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La présente invention concerne un procédé pour le -broyage en continu de substances solides.
Les broyeurs à boulets et les broyeurs oscillants sont utilisés pour le broyage en continu ou en discontinu, à sec ou à l'état humide, de matières de-différente nature. Les dimensions des broyeurs à boulets peuvent être choisies en fonction des buts envisagés, alors que celles des broyeurs oscillants sont limitées pour des raisons de construction.
Le rendement spécifique des broyeurs à boulets est relativement faible et diminue à mesure que les dimensions de ces dernière.: augmentent. Pour palier à cet inconvénient, on peut augmenter l'énergie amenée au broyeur par unité de volume. Pour les broyeurs à boulets, cette possibilité est toutefois limitée par le nombre de tours maximum admissible; en effet, la force de la pesanteur entraînant la chute des boulets, ne doit pas être annulée par la force centrifuge dépendant de la vitesse de rotation du'tambour,
Dans les broyeurs oscillants'et les broyeurs plané- taires à boulets, la force de la pesanteur est remplacée par des forces de vibration ou par la force centrifuge, permettant d'amener de plus fortes quantités d'énergie et d'obtenir ainsi un rendement spécifique plus élevé.
Les broyeurs oscillants connus travaillent avec des forças de vibration qui sont généralement 3 à 10 fois supérieures à la force de la pesanteurs La force centrifuge des broyeurs planétaires à boulets peut être encore beaucoup plus grande. Les dimensions de ces deux types de broyeurs sont, pour des raisons de construction, toutefois limitées.
Ils dif..
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firent entre eux, entre autres, par leur mode de fonctionne- ment, Avec les broyeurs oscillants, on peut opérer en continu, tandis qu'avec les broyeurs planétaires à boulets on ne peut travailler qu'en discontinu.,Ces deux broyeurs permettent, grâce à la densité d'énergie croissant avec l'accélération, ' d'augmenter notablement le rendement spécifique, mais ils ne peuvent satisfaire, dans la mesure voulue, aux exigences ac- crues posées par la technique des procédés, en particulier lors d'une automation.
La mise au point de broyeurs à boulets où. de fortes énergies sont transmises mécaniquement, par l'intermédiaire d'agitateurs, tels que les broyeurs à sable ou à perles, de- vait combler cette lacune. Ces types de construction présen- tent toutefois, outre une usure élevée des pièces, l'inconvé- nient, commun à tous les mélangeurs, de favoriser un brassage axial accru, provoquant dans les dispositifs fonctionnant en continu, avec les temps de séjour statistiques, un passage de Emportions non broyées, inconvénient qui ne peut 8tre atténué que par une augmentation en soi indésirable du temps de séjour, diminuant le débit.
,
On s'était donc proposé de mee 'au point un pro- cédé pour le broyage en continu de matières solides, permet- tant des densités d'énergie élevées avec des temps de séjour courts et avec obtention de hauts rendements..
Selon le procédé conforme à la présente invention, la matière à broyer est menée à travers une chambre tournant autour d'un axe central en étant soumise en même temps à une accélération de base constante, ainsi qu'à une accélération supplémentaire autour d'un. autre axe, par exemple au moyen de vibrations ou par rotation.
La valeur de l'accélération de base ainsi aue qele de l'accélération supplémentaire - ces deux valeure pouvant
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être égales ou différentes, - peut être un multiple de la pesanteur.
Pour augmenter l'effet de broyage, il est indiqué de mélanger la matière à broyer avec des éléments broyeurs ,avant de la faire passer à travers la chambre en rotation..
Le dispositif pour le broyage en continu de substan- ces solides est caractérisé en ce qu'un tambour rotatif est
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suspendu dans un oaiéresupportêtélasti,uement et est relié à dispositif vibrÙÀeur. un dispositif v.br.teur, ,
Le tambour est logé de chaque coté dans un arbre creux. Pour l'évacuation de la matière broyée est prévu un tube biseauté à l'extrémité, mené axialement à travers un arbre creux et en repos par rapport au tambour.
Pour prolonger le temps de séjour de la matière dans le tambour et augmenter ainsi l'effet de broyage, l'intérieur
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du tambour, est compazg 6 par des cloisons présentant des àuvertures"0n peut ment intensifier l'effet de broyage en montant simultanément plusieurs tambours dans un cadre.
Le dispositif est, dans ce @as, constitué de plusieurs tan-
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w,bours tournant autour i de eurs axes of ? munis, chacun, aux extrémités, de petits arbreq creux. Les tambours sont dis@o- ses symétriquement et parallèlement, les uns aux autres, ielon
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le principe d.es planétaires à boulets, dans un cidre , ,<,/ roti,f mcyi à"cha u extrémité dlii--À, grand arbre creux; 3;
3. extrémités arbfqs preux étan- reliées, d'un cité, à un. tube d à4ouchant dans l'un des deux gr;ids arbres creux, de'T'aÏtre à une chambre collectrice du cac e3 rôtat3:it ." 9!T " ' Les tambours rotatifs sont compartimentés par @@s cloisons présentant des ouvertures
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Ie pi'inc ,E]u p%océdé objit de> ia préser,4;
e in%qr tion, réside donc dile fait que la matière qui .traverse ' '
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en oontinu la chambre de broyage, ainsi que les éléments broy- eurs, sont soumis à une accélération de base qui est supérieu- re à la force de la pesanteur et qui peut atteindre une va- leur quelconque pour autant que les possibilités au point de vue construction le permettent, et sont contraints, par une accélération supplémentaire égale ou supérieure à l'accéléra- ! tion de base, d'effectuer des mouvements relatifs entre eux et en direction de la paroi du tambour, L'accélération de base est obtenue par la rotation de la chambre,de broyage autour de son propre axe ou autour d'un second axe de rotation.
La chambre de broyage aura avantageusement la forme d'un tam- bour mais elle pourra aussi présenter d'autres formes, L'accé- lération supplémentaire cet produite par des mouvements de vibration ou par une rotation, Imposés à la chambre de broyage.
La valeur de l'accélération supplémentaire et la valeur de l'accélération de base peuvent se trouver dans un rapport quelconque, Des conditions de service optimales s'é- . tabliront avec des valeurs d'accélération déterminées, dépen- dant, entre autres, de la mature de la matière à broyer. La séjour nécessaire au broyage de la matière sera, dans ces con- ditions optimales, le plus petit possible avec une même char- ge d'éléments broyeurs.
A titre indicatif, mais nullement limitatif, on a représenté aux dessins : annexés des exemples de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. Les figures 1 et 2 représentent un broyeur o'scillant avec des chambres de broyage tournant autour d'un axe fixe. Les figures 3 et 4 représentent un broyeur planétaire à boulets. Les deux broyeurs travaillent en continu.
Le broyeur oscillant avivant les figures 1 et'2 constitué par un tambour cylindrique 1 muni de. deux couver- creux clés 2 et 3 solidaires de deux grands arbres/4 et 5. Les ar-
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bres craux sont montés dans les paliers 6 et 2 fixés de façon rigide, par des vis, aux ressorts de vibration 8 et 9.
Un système de balourd 11 monté sur la traverse 10 qui relie les deux ressorts de vibration 8 et 9, anime tout le système d'un mouvement oscillant. Le tambour 1 est entraîne au moyen de la poulie 36, par l'intermédiaire de l'arbre 4. La matière à broyer, qui se trouve par exemple en suspension dans un liquide, est introduite par la trémie 12 fixée de manière rigide par le tenon 13, elle s'écoule par le soufflet
14, le tube 15 et l'alésage 18 pratiqué dans l'arbre creux
4 pour pénétrer dans le tuba distributeur 19 d'où elle arrive dans la première cellule 37 de la chambre de broyage.
Le tube d'amenée 15 est monté coulissant dans l'arbre creux 4 à l'ai- de de la boîte de presse-étoupe 17 et prend part aux oscilla- tions par l'intermédiaire du boulon d'ancrage 16 rattaché au palier 7. Le soufflet élastique 14 relie la trémie fixe au tube 15. La chambre de broyage est subdivisée en cellules 37 à 42 par les tôles 25, 26, 27, 28 et 33.
La matière à broyer chemine ensuite à travers les différentes cellules contenant les éléments broyeurs 35, en passant par les ouvertures 29 à 32 pratiquées dans les tôles de séparation qui mènent obligatoirement la matière vers les zones de contrainte maximale;- se trouvant au voisinage de la paroi du tambour. La dernière cloison 33 est percée de trous ou de fentes 34. Elle peut être remplacée par un tamis.
Elle retient les éléments broyeurs alors que la matière broyée s'é- coule dans la cellule 42 d'où. elle est évacuée, sous l'effet de la pression dynamique engendrée, par le tube 20 biseauté à l'extrémité, monté dans l'arbre creux 5 muni des paliers 22 'et 23, ainsi que dans le cadre 24,et rendu étanche par la botte de presse-étoupe 21; le tube 20 est en repos par rapport
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au tambour ,mais prend part aux vibrations.
Dans une variante de cet exemple de réalisation, on peut monter plusieurs chambres de broyage rotatives dans un système supporté élastiquement, le dispositif provoquant les vibrations se trouvant dans ce cas avantageusement au centre de gravité de ce système, Pour le broyage à sec, les dispositifs d'alimentation et d'évacuation devront être con- çus de manière appropriée, l'amenée de la matière pouvant, par exemple, se faire à l'aide d'une vis sans fin, et l'à- vacuation par entraînement pneumatique.
Le broyeur planétaire à boulets (figures 3 et 4) est constitué par un bâti rotatif, composé du tube 51 et des deux parties frontales 52 et 53 rattachées à ce dernier. Le par- ties frontales 52 et 53 sont reliées'aux arbres creux 54 et
55 tournant, dans les paliers 56 et 57, autour d'un axe fixe.
Les tambours de broyage rotatifs 58 à 61 sont suspendus entre les parties frontales 52,)'.et 53. Les couvercles de fermeture
62 et 65 des chambrés de broyage sont également munis d'ar- ' bres creux 66 à 69, montés dans les paliers 70 à 73 des par- ties frontales 52 et 53. Les tambours de broyage sont subdi- visés en cellules par- les tôles 74 à 83 n'aboutissant pas jusqu'à la paroi de la chambre. Le broyeur est mis en rotation par une transmission à courroie 84, reliée à l'arbre creux 54, tandis que les tambours de broyage sont entraînés, par l'in- termédiaire de la couronne dentée fixe 85, par les roues den- . tées 86 et 87 montées sur les arbres creux 66 et 68.
L'ali- mentation en n'altère à broyer s'effectue par le tube fixe 89 conçu pour l'amenée de suspensions; il pénètre dans l'arbre creux 54 et est rendu étanche par la boite de presse-étoupe 88. La matière s'écoule, en passant par les tubes distribu- teurs 90,91, dans les arbres creux 66 et 68 qui sont égale- ment rendus étanches par des bottes de presse-étoupe 92, 93,
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et enfin dans la première cellule des tambours de broyage 58,
59' Les tambours contiennent des éléments broyeurs 94 et 95 approprias. Lors de son parcours à travers le tambour de broya- ge, la matière est soumise aux contraintes mécaniques des éléments broyeurs et est constamment obligée, par les foies
74 à 83,
de traverser les zones 'de la chambre les plus,éloi- gnées du centre où se manifestent les effets de broyage les plus intenses, A l'extrémité du tambour¯, la matière broyée s'écoule, eh passant par les plaques perforées 96, 97 pouvant également être.agencées en tamis, dans les arbres creux 67,
69. Les éléments broyeurs 94, 95 sont en partie retenus dans le tambpur de broyage par les plaques perforées 96, 97. Pour ' faciliter l'évacuation de la matière broyée, les arbres creux
67 et 69¯peuvent, à l'intérieur, être en forme de cône.
A .l'extrémité des arbres creux 67, 69, la matière broyée est entraînée, sous l'effet de la force centrifuge s'exerçant vers l'extérieur, dans l'espace annulaire 100 de la partie -. frontale 53 en passant par les plaques conductrices 98, 99*
Les paliers 71, 73 des arbres creux 67, 69 sont rendus étan- ches contre le passage de matière broyée par les boites de presse-étoupe 101,102.
Le tube 103 biseauté à l'extrémité, fixé parole support 108, est'guidé dans l'arbre creux 55 par les paliers 104 et 105 et est''rendu étanche par les boites de presse-étoupe 106, 107, il "ouvre" la matière broyée, qui par-la force centrifuge.est projetée en forme d'anneau contre la parci extérieure de l'espace annulaire 100, et la trans- porte vers l'orifice d'évacuation sous l'effet de la pression dynamique.
Les deux types de broyeurs décrits sont appropriés aussi bien pour le broyage à l'état humide que pour le broyage à sec, en régime continu,'des matière les plus diverses,
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The present invention relates to a process for the continuous grinding of solid substances.
Ball mills and oscillating mills are used for the continuous or batch grinding, dry or wet, of materials of different kinds. The dimensions of ball mills can be selected according to the intended purposes, while those of oscillating mills are limited for construction reasons.
The specific efficiency of ball mills is relatively low and decreases as the dimensions of the latter increase. To overcome this drawback, it is possible to increase the energy supplied to the mill per unit of volume. For ball mills, this possibility is however limited by the maximum admissible number of revolutions; in fact, the force of gravity causing the balls to fall must not be canceled out by the centrifugal force depending on the speed of rotation of the drum,
In oscillating mills and planetary ball mills, the force of gravity is replaced by vibrational forces or by centrifugal force, allowing greater amounts of energy to be supplied and thus to be obtained. higher specific.
Known oscillating mills work with forces of vibration which are generally 3 to 10 times greater than the force of gravity. The centrifugal force of planetary ball mills can be even much greater. The dimensions of these two types of crushers are, for construction reasons, however limited.
They dif ..
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made between them, among other things, by their mode of operation, With the oscillating mills, we can operate continuously, while with the planetary ball mills we can only work discontinuously., These two mills allow, by virtue of the energy density increasing with acceleration, they increase the specific efficiency considerably, but they cannot satisfy, to the desired extent, the increased demands posed by process technology, in particular during automation.
The development of ball mills where. strong energies are transmitted mechanically, through agitators, such as sand or pearl mills, should fill this gap. However, these types of construction present, in addition to high wear on the parts, the drawback, common to all mixers, of promoting increased axial mixing, causing in devices operating continuously, with statistical residence times, a passage of uncrushed portions, a drawback which can only be mitigated by an undesirable increase in the residence time, reducing the throughput.
,
It was therefore proposed to develop a process for the continuous grinding of solids, allowing high energy densities with short residence times and with obtaining high yields.
According to the method according to the present invention, the material to be ground is led through a chamber rotating around a central axis while being subjected at the same time to a constant base acceleration, as well as to an additional acceleration around a central axis. . another axis, for example by means of vibrations or by rotation.
The value of the base acceleration thus aue qele the additional acceleration - these two values can
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be equal or different, - can be a multiple of gravity.
To increase the grinding effect, it is advisable to mix the material to be ground with grinding elements, before passing it through the rotating chamber.
The device for the continuous grinding of solid substances is characterized in that a rotating drum is
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suspended in an elastic holder and is connected to a vibrator device. a v.br.tor device,,
The drum is housed on each side in a hollow shaft. For the discharge of the crushed material is provided a tube bevelled at the end, driven axially through a hollow shaft and at rest relative to the drum.
To extend the residence time of the material in the drum and thus increase the crushing effect, the interior
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of the drum, is compazg 6 by partitions with openings "0n can ment intensify the crushing effect by simultaneously mounting several drums in a frame.
The device is, in this @as, made up of several tan-
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w, stock revolving around i their axes of? each provided with small hollow shafts at the ends. The drums are dis @ o- symmetrically and parallel to each other, ielon
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the principle of planetary balls, in a cider,, <, / roti, f mcyi at "cha u end dlii - At, large hollow shaft; 3;
3. tightly sealed arbfqs ends, from one city to one. tube d in one of the two gr; ids hollow shafts, from 'to a collecting chamber of the rotat3: it. "9! T"' The rotating drums are compartmentalized by @@ s partitions with openings
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Ie pi'inc, E] u p% océdé objit> ia preser, 4;
e in% qr tion, therefore resides in the fact that the material which crosses ''
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continuously the grinding chamber, as well as the grinding elements, are subjected to a basic acceleration which is greater than the force of gravity and which can reach any value as far as the possibilities at the point of view construction allow this, and are constrained, by an additional acceleration equal to or greater than the acceleration! tion base, to perform relative movements between themselves and in the direction of the drum wall, The base acceleration is obtained by rotating the chamber, grinding around its own axis or around a second axis of rotation.
The grinding chamber will advantageously have the shape of a drum, but it may also have other shapes. The additional acceleration produced by vibrating movements or by a rotation, imposed on the grinding chamber.
The value of the additional acceleration and the value of the basic acceleration can be in any ratio. Optimum operating conditions are. will work out with determined acceleration values, depending, among other things, on the maturity of the material to be ground. The stay necessary for the grinding of the material will be, under these optimal conditions, as small as possible with the same load of grinding elements.
By way of indication, but in no way limiting, there is shown in the accompanying drawings: examples of embodiments of the device according to the present invention. Figures 1 and 2 show an oscillating grinder with grinding chambers rotating around a fixed axis. Figures 3 and 4 show a planetary ball mill. The two shredders work continuously.
The oscillating crusher brightening up Figures 1 and 2 consisting of a cylindrical drum 1 provided with. two key hollow covers 2 and 3 secured to two large shafts / 4 and 5. The ar-
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Craux bres are mounted in bearings 6 and 2 rigidly fixed, by screws, to vibration springs 8 and 9.
An unbalance system 11 mounted on the cross member 10 which connects the two vibration springs 8 and 9, drives the whole system with an oscillating movement. The drum 1 is driven by means of the pulley 36, through the intermediary of the shaft 4. The material to be ground, which is for example in suspension in a liquid, is introduced by the hopper 12 fixed rigidly by the pin 13, it flows through the bellows
14, the tube 15 and the bore 18 made in the hollow shaft
4 to enter the distributor tuba 19 from where it arrives in the first cell 37 of the grinding chamber.
The feed tube 15 is slidably mounted in the hollow shaft 4 with the aid of the stuffing box 17 and takes part in the oscillations by means of the anchor bolt 16 attached to the bearing 7 The elastic bellows 14 connects the fixed hopper to the tube 15. The grinding chamber is subdivided into cells 37 to 42 by the sheets 25, 26, 27, 28 and 33.
The material to be ground then travels through the various cells containing the grinding elements 35, passing through the openings 29 to 32 made in the separating plates which necessarily lead the material towards the zones of maximum stress; - located in the vicinity of the drum wall. The last partition 33 is pierced with holes or slots 34. It can be replaced by a sieve.
It retains the grinding elements while the ground material flows into cell 42 from where. it is evacuated, under the effect of the dynamic pressure generated, by the tube 20 bevelled at the end, mounted in the hollow shaft 5 provided with the bearings 22 'and 23, as well as in the frame 24, and sealed by the stuffing box boot 21; the tube 20 is at rest with respect to
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to the drum, but takes part in the vibrations.
In a variant of this exemplary embodiment, it is possible to mount several rotary grinding chambers in an elastically supported system, the device causing the vibrations being in this case advantageously at the center of gravity of this system, For dry grinding, the devices supply and discharge should be designed in a suitable manner, the supply of the material being able, for example, by means of an endless screw, and the discharge by pneumatic drive.
The planetary ball mill (Figures 3 and 4) is constituted by a rotating frame, composed of the tube 51 and the two front parts 52 and 53 attached to the latter. The front parts 52 and 53 are connected to the hollow shafts 54 and
55 rotating, in bearings 56 and 57, around a fixed axis.
The rotary grinding drums 58 to 61 are suspended between the front parts 52,) '. And 53. The closing covers
62 and 65 of the grinding chambers are also provided with hollow shafts 66 to 69, mounted in the bearings 70 to 73 of the front parts 52 and 53. The grinding drums are subdivided into cells by them. sheets 74 to 83 not ending up to the wall of the chamber. The crusher is rotated by a belt transmission 84, connected to the hollow shaft 54, while the grinding drums are driven, through the fixed toothed ring 85, by the tooth wheels. tees 86 and 87 mounted on the hollow shafts 66 and 68.
The feed of the material to be ground is effected by the fixed tube 89 designed for supplying suspensions; it enters the hollow shaft 54 and is sealed by the stuffing box 88. The material flows, passing through the distributor tubes 90,91, into the hollow shafts 66 and 68 which are also waterproofed by cable glands 92, 93,
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and finally in the first cell of the grinding drums 58,
59 'The drums contain grinding elements 94 and 95 appropriate. As it travels through the grinding drum, the material is subjected to the mechanical stresses of the grinding elements and is constantly forced by the livers
74 to 83,
to pass through the zones' of the chamber furthest from the center where the most intense crushing effects are manifested, At the end of the drum, the crushed material flows, passing through the perforated plates 96, 97 which can also be arranged in a sieve, in the hollow shafts 67,
69. The grinding elements 94, 95 are partly retained in the grinding drum by the perforated plates 96, 97. To facilitate the discharge of the crushed material, the hollow shafts
67 and 69 ¯ can be cone-shaped inside.
At the end of the hollow shafts 67, 69, the crushed material is entrained, under the effect of the centrifugal force exerted outwardly, in the annular space 100 of the part -. front 53 through the conductive plates 98, 99 *
The bearings 71, 73 of the hollow shafts 67, 69 are sealed against the passage of crushed material by the stuffing boxes 101,102.
The tube 103 bevelled at the end, fixed to the support 108, is guided in the hollow shaft 55 by the bearings 104 and 105 and is sealed by the stuffing boxes 106, 107, it "opens" the ground material, which by centrifugal force is projected in the form of a ring against the outer part of the annular space 100, and carries it towards the discharge orifice under the effect of the dynamic pressure.
The two types of mills described are suitable both for wet grinding and for dry grinding, continuously, 'of the most diverse materials,