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Installation de broyage de matières minérales avec presse à rouleaux
La présente invention concerne une installation de broyage de
matières minérales notamment destinée à être installée dans une cimenterie.
La fabrication de ciment comporte plusieurs étapes, chacune
d'elles consomme une quantité importante d'énergie. Parmi ces étapes, on
compte en particulier deux étapes de broyage qui interviennent au début pour
l'une et à la fin de la fabrication pour l'autre. Ce sont des étapes
gourmandes
en énergie. La première étape de broyage est le broyage de la matière
première qui représente de 20 à 30% de la consommation totale en énergie
électrique lors de la fabrication du ciment. Elle réalise également le mélange
et
le séchage de cette matière, appelée farine crue, ceci avant l'étape de
cuisson
à une température de l'ordre de 1450 C. La deuxième étape de broyage,
intervient sur le produit de la cuisson : le clinker. Elle représente de 30 à
50%
de la consommation totale en énergie électrique lors de la fabrication du
ciment
et est une étape primordiale dans la production de ciment. En effet c'est elle
qui va définir, par l'addition de gypse et de produits d'addition, la
composition et
la granulométrie du produit final et donc les caractéristiques techniques du
ciment. La présente invention vise plus particulièrement cette deuxième étape
de broyage, celle du clinker, mais peut également concerner la première étape
de broyage concernant l'obtention de la farine crue.
Dans un souci constant de réduire les coûts d'exploitation et
l'impact environnemental lié à la fabrication de ciment, les installations
servant
aux étapes de broyage, notamment celle du clinker, ont évolué depuis une
vingtaine d'années. Ainsi, jusque dans les années 1980, ce type d'installation
utilisait des broyeurs à boulets selon un procédé de broyage qui consiste à
faire passer la matière à broyer au travers d'un tube horizontal en rotation
contenant des boulets métalliques. Ce principe de broyage de la matière,
possède un très faible rendement énergétique. Ultérieurement, les
installations
de broyage ont progressivement évolué vers le principe de pressage de la
matière qui offre un rendement énergétique plus favorable. Ceci s'est
concrétisé, dans un premier temps, par l'adoption de broyeurs à galets qu'ils
soient verticaux ou horizontaux. Le fort gain en rendement énergétique qui a
accompagné ces technologies est contrebalancé par une complexification
accrue de l'installation et, pour les broyeurs à galets verticaux, la
nécessité de
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mouiller la matière à broyer, ce qui rajoute une étape supplémentaire de
séchage coûteuse en énergie thermique.
Simultanément, des améliorations à la fois métallurgiques et des
procédés de séparation granulométrique de la matière, ont permis le
développement du broyage avec presse à rouleaux. Ce type de broyeur, qui
utilise aussi le principe du pressage de la matière, offre à la fois, de par
l'utilisation de la gravité pour l'admission de la matière, une consommation
d'énergie réduite et une simplification de l'installation de broyage.
Ainsi les installations de broyage actuelles, de type comportant une
presse à rouleaux, comprennent généralement un séparateur statique,
usuellement de type cascade, dont le but est de dépoussiérer, et de sécher la
matière brute et de casser, dépoussiérer la matière agglomérée (ou galettes)
issue du broyage par la presse, une presse à rouleaux qui permet d'abaisser la
granulométrie de la matière et un séparateur dynamique pour sélectionner les
particules ayant la granulométrie souhaitée. Le bouclage du séparateur
statique de type cascade avec la presse à rouleaux permet, sur ce type
d'installation, un recyclage de la matière dont la granulométrie reste trop
élevée
malgré un premier passage dans la presse à rouleaux. Ce type d'installation,
si
elle est parfaitement adaptée pour assurer une granulométrie adéquate du
produit final, consomme encore une quantité d'énergie très importante, dû
notamment, au recyclage, dans la presse à rouleaux, de matière de faible
granulométrie qui devrait aller au produit fini.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient.
Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à
fournir une installation de broyage de matières minérales avec presse à
rouleaux qui, tout en possédant les qualités de broyage et de séchage des
installations actuelles, requiert, pour un tonnage dédié de matières minérales
à
traiter, une quantité d'énergie réduite.
A cet effet, l'invention concerne une installation de broyage de
matières minérales avec presse à rouleaux, du type comportant un premier
séparateur statique, dont l'entrée est alimentée en matière brute, comprenant
deux sorties, la première sortie pour les particules de faible granulométrie
et la
seconde sortie, pour la matière de plus forte granulométrie, cette dernière
étant
reliée à une presse à rouleaux, la première sortie du premier séparateur
statique étant reliée à l'entrée d'un séparateur dynamique comportant deux
sorties, une première sortie pour les particules de granulométrie souhaitée et
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une deuxième sortie pour la matière de plus forte granulométrie, reliée à
l'entrée de la presse à rouleaux, un circuit de ventilation étant prévu à
travers le
premier séparateur statique et le séparateur dynamique, pour participer à la
séparation, au séchage et au transport des particules de faible granulométrie,
l'installation comportant un second séparateur statique dont l'entrée est
reliée
uniquement à la sortie de la presse à rouleaux et dont au moins une des
sorties, de particules de faible granulométrie, est reliée au séparateur
dynamique, le premier séparateur statique étant alimenté uniquement par la
matière brute et le second séparateur statique étant traversé par le circuit
de
ventilation.
L'utilisation d'un second séparateur statique dédié à la sortie de la
presse à rouleaux permet d'avoir une meilleure répartition de la charge entre
les deux séparateurs statiques, le premier séparateur statique étant alors
dédié
uniquement à la réception de la matière brute. Il en résulte, en plus d'un
meilleur séchage à la fois de la matière brute et de la matière après broyage,
une meilleure désagrégation et séparation des particules composant les
galettes issues du broyage à travers la presse à rouleaux et donc un meilleur
rendement de cette installation (diminution de la quantité de particules de
faible
granulométrie revenant dans la presse). Cette amélioration du rendement de la
presse et l'abaissement de la charge de chaque séparateur qui induit un
abaissement de la pression différentielle nécessaire dans le circuit de
ventilation, permettent une réduction de la consommation énergétique par
tonnage de matières minérales traitées.
Avantageusement, l'installation comprend un circuit de délestage.
Un tel circuit permet, lors du démarrage et du réglage de la presse
à rouleaux, de délester la matière étant passée par la presse et qui, pour des
contraintes liées à la technologie du broyage par presse à rouleaux, n'est que
très peu broyée. On limite ainsi la charge imposée à la presse dans les
instants
primordiaux du démarrage et des réglages permettant, ainsi, d'augmenter la
durée de vie de la presse et du séparateur dynamique.
Préférentiellement, le circuit de délestage comprend une trémie
dont l'entrée peut être temporairement reliée à la sortie de la presse à
rouleaux
et dont la sortie est reliée au premier séparateur statique.
Ainsi, lors du démarrage de la presse, la matière grossièrement
broyée par la presse peut être stockée dans la trémie et être réintroduite
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graduellement avec la matière brute limitant ainsi la charge imposée à la
presse lors du démarrage.
Selon un mode d'exécution alternatif, le circuit de délestage
comprend une trémie dont l'entrée peut être temporairement reliée à la
seconde sortie du second séparateur statique, celle de la matière de forte
granulométrie.
Une telle alternative, permet, pendant la phase de délestage de
récupérer les particules de faible granulométrie issues de ce broyage partiel,
tout en assurant que la matière de forte granulométrie ne soit pa: <
réintroduite
dans le séparateur dynamique mais stockée dans la trémie de délestage. Une
fois le fonctionnement normal de la presse atteint, la matière grossièrement
broyée est réintroduite graduellement avec la matière brute.
De manière avantageuse, au moins un des séparateurs statiques
est de type cascade.
De tels séparateurs sont, de par leur conception, robustes, pouvant
traiter des matériaux grossiers et possédant un haut pouvoir de désagrégation
et de séchage. Ce type de séparateur est donc idéal à la fois pour traiter la
matière brute et faire un premier tri de la matière après broyage.
L'alimentation en matière brute du premier séparateur statique
comprend une pluralité de trémies, un moyen de dosage pondéral associé à
chaque trémie et un moyen de convoyage de ladite matière vers le premier
séparateur statique.
Une telle alimentation du premier séparateur statique, et donc de
l'installation de broyage, permet de définir, dés l'étape de broyage, par la
mise
en oeuvre de différentes trémies contenant des composants différents et
l'utilisation de moyens de dosages, le mélange souhaité qui constitue le
produit
fini, c'est-à-dire le ciment ou la farine crue (pour une installation adaptée
pour
la première étape de broyage de la fabrication du ciment).
Préférentiellement, l'installation comprend des moyens de détection
de matériaux métalliques et ces moyens de détection commandent le rejet
desdits matériaux au travers d'un circuit de rejet.
L'existence de moyens de détection des matériaux métalliques
couplés à un circuit de rejet de ces dits matériaux permet de supprimer les
risques de dommages à l'installation de broyage que pourrait causer la
présence de ce type de matériaux et aussi d'offrir une meilleur garantie sur
la
composition du produit fini.
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De manière avantageuse, la première sortie du séparateur
dynamique est reliée à un dispositif de filtration qui va permettre de séparer
les
particules de faible granulométrie de l'air du circuit de ventilation, et le
dispositif
de filtration est relié à un système de transport de produit pulvérulent
5 L'utilisation d'un tel dispositif de filtration couplé à un système de
transport permet une récupération des particules ayant la granulométrie
souhaitée et le transport de ces particules vers une zone de stockage ou
directement vers l'étape de conditionnement du produit fini.
Préférentiellement, l'entrée de la presse à rouleaux est équipée
d'une trémie d'alimentation.
Cette trémie permet d'assurer à la fois une alimentation continue et
un contrôle de la quantité de matière alimentant la presse.
Avantageusement, le second séparateur statique comprend deux
sorties, l'une des sorties pour les particules de faible granulométrie et une
pour
la matière de forte granulométrie, et la sortie de la matière de forte
granulométrie est reliée au séparateur dynamique.
Un tel couplage permet d'alimenter le séparateur dynamique avec
la matière broyée passée préalablement dans le second séparateur statique et
donc ayant été convenablement désagrégée. Un tel ordre de passage permet
d'assurer une bonne séparation entre les particules de faible granulométrie et
la matière de forte granulométrie et donc de réalimenter la presse avec une
quantité réduite de matière possédant une forte granulométrie (moins de
particules de faible granulométrie dans la matière réintroduite dans la
presse)
et donc d'alléger la charge réintroduite dans la presse permettant alors
d'augmenter la charge en matière brute. Ceci induit une importante
augmentation du rendement de l'installation entière pour une quantité
d'énergie
équivalente. En effet, le rendement à appliquer pour la séparation de la
matière
pressée est celui du séparateur dynamique (85 à 90%) et non plus celui du
premier séparateur statique (40 à 50%).
Selon un mode d'exécution alternatif, le second séparateur statique
comprend deux sorties, l'une des sorties pour les particules de faible
granulométrie et une pour la matière de forte granulométrie, et la sortie de
la
matière de forte granulométrie est reliée à l'entrée du premier séparateur
statique.
Un tel couplage de la seconde sortie du second séparateur statique
avec l'entrée du premier séparateur permet à la matière broyée de passer par
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deux séparateurs et donc, de par une optimisation de la désagrégation des
galettes issues du broyage, une récupération optimale des particules de faible
granulométrie ceci après chaque broyage.
Selon un autre mode d'exécution, le deuxième séparateur statique
comprend deux sorties, l'une des sorties pour les particules de faible
granulométrie et une pour la matière de forte granulométrie, et la sortie de
la
matière de forte granulométrie est reliée directement à la presse à rouleaux.
Avantageusement, au moins une entrée et/ou une sortie d'au
moins un séparateur est équipée d'un clapet d'étanchéité.
Un tel clapet permet de limiter les phénomènes d'air faux
pouvant intervenir au niveau des séparateurs.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en
référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemples non
limitatifs trois formes d'exécutions de cette installation de broyage de
matières
minérales.
Figure 1 est une vue schématique d'une installation de broyage de
type connu ;
Figure 2 est une vue schématique d'une première forme
d'exécution d'une installation de broyage selon l'invention ,
Figure 3 est une vue schématique d'une seconde forme
d'exécution d'une installation de broyage selon l'invention.
La figure 1 présente une installation de broyage de matière
première minérale avec presse à rouleaux selon l'état de la technique.
Une telle installation comprend des moyens d'alimentation 1 en
matière première, des moyens de détection de matériaux métalliques 2 couplés
à un circuit de rejet 3, un séparateur statique 4, une presse à rouleaux 5, un
séparateur dynamique 6, un circuit de ventilation 7 et un circuit de
circulation 8
pour le produit fini.
En fonctionnement les matières minérales, par exemple du clinker,
du gypse et des produits d'addition tels que du laitier de hauts fourneaux ou
encore de la cendre, sont injectées dans le circuit de l'installation. Ceci
est
réalisé aux moyens de plusieurs trémies 9 contenant chacune un des
composants nécessaires pour la fabrication du ciment. Chaque trémie est
associée à un doseur pondéral 10 de manière à atteindre lors de l'introduction
des différents composants dans le circuit de l'installation un mélange à la
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composition donnée, par exemple, pour un ciment CEMI, 95 % de clinker et
5% de gypse.
Cette matière brute est ensuite transportée par un moyen de
convoyage 11 tel qu'un convoyeur à bande, un élévateur à godets ou encore
un convoyeur à chaine. Ces moyens sont, sur l'illustration schématique de la
figure 1, un convoyeur à bande 11. Lors de ce transport, la matière brute
passe
par un système de détection de particules métalliques 2 qui, lorsque la
matière
brute contient de telles particules, redirige la matière vers un circuit de
rejet 3.
Le circuit de rejet 3, après une procédure de filtration pour récupérer
sélectivement les particules métalliques dans une trémie de rejet 12, permet
de
rediriger la matière brute triée sur les moyens de convoyage 11 qui les
amènent, avec le reste de la matière brute, à l'entrée 13 d'un séparateur
statique 4.
Ce séparateur statique 4 usuellement de type cascade, est relié au
circuit de ventilation 7. Ce circuit 7, en circuit ouvert ou recyclé, permet
un
réglage de la température de l'air transitant dans ce circuit. Ce réglage est
obtenu en combinant des moyens de chauffage de l'air tels qu'un générateur
de gaz chauds ou la chaleur liée aux équipements de la cimenterie tels que les
gaz d'exhaure d'un four ou d'un refroidisseur, et des moyens de
refroidissement tels que l'injection d'air extérieur. Ainsi, selon le principe
du
séparateur à cascade, à savoir la chute de la matière à la manière d'une
cascade sur une pluralité de parois inclinées autour desquelles transite le
flux
d'air du circuit de ventilation 7, la matière est désagrégée, ceci en raison
des
chocs sur les parois inclinées, et les particules de faible granulométrie qui
s'en
détachent sont emportées par le flux d'air. Les particules de faible
granulométrie sont dirigées par le flux d'air vers une première sortie 14 du
séparateur à cascade 4, tandis que le reste de la matière est dirigé vers la
seconde sortie 15 reliée à une trémie d'alimentation 16 de la presse à
rouleaux
5. Le passage de la matière de forte granulométrie à travers cette trémie 16
va
permettre de réguler l'alimentation de la presse à rouleaux 5. La matière de
forte granulométrie est ensuite broyée au travers de la presse à rouleaux 5 et
ressort en un mélange de fines particules et de galettes de matière
agglomérée. La matière ainsi broyée est alors, à la sortie 17 de la presse 5,
réintroduite par l'intermédiaire de moyens de convoyage 18, généralement de
type élévateur à godets dans le séparateur statique 4.
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Lors de ce second passage, les galettes, mélangées à la matière
brute, sont désagrégées, permettant de libérer partiellement les particules de
faible granulométrie qui sont emportées par le flux d'air vers la première
sortie
14 du séparateur statique 4. Cette première sortie 14 est reliée à l'entrée 19
d'un second séparateur 6 de type dynamique. Ce séparateur 6, qui est
préférentiellement un séparateur de troisième génération à cage d'écureuil à
axe vertical permet de sélectionner les particules ayant la taille requise qui
sont
emportées par le flux d'air vers une première sortie 20. Le reste de la
matière
est renvoyée par l'intermédiaire d'une seconde sortie 21 et d'un moyen de
convoyage 22 généralement de type convoyeur à bande vers la trémie
d'alimentation 16 de la presse 5 pour réduire leur granulométrie. Les
particules
sélectionnées et passant donc par la première sortie du séparateur dynamique
sont transportées par le circuit de ventilation 7 vers un dispositif de
filtration 23
qui va permettre de recueillir le produit fini avec la composition et la
granulométrie requises. Ce produit est ensuite transporté par un système de
transport 24 de produits pulvérulents, tel qu'une aéroglissière 24, pour être
stocké dans des silos de stockage avant d'être conditionné pour la vente ou
envoyé au four après homogénéisation (pour une installation adaptée pour
l'obtention de farine crue).
La figure 2 illustre un premier mode d'exécution d'une installation
de broyage selon l'invention. Une telle installation de broyage diffère de
l'installation selon l'art antérieur en ce que la sortie de la presse peut
être reliée
par un système de convoyage 25 soit à un circuit de délestage 26, soit à un
second séparateur statique 27, également de type cascade, dont les deux
sorties 28,29 sont reliées au séparateur dynamique 6.
Ainsi lors du démarrage de l'installation, les trémies d'alimentations
9 alimentent l'installation en matières minérales. De même que pour
l'installation selon la figure 1, cette matière brute est amenée par un
système
de convoyage 11 au premier séparateur cascade 4 qui réalise un premier tri de
la matière brute, la matière de forte granulométrie est emmenée vers la presse
5 au travers de la trémie d'entrée 16 de la presse 5. Au démarrage et pendant
le temps de réglage de la presse 5, la matière brute, lors de son passage dans
la presse à rouleaux 5, n'est que très faiblement broyée. Ainsi, pour ne pas
surcharger la presse 5, en plus de la matière brute, avec cette matière très
faiblement broyée, elle est convoyée, au travers de moyen de convoyage 25,
vers un circuit de délestage 26 comprenant une trémie de délestage 30 et un
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moyen de dosage pondéral 31 relié au premier séparateur cascade 4. La
matière est alors stockée dans la trémie de délestage 30 le temps que la
presse à rouleaux 5 atteigne sa valeur nominale d'énergie spécifique de
broyage, par exemple une valeur de l'ordre de 2 kWh/t. Lorsque ce régime est
atteint, la matière faiblement broyée, stockée dans la trémie de délestage 30,
est graduellement mélangée à la matière brute, ceci au travers du premier
séparateur statique 4. Elle repasse ainsi dans la presse à rouleaux 5 pour
être
convenablement broyée.
Le mélange de matière brute et de matière partiellement broyée,
après ce passage par la presse à rouleaux 5, en régime de croisière, est
ensuite envoyé dans le second séparateur statique 27. Ce second séparateur
27 va permettre, pour cette matière convenablement broyée, à la fois de
désagréger et sécher les galettes formées lors du broyage par la presse à
rouleaux 5. La matière ainsi obtenue, un mélange de matériaux grossiers et de
fine particules, est renvoyée, au travers des deux sorties 28,29 du second
séparateur, vers le séparateur dynamique 6. Les particules de faible
granulométrie étant disjointes du reste de la matière, le séparateur 6, va
réaliser, en raison de sa forte sélectivité, un tri sélectif pour sortir, par
une
première sortie 20, les fines particules à la granulométrie souhaitée et par
une
seconde sortie 21, la matière de plus forte granulométrie. Cette dernière
matière est renvoyée vers la presse 5 pour un nouveau cycle de broyage,
désagrégation et triage, ceci jusqu'à l'obtention de la granulométrie
souhaitée.
Les particules ayant la granulométrie souhaitée, à savoir des particules d'une
taille inférieure à quelques micromètres, sont transportées par le circuit de
ventilation 7 de la première sortie 20 du séparateur dynamique 6 vers un
dispositif de filtration 23. Ce dispositif de filtration permet de recueillir
le produit
fini avec la composition et la granulométrie requises. Ce produit est ensuite
transporté par un système de transport 24 de produits pulvérulents, tel qu'une
aéroglissière 24, pour être stocké dans des silos de stockage avant d'être
conditionné pour la vente ou envoyé au four après homogénéisation (pour une
installation adaptée pour l'obtention de farine crue).
Une installation de broyage de matières minérales selon ce mode
d'exécution permet, par l'augmentation de la quantité de matière de faible
granulométrie récupérée après chaque broyage et donc l'augmentation du
rendement de l'ensemble de l'installation, un abaissement de la consommation
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par tonne de minéral broyé de plus de 16% et de réduire par deux la capacité
de la trémie d'alimentation 16 ainsi que celle du système de transport 25.
La figure 3 illustre un second mode d'exécution d'une installation
de broyage selon l'invention. Une telle installation de broyage diffère du
5 premier mode d'exécution en ce qu'une sortie 29 du second séparateur
statique 27, la sortie de matière de forte granulométrie, est reliée à un
moyen
de convoyage 32 jusqu'à la trémie d'alimentation 16 de la presse à rouleaux 5.
En fonctionnement, le circuit d'alimentation 9, 10, 11, 13 de la
presse et le circuit de délestage 25, 26 fonctionnent de manière identique au
10 premier mode d'exécution. Le changement lié à ce second mode d'exécution
n'intervient qu'après passage de la matière dans le second séparateur 27
statique. Lors de ce passage, la matière de forte granulométrie, sortant par
la
seconde sortie 29 du second séparateur statique 27 n'est plus renvoyée vers le
séparateur dynamique 6 mais directement dans la trémie d'alimentation 16 de
la presse 5 ceci par un moyen de convoyage 32. Ainsi, la matière riche en
matériaux grossiers est de nouveau broyée pour en abaisser la granulométrie
tandis que seules les particules de faible granulométrie provenant des
premières sorties 24, 28 des deux séparateurs statique 4, 27, passent par le
séparateur dynamique 6. Ces fines particules, de manière identique au premier
mode d'exécution, sont transportées par le circuit de ventilation 7 vers un
dispositif de filtration 23 qui va permettre de recueillir le produit fini
avec la
composition et la granulométrie requises. Ce produit est ensuite transporté
par
un système de transport 24 de produits pulvérulents, tel qu'une aéroglissière
24, pour être stocké dans des silos de stockage avant d'être conditionné pour
la vente ou envoyé au four après homogénéisation (pour une installation
adaptée pour l'obtention de farine crue).
Une troisième forme d'exécution, non illustrée ici, consiste, pour
une installation similaire à la première forme d'exécution, à relier la
seconde
sortie 29 du second séparateur cascade 27, celle correspondant à la matière
de forte granulométrie, au moyen de convoyage 11 d'alimentation de
l'installation. Ceci permet à la matière broyée de passer par deux séparateurs
statique 6,27 et donc, par une optimisation de la désagrégation des galettes
issue du broyage, une récupération optimale des particules de faible
granulométrie à chaque broyage.
Dans les trois formes d'exécutions présentées, le circuit de
délestage 26 est, pendant la phase de délestage, connecté à la sortie de la
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presse 17. Une alternative possible est d'alimenter, pendant cette phase de
délestage, le circuit de délestage 26 à partir de la seconde sortie 29 du
second
séparateur statique 27, cette sortie 29 correspondant à la matière de forte
granulométrie. Dans cette configuration, la sortie 17 de la presse à rouleaux
5
est directement reliée, comme en régime de croisière, à l'entrée du second
séparateur statique 27. Cette alternative permet, pendant cette phase de
délestage de récupérer, malgré le faible rendement de la presse 5, les
particules de faible granulométrie issues de ce broyage partiel.
Quel que soit le mode d'exécution de l'invention, comme l'illustrent
les figures 2 et 3, des clapets d'étanchéité 33 peuvent être placés aux
entrées
13, 34, 29 de matières et aux sorties 15, 29, 21 de particules de forte
granulométrie des différents séparateurs 4, 27, 6. Par exemple, le second
séparateur présente un clapet 33 sur son entrée 34. Ces clapets 33 sont
installés dans le but de limiter les phénomènes d'air faux pouvant
intervenir
au niveau de ces séparateurs (4, 27, 6).
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes
d'exécutions de cette installation de broyage de matières minérales décrites
ci-
dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes
de réalisation. Elle pourra notamment être adaptée pour être utilisée pour le
broyage de la matière première avant cuisson.
