Brevet FR2983418A1 — publié le 20130607

L'invention concerne un broyeur par compression de lit de matières, usuellement dénommé broyeur horizontal à galet. Un tel broyeur trouve une application particulière pour le broyage de matières minérales, non limitativement, pour la fabrication de clinker de ciment et pour la fabrication de ciment. Les documents EP-0.486.371 et EP-0.934.120 décrivent un tel type de broyeur qui comprend un cylindre tournant suivant un axe horizontal, et dont la paroi intérieure constitue une piste de roulement pour un rouleau de broyage, d'axe de rotation parallèle à l'axe du cylindre, appliqué sous forte pression sur la piste de roulement. La matière est alimentée à l'une des extrémités du cylindre et ressort à l'autre extrémité. Sous l'effet de la rotation du cylindre, la matière passe plusieurs fois entre la piste de roulement et le rouleau de broyage, et il est connu de contrôler le nombre de passages grâce à des dispositifs d'avance de 15 matières, tels que ceux décrits dans les documents mentionnés plus haut. Dans un tel broyeur, la matière avance d'une extrémité à l'autre du cylindre en subissant les actions de broyage successif. Ainsi la granulométrie de la matière est plus grossière dans la partie du broyeur située près de l'extrémité de l'entrée, que dans la partie du broyeur située près de 20 l'extrémité de la sortie. Classiquement la matière alimentée dans le broyeur possède une granulométrie grossière, avec une taille maximale de grain pouvant atteindre 120 mm. Par l'effet du fonctionnement des systèmes de manutention, le débit des matières est sujet à des fluctuations, et la répartition 25 granulométrique est hétérogène. Ceci induit des variations de la constitution et de l'épaisseur du lit de matières et, de ce fait, des variations de la réaction des forces exercées par le rouleau de broyage qui se traduisent par des vibrations du broyeur. Ces vibrations créent des sollicitations mécaniques qui 30 participent à la réduction de la durée de vie des constituants de la machine, voire des éléments voisins dans l'atelier de broyage. Le but de la présente invention est de proposer un broyeur à cylindre horizontal qui pallie les inconvénients précités, dont la durée de vie est augmentée par rapport aux broyeurs à cylindre horizontal connus de l'état de la technique. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de broyage mis en oeuvre par un broyeur conforme à l'invention. D'autres buts et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Aussi l'invention est relative à un broyeur par compression de lit de matières, comprenant : - un cylindre à axe horizontal dont la paroi intérieure comporte une piste de roulement pour un rouleau de broyage, disposé intérieur audit cylindre, - des moyens pour entraîner en rotation le cylindre autour de son axe, - ledit rouleau de broyage, d'axe parallèle à celui de l'axe du cylindre, - des moyens pour appliquer ledit rouleau de broyage contre la piste de roulement dudit cylindre, - une entrée pour l'alimentation de matière à broyer située à l'une des extrémités dudit cylindre et une sortie pour la matière broyée à l'autre extrémité dudit cylindre. Selon l'invention, ledit broyeur comprend : - un rouleau égalisateur, disposé en amont dudit rouleau de broyage suivant le sens de rotation dudit cylindre, - des moyens de maintien du rouleau égalisateur, à proximité et à distance de la piste de roulement dudit cylindre, de telle façon que, lors de chaque tour de cylindre, la matière passe 30 successivement sous le rouleau égalisateur puis sous le rouleau de broyage, ledit rouleau égalisateur exerçant sur le lit de matières une pression qui égalise sa surface, inférieure à la pression exercée par ledit rouleau de broyage sur ledit lit de matières. Selon des caractéristiques optionnelles de l'invention, prises seules ou en combinaison : - le rouleau égalisateur est libre de rotation, apte à être entrainé en rotation autour de son axe grâce aux frottements avec le lit de matières ; - le broyeur présente des moyens moteurs pour entraîner en rotation le rouleau égalisateur de telle sorte que sa vitesse périphérique soit égale à la vitesse moyenne du lit de matières sur lequel ledit rouleau égalisateur est destiné à s'appliquer ; - le broyeur est destiné à traiter des grains de taille maximale comprise entre 1 mm et 120 mm et dans lequel le diamètre du rouleau égalisateur est compris entre 100 mm et 660 mm ; - lesdits moyens de maintien du rouleau égalisateur comprennent des moyens d'articulation, aptes à autoriser le déplacement dudit rouleau égalisateur selon une direction sensiblement radiale vers l'axe dudit cylindre et des moyens élastiques contraignant ledit rouleau égalisateur dans le sens opposé, vers la piste de roulement ; - lesdits moyens de maintien dudit rouleau égalisateur assurent le maintien dudit rouleau égalisateur par ses deux extrémités, lesdits moyens de maintien comportant deux bras, chacun articulé, d'une part, à l'une des extrémités dudit bras audit rouleau égalisateur, suivant l'axe dudit rouleau égalisateur et, d'autre part, à l'autre extrémité dudit bras à un bâti dudit broyeur, suivant un axe de rotation parallèle à l'axe dudit cylindre ; - la longueur dudit rouleau égalisateur est supérieure ou égale à la longueur dudit rouleau de broyage, ledit rouleau égalisateur étant disposé en correspondance dudit rouleau de broyage suivant la longueur du cylindre ; - le broyeur présente des moyens pour contrôler le déplacement de la matière sur la longueur dudit cylindre de sorte que ladite matière ne parcourt qu'une fraction de longueur du cylindre à chaque tour de cylindre et passe plusieurs fois entre le cylindre et le rouleau de broyage, depuis ladite entrée d'alimentation de matières à broyer jusqu'à ladite sortie de matières broyées et dans lequel la distance entre la surface dudit rouleau égalisateur et la piste de roulement est variable suivant la longueur dudit cylindre, décroissante de ladite entrée vers ladite sortie ; - lesdits moyens pour appliquer ledit rouleau de broyage contre la piste de roulement dudit cylindre sont tels que le rouleau de broyage exerce sur le lit de matières une pression moyenne comprise entre 10 MPa et 40 MPa et lesdits moyens de maintien du rouleau égalisateur sont tels que le rouleau égalisateur exerce sur le lit de matières une pression inférieure à 10 MPa, de préférence inférieure à 1 MPa ; - l'axe de rotation du rouleau égalisateur est parallèle à l'axe dudit cylindre. L'invention concerne également un procédé de broyage par compression de lit de matières mis en oeuvre au moyen d'un broyeur conforme à l'invention et dans lequel on alimente ledit broyeur en une matière d'une taille maximale de grain déterminé et on choisit le diamètre dudit rouleau égalisateur de la manière suivante : - compris entre 2 fois et 6 fois ladite taille maximale des grains à broyer si, sous cette condition, le diamètre de rouleau égalisateur est supérieur ou égal à 0,15 fois le diamètre du rouleau de broyage et, autrement, - au moins égal à 0,15 fois le diamètre du rouleau de broyage. L'invention concerne également un procédé de broyage par compression de lit de matières mis en oeuvre au moyen d'un broyeur conforme à l'invention, dont les moyens de maintien comportent lesdits moyens d'articulation et dans lequel on alimente ledit broyeur en une matière d'une taille maximale de grain déterminé et on ajuste la course de déplacement dudit rouleau égalisateur de telle sorte à maintenir la surface du rouleau égalisateur à une distance de la piste de roulement comprise entre 0,5 fois et 3 fois la taille maximale des grains à broyer. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un broyeur conforme à l'invention, selon une coupe verticale, illustrant le cylindre et le rouleau de broyage (rouleau égalisateur non visible). - la figure 2 est une vue schématique de côté du broyeur selon la figure 1. - la figure 3 est une vue schématique du broyeur selon la figure 2, illustrant plus particulièrement lesdits moyens de maintien dudit rouleau égalisateur, selon un mode de réalisation non limitatif. - la figure 4 est une vue en coupe d'un broyeur conforme à l'invention selon un second mode de réalisation, illustrant le cylindre et le rouleau égalisateur (rouleau de broyage non visible). Aussi l'invention concerne un broyeur 1 par compression de lit de matières 5, comprenant : - un cylindre 2 à axe A horizontal dont la paroi intérieure comporte une piste de roulement 20 pour un rouleau de broyage 3, disposé intérieur audit cylindre 2, - des moyens pour entraîner en rotation le cylindre autour de son axe A, - ledit rouleau de broyage 3, d'axe parallèle à celui de l'axe A du cylindre 2, - des moyens pour appliquer ledit rouleau de broyage 3 contre la piste de roulement 20 dudit cylindre 2, - une entrée 7 pour l'alimentation de matière à broyer située à l'une des extrémités dudit cylindre 2 et une sortie 8 pour la matière broyée à l'autre extrémité dudit cylindre 2. Lesdits moyens pour entraîner en rotation le cylindre 2 peuvent 30 comprendre un motoréducteur dont l'axe de sortie présente un pignon couplé à une couronne dentée, solidaire de la paroi extérieure du cylindre 2. Lesdits moyens pour appliquer ledit rouleau de broyage 3 contre la piste de roulement 20 peuvent comprendre des glissières guidant les extrémités du rouleau de broyage 3, ainsi que des vérins ou des ressorts aptes à exercer sur les extrémités du rouleau de broyage 3 des efforts qui sont transmis au rouleau de broyage 3. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens pour appliquer ledit rouleau de broyage 3 contre la piste de roulement 20 dudit cylindre 2 sont tels que le rouleau de broyage 3 exerce sur le lit de matières 5 une pression moyenne comprise entre 10 MPa et 40 MPa. De préférence, le broyeur présente des moyens (non illustrés) pour contrôler le déplacement de la matière sur la longueur dudit cylindre 2 de sorte que ladite matière ne parcourt qu'une fraction de longueur du cylindre 2 à chaque tour de cylindre 2 et passe plusieurs fois entre le cylindre 2 et le rouleau de broyage 3 depuis ladite entrée 7 d'alimentation de matière à broyer jusqu'à ladite sortie 8 de matière broyée. Ces moyens peuvent comprendre un dispositif destiné à assurer l'avance de la matière, d'une extrémité à l'autre du cylindre 2 tel que notamment décrit dans le document EP-0.486.371 ou encore EP-0.934.120. Un tel dispositif comprend au moins un racleur (ou couteau) placé à l'intérieur du cylindre, dans la partie supérieure descendante, de façon à détacher la matière de la piste de roulement et une, ou de préférence, plusieurs plaques déflectrices disposées sous le au moins un racleur de façon à intercepter la matière détachée par ce dernier et la dévier vers la sortie du broyeur. Selon l'invention, le broyeur comprend : - un rouleau égalisateur 4 disposé en amont dudit rouleau de broyage 3 suivant le sens de rotation R dudit cylindre 2, - des moyens de maintien 6 du rouleau égalisateur 4 à proximité et à distance de la piste de roulement dudit cylindre 2. Les moyens 4, 6 sont tels que, lors de chaque tour de cylindre 2, la matière passe successivement sous le rouleau égalisateur 4 puis sous le rouleau de broyage 3, ledit rouleau égalisateur 4 exerçant sur le lit de matières 5 une pression qui égalise sa surface, inférieure à la pression P exercée par ledit rouleau de broyage 3 sur ledit lit de matières 5. De préférence, en fonctionnement la pression du rouleau égalisateur sur le lit de matières 5 est inférieure à la pression nécessaire à broyer les particules de matière. A cet effet, lesdits moyens de maintien 60 du rouleau égalisateur 4 sont tels que le rouleau égalisateur 4 exerce sur le lit de matières 5 une pression inférieure à 10 MPa, de préférence inférieure à 1 MPa. De préférence, la longueur dudit rouleau égalisateur 4 peut être supérieure ou égale à la longueur dudit rouleau de broyage 3, ledit rouleau égalisateur 4 étant disposé en correspondance dudit rouleau de broyage 3 suivant la longueur du cylindre 2. Selon l'invention, lesdits moyens de maintien 6 du rouleau 15 égalisateur 4 garantissent une distance minimale entre la piste de roulement 20 et la surface dudit rouleau égalisateur 4, interdisant tout contact entre ledit rouleau égalisateur 4 et la piste de roulement 20. Selon un mode de réalisation, le rouleau égalisateur 4 est libre de rotation, apte à être entrainé en rotation autour de son axe grâce aux 20 frottements avec le lit de matières 5. Alternativement, le broyeur peut présenter des moyens moteurs pour entraîner en rotation le rouleau égalisateur 4 de telle sorte que sa vitesse périphérique soit égale à la vitesse moyenne du lit de matières 5 sur lequel ledit rouleau égalisateur 4 est destiné à s'appliquer. 25 Selon un mode de réalisation, le broyeur 1 est destiné à broyer des grains de taille maximale comprise entre 1 mm et 120 mmn, le diamètre du rouleau égalisateur 4 étant alors compris entre 100 mm et 660 mm. De préférence, on alimente ledit broyeur 1 en une matière d'une taille maximale de grain déterminé et on choisit le diamètre dudit rouleau 30 égalisateur 4 de la manière suivante : - compris entre 2 fois et 6 fois ladite taille maximale des grains à broyer si, sous cette dernière condition, le diamètre de rouleau égalisateur est supérieur ou égal à 0,15 fois le diamètre du rouleau de broyage 3 et, autrement, - au moins égal à 0,15 fois le diamètre du rouleau de broyage 5 3, notamment inférieur à 0,5 fois le diamètre du rouleau de broyage 3. Lesdits moyens de maintien 6 du rouleau égalisateur 4 peuvent comprendre des moyens d'articulation, aptes à autoriser le déplacement dudit rouleau égalisateur 4 selon une direction sensiblement radiale vers l'axe A dudit cylindre 2 et des moyens élastiques (non illustrés) 10 contraignant ledit rouleau égalisateur 4 dans le sens opposé, vers la piste de roulement 20. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de maintien 6 dudit rouleau égalisateur 4 assurent le maintien dudit rouleau égalisateur 4 par ses deux extrémités, lesdits moyens d'articulation desdits moyens de maintien 15 6 comportant deux bras 60, chacun articulé, d'une part, à l'une des extrémités dudit bras 60 audit rouleau égalisateur 4, suivant l'axe dudit rouleau égalisateur 4 et, d'autre part, à l'autre extrémité dudit bras 60 à un bâti dudit broyeur 1, suivant un axe de rotation B, notamment parallèle à l'axe A dudit cylindre 2. 20 De préférence, la course de déplacement du rouleau égalisateur 4 est limitée par lesdits moyens de maintien 6. Avantageusement, on alimente ledit broyeur 1 en une matière d'une taille maximale de grain déterminé et on ajuste la course de déplacement dudit rouleau égalisateur 4 de telle sorte à maintenir la surface du 25 rouleau égalisateur 4 à une distance de la piste de roulement 20 comprise entre 0,5 fois et 3 fois la taille maximale des grains à broyer. La course de déplacement du rouleau égalisateur 4 peut être telle que le rouleau égalisateur 4 balaie toute cette plage de valeur. Selon un mode de réalisation, le broyeur 1 présente lesdits 30 moyens pour contrôler le déplacement de la matière sur la longueur dudit cylindre 2 de sorte que ladite matière ne parcourt qu'une fraction de longueur du cylindre 2 à chaque tour de cylindre 2 et passe plusieurs fois entre le cylindre 2 et le rouleau de broyage 3 depuis ladite entrée 7 d'alimentation de matière à broyer jusqu'à ladite sortie 8 de matière broyée. Avantageusement, selon ce dernier mode de réalisation, la distance « d » entre la surface dudit rouleau égalisateur 4 et la piste de roulement 20 peut être variable suivant la longueur dudit cylindre 2, décroissante de ladite entrée 7 vers ladite sortie 8. A cet effet et selon l'exemple illustré à la figure 4, l'axe du rouleau égalisateur 4 peut être incliné par rapport à l'axe du cylindre 2. Cette disposition permet de prendre en compte le fait que la granulométrie de la matière est plus grossière dans la partie du broyeur située près de l'extrémité de l'entrée 7 que dans la partie du broyeur située près de l'extrémité de la sortie 8. Ainsi la distance entre la surface du rouleau égalisateur 4 et la piste de roulement 20 à l'extrémité du rouleau du côté de l'entrée 7 est supérieure à la distance entre la surface du rouleau égalisateur 4 et la piste de roulement 20 à l'extrémité du rouleau du côté de la sortie 8. Le rapport entre les deux distances peut être compris entre 1 et 2. Le broyeur et les procédés de broyage conformes à l'invention 20 trouveront une application particulière pour le broyage de matières minérales et/ou le broyage de matières dans la fabrication de clinker de ciment et pour la fabrication de ciment. Naturellement, d'autres modes de réalisation auraient pu être envisagés par l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de 25 l'invention telle que définie par les revendications ci-après. 30 NOMENCLATURE 1 Broyeur, 2 Cylindre, 3 Rouleau de broyage, 4 Rouleau égalisateur, Lit de matières, 6 Moyen de maintien (rouleau égalisateur), 7 Entrée, 8 Sortie, 20 Piste de roulement, 60 Bras (Moyens d'articulation) REVENDICATIONS1. Broyeur (1) par compression de lit de matières (5), comprenant : - un cylindre (2) à axe (A) horizontal dont la paroi intérieure 5 comporte une piste de roulement (20) pour un rouleau de broyage (3), disposé intérieur audit cylindre (2), - des moyens pour entraîner en rotation le cylindre autour de son axe (A), - ledit rouleau de broyage (3), d'axe parallèle à celui de l'axe 10 (A) du cylindre (2), - des moyens pour appliquer ledit rouleau de broyage (3) contre la piste de roulement (20) dudit cylindre (2), - une entrée (7) pour l'alimentation de matière à broyer située à l'une des extrémités dudit cylindre (2) et une sortie (8) pour la matière broyée 15 à l'autre extrémité dudit cylindre (2), caractérisé en ce qu'il comprend : - un rouleau égalisateur (4) disposé en amont dudit rouleau de broyage (3) suivant le sens de rotation (R) dudit cylindre (2), - des moyens de maintien (6) du rouleau égalisateur (4) à 20 proximité et à distance de la piste de roulement dudit cylindre (2), de telle façon que, lors de chaque tour de cylindre (2), la matière passe successivement sous le rouleau égalisateur (4) puis sous le rouleau de broyage (3), ledit rouleau égalisateur (4) exerçant sur le lit de matières (5) une pression qui égalise sa surface, inférieure à la pression (P) exercée par ledit 25 rouleau de broyage (3) sur ledit lit de matières (5). 2. Broyeur selon la revendication 1, dans lequel le rouleau égalisateur (4) est libre de rotation, apte à être entrainé en rotation autour de son axe grâce aux frottements avec le lit de matières (5). 3. Broyeur selon la revendication 1, présentant des moyens 30 moteurs pour entraîner en rotation le rouleau égalisateur (4) de telle sorte que sa vitesse périphérique soit égale à la vitesse moyenne du lit de matières (5)sur lequel ledit rouleau égalisateur (4) est destiné à s'appliquer. 4. Broyeur selon l'une des revendications 1 à 3 destiné à traiter des grains de taille maximale comprise entre 1 mm et 120 mm et dans lequel le diamètre du rouleau égalisateur (4) est compris entre 100 mm et 660 5 mm. 5. Broyeur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens de maintien (6) du rouleau égalisateur (4) comprennent des moyens d'articulation, aptes à autoriser le déplacement dudit rouleau égalisateur (4) selon une direction sensiblement radiale vers l'axe (A) dudit 10 cylindre (2) et des moyens élastiques contraignant ledit rouleau égalisateur (4) dans le sens opposé, vers la piste de roulement (20). 6. Broyeur selon la revendication 5, dans lequel lesdits moyens de maintien (6) dudit rouleau égalisateur (4) assurent le maintien dudit rouleau égalisateur (4) par ses deux extrémités, lesdits moyens d'articulation desdits 15 moyens de maintien (6) comportant deux bras (60), chacun articulé, d'une part, à l'une des extrémités dudit bras (60) audit rouleau égalisateur (4), suivant l'axe dudit rouleau égalisateur (4) et, d'autre part, à l'autre extrémité dudit bras (60) à un bâti dudit broyeur (1), suivant un axe de rotation (B) parallèle à l'axe (A) dudit cylindre (2). 20 7. Broyeur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la longueur dudit rouleau égalisateur (4) est supérieure ou égale à la longueur dudit rouleau de broyage (3), ledit rouleau égalisateur (4) étant disposé en correspondance dudit rouleau de broyage (3) suivant la longueur du cylindre (2). 25 8. Broyeur selon l'une des revendications 1 à 7, présentant des moyens pour contrôler le déplacement de la matière sur la longueur dudit cylindre (2) de sorte que ladite matière ne parcourt qu'une fraction de longueur du cylindre (2) à chaque tour de cylindre (2) et passe plusieurs fois entre le cylindre (2) et le rouleau de broyage (3) depuis ladite entrée (7) d'alimentation 30 de matière à broyer jusqu'à ladite sortie (8) de matière broyée et dans lequel la distance (d) entre la surface dudit rouleau égalisateur (4) et la piste deroulement (20) est variable suivant la longueur dudit cylindre (2), décroissante de ladite entrée (7) vers ladite sortie (8). 9. Broyeur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel lesdits moyens pour appliquer ledit rouleau de broyage contre la piste de roulement dudit cylindre sont tels que le rouleau de broyage (3) exerce sur le lit de matières une pression moyenne comprise entre 10 MPa et 40 MPa et lesdits moyens de maintien (60) du rouleau égalisateur sont tels que le rouleau égalisateur (4) exerce sur le lit de matières (5) une pression inférieure à 10 MPa, de préférence inférieure à 1 MPa 10. Broyeur selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'axe de rotation du rouleau égalisateur (4) est parallèle à l'axe (A) dudit cylindre (2). 11. Procédé de broyage par compression de lit de matières mis en oeuvre au moyen d'un broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel on alimente ledit broyeur (1) en une matière d'une taille maximale de grain déterminé et on choisit le diamètre dudit rouleau égalisateur (4) de la manière suivante : - compris entre 2 fois et 6 fois ladite taille maximale des grains à broyer si, sous cette dernière condition, le diamètre de rouleau 20 égalisateur est supérieur ou égal à 0,15 fois le diamètre du rouleau de broyage (3) et, autrement, - au moins égal à 0,15 fois le diamètre du rouleau de broyage (3). 12. Procédé de broyage par compression de lit de matières 25 mis en oeuvre au moyen d'un broyeur selon la revendication 5, dans lequel on alimente ledit broyeur (1) en une matière d'une taille maximale de grain déterminé et on ajuste la course de déplacement dudit rouleau égalisateur (4) de telle sorte à maintenir la surface du rouleau égalisateur (4) à une distance de la piste de roulement (20) comprise entre 0,5 fois et 3 fois la taille maximale 30 des grains à broyer. 13. Utilisation du broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à10, ou du procédé de broyage selon la revendication 11 ou 12 pour le broyage de matières minérales. 14. Utilisation du broyeur (1) selon l'une des revendications 1 à 10, ou du procédé de broyage selon la revendication 11 ou 12 pour le broyage 5 de matières dans la fabrication de clinker de ciment et/ou dans la fabrication de ciment.