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CA 02251006 1998-10-OS
WO. 97/39829 PCT/FR97/00681
Titre . Procédé de broyage en voie humide et broyeur pour la
mise en oeuvre de ce procédé.
La présente invention concerne le broyage en voie humide et les broyeurs
comportant
au moins un rouleau ou galet roulant sur une piste circulaire et pressé
élastiquement sur celle-
ci.
Les broyeurs connus du type défini ci-dessus, broyeur vertical ou broyeur à
anneau,
5, dans lesquels une couche multigranulaire des matières à broyer est
comprimée entre ie rouleau
ou le galet et la piste avec une pression suffisante pour écraser les grains
et provoquer leur
fragmentation en grains plus petits, ne sont pas adaptés au broyage en voie
humide car une
teneur en eau trop élevée des matières à broyer diminue leur efficacité. En
voie humide, les
matières à broyer ont généralement une teneur en eau de 10% à 60% en poids,
avec une
0 moyenne de 30%, qui est incompatible avec un bon rendement de broyage.
Le but de la,présente invention est de permettre l'utilisation rationnelle des
broyeurs
de ce type pour le broyage en voie humide.
Le procédé objet de la présente invention consiste à soumettre les matières à
broyer
à plusieurs broyages par écrasement en couche ou lit de matières et, pendant
leur séjour dans
l'appareil de broyage et entre deux broyages successifs, à ajouter de l'eau ou
un autre liquide
aux matières pour réexpânser la couche de matières et permettre de contrôler
l'avancement des
r
matières dans l'appareil de broyage et éventuellement ~ d'assurer leur
classement
granulométrique, puis à égoutter et/ou essorer les matières de façon à réduire
leur teneur en
eau à moins de 20% en volume. Les opérations d'égouttage et d'essorage sont
effectuées à
'.0 l'intérieur de l'appareil de broyage, qui est aménagé à cet effet, ce qui
permet de réduire
notablement le coût de l'installation en évitant l'emploi d'appareils
auxiliaires et de moyens
de transport entre les différents appareils.
Pour la mise en oeuvre de l'invention on utilisera un broyeur comportant une
piste
circulaire, divisée de manière fictive en plusieurs pistes élémentaires, ou
plusieurs pistes
?5 circulaires espacées l'une de l'autre, où seront effectuées les opérations
de broyage
successives, des moyens pour transférer les matières d'une piste ou élément de
piste au
suivant, des moyens pour projeter de l'eau ou un autre liquide sur les
matières pendant leur
transfert d'une piste ou élément de piste au suivant, et des moyens aptes à
assurer l'égouttage
et/ou l'essorage des matières avant leur prochain passage sous le rouleau ou
le galet. Dans un
30 broyeur à anneau à axe horizontal les pistes seront disposées côte-à-côte.
L'ajout d'eau ou d'un autre liquide aux matières après chaque opération de
broyage
permet, d'une part, d'améliorer l'écoulement des matières et leur répartition
en une couche
d'épaisseur uniforme sur la piste et, d'autre part, d'éliminer les particules
fines immédiatement
après leur production ce qui rend plus efficaces les opérations de broyage
ultérieures.
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26)
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L'eau ou tout autre liquide peut être projeté sur les matières iorsqu'elles
sont encore
sur la piste, par exemple au moyen de buses alimentées sous pression qui
constituent alors un
des moyens de transfert des matières d'une piste ou élément de piste au
suivant. En particulier,
lorsque le broyeur est du type à anneau rotatif et est entraîné en rotation à
une vitesse
supérieure à Ia vitesse critique de sorte que la force centrifuge est
suffisante pour maintenir
une couche de matières sur toute la périphérie de la piste aménagée sur
(anneau, on pourra
utilisec des buses placées à l'intérieur de l'anneau, dans sa partie
supérieure et du côté
ascendant, et dont les jets seront dirigés vers la piste pour détacher les
matières; l'action des
jets pourra être complétée pâr celle d'un racleur. L'essorage pourra être
effectué par action de
la force centrifuge dans la partie de la piste située en amont du rouleau ou
du galet de broyage.
Un rouleau ou un galet de précompression pourra être prévu sur la piste,
immédiatement à
l'avant du rouleau ou galet de broyage, pour assurer un essorage
complémentaire par pression.
Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, le broyeur est du type
à anneau
rotatif et le dispositif d'avance des matières comporte une ou plusieurs
plaques déflectrices
disposées de façon à intercepter les matières détachées de la piste aménagée à
l'intérieur de
l'anneau et orientées de façon à les dévier dans une direction ayant une
composante parallèle
à l'axe de l'anneau; des moyens additionnels de pulvérisation d'eau peuvent
être prévus au-
dessus de la ou des plaques déflectrices pour faciliter l'écoulement des
matières. En variante,
la ou les plaques déflectrices peuvent être poreuses et de Peau ou un autre
liquide peut être
injecté à travers la plaque pour créer un film liquide facilitant fécoulément
des matières. La
ou les plaques déflectrices peuvent comporter une surface supérieure criblante
et des moyens
pour collecter et évacuer l'eau et les produits broyés fins traversant cette
surface; elles
constituent alors un moyen d'égouttage des matières grossières. Elles pourront
être planes ou
courbes et chaque plaque sera orientable autour d'un axe vertical et
éventuellement inclinable
autour d'un axe horizontal de façon à pouvoir régler la vitesse d'avance des
matières à broyer
et choisir le point où les matières déviées par la plaque retombent sur la
piste. L'essorage des
matières est effectué, sous l'action de la force centrifuge, dans la zone de
la piste située entre
le point où les matières déviées par la ou les plaques déflectrices retombent
sur la piste et le
rouleau ou le galet. De préférence, cette zone aura une étendue angulaire d'au
moins 30°.
Dans le cas où la piste est formée à (intérieur d'un tambour à axe horizontal
et que des
zones d'alimentation et d'évacuation sont aménagées de part et d'autre de la
piste, des moyens
de drainage peuvent être prévus dans ces zones pour faciliter !'évacuation de
l'eau . Dans le
même but, lorsque la piste est constituée par des piaques de blindage reposant
sur la virole
du tambour, ce qui est généralement le cas, des moyens de drainage pourront
être prévus sous
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les plâques, dans la zone de broyage. On pourra aussi utiliser un rouleau ou
un galet rainuré.
A ses extrémités le tambour sera muni de rebords annulaires formant barrage et
dont le
diamètre intérieur sera choisi pour retenir la matière dans les zones
d'alimentation et
d'évacuation, respectivement, tout en permettant éventuellement l'évacuation
de l'eau par
débordement. Ces rebords pourront être conçus de telle sorte qu'il soit
possible d'en modifier
le diamètre intérieur pour régler leur hauteur (dimension radiale). Les
matières retenues par
ces rebords forment, au moins au niveau de la zone de broyage, un talus qui
empêche les
matières comprimées entre le rouleau ou le galet et la piste d'être expulsées
latéralement par
la pression tout en permettant l'évacuation de l'eau en partie à travers ledit
talus, si la zone
d'alimentation, respectivement d'évacuation, est munie de moyens de drainage,
et en partie
par débordement au-dessus du talus.
Un crible rotatif, à axe horizontal, peut être disposé à la sortie du broyeur
pour trier
les produits broyés. Les refus du crible rotatif pourront être ramenés sur la
piste ou à l'entrée
du broyeur par un dispositif de recyclage interne comportant un conduit
disposé à l'intérieur
du broyeur, transversalement à la piste, des moyens pour alimenter ledit
conduit avec les refus
du crible et éventuellement des moyens pour faciliter l'écoulement des refus
dans le conduit.
Le crible pourra être solidaire du corps du broyeur ou supporté et entraîné
par des moyens
individuels. Des moyens d'injection d'eau pourront être prévus dans le crible
rotatif pour
faciliter l'évacuation des produits broyés et éventuellement reconstituer avec
ceux-ci une
pulpe ayant la composition appropriée à un traitement ultérieur.
Selon une première variante, le broyeur comporte deux pistes axialement
espacées
l'une de l'autre à l'intérieur d'un tambour à axe horizontal, deux rouleaux ou
galets aptes à
rouler chacun sur une piste, des moyens pour amener les matières à broyer dans
le tambour,
entre les deux pistes, et des moyens pour évacuer les matières broyées aux
deux extrémités
du tambour.
Selon une autre variante, le broyeur comporte plusieurs pistes axialement
espacées
l'une de l'autre à l'intérieur d'un tambour à axe horizontal, plusieurs
rouleaux ou galets aptes
à rouler chacun sur une piste, des moyens pour introduire les matières à
broyer dans le
tambour à une de ses extrémités, des moyens pour transférer les matières d'une
piste à la
suivante et des moyens pour évacuer les matières broyées à l'autre extrémité
du tambour, des
moyens de drainage pour l'évacuation de l'eau étant prévus entre les pistes.
La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à
titre
d'exemple non-limitatif, une forme de réalisation préférée de l'invention et
deux variantes. Sur
ces dessins
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La figure 1 est une représentation schématique, en coupe transversale, d'un
broyeur
réalisé conformément à l'invention;
La figure 2 est une coupe suivant A-A' du broyeur de la figure 1, le rouleau
et
l'équipement intérieur du broyeur étant représentés en élévation;
La figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante; et
La figure 4 est une vue analogue à la figure 2 d'une autre variante.
Le; broyeur représenté sur les figures 1 et 2 est un broyeur du type à anneau
constitué par
un tambour 2 à axe horizontal supporté par une ou plusieurs paires de patins 6
permettant sa
rotation autour de son axe. 1,e tambour est entraîné en rotation dans le sens
de la flèche R par des
moyens classiques non représentés. Il est constitué par une virole dont la
partie médiane est
revêtue intérieurement de plaques d'usure et forme un anneau portant la piste
de broyage.
Un rouleau 4 est placé à l'intérieur de la virole de façon à rouler sur la
piste 18 lorsque
le tambour est entraîne en rotation. Le rouleau est solidaire d'un arbre
parallèle à Taxe du
tambour et dont les extrémités, qui se trouvent à l'extérieur du tambour, sont
montées dans des
paliers aptes à se déplacer dans des glissières ou supportés par des bras
pivotant; des ressorts ou
des vérins agissent sur les paliers de façon à presser le rouleau sur la piste
avec une force
prédéterminée et réglable. Ce montage est classique et l'arbre et les paliers
n'ont pas été
représentés sur les dessins pour ne pas les obscurcir. Le rouleau peut être
libre ou entraîné en
rotation p~~r un moto-réducteur.
D<~.ns la forme de réalisation représentée sur les figures 1 et 2, la surface
de la piste et la
surface périphérique du rouleau sont cylindriques mais elles pourraient être
tronconiques ou
cylindres-coniques, ou formées de plusieurs parties ayant des diamètres
différents, comme décrit,
par exemple, dan le brevet française n° 91 09788, publiée sous le
n° FR 2.679.792 au nom du
demandeur.
Le;s matières à broyer sont introduites dans le tambour par une goulotte 20
disposée à une
extrémité ~du tambour; à l'autre extrémité, où les matières broyées sont
évacuées, la virole est
prolongée par un crible cylindrique 14 qui est entouré par un collecteur 15.
Des buses 24 placées
à l'intérieur du crible 14 permettent d'arroser les matières broyées pour
améliorer le criblage et
éventuellement produire une pulpe de composition adéquate pour un traitement
ultérieur.
Une goulotte 16 disposée dans le tambour, transversalement à la piste, avec
une pente
appropriée:, permet de renvoyer les refus du crible dans la zone
d'alimentation du broyeur. Cette
goulotte est alimentée à une de ses extrémités, par exemple par un dispositif
de raclage de la
surface intérieure du crible; des moyens d'injection d'eau pourront être
prévus pour
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faciliter l'écoulement des refus dans la goulotte.
Le broyeur est équipé d'un dispositif d'avance pas-à-pas des matières
constitué par
des buses d'injection d'eau 12 et un crible 8.
Les buses 12, montées sur un tuyau d'alimentation non représenté, sont
disposées de
telle sorte que leurs jets soient dirigés vers la surface de la piste pour en
détacher la couche
des matières. L'action des buses pourrait éventuellement être assistée par un
racleur, parallèle
à l'axe du tambour et disposé près de la surface de la piste, comme décrit
dans le brevet
n° 91.09788 au nom du demandeur ; de préférence, l'arête du racleur ne
sera pas en contact
avec la surface de la piste, mais à une faible distance de celle-ci, pour
réduire l'usure.
Le crible 8 est constitué par une grille plane ou courbe et un bac collecteur.
Il est
monté sur un support 26 de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical ou
incliné 28
grâce à un système bielle-vérin non représenté. Il peut éventuellement être
monté de façon à
pouvoir pivoter autour d'un axe horizontal pour qu'il soit possible de
modifier son inclinaison.
Une goulotte 17 permet d'amener dans le crible 14 l'eau et les matières
broyées fines
recueillies dans le collecteur du crible 8. Des moyens peuvent être prévus
pour communiquer
des oscillations ou des vibrations au crible 8.
Vu en coupe transversale, l'intérieur du broyeur peut être divisé en cinq
zones bien
définies : une zone de broyage BC, une zone de relevage CD, une zone de
raclage DE, une
zone d'avance et d'égouttage EF et une zone d'essorage FB.
En coupe longitudinale, l'intérieur du broyeur peut être divisé en trois zones
: une
zone d'alimentation 30, une zone de broyage 31 et une zone d'évacuation 32. Le
revêtement
intérieur des zones d'alimentation et/ou d'évacuation peut être conçu pour
permettre
l'évacuation de l'eau par drainage.
En fonctionnement, les matières à broyer sont introduites par la goulotte 20
dans la
zone d'alimentation 30 du tambour et il se forme dans cette zone une couche de
matières dont
la progression parallèlement à l'axe est commandée par Ie dispositif d'avance.
Un rebord 21
du tambour 2 dont le diamètre intérieur est sensiblement égal à celui de la
couche des matières
se trouvant sur la piste constitue un barrage permettant la formation de cette
couche. La
vitesse de rotation du tambour est supérieure à la vitesse critique ,de telle
sorte que la couche
des matières soit retenue sur la paroi du tambour par la force centrifuge, sur
toute sa
périphérie. Une partie de l'eau contenue dans les matières est éventuellement
évacuée dans
cette zone par drainage.
Si l'on considère un volume élémentaire de la couche des matières se trouvant
sur la
piste, par exemple à l'extrémité amont de la zone de broyage BC, il est
d'abord soumis à un
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broyâge par compression entre le rouleau 4 et la piste 18 puis, en restant
plaqué sur la piste
par la force centrifuge, il est relevé jusqu'à la zone de raclage où il est
détaché de !a piste et
désagrégé par les jets d'eau émis par les buses 12. Les grains de matière qui
constituent ce
volume élémentaire, tombent alors sur le crible 8 où l'eau et les grains
suffisamment fins
S traversent la surface criblante, sont recueillies par le collecteur et
amenés au crible rotatif 14
par la goulotte 17, tandis que les grains plus gros glissent le long du
crible.
L'orientation et l'inclinaison du crible sont tels que le déplacement vers le
bas des
matières sur le crible s'accompagne d'un déplacement parallèle à Taxe du
tambour et dont la
longueur est égale à une fraction de la largeur de la piste. Le réglage de
l'orientation du crible
permet de contrôler l'avance des matières pour les obliger à subir plusieurs
cycles de broyage
avant d'être évacuées du broyeur. L'action du crible en tant qu'élément du
dispositif d'avance
pas-à-pas est assimilable à celle des plaques déflectrices dans le broyeur
objet du brevet
91 09788 cité plus haut.
Les matières égouttées tombent du crible sur la piste où elles reconstituent
une couche
qui est essorée, sous l'action de la force centrifuge, dans la zone FB, entre
leur point de chute
et la zone de broyage BC. Pour réaliser un bon essorage, l'étendue angulaire
de la zone FB
devra être d'au moins 30° ; les positions relatives du rouleau 4 et du
crible 8 seront choisies
pour satisfaire à cette condition.
La force centrifuge produit aussi dans la zone d'essorage un classement
granulométrique des particules solides ce qui améliore le travail du broyeur.
En quittant la zone d'essorage, les matières pénètrent dans la zone de broyage
pour
entamer un nouveau cycle. Les matières passent ainsi plusieurs fois entre le
rouleau et la piste
avant d'atteindre le bord de la piste adjacent à la zone d'évacuation 32, le
nombre des cycles
de broyage étant égal au rapport de l'avance par tour, ou pas, à la largeur de
la piste. On peut
considérer que chaque fraction de la piste de largeur égale à un pas constitue
une piste
élémentaire fictive.
Lorsque les matières arrivent dans la zone d'évacuation elles sont déviées par
le
crible 8 vers le crible rotatif 14. Les grains des matières broyées dont les
dimensions sont
supérieures à celles des ouvertures du crible 14 sont ramenées à l'entrée du
broyeur par le
dispositif de recyclage interne 16. Les grains fins et l'eau sont évacués en
22.
Côté sortie, le tambour est muni d'un rebord 23 dont le diamètre intérieur est
approximativement égal à celui de la couche des matières. Ce rebord permet la
formation,
dans la zone d'évacuation 32, d'un talus de matières qui évite qu'une quantité
excessive de
matières soit entraînée par l'eau lorsque la fluidité de la couche des
matières se trouvant sur
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la piste est trop élevée, et qui s'oppose à l'expulsion des matières sous
l'action de la pression
du rouleau dans la zone de broyage. Les rebords 21 et 23 pourront être conçus
de telle sorte
que leur diamètre intérieur puisse être modifié pour l'adapter à la nature
et/ou au
comportement des matières broyées ; ils pourront, par exemple, être formés
d'anneaux ou
segments échangeables.
Comme représenté sur la figure 3, un rouleau de précompression 5 pourra être
placé
sur la piste juste avant la zone de broyage pour compléter l'essorage de la
couche des matières
et éviter que l'eau refoulée par essorage au-dessus de la couche des matières
n'atteigne le
rouleau de broyage. Des môyens connus seront utilisés pour régler la pression
exercée par le
rouleau 5 sur la couche des matières.
Des dispositions peuvent être prises pour faciliter l'évacuation de l'eau dans
la zone
de broyage: rainurage du rouleau, agencement de moyens de drainage sous les
plaques de
blindage de la piste, etc.
Au lieu d'être solidaire du tambour 2 le crible 14 pourrait être supporté et
entraîné de
manière indépendante. II pourrait, par exemple, tourner à une vitesse
inférieure à la vitesse
critique et être équipé de releveurs ou d'écopes permettant d'alimenter la
goulotte de recyclage
16 avec les refus.
Au lieu de comporter une seule piste divisée fictivement en pistes
élémentaires, le
broyeur pourrait comporter plusieurs pistes espacées axialement l'une de
l'autre le long du
tambour, des moyens de drainage et/ou d'essorage étant prévus entre les
pistes.
Le broyeur représenté sur la figure 4 comporte deux pistes 18' et 18"
disposées de part
et d'autre du plan médian du tambour et axialement espacées l'un de l'autre,
et deux galets 4'
et 4" roulant chacun sur une piste.
Les matiëres à broyer sont amenées par une goulotte ou tout autre moyen
d'alimentation non représenté dans l'espace entre les deux pistes où elles
forment, sous l'action
de la force centrifuge, une couche qui est amenée sur les deux pistes par des
dispositifs
d'avance.
Chaque piste est équipée d'un dispositif d'avance pas-à-pas, par exemple du
même type
que celui du broyeur des figures 1 et 2, qui assure le déplacement des
matières du milieu vers
chaque extrémité du tambour. Ces dispositifs n'ont pas été représentés sur la
figure 4.
La virole du tambour est prolongée à chacune de ses extrémités par un crible
cylindrique 14', 14" équipé de buses d'injection d'eau 24', 24". Des
collecteurs 15', 15"
recueillent l'eau et les grains fins ayant traversé les cribles et deux
dispositifs de recyclage 16',
16" permettent de renvoyer les refus des cribles dans la zone médiane du
tambour.
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Chaque moitié du broyeur de la figure 4, fonctionne comme le broyeur des
figures 1
et 2. Pour une même capacité de production, cette construction permet de
diviser par deux la
largeur de la piste ce qui facilite l'évacuation de l'eau dans la zone
d'essorage.
De nombreuses modifications peuvent être apportées aux formes de réalisation
décrites
par l'emploi de moyens techniques équivalents et il est bien entendu que ces
modifications
entrent dans le cadre de l'invention.
