ou des organes de fragmentation 9 et 10 lorsque l'installation est équipée d'au moins deux organes de fragmentation. A l'inverse, la chambre 21 de l'unité de dégazage 2, en combinaison avec la portion de vis 4, 715 logée à l'intérieur de ladite chambre 21, constitue une chambre de détente. Ceci est lié également à la configuration des parois de la chambre 21 et du pas hélicoïdal choisi pour la vis à l'intérieur de la chambre 21. En effet, on note que ce pas est beaucoup plus plat que le pas de la vis du malaxeur. Ceci permet ainsi d'éviter les entraînements de matière en direction de la pompe à vide 11 à laquelle est reliée la chambre étanche 21. Ainsi, la portion de vis à l'intérieur de la chambre 21 remplit une troisième fonction de par sa configuration qui est25 d'empêcher l'entraînement de matière en direction de la pompe à vide. L'étanchéité entre la chambre de malaxage délimitée par l'auge 15 du malaxeur et la chambre d'extrusion délimitée30) par l'auge 14 de l'extrudeuse est obtenue par la présence de la masse de matière transportée à travers la chambre 25. En effet, cette matière est mise en pression par les hélices 6 formant la vis hélicoïdale et forme ainsi un tampon d'étanchéité. Ainsi, à nouveau, grâce à cette35 conception d'une unité de dégazage 2 à vis, toutes les pièces d'étanchéité telles que joint ou similaire utilisées dans les installations connues peuvent être supprimées. REVENDICATIONS 1. Installation pour la fabrication à l'échelle industrielle de céramiques, telles que briques, tuiles ou similaires, du type comprenant au moins un malaxeur à vis (1), constitué d'une vis (4, 5, 6) montée à rotation à l'intérieur d'une auge (15), suivi d'une unité (2) de dégazage de la matière provenant du malaxeur (1), cette unité (2) comprenant au moins une chambre (21) soumise à une action de vide et des moyens de fragmentation (9, 10) de la matière, cette unité (2) étant suivie d'une extrudeuse (3) constituée d'une vis (4, 13) montée à rotation à l'intérieur d'une auge (14), cette extrudeuse (3) convoyant la matière mélangée et dégazée jusqu'à une filière (22) à travers laquelle la matière est mise en forme, caractérisée en ce que la chambre (21) de l'unité de dégazage (2) renferme une vis (4, 7) organisée autour d'un axe commun aux vis (4, 5, 6) et (4, 13) du malaxeur (1) et20 de l'extrudeuse (3), cet axe étant constitué par un seul et même arbre rotatif (4), de préférence plein, portant l'ensemble des pièces d'usure de l'installation, telles que pale(s) (15), hélice(s) (6, 13) et organe(s) (9, 10) de fragmentation, montées de manière amovible sur ledit arbre25 (4). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre (4) portant les pièces d'usure est monté en porte-à-faux depuis un motoréducteur30 (23) d'entraînement en rotation dudit arbre jusqu'à la bouche porte- filière (22) de l'installation. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre (4) portant les pièces d'usure (5, 6, 9, 10, 13) de l'installation, entraîné en rotation au moyen d'un groupe motoréducteur (23), est sectionné par rapport à l'arbre de sortie (16) du groupe motoréducteur (23), la jonction entre les deux sections d'arbre (4) et (16) étant assurée au moyen d'un arbre intermédiaire (17) couplé à l'arbre de sortie (16) du réducteur et recevant à emmanchement coulissant l'arbre (4) portant les pièces d'usure, ce même arbre intermédiaire (17) étant supporté par au moins un palier (18, 19) porteur encaissant les efforts radiaux et axiaux de l'arbre (4) porte-pièces d'usure. 4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée de la chambre (21) de l'unité de dégazage (2) comporte un organe de fragmentation (9) coopérant avec la portion de vis hélicoïdale (4, 7, 8) contenue dans la chambre de désaération (21) de manière à obtenir un raclage continu des parois de ladite chambre15 (21) en empêchant ainsi tout colmatage de la chambre. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la portion terminale radiale (8) de la vis (4, 7) logée dans la chambre (21) de dégazage vient20 à affleurement contre le plan de l'organe de fragmentation (9). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'extrémité terminale radiale (8) de la vis présente une ouverture (12) en forme de secteur hélicoïdal pour permettre une libre traversée de la matière fragmentée en direction de l'extrudeuse (3). 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'il est prévu, dans la zone évidée (12) de la vis, un talon (24) formant entretoise entre le plan du pas de vis et le plan de l'organe de fragmentation (9). 8. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'organe de fragmentation (9) rotatif est une grille qui coopère avec un peigne (10) disposé en amont de la grille dans le sens d'avancement de la matière de manière à obtenir un cisaillement systématique de la matière en fragmentant cette dernière de manière régulière sur le plan dimensionnel. 9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le malaxeur (1) est terminé par une bouche de compression (25) située immédiatement en amont du ou des organe(s) de fragmentation (9, 10), tandis que la chambre (21) de l'unité de dégazage (2), en combinaison10 avec la portion de vis (4, 7) logée à l'intérieur de ladite chambre (21), constitue une chambre de détente pour éviter les entraînements de matière en direction d'une pompe à vide (11) à laquelle est reliée ladite chambre étanche (21).