EP1558394A1 - Procede et dispositif pour broyer des matieres en vrac - Google Patents

Procede et dispositif pour broyer des matieres en vrac

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Publication number
EP1558394A1
EP1558394A1 EP03787840A EP03787840A EP1558394A1 EP 1558394 A1 EP1558394 A1 EP 1558394A1 EP 03787840 A EP03787840 A EP 03787840A EP 03787840 A EP03787840 A EP 03787840A EP 1558394 A1 EP1558394 A1 EP 1558394A1
Authority
EP
European Patent Office
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bulk
bulk material
grinding
granulation
loose
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03787840A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mathias Falkenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alidomi Environnement Sarl
Original Assignee
Alidomi Environnement Sarl
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Filing date
Publication date
Application filed by Alidomi Environnement Sarl filed Critical Alidomi Environnement Sarl
Publication of EP1558394A1 publication Critical patent/EP1558394A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for grinding bulk materials with very flexible granules and a loose bulk structure which is very compressible, and which are brought under coarse granulation to a grinding apparatus, with the help of which the bulk material bulk is processed to obtain finer granulation.
  • an apparatus of the known generic type comprises at least one grinding mechanism.
  • the expression “bulk material” designates a material in small pieces, in bulk and which is usually transported without packaging.
  • the smallest unit of bulk material is here - regardless of its shape or structure - called “granulated”; an averaged measure of particle size calculated from many pellets is called “granulation” of the bulk material.
  • the “bulk structure” describes the position of the granules of a bulk material in relation to each other.
  • granules As another example of loose material in the above sense, one can cite the piled fall foliage, as it occurs in large quantities at a seasonal rate.
  • the individual sheets or pieces of these sheets are here called granules.
  • a bulk structure of these materials there are formed - which is favored by the sheet form of the individual granules and their irregular arrangement with respect to each other - hollow cavities filled with air whose volume far exceeds the volume of the granules themselves.
  • the granule is very flexible: it does not offer any particular resistance to its deformation - buckling, bending or flattening in the direction of elongation.
  • Such a bulk structure is highly compressible, even at a relatively low pressure, insofar as the air can generally escape from the hollow cavities which have formed therein, and from the volume of the bulk structure.
  • processes and apparatuses of the known generic type which act essentially by smashing, tearing or shredding individual granules of the bulk material.
  • hammer mills are used provided with a cylinder housed in a cylindrical drum, which is rotatable in the direction of the axis of the drum and to which hammers are fixed by articulations. Bulk material is fed to the drum, individual granules are crushed and smashed between the wall of the drum and the hammers, and the pieces are evacuated through the wall of the drum made as a screen.
  • an apparatus equipped with a cylinder also housed in a cylindrical drum, which is rotatable in the direction of the axis of the drum and which is provided with cutting edges essentially placed in the axial direction and radially in projection.
  • the individual granules are cut by these cutting edges on counter knives which are also arranged radially projecting in the wall of the drum.
  • the wall of the drum is made like a screen and the size of the screen perforations then determines the granulation of the bulk material generated in the device.
  • the treated granules are exposed incidentally to the grinding tool - regardless of their current size - and are removed when they pass below the size of the perforations of the screen-shaped wall .
  • the residence time of a granule in the process can thus only be determined statistically; the performance of the device is not exactly adjustable, and the desired granulation is not achieved without fail.
  • the waste can be reduced to a particle size which varies between 0.1 and 20 mm, preferably 0.1 and 2 mm, and obtain perfect homogeneity.
  • the combustion is regular by its constant calorific value.
  • the present invention relates to a method and an apparatus for grinding bulk materials, allowing the grinding of bulk material to a defined granulation, with the lowest possible dispersion, and this with a little complex apparatus.
  • this objective is achieved in accordance with the invention insofar as the bulk structure is compressed before grinding and the bulk material is treated in the compressed state. This makes it possible to obtain a finer granulation, by cutting.
  • An apparatus according to the invention is characterized, in addition to the generic characteristics of the known apparatuses, by the fact that the grinding tool is a cutting tool towards which the bulk material can be brought in the form of a bulk structure compressed and treated using this tool to obtain fine granulation, by cutting.
  • the bulk density is, in comparison with a loose bulk structure, on the one hand generally higher, and on the other hand, locally homogenized.
  • the bulk material can be transformed as a solid material: thanks to homogenization, the grinding of the bulk material can be controlled and controlled much more easily, in comparison with known methods; moreover because of its higher density, the bulk material is easier to convey when the grinding tool penetrates, and does not escape from it as easily.
  • the invention will be better understood on reading the following description and in view of the appended figures.
  • FIG. 1 represents a schematic view of an installation according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic side view, in section, of an installation according to the invention.
  • Figures 3 and 4 respectively represent a schematic top view and side view of an installation according to the invention.
  • the cutting methods used in accordance with the invention allow, with at least one cutting edge on a cutting surface, a defined sectioning of a "piece" of the compressed bulk material.
  • cutting process includes, in particular, both the use of knives and the shearing processes with counter knives. If the "piece size" is less than the granulation of the bulk material being fed, the individual granule of the compressed bulk material is cut, thereby producing finer granulation.
  • the process according to the invention can be used in a particularly advantageous manner for grinding the loose material in the form of sheets, the granules of which have only a very small elongation in one dimension.
  • Such bulk materials are, in particular, sorted plastic film waste.
  • the cutting tool used is advantageously provided with several cutting edges, each with a small width, which are placed in the cutting plane next to each other and at a distance from each other, and which penetrate into the material in bulk compressed.
  • the length of the cut pieces of the bulk material is then limited in the direction of the cutting edges essentially to their length.
  • the neighboring cutting edges can be arranged offset in the cutting direction, and the impact generated by the penetration of the cutting tool into the bulk material is significantly reduced.
  • This effect can be obtained by juxtaposing a plurality of discs of substantially the same diameter, provided with teeth on their axial surface, thus forming a rasp.
  • the discs can be 2 to 4 mm thick.
  • a rasp is preferably used as a cutting tool in the apparatus according to the invention - a tool provided with numerous narrow cutting edges, arranged one behind the other and next to each other in the direction cutting.
  • a single cutting edge which extends over the entire cutting surface. Admittedly, continuous cutting edges have, in principle, advantages in terms of manufacturing and maintenance.
  • the cutting tool in an apparatus according to the invention is then, for example, an isolated shearing tool or a series of shearing tools arranged one behind the other.
  • the mechanical relief described above of the apparatus according to the invention is obtained by the use of shearing tools distributed transversely over the entire surface of the cut and arranged at an angle with respect to the cutting direction.
  • the bulk material is conveyed to the apparatus in the form of a loose bulk structure.
  • the method can be implemented, for example, without storage or intermediate treatment, directly after sorting the bulk material.
  • bulk materials transported or temporarily stored in different dimensions and shapes can be dispersed by means of generally known devices, and then led to the process according to the invention without further pretreatment.
  • the bulk material is transported in the form of a loose bulk structure to the apparatus according to the invention, in a manner known to those skilled in the art, for example, with belt conveyors or chutes.
  • the apparatus according to the invention is provided with a compression mechanism with the aid of which the bulk material can be compressed and at the outlet from which the bulk material can be brought directly to the cutting tool .
  • the process is implemented continuously, within the framework of processes with regular and automated progress on industrial ovens.
  • This can advantageously be obtained using the apparatus according to the invention, when a loose bulk structure of bulk material is transported to a hopper which narrows in the direction of conveying.
  • the loose, rod-like structure that escapes from the end of the hopper is then compressed relative to the incoming bulk material.
  • This effect is favored when the hopper is installed vertically, its outlet being directed downwards.
  • the bulk material which enters it then compresses by its weight the bulk structure which is below.
  • the walls of the hopper are advantageously provided with a perforation allowing the air which is trapped in the loose bulk structure to escape.
  • a discontinuous compression mechanism can be, for example, a compression chamber which is limited on the sides and which can be filled with loose loose material. As soon as the filling level reaches a predetermined value, the feeding is interrupted and the bulk material is compressed using a first buffer arriving, for example, from the top, then pushed towards the cutting tool. by means of a second buffer as soon as the compression is completed.
  • a first buffer arriving, for example, from the top, then pushed towards the cutting tool. by means of a second buffer as soon as the compression is completed.
  • the compression effect is further increased considerably by a conveying mechanism which allows the bulk material to be transported to the compression mechanism.
  • the conveying is equipped, in an apparatus according to the invention, with at least one roller rotating perpendicularly to the conveying direction.
  • the loose material is brought to the upper envelope surface of the roller, and moved in the peripheral direction of the roller due to the forces of adhesion to this surface.
  • rollers can be used arranged one behind the other in the conveying direction and / or placed one opposite the other on the material flow.
  • the bulk material can be brought to an apparatus according to the invention in an already compressed state, in the form of a boot or continuous roll for example. Then, the apparatus of the invention need only be provided with a guide or support mechanism which prevents the bulk material from deflecting as the cutting tool enters it.
  • the distribution of particle sizes which it is possible to target with a method according to the invention can be homogenized in a particularly advantageous manner by a sorting device mounted downstream.
  • the various particle sizes can be separated, for example, by grids with different perforation or by centrifuges, in the manner known to those skilled in the art.
  • the process according to the invention can easily allow the bulk material, the dimensions of which are insufficiently reduced, to be recycled to the cutting tool. An embodiment is illustrated below in a schematic representation by way of explanation of the invention.
  • the figure shows an apparatus 1 according to the invention for grinding the bulk material 2.
  • the bulk material 2 is a mixture of pieces of plastic films which are not shown individually, as they are made available in bundles in the form of a boot - which are not represented either - by the devices for recycling residual materials, after rough sorting of packaging waste, for thermal exploitation as the main fuel for ovens industrial.
  • the size of the pieces of film lies in a range from a few square centimeters to several square meters, and their thickness varies between a few hundredths and several tenths of a millimeter.
  • the bulk material 2 for example delivered in packages, is transported to the apparatus 1 in the form of a loose loose structure 5 with an average dumping height 6, in the usual way, not shown, that is to say under dispersed form and by means of a belt conveyor 3, the conveying direction 4 is horizontal.
  • the bulk material 2 is conveyed on the belt conveyor 3 and passes under a metal detector 7, optionally. If an unrepresented metallic foreign body is detected, the unrepresented drive of the belt conveyor 3 can be immobilized by a signal from the metal detector 7, which allows this foreign body to be removed manually.
  • the device 1 has, after the belt conveyor 3, an inlet orifice 8, open in the direction opposite to the conveying direction 4 and whose cross section is essentially rectangular.
  • a domed guide plate 9 in the form of an upwardly directed funnel guarantees that the pieces of film which clearly exceed the average discharge height 6, will be transported surely towards the inlet orifice 8.
  • a conveying mechanism 10 consisting of two rollers 11, placed one opposite the other, which rotate in opposite directions, and by means of which the bulk material 2 is transported to a compression mechanism 12 in the form of a channel 13 which is shrinks like a funnel. It is through this channel 13 - using the conveying mechanism 10 - that the bulk material 2 is continuously compressed and pressed in the form of a rod.
  • the upper wall 14 of the channel 13 is mounted with an elastic suspension directed upwards
  • the grinding mechanism 16 comprises a grater cylindrical 18 which rotates around a horizontal axis 17 and which consists of coarse saw blades with open teeth, not shown individually and stacked on top of each other.
  • the grinding mechanism 16 is installed inside a casing 19 in the form of a box which is provided on the bottom 20 with a horizontal mesh 21.
  • the mesh width of the mesh 21 corresponds to the maximum admissible particle size which must be generated with the device 1.
  • the granules deposited above the mesh 21 are again led to the device 1 by a return flow 22 (not shown).
  • the granules which pass through the grate are annexed to a combustion furnace (not shown) by means of an exhaust air flow 23.
  • the device 1 shown makes it possible to bring the bulk material 2 to a defined granulation, which can be between approximately 0.1 to several millimeters, and this with little equipment and low energy expenditure. The dispersion of the particle size is extremely reduced.
  • the simple structure it is possible to have a combination of several devices 1 for supplying fuel to an industrial oven.
  • a line failure for example, due to the detection of a metallic foreign body in the bulk material 2 - it is possible to ensure the supply by temporarily increasing the performance of the other lines.
  • increasing the performance of device 1 poses no problem, even over wide ranges: in comparison, the flow rate of device 1 is already high, even when the rasp 18 is running at low speed.
  • the performance is more limited by the power of the compression mechanism 12 than by that of the grinding mechanism 16.
  • the apparatus 1 can also be used for grinding paper, cardboard, wood or plastics which are not in film form.
  • the device 1 only consists of a limited number of moving parts, wear and maintenance work are excessively reduced. If the individual saw blades are damaged or worn, they can be replaced or reworked simply. Furthermore, saw blades manufactured in large quantities can be used, and represent a low cost factor.
  • the possible uses of the fuels obtained according to their particle size are given below.
  • the fuels can be used as the main fuel, for example in coal ovens where it is injected, or in any incinerator, as a regulating fuel.
  • the fuel obtained can be used as secondary fuel and combustion regulator for example in precalcination stages, in cement works in particular.
  • the fuels can be used as secondary fuels.
  • the product obtained according to the present application can be used not only as the main fuel, but also as a combustion regulating fuel and combustion additive in particular in high temperature ovens (temperatures above 850 ° C) such as cement kilns and hot kilns, household waste incinerators (IOM Incinerator of Household Waste), steel mills, thermal power plants, sugar factories and the glass industry.
  • a worm screw 30 is housed in a coaxial sheath 32 provided with a feed chute 34 at one end of the worm screw, chute 34 through which the bulk material is introduced, according to arrow 36.
  • the material is entrained towards the frustoconical end-piece 38 of output placed at the other end of the worm 30 which opens at its end 40 on the cylinder 42 whose axis is perpendicular to the axis of the worm.
  • the cylinder 42 carries the knives or the teeth, not shown.
  • the cylinder 42 is formed of a plurality of concentric metal discs of the same diameter and a thickness of 2 mm, the axial length of the coincident cylinder being at least equal to the corresponding dimension of the end 40 of the frustoconical endpiece.
  • the discs forming the cylinder 42 carry, at least on the part of the cylinder disposed opposite the end 40, teeth which cut the compressed material at its exit from the frustoconical end 38.
  • the frustoconical end piece 38 is provided with smooth walls up to the end 40.
  • the shrinking mechanism, here frustoconical end piece 38 is designed so that the plastic / paper mixture / textile is pushed outwards without reducing or slowing the flow towards the knives and without causing blockage by reducing the diameter.
  • perforations are provided to facilitate compression.
  • the screw used is preferably hollow and has large roller bearings due to its large diameter. These two characteristics make it possible to avoid its deformation.
  • the plastic, paper and textile mixture exits at the end 40 through an opening 15 mm high and 526.2 mm wide.
  • the discs all have substantially the same diameter of the order of 22 to 24 cm and are arranged in sufficient number to have a cutting width of at least 53 cm.
  • the end 40 is not contained in a plane, but in a cylinder coaxial with the cylinder 42. In front of the end 40, the knives of the cylinder 42 are arranged to pass as close as possible to the mouth 40 and cut the mixture precompressed.
  • the frustoconical shrink fitting 38 is provided with four rollers, not shown, capable of rolling on the surface of the cylinder 42. They are movable so as to be able to obtain and modulate the exact distance during cutting.
  • the distance between the cylinder 42 carrying the blades or teeth relative to the end 40 is adjusted with traction hooks, the adjustment operations using torque wrenches.
  • the knives used are made of special steels for cutting tools.
  • the installation comprises at least the same components as those of the installation shown diagrammatically in FIG. 1. With such an installation, even when working 24 hours a day (3 exposures), the knives are replaced annually, with lubrication regular.
  • the particle size modulation of the plastic, paper and textile mixture is obtained by modulating the speed of rotation of the knives, with constant supply of the helical screw.
  • the cylinder 42 is provided with an auxiliary motor, not shown, which allows the adaptation of the speed of rotation of the knives using an annex adjustment unit.
  • the helical screw drive motor has a power of 37 kW.
  • the knife drive motor has a variable power, with maximum values of the order of 160 kw and operating powers between approximately 75 kw and 100 kw.
  • the cutting cylinder 42 is driven by a belt, and rotates at a speed of 300 to 800 rpm, for example 400 rpm.
  • the machine presented here produces 5 T / h and these quantities can be increased.
  • the compression of the bulk material is carried out hydraulically. Two pistons 41 and 43 make it possible to compress the material introduced according to the arrow 46 which passes through the narrowing duct 48. At the outlet of this duct 48, at the end 50, the bulk material is cut by the teeth of the discs forming the cylinder 52, driven by the motor 53 by the belt 55.

Landscapes

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Abstract

Il s'agit ici d'un procédé et d'un appareil pour broyer les matières en vrac (2) à granulés très flexibles et structure en vrac meuble (5) très compressible, qui sont amenées sous une granulation grossière vers un appareil à broyer (1) à l'aide duquel cette matière est transformée pour obtenir une granulation plus fine. Pour cela, un appareil (1) du type générique comprend au moins un mécanisme de broyage (16). Pour permettre un broyage de la matière en vrac (2) à une granulation bien définie, avec une faible dispersion et un appareillage peu complexe, la structure en vrac est comprimée avant le broyage et elle est transformée dans cet état pour obtenir la granulation plus fine. A ces fins, le mécanisme de broyage (16) est un outil de coupe vers lequel la matière en vrac (2) peut être transportée sous forme de structure en vrac comprimée (15).

Description

Procédé et dispositif pour broyer des matières en vrac
L'invention concerne un procédé et un appareil pour broyer les matières en vrac à granulés très flexibles et à structure en vrac meuble très compressible, et qui sont amenées sous une granulation grossière vers un appareil à broyer, à l'aide duquel la matière en vrac est transformée pour obtenir une granulation plus fine. Pour cela, un appareil du type générique connu comprend au moins un mécanisme de broyage.
Dans la présente description, l'expression "matière en vrac" désigne une matière en petits morceaux, en vrac et qui est usuellement transportée sans emballage. La plus petite unité de la matière en vrac est ici - indépendamment de sa forme ou de sa structure - dénommée "granulé" ; une mesure moyennée de granulométrie calculée à partir de nombreux granulés est dénommée "granulation" de la matière en vrac. La "structure en vrac" décrit la situation des granulés d'une matière en vrac, les uns par rapport aux autres.
Les déchets en forme de films ou de feuilles, en particulier ceux qui sont en matière plastique et provenant par exemple des sacs utilisés dans le commerce, des morceaux d'emballage "blister" ou des films grand format à bulles d'air sont désignés comme granulés selon la définition susmentionnée. Comme autre exemple de matière en vrac au sens ci- dessus, on citera les feuillages d'automne entassés, comme il s'en produit en grandes quantités à un rythme saisonnier. Les feuilles individuelles ou morceaux de ces feuilles portent ici le nom de granulés.
Dans une structure en vrac de ces matières, il se forme - ce qui est favorisé par la forme de feuille des granulés individuels et leur disposition irrégulière les uns par rapport aux autres - des cavités creuses remplies d'air dont le volume dépasse de loin le volume des granulés eux-mêmes. Dans les matières en vrac mentionnées à titre d'exemple, le granulé est très flexible : il n'oppose aucune résistance particulière à sa déformation - flambage, pliure ou aplatissement dans le sens de l'élongation. Une telle structure en vrac est hautement compressible, même sous une pression relativement faible, dans la mesure où l'air peut s'échapper globalement des cavités creuses qui s'y sont formées, et du volume de la structure en vrac.
Les procédés et appareils usuels de broyage des matières en vrac sont notamment utilisés dans la préparation des déchets de films collectés pour leur exploitation thermique dans des fours à combustion industriels. Le broyage des morceaux de film à une granulation définie est une condition nécessaire pour cette utilisation. D'une part, les morceaux de grand format sont très exposés à des effets de convection à cause de la forme en feuille, de telle sorte que le lieu de la combustion est à peine prévisible. D'autre part, c'est seulement aux bords de coupe des morceaux de film que l'on dispose de la surface requise pour l'apport d'oxygène nécessaire par rapport au matériau brûlé. À une distance de seulement quelques millimètres des bords des morceaux, on n'atteint pas une combustion régulière et intégrale, aux températures qui régnent usuellement dans les fours industriels, mais les morceaux se consument en un feu "couvant" - non souhaité pour des raisons énergétiques.
On connaît en général des procédés et des appareils du type générique connu qui agissant essentiellement en fracassant, déchirant ou déchiquetant des granulés individuels de la matière en vrac. Par exemple, on utilise des broyeurs à marteaux munis d'un cylindre logé dans un tambour cylindrique, qui est en rotation dans la direction de l'axe du tambour et auquel des marteaux sont fixés par des articulations. La matière en vrac est amenée vers le tambour, les granulés individuels sont écrasés et fracassés entre la paroi du tambour et les marteaux, et les morceaux sont évacués à travers la paroi du tambour réalisée comme un crible.
Par ailleurs, on connaît aussi un appareil équipé d'un cylindre logé également dans un tambour cylindrique, qui est en rotation dans la direction de l'axe du tambour et qui est muni d'arêtes de coupe essentiellement placées en direction axiale et radialement en saillie. Les granulés individuels sont coupés par ces arêtes de coupe sur des contre- couteaux qui sont disposés aussi radialement en saillie dans la paroi du tambour. Ici aussi, la paroi du tambour est réalisée comme un crible et la taille des perforations du crible détermine alors la granulation de la matière en vrac générée dans l'appareil.
Dans les techniques ci-dessus, les granulés traités sont exposés de façon fortuite à l'outil de broyage - indépendamment de leur taille actuelle - et sont prélevés lorsqu'ils passent au-dessous de la taille des perforations de la paroi en forme de crible. La durée de séjour d'un granulé dans le processus ne peut être ainsi déterminée que statistiquement ; les performances de l'appareil ne sont pas réglables exactement, et la granulation souhaitée n'est pas atteinte à coup sûr.
De plus, ces techniques nécessitent un appareillage complexe de grande taille et provoquent en particulier avec les broyeurs à marteaux, l'émission de bruit considérable ainsi que l'usure des outils de broyage. En outre, les performances des appareils connus ne peuvent être adoptés qu'en adaptant la vitesse de rotation du cylindre. De plus, dans l'appareil décrit avec arêtes de coupe sur le cylindre, on observe régulièrement lors des augmentations de la vitesse de travail, ou lors d'une surcharge du tambour, une augmentation des effets de friction des granulés sur les parois du tambour et entre eux, et, par conséquent, une augmentation de la température de travail qui représente dans les cas extrêmes un risque d'incendie non négligeable. La qualité, le rendement et la sûreté de l'incinération de déchets, déchets industriels, ménagers ou autres sont dépendants de l'homogénéité du produit à incinérer. Usuellement, les déchets brûlent mal, du fait que leur composition est irrégulière, ce qui donne de grandes variations en qualité
(mélange de plastique, papier, carton, chiffons, bois, etc.). Après traitement de ces produits selon le procédé de l'invention, ou par le dispositif (le système coupe les produits et ne les hache pas comme les systèmes connus), on obtient une qualité régulière. On peut réduire les déchets à une granulométrie qui varie entre 0,1 et 20 mm, de préférence 0,1 et 2 mm, et obtenir une homogénéité parfaite.
La combustion est régulière par son pouvoir calorifique constant.
On peut utiliser le produit obtenu seul ou mélangé avec des produits à incinérer, ou l'injecter en surplus pour régulariser la combustion. La présente invention concerne un procédé et un appareil pour broyer les matières en vrac, permettant le broyage de la matière en vrac à une granulation définie, avec la plus faible dispersion possible, et ceci avec un appareillage peu complexe.
En partant des procédés connus, cet objectif est atteint conformément à l'invention dans la mesure où la structure en vrac est comprimée avant le broyage et où la matière en vrac est traitée à l'état comprimé. Ceci permet d'obtenir une granulation plus fine, par coupe. Un appareil conforme à l'invention est caractérisé, outre les caractéristiques génériques des appareils connus, par le fait que l'outil de broyage est un outil de coupe vers lequel la matière en vrac peut être amenée sous forme de structure en vrac comprimée et traitée au moyen de cet outil pour obtenir une granulation fine, par coupe. Dans une structure en vrac comprimée, la densité apparente est, en comparaison à une structure en vrac meuble, d'une part globalement plus haute, et d'autre part, homogénéisée localement. Dans cet état, la matière en vrac peut être transformée comme un matériau solide : grâce à l'homogénéisation, le broyage de la matière en vrac peut être contrôlé et commandé bien plus facilement, en comparaison aux procédés connus ; de plus en raison de sa plus haute densité, la matière en vrac est plus facile à convoyer lors de la pénétration de l'outil de broyage, et ne s'en échappe pas aussi facilement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante ainsi qu'au vu des figures annexées.
La figure 1 représente une vue schématique d'une installation selon l'invention.
La figure 2 représente une vue schématique de côté, en coupe, d'une installation selon l'invention.
Les figures 3 et 4 représentent respectivement une vue schématique de dessus et de côté d'une installation selon l'invention.
Les procédés de coupe utilisés conformément à l'invention permettent, avec au moins une arête de coupe sur une surface de coupe, un sectionnement défini d'un "morceau" de la matière en vrac comprimée.
Sous le terme procédé de coupe, on comprend en particulier, aussi bien l'utilisation de couteaux, que les procédés à cisaillement avec contre- couteaux. Si la "dimension du morceau" est inférieure à la granulation de la matière en vrac alimentée, le granulé individuel de la matière en vrac comprimée est coupé, ce qui génère ainsi une granulation plus fine. La sélection, d'une part de la vitesse d'avance de la matière en vrac comprimée, et d'autre part de la fréquence de coupe, permet un réglage particulièrement facile de la granulation fine souhaitée. Le procédé conforme à l'invention peut être utilisé d'une manière particulièrement avantageuse pour broyer la matière en vrac en forme de feuilles dont les granulés ne présentent qu'une très faible élongation dans une dimension. De telles matières en vrac sont, en particulier, les déchets de films en matière plastique triés. Le broyage contrôlé de telles matières en vrac en forme de feuilles dans une structure en vrac meuble était jusqu'à présent pratiquement impossible. Par contre,- avec le procédé conforme à l'invention, il est possible d'atteindre pratiquement une granulation souhaitée prédéterminée. Ainsi, les matières en vrac en forme de feuilles peuvent aussi être traitées en vue de leur exploitation thermique.
L'outil de coupe utilisé est muni avantageusement de plusieurs arêtes de coupe, avec chacune une petite largeur, qui sont placées dans le plan de coupe les unes à côté des autres et à distance les unes des autres, et qui pénètrent dans la matière en vrac comprimée. La longueur des morceaux découpés de la matière en vrac est alors limitée en direction des arêtes de coupe essentiellement à leur longueur. En outre, on peut disposer les arêtes de coupe avoisinantes en décalage dans la direction de coupe, et l'impact que génère la pénétration de l'outil de coupe dans la matière en vrac est nettement amoindri. Cet effet peut être obtenu en juxtaposant une pluralité de disques sensiblement de même diamètre, munis de dents sur leur surface axiale, formant ainsi une râpe. Par exemple, les disques peuvent avoir une épaisseur de 2 à 4 mm. De ce fait, la sollicitation mécanique d'oscillation et d'impact de l'outil de coupe est diminuée, ainsi que celle de tous les composants des appareillages sur lesquels se répercutent cette sollicitation, en particulier, les éléments de raccordement et de montage. Ceci réduit, par conséquent, d'une part, les exigences à poser à ces composants, et, d'autre part, aussi directement le développement de bruits en fonctionnement. C'est pourquoi on utilisera de préférence, comme outil de coupe dans l'appareil conforme à l'invention, une râpe - un outil doté de nombreuses arêtes de coupe étroites, disposées les unes derrière les autres et à côté des autres dans la direction de coupe. Comme alternative, on peut aussi utiliser, à la place de plusieurs arêtes de coupe d'une petite largeur, une seule arête de coupe qui s'étend sur toute la surface de coupe. Certes, les arêtes de coupe continues présentent, en principe, des avantages quant à la fabrication et à la maintenance. Cependant, si la structure ou la position de la matière en vrac est défavorable, il est possible que des morceaux découpés se forment dont la longueur atteint la largeur de la surface de coupe ou la dépassent même nettement, lors de pliures dans la matière à couper. L'outil de coupe dans un appareil conforme à l'invention est alors, par exemple, un outil de cisaillement isolé ou une série d'outils de cisaillement disposés les uns derrière les autres. Le soulagement mécanique décrit ci-dessus de l'appareil conforme à l'invention est obtenu par l'utilisation d'outils de cisaillement répartis transversalement sur toute la surface de la coupe et disposés en angle par rapport à la direction de coupe.
De préférence, dans le procédé de l'invention, la matière en vrac est convoyée vers l'appareil sous forme de structure en vrac meuble. Ensuite, le procédé peut être mis en œuvre, par exemple, sans stockage ni traitement intermédiaire, directement après le triage de la matière en vrac. Cependant, des matières en vrac transportées ou temporairement stockées dans différentes dimensions et formes peuvent être dispersées au moyen des appareils généralement connus, puis conduites vers le procédé conforme à l'invention sans autre prétraitement. Ensuite, la matière en vrac est transportée sous forme de structure en vrac meuble vers l'appareil conforme à l'invention, de manière connue des hommes de métier, par exemple, avec des convoyeurs à bande ou des goulottes. Selon une variante, l'appareil selon l'invention est muni d'un mécanisme de compression à l'aide duquel la matière en vrac peut être comprimée et à la sortie duquel la matière en vrac peut être amenée directement vers l'outil de coupe.
De préférence, on met en œuvre le procédé en continu, dans le cadre de processus à déroulement régulier et automatisé sur les fours industriels. Ceci peut être obtenu avantageusement à l'aide de l'appareil selon l'invention, lorsqu'une structure en vrac meuble de matière en vrac est transportée vers une trémie qui se rétrécit dans le sens du convoyage. La structure en vrac en forme de boudin qui s'échappe de l'extrémité de la trémie est alors comprimée, par rapport à la matière en vrac qui arrive. Cet effet est favorisé lorsque la trémie est installée à la verticale, sa sortie étant dirigée vers le bas. La matière en vrac qui y entre comprime alors par son poids la structure en vrac qui se trouve en dessous. Les parois de la trémie sont munies avantageusement d'une perforation permettant à l'air qui est emprisonné dans la structure en vrac meuble de s'échapper.
Un mécanisme de compression à fonctionnement discontinu peut être, par exemple, une chambre de compression qui est limitée sur les côtés et qui peut être remplie d'une matière en vrac meuble. Dès que le niveau de remplissage atteint une valeur prédéterminée, l'alimentation est interrompue et la matière en vrac est comprimée à l'aide d'un premier tampon arrivant, par exemple, du haut, puis poussée en direction de l'outil de coupe au moyen d'un second tampon dès que la compression est achevée. Une telle machine est représentée aux figures 3 et 4, avec deux pistons, un nombre différent de pistons pouvant toutefois être utilisé.
L'effet de compression est encore augmenté considérablement par un mécanisme de convoyage qui permet de transporter la matière en vrac vers le mécanisme de compression. De préférence, le mécanisme de convoyage est équipé, dans un appareil conforme à l'invention, d'au moins un rouleau en rotation perpendiculairement au sens de convoyage. La matière en vrac est amenée à la surface enveloppe supérieure du rouleau, et déplacée en direction périphérique du rouleau en raison des forces d'adhésion à cette surface. On peut utiliser plusieurs rouleaux disposés l'un derrière l'autre dans le sens de convoyage et/ou placés l'un à l'opposé de l'autre sur le flux de matière.
Alternativement, on obtient les deux effets de compression et de convoyage de la matière en vrac en utilisant un dispositif à vis sans fin, illustrée à la figure 2.
Alternativement, la matière en vrac peut être amenée vers un appareil conforme à l'invention dans un état déjà comprimé, sous forme de botte ou de boudin continu par exemple. Ensuite, l'appareil de l'invention doit seulement être pourvu d'un mécanisme de guidage ou de support qui empêche la matière en vrac de dévier pendant que l'outil de coupe y pénètre.
La répartition des granulométries qu'il est possible de viser avec un procédé conforme à l'invention, peut être homogénéisée de manière particulièrement avantageuse par un dispositif de triage monté en aval. Les diverses granulométries peuvent être séparées, par exemple, par des grilles avec une perforation différente ou par des centrifugeuses, de la manière connue des hommes de métier. Le procédé conforme à l'invention peut permettre sans problème de recycler vers l'outil de coupe la matière en vrac dont les dimensions sont insuffisamment réduites. Un mode de réalisation est illustré ci-après dans une représentation schématique à titre d'explication de l'invention.
La figure montre un appareil 1 conforme à l'invention pour broyer la matière en vrac 2. La matière en vrac 2 est un mélange de morceaux de films en matière plastique qui ne sont pas représentés individuellement, tels qu'ils sont mis à disposition dans des paquets en forme de botte - qui ne sont pas non plus représentés - par les appareils de recyclage des matières résiduelles, après un triage grossier des déchets d'emballage, pour l'exploitation thermique comme combustible principal pour les fours industriels. La dimension des morceaux de film se trouve dans une plage allant de quelques centimètres carrés à plusieurs mètres carrés, et leur épaisseur varie entre quelques centièmes et plusieurs dixièmes de millimètre.
La matière en vrac 2, par exemple livrée en paquets, est transportée vers l'appareil 1 sous forme de structure en vrac meuble 5 avec une hauteur de déversement moyenne 6, de façon usuelle, non représentée, c'est-à-dire sous forme dispersée et au moyen d'un convoyeur à bande 3 dont la direction de convoyage 4 est horizontale. Afin de protéger l'appareil 1 d'un endommagement, la matière en vrac 2 est conduite sur le convoyeur à bande 3 et passe sous un détecteur de métaux 7, de façon optionnelle. Si un corps étranger métallique non représenté est détecté, l'entraînement non représenté du convoyeur à bande 3 peut être immobilisé par un signal du détecteur de métaux 7, ce qui permet d'enlever manuellement ce corps étranger. L'appareil 1 présente à la suite du convoyeur à bande 3 un orifice d'admission 8, ouvert dans la direction opposée au sens de convoyage 4 et dont la section transversale est essentiellement rectangulaire. Une tôle de guidage 9 bombée en forme d'entonnoir dirigé vers le haut garantit que les morceaux de film qui dépassent nettement la hauteur de déversement moyenne 6, seront transportés sûrement vers l'orifice d'admission 8.
Derrière l'orifice d'admission 8 se trouve un mécanisme de convoyage 10 constitué de deux rouleaux 11 , placés l'un en face de l'autre, qui tournent en sens contraires, et à l'aide desquels la matière en vrac 2 est transportée vers un mécanisme de compression 12 sous forme d'un canal 13 qui se rétrécit comme un entonnoir. C'est par ce canal 13 - à l'aide du mécanisme de convoyage 10 - que la matière en vrac 2 est comprimée continuellement et pressée sous forme de boudin. Pour éviter une obstruction du mécanisme de compression 12, la paroi supérieure 14 du canal 13 est montée avec une suspension élastique dirigée vers le haut
(non représentée). De cette manière, il est également possible de convoyer dans le mécanisme de compression 12 les morceaux de film qui opposent une haute résistance à leur compression.
La matière en vrac 2 qui sort du mécanisme de compression 12 sous forme de boudin, dans une structure en vrac comprimée 15 et pratiquement sans poches d'air, est conduite directement vers le mécanisme de broyage 16. Le mécanisme de broyage 16 comprend une râpe cylindrique 18 qui tourne autour d'un axe horizontal 17 et qui se compose de lames de scie grossières avec des dents avoyées, non représentées individuellement et empilées les unes sur les autres.
Le mécanisme de broyage 16 est installé à l'intérieur d'un carter 19 en forme de coffret qui est muni sur le fond 20 d'un grillage horizontal 21. La largeur de maille du grillage 21 correspond à la granulométrie maximale admissible qui doit être générée avec l'appareil 1. Les granulés déposés au-dessus du grillage 21 sont à nouveau conduits vers l'appareil 1 par un flux de retour 22 (non représenté). Les granulés qui traversent la grille sont annexés vers un four de combustion (non représenté) au moyen d'un flux d'air d'évacuation 23.
L'appareil 1 représenté permet d'amener la matière en vrac 2 à une granulation définie, qui peut être comprise entre environ 0,1 à plusieurs millimètres, et cela avec peu d'appareillage et de faibles dépenses énergétiques. La dispersion de la granulométrie est extrêmement réduite.
En raison de la structure simple, on peut disposer d'une combinaison de plusieurs appareils 1 pour alimenter en combustible d'un four industriel. Lors d'une défaillance d'une ligne - par exemple, à cause de la détection d'un corps étranger métallique dans la matière en vrac 2 - il est possible d'assurer l'alimentation en augmentant temporairement les performances des autres lignes. Contrairement aux appareils connus, l'augmentation des performances de l'appareil 1 ne pose aucun problème, même dans de larges plages : en comparaison, le débit de l'appareil 1 est déjà élevé, même lorsque la râpe 18 tourne à bas régime. Dans l'appareil 1 , les performances sont davantage limitées par la puissance du mécanisme de compression 12 que par celle du mécanisme de broyage 16. De manière analogue, l'appareil 1 peut aussi être utilisé pour broyer du papier, du carton, du bois ou des matières plastiques qui ne sont pas sous forme de film.
Comme l'appareil 1 n'est constitué que d'un nombre limité de pièces en mouvement, l'usure ainsi que les travaux de maintenance sont excessivement réduits. Lors d'un endommagement ou d'une usure des lames de scie individuelles, celles-ci peuvent être remplacées ou raffûtées simplement. Par ailleurs, des lames de scie fabriquées en grandes quantités peuvent être utilisées, et représentent un faible facteur de coûts.
A titre indicatif, on donne ci-après les utilisations possibles des combustibles obtenus selon leur granulométrie. Avec une granulométrie inférieure à 2 mm, on peut utiliser les combustibles à titre de combustible principal par exemple dans des fours à charbon où il est injecté, ou dans tout incinérateur, comme combustible régulateur. Pour des granulométrie de l'ordre de 2 à 25 mm, le combustible obtenu peut être utilisé à titre de combustible secondaire et régulateur de combustion par exemple dans des étapes de précalcination, en cimenterie notamment.
Avec des granulométries de l'ordre de plus de 25 mm, les combustibles sont utilisables comme combustibles secondaires. Ainsi, le produit obtenu selon la présente demande peut être utilisé non seulement à titre de combustible principal, mais encore à titre de combustible régulateur de combustion et d'additif de combustion notamment dans les fours à haute température (températures supérieures à 850°C) comme les fours de cimenterie et les fours à chaud, les incinérateurs de déchets ménagers (IOM Incinérateur d'Ordures Ménagères), les aciéries, les centrales thermiques, les sucreries et l'industrie du verre.
Exemple :
Un mélange non compacté de plastique, papier et textile est introduit dans une presse à vis sans fin qui, par son système à courbe dégressive, pousse le produit à une pression d'environ 3 MPa vers un mécanisme rétrécissant. Ainsi, à la figure 2, est représenté schématiquement ou en coupe partielle, un appareil selon l'invention.
Une vis sans fin 30 est logée dans un fourreau coaxial 32 muni d'une goulotte d'alimentation 34 à l'une des extrémités de la vis sans fin, goulotte 34 par laquelle est introduite la matière en vrac, selon la flèche 36. La matière est entraînée vers l'embout tronconique 38 de sortie disposé à l'autre extrémité de la vis sans fin 30 qui débouche à son extrémité 40 sur le cylindre 42 dont l'axe est perpendiculaire à l'axe de la vis sans fin. Le cylindre 42 porte les couteaux ou les dents, non représentés. Le cylindre 42 est formé d'une pluralité de disques métalliques concentriques de même diamètre et d'une épaisseur de 2 mm, la longueur axiale du cylindre coïncidant étant au moins égale à la dimension correspondante de l'extrémité 40 de l'embout tronconique. Les disques formant le cylindre 42 portent, au moins sur la partie du cylindre disposé en face de l'extrémité 40, des dents qui viennent couper la matière compressée à sa sortie de l'embout tronconique 38.
Tel qu'il est représenté à la figure 2, l'embout tronconique 38 est prévu à parois lisses jusqu'à l'extrémité 40. Le mécanisme de rétrécissement, ici embout tronconique 38, est conçu de telle façon que le mélange plastique/papier/textile est poussé vers l'extérieur sans réduire ou freiner le flux vers les couteaux et sans provoquer de blocage par diminution du diamètre. De préférence, des perforations sont prévues pour faciliter la compression.
Pour absorber les forces radiales qui peuvent s'exercer sur la vis hélicoïdale par exemple à cause des morceaux de bois, textile, la vis utilisée est de préférence creuse et possède par son grand diamètre des roulements à galets. Ces deux caractéristiques permettent d'éviter sa déformation.
Le mélange plastique papier et textile sort à l'extrémité 40 par une ouverture d'une hauteur de 15 mm et d'une largeur de 526,2 mm. Dans l'installation schématiquement représentée à la figure 2, les disques ont tous sensiblement un même diamètre de l'ordre de 22 à 24 cm et sont disposés en nombre suffisant pour présenter une largeur de coupe d'au moins 53 cm. L'extrémité 40 n'est pas contenue dans un plan, mais dans un cylindre coaxial au cylindre 42. Devant l'extrémité 40, les couteaux du cylindre 42 sont agencés pour passer le plus près possible de l'embouchure 40 et couper le mélange précompressé. L'embout tronconique de rétrécissement 38 est muni de quatre rouleaux non représentés susceptibles de rouler sur la surface du cylindre 42. Ils sont mobiles afin de pouvoir obtenir et moduler la distance exacte pendant le coupage. Le réglage de la distance du cylindre 42 portant les lames ou dents par rapport à l'extrémité 40 se fait avec des crochets à traction, les opérations de réglage se faisant en utilisant des clefs dynamométriques. Les couteaux employés sont fabriqués en aciers spéciaux pour outils de coupage. Pour le reste, l'installation comporte au moins les mêmes composants que ceux de l'installation schématisée à la figure 1. Avec une telle installation, même en travaillant 24 heures sur 24 (3 poses) on remplace les couteaux annuellement, moyennant un graissage régulier.
La modulation de granulométrie du mélange plastique, papier et textile est obtenue par modulation de la vitesse de rotation des couteaux, à alimentation de la vis hélicoïdale constante. Pour le réglage final, le cylindre 42 est muni d'un moteur auxiliaire non représenté qui permet l'adaptation de la vitesse de rotation des couteaux à l'aide d'une unité de réglage annexe.
Le moteur d'entraînement de vis hélicoïdales a une puissance de 37 kw. Le moteur d'entraînement des couteaux a une puissance variable, avec des valeurs maximales de l'ordre de 160 kw et des puissances de fonctionnement comprises entre 75 kw et 100 kw environ. Le cylindre 42 coupeur est entraîné par courroie, et tourne à une vitesse de 300 à 800 tr/mn, par exemple 400 tr/mn. La machine ici présentée fabrique 5 T/h et ces quantités peuvent être augmentées. En variante, dans l'installation représentée aux figures 3 et 4, la compression de la matière en vrac est réalisée de façon hydraulique. Deux pistons 41 et 43 permettent de compresser la matière introduite selon la flèche 46 qui passe dans le conduit de rétrécissement 48. A la sortie de ce conduit 48, à l'extrémité 50, la matière en vrac est coupée par les dents des disques formant le cylindre 52, entraîné par le moteur 53 par la courroie 55.
Les ordres de grandeur des puissances, pression, et dimensions des disques, extrémités sont données ici à titre indicatif. Des installations plus petites ou plus grandes pouvant être prévues.

Claims

Revendications
1. Procédé pour broyer des matières en vrac à granulés très flexibles et à structure en vrac meuble très compressible, et qui sont amenées sous une granulation grossière vers un appareil à broyer, à l'aide duquel la matière en vrac est transformée en une granulation plus fine, caractérisé en ce que la structure en vrac est comprimée avant le broyage et que la matière en vrac est transformée dans cet état par coupe pour obtenir la granulation plus fine.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la matière en vrac comprimée est coupée au moyen de plusieurs arêtes de coupe d'une petite largeur qui sont placées dans le plan de coupe les unes à côté des autres et à distance les unes des autres.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière en vrac est convoyée vers l'appareil sous forme de structure en vrac meuble.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière en vrac est pressée continuellement sous forme de boudin et est coupée dans cet état.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière en vrac produite après le broyage est triée selon la granulation.
6. Appareil (1 ) pour broyer la matière en vrac (2) à granulé très flexible et dont la structure en vrac meuble (5) est très compressible - la matière en vrac (2) pouvant alors être transportée vers l'appareil (1 ) sous une granulation grossière et transformée à l'aide d'un mécanisme de broyage
(16) pour obtenir une granulation plus fine, caractérisé en ce que le mécanisme de broyage (16) est un outil de coupe vers lequel la matière en vrac (2) peut être convoyée sous forme de structure en vrac comprimée (15) et au moyen duquel elle peut être transformée par coupe pour obtenir la granulation plus fine.
7. Appareil (1 ) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mécanisme de broyage (16) comprend une râpe (18).
8. Appareil (1 ) selon l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisé par un mécanisme de compression (12) qui permet de comprimer la matière en vrac (2) et à la sortie duquel la matière en vrac (2) peut être transportée directement vers le mécanisme de broyage (16).
9. Appareil (1 ) selon la revendication 8, caractérisé par un mécanisme de convoyage (10) à l'aide duquel la matière en vrac (2) peut être convoyée vers le mécanisme de compression (12).
10. Appareil (1 ) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mécanisme de convoyage (10) comprend au moins un cylindre (11 ) en rotation perpendiculairement au sens de convoyage (4).
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