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BLINDAGE POUR BROYEUR TUBULAIRE ROTATIF
La prësente invention concerne un blindage pour un broyeur tubu-
taire rotatif comprenant une virole cylindrique destinée à contenir de la
matière à broyer et 'une charge d'engins broyants, dans lequel le blindage
s est constitué d'anneaux de plaques de blindage individuelles juxtaposées.
L'invention vise plus particulièrement les broyeurs utilisés pour le
broyage du ciment (clinker) en voie sèche, du charbon, du calcaire et des
minerais en voie sèche ou humide. Ces broyeurs sont constitués d'une
,.
virole cylindrique métallique tournant autour de son axe longitudinal et
1o contenant une charge broyante constituée d'engins broyants, générale-
ment des boulets, mais pouvant également étre constituée de cylpebs,
boulpebs, etc., de dimensions variables. La matière à broyer est introduite
d'un côté du broyeur et, au fur et à mesure de sa progression vers la
sortie, du côté opposé, elle est concassée et broyée entre les engins
is broyants.
Un broyeur conventionnel est généralement divisé, dans le sens
axial, au moyen d'une cloison diamétrale de séparation en deux chambres
successives. La première chambre dans laquelle s'effectue le concassage
grossier de la matière contient des boulets de broyage ayant générale-
2o ment un diamètre compris entre 60 mm et 90 mm. La seconde chambre,
dans laquelle s'effectue le broyage fin, contient des boulets de broyage
d'un diamètre généralement compris entre 15 mm et 60 mm. A côté de
ces broyeurs à deux chambres existent également des broyeurs à une
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seule chambre qui contiennent des engins broyants de différents
diamètres et en quantités différentes selon le diamètre.
Dans les deuxièmes chambres des broyeurs conventionnels ou
dans les broyeurs à une seule chambre, il est bien connu qu'il faut des
s blindages autoclassants, c'est-à-dire des blindages qui, lors de la rotation
du broyeur autour de leur axe, classent automatiquement les engins
broyants en fonction de leur taille et plus particulièrement les gros engins
broyants à l'entrée de ia chambre de broyage et les plus petits vers la
sortie de cette même chambre, ceci afin que le poids et la taille des engins
1o broyants diminuent au fur et à mesure que la granulométrie de la matière
qui avance dans la chambre de broyage diminue et devient plus fine. De
cette façon, sur la longueur de la chambre de broyage, la dimension des
engins broyants est adaptée à la granulométrie et à la finesse de la
matière à broyer. Ceci permet généralement de diminuer la consommation
Is énergétique par tonne de matière broyée de 10 à 20%.
II existe actuellement différents types de blindages autoclassants.
L'un de ceux-ci a une forme en dènts de scie dans le sens axial du
broyeur, c'est-à-dire qu'il est constitué d'une succession de troncs de cône
sur la longueur du broyeur qui convergent vers la sortie et présentent une
2o pente dirigée vers l'entrée de la chambre de broyage. Les plaques formant
ces blindages ont une épaisseur moyenne relativement élevée et sont
donc assez lourdes. Cette épaisseur élevée entraîne égalemenfi une perte
de volume utile de la chambre de broyage et, par conséquent, dans
certains cas, une impossibilité d'absorber toute la puissance disponible du
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moteur. Ces blindages sont, en outre, très sensibles aux grains, c'est-à-
dire lorsqu'il y a une certaine accumulation de grains très durs (environ de
6 à 12 mm) dans les zones où se trouvent les petits engins broyants, le
classement est fort perturbé, pouvant aller jusqu'au classement inverse,
s c'est-à-dire le renvoi des petits engins vers l'entrée et des gros engins
vers
la sortie.
Dans un autre type de blindage tel que décrit dans le document BE
09301481, les plaques possèdent des ondulations qui peuvent être incli-
nées d'un angle de 15 à 30° par rapport à la génératrice du broyeur. Le
1o but de l'inclinaison de ces ondulations est de créer un effet de vis pour
agir
sur la charge broyante et la màtièr'e à broyer. En effet, lorsque le broyeur
tourne, les gros engins broyants se retrouvent généralement, en majorité,
à la périphérie de la charge broyante et le but de l'inclinaison des ondula-
tions est de repousser ces engins broyants par efFet de vis vers l'entrée de
1s la chambre de broyage. En pratique, le classement recherché de cette
façon est toutefois très difFicile et souvent aléatoire. Les plaques sont
également relativement lourdes et l'effet de classement diminue au fur et à
mesure de la progression de l'usure des ondulations. Ces ondulations ne
peuvent pas être trop prononcées, ,sinon il y a un relevage discontinu,
2o c'est-à-dire trop important lors duquel les couches extérieures de la
charge broyante sont rehvées jusque dans la région du sommet du
broyeur et retombent sur le blindage au lieu de tomber et de rouler sur le
pied de (a charge broyante. Ces blindages sont, en pratique, très peu
utilisés.
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Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau blindage
pour un broyeur tubulaire qui permet d'éliminer ou, du moins, de diminuer
les inconvénients des blindages classiques, plus précisément un broyeur
avec un blindage plus léger, qui përmet de créer un bon classement, qui
s est efficace et d'une grande souplesse à l'emploi.
Pour atfieindre cet objectif, la présente invention prévoit un broyeur
tubulaire du genre décrit dans !e préambule qui est caractérisé en ce
qu'un certain nombre de plaques de blindages se trouvant à des endroits
sélectionnés sont constituées sous forme de déflecteurs comprenant une
io ailette dressée de champ sur une plaque de base fixée à la virole et for-
tuant un angle inférieur à 25° par rapport à un plan diamétral du
broyeur.
Le côté latéral de l'ailette se trouvant du côté avant, vu dans le sens
de rotation du broyeur, est, de préférence, biseauté, ce biseautage étant
prévu sur la face tournée vers l'entrée du broyeur.
1s Ce côtë latéral biseauté de l'ailette se trouve, par rapport à la direc-
tion d'avancement de la matière, en retrait par rapport au côté latéral
opposé.
Cette inclinaison des ailettes, qui est de préférence supérieure à
5°,
crée ainsi un effet d'hélice qui favorise la progression de la matière et
2o contribue au classement des engins broyants.
L'ailette peut former partie intégrante de la plaque de base et être
réalisé ensemble avec celle-ci par côulée.
L'ailette peut également . être une pièce séparée, solidaire d'un
socle muni d'un trou pour pouvoir être fixé à la virole du broyeur. Ce socle
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peut avoir une périphérie tronconique qui peut pénétrer dans une ouver-
ture de forme complémentaire d'une plaque de base. Ainsi, la fixation de
l'ailette par son socle constitue, en même temps, une fixation de la plaque
de base à la virole.
s D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront
de la description de quelques modes de réalisation, présentés ci-dessous,
à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en plan d'un premier mode de
réalisation d'un déflecteur selon la présente invention ;
1o - la figure 2 est une vue de profil du même déflecteur vu suivant la flèche
II
sur la figure 1 ;
- les figures 3 à 6 illustrent schématiquement différentes configurations
d'emplacement des déflecteurs sur la paroi intérieure de la virole ;
- la figure 7 montre schématiquement une vue en plan d'un second mode
-i
1s de réalisation d'un déflecteur ;
- la figure 8'montre une coupe~transversale suivant le plan de coupe VIII-
VIII sur la figure 7 ;
- la figure 9 montre une vue de profil d'une ailette avec son socle ;
- la figure 10 montre une vue en plan d'une pièce de remplissage ;
20 - la figure 11 montre une vue en coupe transversale à travers la pi'ece de
la figure 10 et
- les figures 12 et 13 montrent des vues analogues à celles de la figure 3
d'un mode de réalisation avec une autre orientation des déflecteurs.
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Conformément à la présente invention, un certain nombre de
plaques de blindage sont constituées sous forme de déflecteurs 20 tels
que représentés sur les figures 1 et 2 dont la figure 1 est une vue plon-
geante sur un déflecteur 20 tandis que la figure 2 est une vue de profil
s dans le sens de la flèche II sur la figure 1 qui représente également le
sens de rotation du broyeur. Chaque déflecteur comporte une plaque de
base 22 munie d'un trou central 24 pour être fixée sur la paroi intérieure
de la virole du broyeur.
Sur la plaque 22 et faisant partie intégrante de celle-ci (par coulée)
io dans le mode de réalisation des figures 1 et 2 se trouve une ailette 26 qui
est dressée de champ sur la plaque 22, de préférence perpendiculaire-
ment à celle-ci. Cette ailette 26 peut avoir une épaisseur comprise entre
25 et 50 mm et une hauteur (radiale par rapport au broyeur) comprise de
préférence entre 100 et 350 mm.
1s Selon une caractéristique importante de l'invention, chaque ailette
26 est inclinée par rapport à un plan diamétral du broyeur d'un angle a
inférieur à 25°, de préférence compris entre 5° et 25°
suivant les condi-
tions de marche du broyeur et la nature de la charge broyante et de la
matière à broyer.
2o Le côté latéral de l'ailette 26 qui se trouve du côté avant, vu dans le
sens de rotation du broyeur, est biseauté, dans l'exemple de réalisation
des figures.1 et 2, sur la face de l'ailette 26 qui est fournée vers l'entrée
du
broyeur afin de former une arëte plus ou moins aiguë 28. Cette arête 28
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facilite la pénétration dans la charge et contribue à un relevage continu,
c'est-à-dire empêche la projection d'engins broyants sur le blindage.
Les ailettes 26 seront généralement fabriquées en fonte très dure
ou en acier si les conditions de travail du broyage sont plus dures, par
s exemple en cas d'utilisation de boulets de broyage de 90 mm de diamètre.
Pour le broyage fin, avec des conditions de travail plus douces, la face
travaillante de ces déflecteurs, c'est-à-dire la face tournée vers la sortie
du
broyeur (vers la droite sur la figure 1), ainsi que l'arête 28 peuvent être
rendues plus résistantes à l'usure par abrasion en utilisant du "padding"
1o (c'est-à-dire un mélange de métal et de matière céramique). Ces zones
peuvent également être protégées par des cordons de soudure en carbure
_,,
de tungstène très dur par exemple.
Les figures 3, 4 et 5 montrent, chacune, une partie de la virole du
broyeur en développement et avec différents exemples de configuration
is de placement des déflecteurs. Sur chacune de ces figures, la flèche R
désigne le sens de rotation du broyeur tandis que la flèche D désigne la
direction du déplacement de la matière à broyer. Les plaques désignées
par A sont des plaques normales classiques, tandis que les plaques dési-
gnées par B sont des plaques conçues conformëment à la présente inven-
2o tion comme déflecteurs.
D'après la. figure 3,, chaque déflecteur B est adjacent à un autre
déflecteur B aux deux coins diamétralement opposés pour définir ainsi
une spirale complète ou partielle sur tout le tour à l'intérieur de la virole.
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La figure 4 montre une configuration analogue à celle de la figure 3
avec la différence qu'entre un déflecteur B et deux déflecteurs voisins de
la même spirale se trouve une rangée longitudinale de plaques A sans
déflecteurs. ~ ,
s La figure 5 montre un exemple de configuration analogue à celle de
la figure 4, mais ici chaque déflecteur B est séparé des déflecteurs voisins
de la même spirale par une rangée diamétrale de plaque sans déflecteurs.
A noter que, dans cette configuration, l'espacement axial entre deux dé
flecteurs voisins est plus grand que dans les configurations des figures 3
1o et 4.
Dans un blindage complet, le nombre de déflecteurs peut varier
entre 5% et 15% du nombre total de plaques de blindage.
La figure 6 montre le développement complet d'une virole d'un
broyeur de 4 mètres de diamètre et de 10 mètres de long. Les déflecteurs
is sont disposés en spirale dans le broyeur selon la configuration de la
figure
3. Dans un tel broyeur perforé norme DIN, il y a 40 plaques sur la
circonférence et 40 plaques sur la longueur, soit un total de 1 600
plaques. S'il y a 10% de déflecteurs, soit 160 déflecteurs, ceux-ci sont
disposés en quatre spirales de 40 plaques chacune dans le broyeur. Ces
2o spirales sont représentées schématiquement sur la figure 6 et numérotées
successivement par 1, 2, 3 et 4.
II est, par ailleurs, possible A de modifier la distance entre deux
spirales voisines sur la longueur du broyeur. II est, par exemple, possible
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de rapprocher les spirales vers la sortie du broyeur, c'est-à-dire d'y prévoir
plus de déflecteurs.
Lors de la rotation du broyeur, tous ces déflecteurs pénètrent dans
la charge broyante comme le soc d'une charrue et leur inclinaison par
s rapport à un plan diamétral combiné avec la configuration en forme de
spirales des déflecteurs refoule la pharge broyante vers la sortie du
broyeur. On réalise ainsi unie inclinaison de la charge broyante par rapport
à l'axe longitudinal du broyeur qui est de l'ordre de 0,5° à 2°.
La conséquence est que le degré de remplissage mesuré à l'entrée
1o du broyeur est un peu plus bas que celui mesuré à la sortie de la chambre
de broyage.
Les engins broyants les plus gros roulent par conséquent plus vite
que les plus petits engins broyants sur le pied de la charge broyante,
c'est-à-dire de l'arrière du broyeur vers son entrée. Ce procédé de classe-
is ment de corps broyants est très efficace. II a, par ailleurs, un autre
grand
avantage du fait~que le degré de remplissage augmente de l'entrée vers la
sortie. On sait, en effet, que le meilleur rendement de broyage est obtenu
lorsque les vides entre les corps broyants (plus ou moins 41 %) sont
remplis de matière et que la matière à broyer, en avançant dans le
2o broyeur, "gonfle" (c'est-à-dire que sa densité apparente diminue). II y a
donc intérêt à avoir un degré de remplissage plus élevé à la sortie du
broyeur pour optimiser le rendement de broyage.
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Un autre avantage est que la matière à broyer est poussée plus vite
à travers le broyeur et il y a, grâce à ces déflecteurs, un meilleur brassage
entre les engins broyants et la matière à broyer.
Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, le déflecteur montré sur les figures
s 1 et 2 est une pièce monobloc réalisée par coulée. On va décrire ci-
dessous, en référence aux figures suivantes, un mode de réalisation avec
un déflecteur composite.
Ce déflecteur composite, désïgné globalement par la référence 30
sur la figure 7, comporte une ailette 36 comparable à l'ailette 26 des
1o figures 1 et 2 mais pourvue, à sa base, d'un socle 34 qui, dans le mode de
réalisation représenté, a une forme carrée. Le socle 34 et l'ailette 36
forment une pièce monobloc pouvant être réalisée par coulée mais
séparée de la plaque de base 32. Cette plaque de base comporte une
ouverture 40 de forme complémentaire à celle du socle 34 et formant un
1s cadre pour recevoir celui-ci.
Comme le montrent les figures 8 et 9, le socle 34 et l'ouverture 40
de la plaque de base 32 ont des sections tronconiques complémentaires,
si bien que, lorsque le socle 34 ést disposé dans son logement de la
plaque de base 32 et est fixé, à travers son trou de fixation 38, à la virole
2o du broyeur, la plaque de base 32 est maintenue en place par le socle 34
et n'a plus besoin d'être fixée à la virole.
Selon un mode de réalisation avantageux, on a prévu des pièces
de remplissage 42 représentées sur les figures 10 et 11. Ces pièces de
remplissage 42 ont exactement la même forme et la méme section que les
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n
socles 34 montrés sur les figures 7 à 9 mais sont dépourvues des ailettes
36. Ces pièces permettent de combler les ouvertures 40 dans les plaques
de base 32 lorsqu'on souhaite supprimer, au choix, certains déflecteurs 30
montrés sur les figures 7 à 9. 11 suffit, en effet, de déboulonner le socle
34,
s de l'enlever avec son ailette 36, de reboucher l'ouverture avec la pièce de
remplissage 42 et de boulonner celle-ci à la virole à travers son ouverture
centrale 44.
II est également possible de prévoir un certain nombre de plaques
de base avec une pièce de remplissage 42, ce qui permet de transformer,
1o en cas de besoin, une plaque de base en déflecteur en remplaçant la
pièce de remplissage 42 par une ailette 36 et un socle 34. On peut ainsi
augmenter ou diminuer, à volonté, lé nombre de déflecteurs et changer la
configuration intérieure de l'emplacement des déflecteurs.
Les ailettes 26 et 36 montrées sur les différentes figures ne
1s conviennent, en raison de leur aréte biseautée 28, que pour un broyeur
tournant dans le sens indiqué sur les figures 1 et 3 à 5. Dans un broyeur
tournant dans le sens opposé, il faut prévoir des déflecteurs qui sont
symétriques par rapport à ceux qui sont montrés sur les figures.
Des essais dans une petite station pilote à échelle réduite ont
2o montré que, pour un broyeur perforé norme DIN (c'est-à-dire avec des
plaques de 314,16 rnm de longueur d'arc en circonférence et 250 mm de
longueur dans la direction axiale du broyeur), un nombre satisfaisant des
plaques transformées en déflecteurs est de l'ordre de t 10%.
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Ce nombre peut toutefois varier avec les conditions de marche du
broyeur
a) à un faible de degré de remplissage (t 20%) du broyeur, le
nombre de déflecteurs est plus grand quand la vitesse exprimée en
pourcentage de la vitesse ~ critique est faible. La vitesse critique est la
vitesse de rotation du broyeur à laquelle se produit une centrifugation et
cette vitesse est déterminée par la formule : 4~ , exprimée en nombre de
tours par minute, D ëtant exprimé en mètres pour le diamètre du broyeur.
Pour un broyeur perforé norme DIN, c'est-à-dire avec des plaques de
l0 314,16 mm sur 250 mm, on obtient les valeurs suivantes
- de 55% à 65% Vcr (vitesse critique) : nombre de déflecteurs : environ 9% ;
- de 65% à 75% Vcr : nombre de déflecteurs : environ 8% ;
- de 75% à 85% Vcr : nombre de déflecteurs : environ 7%.
b) avec un degré de remplissage de t 30%, on aura les valeurs
suivantes : -
- de 55% à 65% Vcr : nombre de déflecteurs : environ 11 % ;
- de 65% à 75% Vcr : nombre de déflecteurs : environ 10% ;
- de 75% à 85 % Vcr : nombre de déflecteurs : environ 9%.
c) avec un degré de remplissage de t 40%, on aura les valeurs
suivantes
- de 55% à 65% Vcr : nombre de déflecteurs : environ 13% ;
- de 65% à 75% Vcr : nombre de déf¿écteurs : environ 11 % ;
- de 75% à 85 % Vcr : nombre'de défiécteurs : environ 10%.
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La hauteur des déflecteurs dépend essentiellement du diamètre
des broyeurs. A titre d'exemple
- pour des diamètres compris entre 1,5 et 2,5 m : t 100 mm de hauteur,
- pour des diamètres compris entre 2,6 et 3,6 m : t 200 mm de hauteur,
s - pour des diamètres compris entre 3,7 et 4,8 m : t 250 mm de hauteur,
- pour des diamëtres compris entre 4, ~9 et 6,2 m : t 300 mm de hauteur.
II est' à noter qué, si 1â hâuteur des déflecteurs augmente, leur
nombre peut diminuer.
Les plaques de base standard ont, généralement, une épaisseur
1o moyenne de t 40 mm, c'est-à-dire qu'une plaque norme DIN (314,16 x
250 mm) a un poids de l'ordre de 24 kg. Dans le cas de déflecteurs
composites selon les figures 7 à 9, l'ensemble d'une ailette et d'un socle
pèse au maximum 25 kg. Par conséquent, du point de vue ergonomie et
sécurité au montage du blindage, les déflecteurs proposés ne constituent
1s pas un handicap.
L'invention a, en outre, l'avantage de permettre un gain assez signi-
ficatif en poids du blindage par m2. Pour une deuxième chambre de
broyage de 4,8 mètres de diamètre et de 10 mètres de long, ceci se chiffre
de la manière suivante
20 - surface à blinder : 150,8 m2 ;
- poids d'un blindage classant standard : 465 kg/m2, soit un total de
70122 kg;
- poids d'un blindage selon l'invention avec 10°/o de déflecteurs
350 kg/m2, soit un total de 52 800 kg.
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La comparaison fait apparaître une diminution de poids de presque
25%.
Dans le cas où il faudrait prévoir 15% de plaques conçues comme
déflecteurs, le poids par m2 serait de 366 kg correspondant à un poids
s total de ~ 55 200 kg, soit encore une diminution de l'ordre de 20%. Dans le
cas d'un blindage classant standard, on est parfois confronté au problème
qu'on ne peut pas absorber toute la puissance disponible du moteur
entraînant le broyeur. Ceci est dû à l'épaisseur moyenne de ces blindages
qui réduit le volume intérieur utile du broyeur.
1o Dans le cas d'un' broyeur de 4,8 mètres de diamètre sur
14,3 mètres de longueur utile tournant à 14,48 tours par minute (soit 75%
de la vitesse critique) avec un degré de remplissage de 30% en corps
broyants et une longueur utile de 4,3 mètres de la première chambre et de
mètres de la deuxième chambre, on a les valeurs suivantes
1s - épaisseur moyenne d'un blindage classant standard : 87 mm ;
- épaisseur moyenne du nouveau blindage avec déflecteurs : 44 mm ;
- la puissance absorbée avec le blindage classant standard pour la
deuxième chambre est de l'ordre de 3,256 KWh ;
-,
- la puissance absorbée avec le nouveau blindage avec déflecteurs pour
2o cette deuxième chambre est de l'ordre de 3,451 KWh, soit une augmenta-
tion de 6%.
Pour le broyeur total, c'est-à-dire les deux chambres, on aura,
lorsque la deuxième possède des plaques classantes standard, une
puissance totale de 4,754 KWh. En revanche, lorsque la deuxième
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chambre est dotée du nouveau blindage, la puissance totale sera de
l'ordre de 4,949 KWh, soit une difFërence favorable de 4%, ce qui se
traduit par une augmentation du débit de l'ordre de 4%.
Les figures 12 et 13 montrent une partie de la virole du broyeur, en
s développement avec un mode de réalisation dans lequel les déflecteurs
des plaques B sont orientés dans le sens contraire du mode de réalisation
des figures précédentes.. Si les ailettes sont toujours inclinées d'un angle
compris entre 5° et 25° par rapport à un plan diamétral, cette
inclinaison
est, selon les figures 12 et 1.3, dans le sens de la sortie du broyeur, c'est-
1o à-dire que le côté latéral d'attaque, vu dans le sens de la rotation, qui
est
également le côté biseauté, se trëuve cette fois plus près de la sortie du
broyeur quë le côté oppôsé: Les déflecteurs sont, par ailleurs, biseautés
sur la face de l'ailette qui est tournée vers la sortie du broyeur et non sur
la
face opposée comme dans le mode de réalisation des figures
1s précédentes. L'arrangement mutuel des différents déflecteurs B est
toutefois toujours réalisé dans le souci d'obtenir une configuration en
forme de spirale dont l'inclinaison peut toutefois varier comme en
témoigne la comparaison entre les figures 12 et 13.
Des essais avec un broyeur dont le blindage est conçu selon le
2o mode de réalisation des figures .12 et 13 a révélé, de manière
surprenante, que l'effet de classement des engins broyants est au moins
aussi efficace que celui réalisé avec le mode de réalisation des figures
précédentes. II faut donc en conclure que, pour ce qui concerne l'effet de
classement, la configuration des différents déflecteurs en spirale ou en
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vrille sur la ~ longueur du broyeur est au moins aussi importante et
déterminante que le sens de l'inclinaison des ailettes individuelles par
rapport à un plan diamétral du broyeur.
La disposition mutuelle des déflecteurs B dans le mode de réalisation de
s la figure 12 est la méme qué celle de la figure 3 et les configurations des
spirales réalisées sont grosso modo les mêmes.
Dans le mode de réalisation de la figure 13, la spirale est moins raide que
dans celui de la figure 12. A cet effet, les déflecteurs B sont associés par
paires dans les anneaux adjacents successifs. Pour réaliser néanmoins
1o une configuration en spirale, les ailettes des deux déflecteurs adjacents B
du même anneau sont disposées, l'une du côté entrée du déflecteur et
l'autre du côté sortie du déflectéur.
II va sans dire que les déflecteurs des figures 12 et 13 peuvent ëtre, soit
des pièces coulées monobloc.comme illustré sur les figures 1 et 2, soit
1s des pièces composites sé¿on les figures 7 à 11. De même, la face
travaillanté des ailettes dans les figures 12 et 13 (qui, cette fois, est la
face
tournée vers l'entrée du broyeur) peut être travaillée ou comporter des
incrustations pour augmenter sa rësistance.
