Procédé de tassement de matières divisées. L'invention concerne un procédé de tasse ment de toutes matières divisées, enrobées ou non de matières fluides ou plastiques, en vue d'obtenir une forte compacité des masses com posées d'éléments de différents calibres ou d'atteindre à une plus grande cohésion de grains finement divisés. Ce procédé est appli cable dans les travaux du génie civil, de la sidérurgie, des exploitations minières, des industries textiles et des industries chimiques.
On a déjà depuis longtemps cherché à aug menter la compacité ou la cohésion de telles masses en communiquant à leurs composants un mouvement tel qu'ils tendent le plus possible à s'enchevêtrer intimement l'un dans l'autre, tout en provoquant l'expulsion de l'air ou des gaz occlus.
Un premier moyen a consisté à soumettre 'la masse à des chocs répétés. Ce moyen ne donna que des résultats précaires et n'était pas une solution mécanique.
On a assez rapidement substitué à la percussion directe, la sollicitation par vibra tion sous l'effet d'éléments excentriques tour nant à grande vitesse et communiquant le mouvement saccadé qui en résultait, au sup port de la masse à tasser. Ce moyen a apporté un progrès dans l'art du tassement; toutefois, il détermine exclusivement des vibrations à composantes orthogonales dans lesquelles la composante tangentielle provoque une véri table ségrégation des éléments assemblés s'opposant ainsi à un serrage homogène.
Cette séparation des gros des petits s'explique d'une façon péremptoire en prenant comme exemple (fig.1) un grain ou un groupe de grains placé sur une table a solli citée par des vibrations entretenues et pro voquées par un générateur à balourd simple fixé audit plateau, ce dernier reposant libre ment sur des ressorts hélicoïdaux en acier de faible rigidité; si on désigne par w la vitesse angulaire du balourd et par r le rayon de gi ration provoqué par la rotation du balourd, on constate que l'accélération engendrée est r . w2;
un grain posé sur le plateau se sou lève lorsque la composante verticale de la force centrifuge, dans son effet dirigé de bas en haut, devient supérieure à l'accélération g de la Gravité. On aura donc:
EMI0001.0019
Sous cet angle, le grain considéré quittera la trajectoire circulaire suivie par chaque point de la table et se déplacera suivant la tangente de la manière connus. L'équation du mouvement montre -que les grains les plus lourds seront projetés en avant des grains les moins lourds. On obtient donc ainsi une vé ritable ségrégation volumétrique, qui s'oppose par principe au tassement de la matière.
Cette tendance à la ségrégation. sie manifeste aussi bien dans les matières sèches que dans. les matières mixtes, c'est-à-dire lorsque les grains de matière solide sont noyés dans une masse visqueuse, telle que, par exemple,
les liants hydrauliques danse les bétons.. D'autre part (fig.2), les générateurs à balowd simple provoquent encore un glissement de recul des grains placés sur la table en raison même de l'orientation de la composante horizontale de la force centrifuge. Ces composantes tan gentielles parallèles au plan de la table dé truisent partiellement l'effet de tassement ré sultant de la composante verticale.
Or, seule cette dernière intervient avec l'effet de la gravité pour opérer le tassement maximum des grains.
On a voulu obvier à cet inconvénient en disposant sous la table deux générateurs de vibrations. Cette solution est coûteuse et rend le synchronisme pratiquement impossible, ce qui introduit un inconvénient supplémentaire dû aux interférences ondulatoires annihilant une partie de l'efficacifé propre de chaque appareil.
Enfin, on a utilisé des appareils vibra toires à résultante vibratoire linéaire, en fai sant porter la table ou un support équivalent sur des éléments élastiques, généralement formés de- fils d'acier enroulés hélicoïdale- ment. Cette combinaison réalise encore un progrès sur l'appareil à composantes ortho gonales, mais la table et subséquemment la matière sont soumises à un véritable effet de sautillement, en sorte que le tassement provoqué dans la branche inférieure de la courbe sinusoïdale schématisant la vibration est fortement détruit par le mouvement in verse de la table.
On comprend, en effet, qu'il est insuffisant de soumettre les grains. à un sautillement soutenu pendant un certain temps, étant donné que la compacité, atteinte par l'expulsion de l'air ou d'une partie de l'air après la première phase, se trouve contrariée par l'inclusion d'une nouvelle partie d'air au cours des phases suivantes. Il est donc indis pensable, pour atteindre un tassement satis faisant, d'élever au maximum l'énergie ciné tique avec laquelle les particules sont solli citées l'une vers l'autre en direction de leur support commun sous-jacent, de façon à réa liser un serrage énergique des composants qui présentent ainsi une masse compacte et im pénétrable à toute nouvelle introduction d'air.
En supposant tous les grains de même den- sité, soumis à une vibration d'amplitude (a.) et de vitesse angulaire (w), l'énergie cinétique d'un grain de diamètre R peut s'exprimer par:
EMI0002.0012
C'est le but cherché par le procédé, objet de l'invention.
Ce procédé se caractérise en ce que l'on soumet chaque élément de la masse à tasser à une action de bas en haut due à la résul tante unidirectionnelle du mouvement d'un générateur de vibration et à une action éner gique de haut en bas due à l'action combinée de cette résultante unidirectionnelle et d'une action de freinage provenant d'éléments élas tiques sur lesquels repose un support du géné rateur de vibration.
Par ce procédé, la table ou support com mun, de la masse à tasser n'est donc pas. comme dans les procédés connus, soumis à un mouvement vibratoire simple, selon la loi sinusoïdale correcte, mais à un mouvement vibratoire contrarié ou fortement amorti dans ses phases descendantes et, subsidiairement, à (origine des phases ascendantes.
L'efficacité du procédé sur le serrage des composants d'une matière divisée s'explique très aisément (fig. $). En effet, si l'on con sidère une table a,, dont le plateau est posé sur des amortisseurs ad hoc b et que la table est munie d'un générateur ide vibration c à résultante strictement unidirectionnelle, le calcul établit que le mouvement de ce pla teau est un mouvement strictement linéaire,
en l'occurence vertical. Des grains posés sur ce plateau accusent donc des accélérations ver- ticales qui s'ajoutent ou se retranchent de l'accélération de la gravité.
Les déformations élastiques du plateau sont de très faible amplitude et les grains sautillent sur place en ne subissant) aucun choc latéral, ce qui exclut donc !la ségrégation volumétrique. Ce processus subsiste lorsque les graine reposent en couches sur le plateau. Dans ce cas, l'accé- lération due au mouvement vibratoire s'ajoute géométriquement et algébriquement à l'accé lération de la gravité.
Toutefois, en raison même de l'action des amortisseurs, les grains, dans leur mouvement descendant, sont vio lemment freinés, en sorte que la force avec laquelle ils sont appliqués l'un contre l'autre en direction de leur support s'accroît consi dérablement. Par ce fait, on augmente l'effort de tassement dans une direction bien déter minée à l'exclusion de toute composante laté rale. On réalise donc bien ainsi les conditions d'un tassement maximum et de façon à assurer une identité de compacité ou de cohésion dans toute la masse.
Dans ce procédé, les amortisseurs ont une importance capitale, car il dépend d'eux que l'énergie à appliquer aux composants d'un aggloméré soit maximum au moment où les déformations élastiques du plateau ou support commun de la masse atteignent leur point in férieur. Ce sont les amortisseurs qui réduiront presque instantanément la vitesse dudit support.
En pratique, il est préférable d'exclure systématiquement tous les dispositifs à amor tissement linéaire dont le plus commun est le ressort métallique, généralement à enroule ment hélicoïdal.
De préférence, on utilisera comme amortis seurs un empilage de disques en caoutchouc alternant avec des disques métalliques, dont on sait que la courbe d'amortissement est de forme sensiblement parabolique dans sa zone d'utilisation pratique De tels amortisseurs, freinent énergique ment le support en fin de course descendante, atténuant ainsi brusquement l'amplitude des déformations élastiques dudit support. Le choc amorti qui en résulte communique à la masse à tasser une force d'inertie considérable déter minant un effet de compression mutuel maxi mum.
Par leur élasticité massique, ces amortisseurs agissent encore lorsque les grains de la masse sont déjà sollicités vers le mou vement ascendant. Enfin, ces mêmes amor tisseurs s'opposent encore à l'effet brutal de l'accélération en fin de course ascension nelle, réduisant ainsi l'effet de dissociation des grains qui pourrait résulter d'une solli citation violente.
Le procédé de tassement, objet de l'inven- tion, est donc aussi générale que possible, applicable au traitement de toutes, matières di visées soutenues par tous supports élastiques appropriés, pour autant que ces derniers soient soumis à l'action d'au moins un générateur de vibration à résultante unidirectionnelle et supporté par des amortisseurs tels que les mouvements descendants provoqués par les vibrations soient fortement freinés au contra riés, en sorts que chaque grain de la masse à tasser soit sollicité vers le support commun par des efforts d'inertie considérables.
Ces conditions peuvent être remplies par des moyens différents, en sorte que l'on peut réaliser des appareils de constructions diverses.
Une forme d'exécution d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé est schéma tisée - à titre d'exemple - dans la fig. 4 dans laquelle le procédé, objet de l'invention, est appliqué à une table vibrante utilisée, par exemple, dans la fabrication d'articles en agglomérés.
Dans cette forme d'exécution, un tablier métallique 1 est fixé sur deux longerons 2 formés par des profilés, en forme de U par exemple. Ceux-ci reposent sur quatre pieds verticaux 3 par l'intermédiaire d'amortis- leurs 4 formés par un empilage de rondelles élastiques 5 alternant avec des rondelles mé- talliques 6.
Celles-ci seront, de préférence, d'épaisseur beaucoup- plus faible que les ron delles élastiques. Leu pieds verticaux 3 re posent directement sur la base rigide 7 de l'appareil, laquelle porte sur le sol sous-jacent.
Sur les. longerons 2, par l'intermédiaire d'entretoises 8, est fixé le boîtier vibrant 9 du type à résultante verticale unidirection- nelle réglable, généralement formé de deux arbres parallèles 10-11 sur .lesquels sont montées des masses balourdées 12-1â tour nant à la même vitesse, mais:
en sens inverse l'une de l'autre. A cet effet, l'un des arbres, 10 par exemple, parte une poulie 14 directe- ment entraînée par une courroie 15 et un mo teur 16 reposant sur la base 7 par interposi- tion d'entretoises 17-18 et de traverses 19.
D'autre part, les deux arbres. 10-11 port@mt chacun une roue dentée, respectivement 20-21 engrenant en permanence l'une avec l'autre.
Les principes du procédé selon l'invention peuvent s'appliquer à des appareils très diffé rents, de dimensions pratiquement illimitées. A titre d'exemple encore, la fig. 5 schématise une exécution originale d'une table vibrante spéciale reposant sur quatre paires d'amor tisseurs. Il a été constaté que moyennant un seul appareil vibrant 9, on atteint pratique ment une même efficacité sur de très grandes longueurs de table. Il est compréhensible que la puissance du générateur 9 devra être proportionnée à la longueur du tablier 1.
Par exemple, pour une table de 3 m 50 de longueur, permettant une charge maximum sur le tablier de 800 kg, on utilisera un générateur développant une force vibratoire réglable entre 0 et 3580 kg, tandis que pour une table de 5 m de longueur permettant une charge maximum sur le tablier de 3500 kg, on utilisera un générateur développant une force vibratoire réglable entre 0 à 8240 kg.
Par force vibratoire, il faut comprendre la résultante de la force centrifuge résul tante développée par chaque balourd du gé nérateur de vibration. On peut donc très rationnellement adap ter l'appareil à chaque cas d'application. Et dans chacun de ceux-ci, on atteindra des ré sultats supérieurs à ceux que donnent les autres procédés connus. Une forte compacité peut donc être atteinte dans l'aggloméra tion à froid ou à chaud de composants solides de toute densitié et de toutes dimensions. L'évacuation énergique de l'air ou des gaz occlus dans les masses facilite considérable ment l'obtention de cette forte compacité très recherchée dans la fabrication des aciers, des bétons, des matières plastiques, etc.
Plus particulièrement, des essais contra dictoires ont été exécutés avec répétition sur des éprouvettes en béton vibrogiré, lequel peut d'ailleurs servir de base et d'étalon nage pour toutes les autres applications in dustrielles. Les essais sur éprouvettes par les autres procédés connus ont été faits par des expérimentateurs étrangers aux colla borateurs de l'inventeur. Des essais ont été effectués pour vérifier l'influence du pro cédé selon l'invention sur la résistance des pièces sous les sollicitations de compression, traction, flexion et sur la densité, la porosité et l'usure.
On atteint les chiffres comparatifs suivants
EMI0004.0010
I. <SEP> Compréssion <SEP> Age <SEP> en
<tb> Composition <SEP> Ciment <SEP> nombre <SEP> Résultat
<tb> <U>d</U>e <SEP> j<U>ou</U>rs
<tb> par <SEP> procédés <SEP> connus <SEP> Galets <SEP> 5/20 <SEP> HR <SEP> 350K. <SEP> 28 <SEP> 384
<tb> Concassés <SEP> 5/20 <SEP> HR <SEP> 350K. <SEP> 28 <SEP> 355
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,55
<tb> Graviers <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 350 <SEP> K. <SEP> 28 <SEP> 450
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,455
<tb> Graviers <SEP> 5/20 <SEP> HR <SEP> 350 <SEP> K. <SEP> 28 <SEP> 410
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,46 <SEP> CaC <SEP> 12
<tb> par <SEP> vibrogiration <SEP> Galets <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 350 <SEP> K. <SEP> 28 <SEP> 524
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,38
<tb> Concassés <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 350 <SEP> K.
<SEP> 28 <SEP> 560
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,41
<tb> Concassés <SEP> 10/50 <SEP> HR <SEP> 350 <SEP> K. <SEP> 90 <SEP> 1082
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,40
<tb> Concassés <SEP> 10/50 <SEP> PAN <SEP> 350K. <SEP> 28 <SEP> 689
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,41
EMI0005.0001
Il. <SEP> Traction <SEP> - <SEP> Age <SEP> en
<tb> Composition <SEP> Ciment <SEP> nombre <SEP> Résultat
<tb> de <SEP> jours
<tb> par <SEP> procédés <SEP> connus <SEP> Galets <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 857 <SEP> g. <SEP> 28 <SEP> 22,95
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,515
<tb> Concassés <SEP> 5/20 <SEP> HR <SEP> 350g. <SEP> 28 <SEP> 21,30
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,55
<tb> par <SEP> vibrogiration <SEP> Concassés <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 350 <SEP> g. <SEP> 28 <SEP> 28,93
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,41
<tb> Concassés <SEP> 10/50 <SEP> PAN <SEP> 350g.
<SEP> 28 <SEP> 32,77
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,41
<tb> I11. <SEP> Flexion
<tb> par <SEP> procédés <SEP> connus <SEP> Galets <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 357 <SEP> K. <SEP> 28 <SEP> 43,95
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,515
<tb> Concassés <SEP> 5/20 <SEP> HR <SEP> 350 <SEP> g. <SEP> 28 <SEP> 32,60
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,55
<tb> par <SEP> vibrogiration <SEP> Concassés <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 350 <SEP> g. <SEP> 28 <SEP> 60,90
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,41
<tb> Concassés <SEP> 60/100 <SEP> HR <SEP> 395 <SEP> g. <SEP> 28 <SEP> 78
<tb> concassés <SEP> 10/50 <SEP> PAN <SEP> 350g. <SEP> 28 <SEP> 70,70
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,41
<tb> IV. <SEP> Densité
<tb> par <SEP> procédés <SEP> connus <SEP> Galets <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 357 <SEP> g. <SEP> 28 <SEP> 2,392
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,515
<tb> par <SEP> vibrogiration <SEP> Concassés <SEP> 5/20 <SEP> PAN <SEP> 350g.
<SEP> 28 <SEP> 2,47
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,41
<tb> Concassés <SEP> 10/50 <SEP> HR <SEP> 350 <SEP> K. <SEP> 90 <SEP> 2,60
<tb> E/ <SEP> C <SEP> = <SEP> 0,4
<tb> Concassés <SEP> l0/50 <SEP> PAN <SEP> 350g. <SEP> 28 <SEP> 2,53
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,4
<tb> Concassés <SEP> 10/50 <SEP> Sealithor <SEP> 28 <SEP> 2,58
<tb> E/C <SEP> = <SEP> 0,4 <SEP> 375
<tb> V. <SEP> Porosité
<tb> par <SEP> procédés <SEP> connus: <SEP> moyenne <SEP> 6 <SEP> % <SEP> en <SEP> volume,
<tb> par <SEP> vibrogiration: <SEP> moyenne <SEP> 2,5 <SEP> % <SEP> en <SEP> volume.