Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 98/36841 ~ PCT/FR98/00280
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TITRE : Procédé et installation pour réduire un matériau brut en morceaux en
un matériau en grains selon une distribution granulométrique.
La présente invention concerne un procédé et une installation,
notamment à marche continue, pour réduire un matériau brut en morceaux et
obtenir un matériau en grains d'une distribution granulométrique requise ainsi
qu'une application du mélange de matériau en grains obtenu par la mise en
oeuvre d'un tel procédé.
Dans le domaine de la fragmentation, on est souvent amené à
produire, à partir d'un matériau en morceaux, des grains dont l'étagement des
dimensions respecte une distribution ou fuseau granulométrique prédéterminé
afin, notamment, de permettre la mise en oeuvre ultérieure de cette matière
par
des moyens divers de tassement par vibration, compactage ou pressage, de
minimiser l'ajout de liant éventuellement requis fors de cette mise en oeuvre,
et/ou d'optimiser les caractéristiques physiques de la pièce ouvrée après
formage suivant des critères également prédéterminés.
Une caractéristique prévalant généralement à la définition de
ce fuseau granulométrique est l'aptitude des grains fins à combler le plus
exactement possible les espaces intergranulaires des grains de taille
supérieure, cette caractéristique concourant à une optimisation de la
compacité
de la pièce ouvrée, à une réduction de la consommation de liant éventuel
devant combler les vides, ainsi qu'à de meilleures performances en terme de
résistances mécaniques et/ou de conductivités électrique ou thermique.
Une autre caractéristique souvent recherchée pour les fractions
grossières de ce fuseau granulométrique est de présenter une résistance
optimale à la compression, afin de ne pas ëtre dégradées lors de la mise en
oeuvre ultérieure et de renforcer les caractéristiques mécaniques de la pièce
ouvrée après formage.
Actuellement, on ne contrôle pas les caractéristiques des
matériaux bruts employés et on ne maîtrise pas la distribution granulométrique
des grains directement issus des opérations de fragmentation.
Pour obtenir une distribution dimensionnelle des grains
respectant le fuseau granulométrique requis, il paraît donc indispensable de
décomposer le processus de préparation granulométrique en deux étapes.
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26)
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La première étape consiste à diviser le matériau en plusieurs
fractions granulométriques au moyen d'appareils de classification, à réduire
les
éventuels excédents de certaines fractions au moyen d'appareils de
concassage ou de broyage, à recirculer les produits fragmentés sur les
appareils de classification, et à stocker les diverses fractions ainsi
produites
dans des silos ou trémies tampons en fonction de leur granulométrie.
La deuxième étape consiste ensuite à reconstituer un mélange
des différentes fractions granulométriques produites dans la première étape,
afin de satisfaire au fuseau granulométrique requis, grâce à une extraction
contrôlée des matières sous chacun des silos au moyen de systèmes de
dosage volumétriques etlou pondéraux.
Bien que l'on connaisse des installations n'ayant recours qu'à
un seul appareil de fragmentation pour la production simultanée des
différentes
fractions, l'ensemble de ces opérations, et plus particulièrement la
classification
et le mélange, nécessitent des équipements nombreux et encombrants,
notamment lorsque l'on souhaite limiter au maximum les excédents de
matériaux non réutilisables. De plus, elles fonctionnement en circuit fermé et
impliquent une recirculation des matériaux. Elles sont donc complexes et
coûteuses.
Le but de l'invention est de proposer un procédé et une
installation de réduction granulométrique d'un matériau brut en morceaux en un
matériau en grains qui pallient les inconvénients précités et permettent la
production directe, notamment en continu, d'une distribution granulométrique
requise sans recirculation, sans classification ni remélange de tout ou partie
des produits fragmentés.
Un autre but de la présente invention est de proposer un
procédé et une installation de réduction granulométrique d'un matériau brut en
morceaux qui permettent une utilisation directe du matériau en grains obtenu
sans avoir à de nouveau modifier sa distribution granulométrique en fonction
de
l'application recherchée.
Un autre but de la présente invention est de proposer une
1, . I
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application du mélange de matériau en grains obtenu permettant la fabrication
d'objets présentant des propriétés physiques avantageuses.
D'autres buts et avantages de la présente invention
apparaïtront-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.
La présente invention concerne tout d'abord un procédé de
réduction granulométrique d'un matériau brut en morceaux en un matériau en
grains dans lequel
- on soumet tout ou partie dudit matériau en morceaux à un
broyage, apte à permettre l'obtention, à son issue, d'un matériau en grains,
d'une distribution granulométrique requise à partir d'une granulométrie
quelconque du matériau en morceaux,
- on dirige en aval ledit matériau en grains exclusivement vers
un contenant commun, quelle que soit la taille desdits grains,
de manière à obtenir, en un seul passage, dans ledit contenant, un mélange de
matériau en grains présentant ladite distribution granulornétrique, pour une
utilisation telle quelle.
Le procédé objet de l'invention utilise un produit brut de départ
dont les morceaux ont, par exemple, des dimensions inférieures ou égales à
200 mm.
De manière avantageuse, on soumet lesdits morceaux à un
broyage par écrasement en couche de matière. En effet, on a constaté que le
choix d'une telle technique permet de sélectionner les paramètres de
l'opération de broyage de telle sorte que le produit en grains obtenu
satisfasse
au fuseau granulométrique requis à partir de morceaux de taille quelconque, et
ceci en circuit ouvert.
L'expression broyage par écrasement en couche de matière
désigne les procédés de broyage suivant lesquels une couche multigranulaire
de produit à broyer est comprimée entre deux surfaces avec une pression
suffisante pour provoquer la fragmentation des grains qui sont réduits en
grains
plus petits.
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Durant le processus de broyage par écrasement en couche de-
matière, l'effort de compression exercé se transmet au sein de la couche de
matière de grain à grain au-travers des zones de contact entre grains.
. Au début de ce processus, la granulométrie grossière de la
matière fait que les espaces intergranulaires sont généralement importants, et
que les surfaces de contact entre grains sont limitées, ce qui génère une
pression importante et provoque l'éclatement des grains les plus fragiles. Les
grains de taille inférieure ainsi générés se réarrangent alors dans les
espaces
intergranulaires vacants, augmentant progressivement les surfaces de contact
entre grains, et réduisant simultanément la pression locale dans les zones de
contact.
Le processus concourt en conséquence à réduire le volume
des vides intergranulaires en augmentant corrélativement la compacité de la
couche de matière, jusqu'à ce que la multiplication des points de contact
entre
grains abaisse les pressions locales en dessous du seuil de rupture par
écrasement de ces derniers.
On observe ainsi que les pièces actives du broyeur pour
réaliser la réduction sont éventuellement peu en contact avec la matière. En
effet, celle-ci se broie par elle-même sous l'effet de la pression transmise
entre
les grains. On peut donc traiter des matériaux abrasifs en limitant l'usure
des
pièces employées.
Grâce à une telle technique, on peut également obtenir un
fuseau granulométrique relativement large, par exemple un 0-30 mm ou plus.
De tels procédés permettent d'obtenir une distribution
granulométrique des grains qui soit sensiblement indépendante de la taille
initiale des morceaux employés. Pour faire varier ladite distribution et/ou
pour
I 'adapter à la matière brute utilisée, il suffira alors de jouer sur les
paramètres
de réglage du broyage tels que, par exemple, la force de fragmentation et/ou
la
pression appliquée.
Cette dernière sera fonction, notamment, de la pression
d'utilisation ultérieure du matériau et sera supérieure ou au moins égale à
celle-
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ci afin d'éviter une détérioration du grain dans cette étape.
Les appareils connus pour la mise en oeuvre de broyage par
écrasement en couche de matière sont, à titre d'exemple, les broyeurs à meule,
les broyeurs verticaux à billes ou à galets, les broyeurs à anneaux, les
presses
5 à cylindres et les broyeurs vibrants à cône.
II pourra s'agir, notamment, d'un broyeur à cône vertical
vibrant, c'est-à-dire un broyeur dans lequel le cône ou ia cuve est mis en
vibration, l'autre élément, cuve ou cône, du broyeur étant fixe ou mobile.
Différents exemples utilisant certains de ces broyeurs sont développés dans la
suite.
A ce sujet, la présente invention a également pour objet une
installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus de réduction
granulométrique d'un matériau brut en morceaux comprenant au moins des
moyens pour soumettre tout ou partie dudit matériau en morceaux à un
broyage, apte à permettre l'obtention, à son issue, d'une distribution
granulométrique requise du matériau en grains à partir d'une granulométrie
quelconque du matériau en morceaux, et des moyens pour diriger, en aval,
ledit matériau en grains, exclusivement vers un contenant commun quelle que
soit la taille desdits grains.
Selon un exemple de réalisation avantageux, lesdits moyens
pour soumettre ledit matériau en morceaux à un broyage sont constitués, par
exemple, d'un appareil de fragmentation effectuant un broyage par écrasement
en couche de matière.
Comme évoqué plus haut, grâce au principe de fonctionnement
de tels appareils, on a constaté que ie matériau en grains obtenu présente des
distributions granulométriques directement utilisables, car déterminées, et
l'installation conforme à l'invention ne nécessite donc pas de dispositif de
recirculation ou de division des produits fragmentés.
L'installation conforme à l'invention comprend ainsi,
avantageusement un seul broyeur par écrasement en couche de matière.
Toutefois, d'autres opérations préalables, notamment de concassage
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pourraient également être envisagées, à l'aide d'autres dispositifs prévus en
amont.
Dans le cas où le fuseau granulométrique requis nécessite la
présence de grains de taille supérieure à la dimension maximale des grains
produits par l'appareil de fragmentation utilisé, l'installation pourra étre
complétée, éventuellement, en amont de ce dernier, d'un appareil de
classification qui sera généralement un crible etlou une grille, permettant de
sélecter différentes fractions du matériau brut et, notamment, de prélever
parmi
ses morceaux une ou plusieurs fractions grosses manquantes dans la matière
en grains. Ces fractions grosses éviteront ensuite, grâce à un bipasse, en
tout
ou partie le broyeur.
Avantageusement, ces fractions grosses seront constituées de
grains dont les dimensions sont supérieures ou égales à un millimètre.
La présente invention concerne avantageusement une
application du mélange de matériau en grains obtenu par la mise en oeuvre du
procédé décrit ci-dessus à la fabrication, après compactage, pressage et/ou
tassement par vibrations dudit mélange, d'objets présentant des propriétés
mécaniques optimisées.
En effet, notamment en cas de broyage par écrasement en
couche de matière, les seuils de rupture entre grains lors de la fragmentation
pouvant être différents selon la nature et la cohésion de ces derniers, il
apparaît une fragmentation sélective intéressant prioritairement les grains
fragiles. Ainsi, les gros grains du produit fragmenté sont préférentiellement
issus des constituants les plus durs du produit brut.
De plus, comme précédemment évoqué, la distribution
granulométrique du produit broyé présente une compacité satisfaisante, les
espaces intergranulaires vacants étant comblés lors du traitement.
Grâce à de tels procédés, et grâce à ce choix on dispose donc,
en sortie du broyeur et avant tout traitement supplémentaire, d'un produit
présentant déjà des caractéristiques mécaniques avantageuses.
Ils pourront ainsi être utilisés, notamment, pour la fabrication
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d'anodes par exemple, pour la production de l'aluminium par électrolyse. De
telles anodes sont réalisées, notamment, par broyage de coke.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la
description suivante, accompagnée des dessins en annexe qui en font partie
intégrante et parmi lesquels
- la figure 1 décrit un premier exemple de réalisation du
procédé conforme à l'invention,
- la figure 2 décrit un second exemple de réalisation du procédé
conforme à l'invention,
- la figure 3 décrit un troisième exemple de réalisation du
procédé conforme à l'invention,
- la figure 4 décrit un quatrième exemple de réalisation du
procédé conforme à l'invention.
Selon l'exemple de réalisation représenté à la figure 1,
l'installation conforme à l'invention est constituée, par exemple, d'un
système
d'alimentation de la matière brute 1, d'un broyeur 2 et d'un système de
stockage 3 et chargement de camion 5.
Le broyeur 2 est, par exemple, un broyeur vibrant à cône du
type décrit dans les documents FR-2.702.970 et FR-2.735.402 au nom du
demandeur.
Le système de stockage et chargement de camion peut aussi
être remplacé par tout autre système tel que dispositif de mise en tas au sol,
d'ensachage ou autres.
Par ailleurs, le broyeur 2 peut aussi alimenter directement un
dispositif aval assurant le malaxage éventuel avec un liant et/ou la mise en
oeuvre du mélange.
Pour certaines applications, l'installation peut être conçue
mobile, en remorque ou auto-motrice, par exemple par assemblage sur un
châssis routier ou ferroviaire.
Une telle installation peut être utilisée, notamment pour la
production de matériau de voirie de granulométrie pouvant être un 0-30 mm.
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Comme représenté aux figures 2 à 4, selon une variante de
réalisation, le produit brut est préalablement divisé en différentes fractions
granuiométriques, de sorte que, comme précédemment évoqué, certaines des
fractions les plus grossières évitent, grâce à un bipasse, en tout ou partie
l'étape de broyage et sont mélangées avec la matière broyée afin de compléter
la teneur en grains grossiers nécessaires à satisfaire à la distribution
granulométrique requise.
Plus précisément, l'installation dont le schéma est représenté à
la figure 2 peut être envisagée par exemple pour la fabrication de certains
bétons hydrauliques.
Une telle installation comprend, entre le système d'alimentation
1 et le broyeur 2, notamment, un crible 4 à deux toiles ou grilles qui vont
permettre de ponctionner deux fractions grossières G1 et G2 dans la matière
brute. Ces fractions grossières peûvent être par exemple un 5-20 mm et un 20-
40 mm respectivement. Elles sont stockées dans les silos ou trémies 6 et 7.
Un dispositif de surverse sur un ou plusieurs de ses silos ou
trémies 6 et 7, suivis d'un convoyeur 8, par exemple à bande, permettent de
retourner l'excédent de ses fractions vers l'entrée du broyeur 2 avec la
matière
brute M passante à la dernière maille du crible.
Le broyeur 2 est ici, par exemple, un broyeur à anneau du type
décrit dans les documents FR-90/14.004 et FR-2.679.792.
La matière F fragmentée, notamment en 0-10 mm, est reprise
par un système de manutention 3, tel un élévateur à godets, pour être stockée
dans un silo 5.
Un système d'extraction et de dosage 9, constitué ici pour
l'exemple d'un extracteur vibrant, sous chaque süo ou trémie 5-7, permet de
contrôler le débit de produits fragmentés extraits, et celui des ajouts
correspondants des deux fractions grossières devant compléter le produit
fragmenté pour satisfaire au fuseau granulométrique requis.
Selon fa variante illustrée à la figure 3, le mélange de grains
obtenu après broyage pourra aussi étre appliqué, notamment, à la préparation
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du coke pour la fabrication des anodes utilisées dans la production de
l'aluminium par électrolyse.
Outre l'utilisation d'un élévateur à godets 10 au lieu d'un
convoyeur à bande pour l'alimentation de la matière brute, il ne diffère du
schéma de la figure 2 que par le renvoi de la totalité de la fraction la plus
grossière G2 à l'entrée du broyeur 2 avec suppression du silo correspondant et
par l'utilisation d'un broyeur vibrant à cône décrit ci-dessus en référence à
la
figure 1.
Par ailleurs, le système de dosage 9 représenté sous les silos 5
et 6 est pondéral, du type à perte en poids, tel que couramment utilisé dans
les
installations conventionnelles.
Pour cette application, la granulométrie typique des divers flux
de matière sont de l'ordre de 0-30 mm pour le coke brut, 15-30 mm pour la
fraction G2, 5-15 mm pour la fraction G1 et 0-15 mm contenant une faible
quantité supérieure à 5 mm pour la matière fragmentée F.
La figure 4 illustre une alternative simplifiée de l'exemple
précédent basé sur un simple dosage volumétrique des fractions F et G1,
lorsque la précision du système pondéral n'est pas requise.
En ce cas, le stockage intermédiaire en silo n'est plus
nécessaire et le débit volumétrique de la fraction G1 est régulé comme une
proportion du débit total mesuré sur la bascule 11 du convoyeur de reprise 12,
en agissant sur le système d'extraction du doseur à surverse 13.
Ce dernier peut être, comme représenté, un doseur par
extracteur vibrant à fréquence variable.
Les paramètres d'opérations du broyeur 2 sont alors régulés
pour assurer ie contrôle en ligne du débit total sur la bascule 11.
Naturellement, les installations décrites ci-dessus ne sont
données qu'à titre d'exemple non limitatif. D'autres modes de mise en oeuvre
et/ou d'autres applications, à la portée de l'homme de l'art, auraient pu être
envisagés sans pour autant sortir de la présente invention.
