FR3063235A1 - METHOD FOR CONTROLLING A CONE MILLING MACHINE - Google Patents
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Abstract
Procédé de contrôle d'une machine (1) de broyage à cône alimentée par de la matière, la machine (1) de broyage comprenant : - un bâti (2), - une cuve (3), - un cône (5), - au moins deux vibrateur mis en rotation autour d'un axe longitudinal par un moteur (10), chaque moteur (10) commandant indépendamment les uns des autres le vibrateur auquel il est associé, - un système (11) de contrôle des moteurs et un système (12) de mesure de l'angle de déphasage relatif entre les vibrateurs, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend le réglage par le système (11) de contrôle des moteurs (10) de l'angle de déphasage entre les vibrateurs en fonction d'une puissance de broyage déterminée, tout en conservant le débit dans une plage de débits cible et une finesse aval cible de la matière.A method of controlling a cone crushing machine (1) fed with material, the grinding machine (1) comprising: - a frame (2), - a tank (3), - a cone (5), at least two vibrators rotated about a longitudinal axis by a motor (10), each motor (10) controlling independently of each other the vibrator with which it is associated, a system (11) for controlling the motors and a system (12) for measuring the relative phase shift angle between the vibrators, the method being characterized in that it comprises adjusting by the motor control system (11) (10) the phase angle between the vibrators according to a determined grinding power, while maintaining the flow rate in a target flow rate range and a target downstream fineness of the material.
Description
© N° de publication : 3 063 235 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)© Publication no .: 3,063,235 (to be used only for reproduction orders)
©) N° d’enregistrement national : 17 51556 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE©) National registration number: 17 51556 ® FRENCH REPUBLIC
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLENATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY
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©) Int Cl8 : B 02 C25/00 (2017.01), B 02 C 2/04, G 05 B 13/00©) Int Cl 8 : B 02 C25 / 00 (2017.01), B 02 C 2/04, G 05 B 13/00
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
P4) PROCEDE DE CONTROLE D'UNE MACHINE DE BROYAGE A CONE.P4) METHOD FOR CONTROLLING A CONE CRUSHING MACHINE.
FR 3 063 235 - A1 (tv) Procédé de contrôle d'une machine (1) de broyage à cône alimentée par de la matière, la machine (1 ) de broyage comprenant:FR 3 063 235 - A1 (tv) Method for controlling a cone grinding machine (1) supplied with material, the grinding machine (1) comprising:
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- au moins deux vibrateur mis en rotation autour d'un axe longitudinal par un moteur (10), chaque moteur (10) commandant indépendamment les uns des autres le vibrateur auquel il est associé,- at least two vibrators rotated about a longitudinal axis by a motor (10), each motor (10) controlling independently of each other the vibrator with which it is associated,
- un système (11 ) de contrôle des moteurs et un système (12) de mesure de l'angle de déphasage relatif entre les vibrateurs, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend le réglage par le système (11 ) de contrôle des moteurs (10) de l'angle de déphasage entre les vibrateurs en fonction d'une puissance de broyage déterminée, tout en conservant le débit dans une plage de débits cible et une finesse aval cible de la matière.- A system (11) for controlling the motors and a system (12) for measuring the relative phase shift angle between the vibrators, the method being characterized in that it comprises adjustment by the system (11) for controlling the motors (10) for the phase shift angle between the vibrators as a function of a determined grinding power, while maintaining the flow rate within a target flow rate range and a target downstream fineness of the material.
ii
Procédé de contrôle d'une machine de broyage à côneMethod of controlling a cone grinding machine
L'invention concerne le domaine des machines de fragmentation, également appelées machine de broyage ou de concassage de matière, tels que des minerais ou minéraux industriels. Plus précisément, l'invention concerne le domaine des machines de broyage dans lesquelles la matière est broyée entre un cône et une cuve tronconique sans fond par mise en mouvement de la cuve par rapport au cône.The invention relates to the field of fragmentation machines, also called machine for grinding or crushing material, such as ores or industrial minerals. More specifically, the invention relates to the field of grinding machines in which the material is ground between a cone and a frustoconical tank without bottom by setting the tank in motion relative to the cone.
Le principe de fonctionnement d'une telle machine est décrit dans le document FR. 2 687 080. La machine comprend un cône logé dans une cuve, un espace étant défini entre le cône et la cuve. Le cône est à position fixe par rapport à un bâti, tandis que la cuve est positionnée sur une structure portante, montée flottante par rapport au bâti. La structure portante est déplaçable dans un plan horizontal par rapport au bâti grâce à des vibrateurs qui sont mis en mouvement par des moyens appropriés. Ainsi, la matière déversée dans l'espace entre le cône et la cuve est broyée par la mise en mouvement en translation circulaire dans le plan horizontal de la cuve par rapport au cône. La matière broyée tombe alors dans un conduit situé sous le cône.The operating principle of such a machine is described in the document FR. 2,687,080. The machine comprises a cone housed in a tank, a space being defined between the cone and the tank. The cone is in a fixed position relative to a frame, while the tank is positioned on a bearing structure, mounted floating relative to the frame. The supporting structure can be moved in a horizontal plane with respect to the frame by means of vibrators which are set in motion by suitable means. Thus, the material poured into the space between the cone and the tank is crushed by setting in motion in circular translation in the horizontal plane of the tank relative to the cone. The ground material then falls into a conduit located under the cone.
Le document EP 0 642 387 propose une amélioration, en ce que le cône est montée libre en rotation autour d'un axe vertical par rapport au bâti, afin de limiter les phénomènes d'usure dus aux mouvements dans un plan tangentiel entre la cuve et le cône. La hauteur du cône par rapport à la cuve peut être réglée, de manière à régler l'entrefer, c'est-à-dire la largeur de l'espace entre le cône et la cuve, et donc la taille maximale des produits broyés. En effet, en mesurant la vitesse de rotation du cône, et en connaissant la largeur maximale de l'espace de broyage, il en est déduit l'épaisseur de la couche de matière, et donc la taille maximale des produits broyés. En comparant cette épaisseur avec une valeur de consigne, il est possible de régler les paramètres de la machine.Document EP 0 642 387 proposes an improvement, in that the cone is mounted to rotate freely around a vertical axis with respect to the frame, in order to limit the phenomena of wear due to movements in a tangential plane between the tank and the cone. The height of the cone relative to the tank can be adjusted, so as to adjust the air gap, that is to say the width of the space between the cone and the tank, and therefore the maximum size of the ground products. In fact, by measuring the speed of rotation of the cone, and knowing the maximum width of the grinding space, the thickness of the layer of material is deduced therefrom, and therefore the maximum size of the ground products. By comparing this thickness with a set value, it is possible to adjust the machine parameters.
Le document EP 0 833 692 décrit un système de mise en vibrations de la cuve permettant de limiter les vibrations verticales. A cet effet, plusieurs arbres à vibrateurs verticaux sont montés sur un châssis supportant la cuve, chaque arbre portant deux vibrateurs disposés de part et d'autre d'une embase du châssis définissant un plan horizontal. Ainsi, lorsque les vibrateurs sont mis en rotation, les forces qu'ils exercent sont situées dans le plan horizontal de l'embase.Document EP 0 833 692 describes a system for vibrating the tank making it possible to limit vertical vibrations. To this end, several shafts with vertical vibrators are mounted on a chassis supporting the tank, each shaft carrying two vibrators arranged on either side of a base of the chassis defining a horizontal plane. Thus, when the vibrators are rotated, the forces they exert are located in the horizontal plane of the base.
Dans les exemples présentés ci-dessus, le système de mise en vibration comprend des arbres à vibrateurs, en général quatre, disposés en carré autour de la cuve et du cône. Un premier arbre à vibrateurs est accouplé à un moteur, et les autres arbres sont entraînés à partir du premier arbre par un ensemble de poulies et de courroie. Un déphasage optimal, correspondant au déphasage maximal, entre les vibrateurs est établi au montage des vibrateurs, afin de permettre le broyage dans des conditions déterminées, notamment en fonction de la finesse de la matière broyée. A cet effet, des vérins hydrauliques rotatifs définissent un déphasage, comme décrit dans le document EP 0 833 692. En pratique, un déphasage maximal est réglé manuellement, au moyen de cales placées par exemple sur les vérins hydrauliques. Ainsi, pendant le fonctionnement de la machine, les vérins hydrauliques placent les vibrateurs en butée sur ces cales, dans la position du déphasage maximal. En outre, les vérins présentent des fuites qui peuvent être accentuées sous l'effet des vibrations de la machine, de sorte que leur position, lorsque celle-ci est écartée de la position de déphasage maximal réglé par les cales, devient aléatoire. Les vérins hydrauliques ne peuvent pas tenir de manière fiable une position intermédiaire. Ainsi, les vibrateurs fonctionnent en général sur un principe tout ou rien : soit les vibrateurs sont en opposition de phase, et la résultante des forces est nulle, soit les vibrateurs sont déphasé selon le déphasage maximal, et la résultante des forces est maximale. Une position intermédiaire ne peut être tenue que pour une courte durée, de manière exceptionnelle et de façon peu précise.In the examples presented above, the vibrating system comprises shafts with vibrators, in general four, arranged in a square around the tank and the cone. A first vibrator shaft is coupled to a motor, and the other shafts are driven from the first shaft by a set of pulleys and belts. An optimal phase difference, corresponding to the maximum phase difference, between the vibrators is established when the vibrators are mounted, in order to allow grinding under determined conditions, in particular as a function of the fineness of the ground material. To this end, rotary hydraulic cylinders define a phase shift, as described in document EP 0 833 692. In practice, a maximum phase shift is adjusted manually, by means of shims placed for example on the hydraulic cylinders. Thus, during the operation of the machine, the hydraulic cylinders place the vibrators in abutment on these shims, in the position of maximum phase shift. In addition, the cylinders have leaks which can be accentuated under the effect of the vibrations of the machine, so that their position, when the latter is moved away from the position of maximum phase shift adjusted by the shims, becomes random. Hydraulic cylinders cannot reliably hold an intermediate position. Thus, the vibrators generally operate on an all or nothing principle: either the vibrators are in phase opposition, and the resultant of the forces is zero, or the vibrators are phase-shifted according to the maximum phase shift, and the resultant of the forces is maximum. An intermediate position can only be held for a short time, exceptionally and imprecisely.
Une application de ce type de machine est le broyage de matière pour la fabrication des anodes destinées à l'électrolyse de l'aluminium. De telles anodes sont en général fabriquées à partir d'un mélange de solides carbonés, appelé communément mix carboné, sous forme de granulés, et de brai, sous forme liquide. Le mix carboné est lui-même obtenu à partir du broyage de matière dite sèche, et comprend typiquement du coke frais, mélangé à des recyclés carbonés cuits et crus, appelés coke recyclé.One application of this type of machine is the grinding of material for the manufacture of anodes intended for the electrolysis of aluminum. Such anodes are generally made from a mixture of carbon solids, commonly called carbon mix, in the form of granules, and pitch, in liquid form. The carbon mix is itself obtained from the grinding of so-called dry material, and typically comprises fresh coke, mixed with cooked and raw carbon recycled, called recycled coke.
Les ingrédients constituant le mix carboné et devant être broyés sont stockés dans des silos prévus à cet effet, puis sont acheminés en proportion donnée à l'atelier de broyage, via une trémie de pesée. La matière broyée est ensuite criblée, par exemple dans un appareil type crible et/ou classificateur, pour obtenir la finesse des granulés en sortie de l'atelier qui correspond à une valeur cible. La matière broyée à la finesse requise est ensuite préchauffée puis mélangée au brai liquide, puis le mélange pâteux est acheminé dans un moule afin de former l'anode. L'anode crue est ensuite cuite avant d'être utilisée pour l'électrolyse de l'aluminium.The ingredients constituting the carbon mix and which must be ground are stored in silos provided for this purpose, then are conveyed in proportion given to the grinding workshop, via a weighing hopper. The ground material is then screened, for example in a screen and / or classifier type device, to obtain the fineness of the granules leaving the workshop which corresponds to a target value. The ground material to the required fineness is then preheated and then mixed with the liquid pitch, then the pasty mixture is conveyed in a mold in order to form the anode. The raw anode is then cooked before being used for the electrolysis of aluminum.
Un problème est que les caractéristiques granulométriques ou de dureté des ingrédients du mix carboné à broyer peuvent varier au cours du temps.One problem is that the particle size or hardness characteristics of the ingredients of the carbonaceous mixture to be ground can vary over time.
Par exemple, au départ du fonctionnement d'une ligne de fabrication des anodes, il n'y a pas de recyclés à mélanger au coke frais, si bien que la machine de broyage est alimentée uniquement en coke frais. Or, le coke frais est plus friable et poreux que les recyclés, qui eux sont durs et denses. En outre, la taille des granulés de coke frais est inférieure à celle des granulés de recyclés.For example, at the start of the operation of an anode manufacturing line, there is no recycled material to mix with fresh coke, so that the grinding machine is supplied only with fresh coke. However, fresh coke is more brittle and porous than recycled coke, which is hard and dense. In addition, the size of the fresh coke pellets is smaller than that of the recycled pellets.
Les caractéristiques des grains, notamment leur granulométrie ou leur dureté, peuvent également varier du fait de l'origine des matières premières ou du procédé utilisé pour les transformer. Par exemple, le coke frais est obtenu à partir de coke de pétrole calciné, soit dans un four rotatif (« rotary kiln »), soit dans un calcinateur vertical (« shaft calciner »), le coke issu de ce dernier étant plus dur, moins poreux et comprenant plus de fines que le coke issu du four rotatif. Or, une ligne de production d'anode peut être alimentée au cours de son exploitation indifféremment en coke issu de l'une ou l'autre origine.The characteristics of the grains, in particular their particle size or their hardness, can also vary due to the origin of the raw materials or the process used to transform them. For example, fresh coke is obtained from calcined petroleum coke, either in a rotary kiln, or in a vertical calciner, the coke resulting from the latter being harder, less porous and containing more fines than coke from the rotary kiln. However, an anode production line can be supplied with coke from either origin during its operation.
Par ailleurs, les variations de granulométrie peuvent être dues à des modifications dans la recette. En effet, non seulement l'origine du coke peut varier, mais également la proportion de coke de l'une ou l'autre origine. Il arrive aussi que le coke d'une même origine stocké dans un silo ait ses caractéristiques granulaires qui varient en fonction du niveau dans le silo. Notamment, le coke de fond de silo est en général plus fin que la moyenne du silo.In addition, variations in particle size may be due to modifications in the recipe. Indeed, not only the origin of the coke can vary, but also the proportion of coke of one or the other origin. It also happens that coke of the same origin stored in a silo has its granular characteristics which vary according to the level in the silo. In particular, the bottom silo coke is generally finer than the average silo.
Ces variations dans les caractéristiques granulaires des ingrédients du coke alimentant la machine de broyage ont pour conséquence que la machine n'est pas réglée de manière optimale pour la ligne de production des anodes tout au long de son exploitation.These variations in the granular characteristics of the coke ingredients feeding the grinding machine have the consequence that the machine is not optimally adjusted for the anode production line throughout its operation.
En effet, une fois que les vibrateurs sont dans la position de déphasage maximal décrite précédemment, la puissance de broyage déployée par la machine ne peut plus être réglée qu'en adaptant la vitesse de rotation des vibrateurs, ainsi que l'entrefer, c'est-à-dire la distance entre le cône et la cuve, définissant la taille maximale des granulés sortant de la machine de broyage.In fact, once the vibrators are in the maximum phase shift position described above, the grinding power deployed by the machine can only be adjusted by adapting the speed of rotation of the vibrators, as well as the air gap, it i.e. the distance between the cone and the tank, defining the maximum size of the granules leaving the grinding machine.
Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé de contrôle d'une machine de broyage surmontant notamment les inconvénients précités.There is therefore a need for a new method for controlling a grinding machine, in particular overcoming the aforementioned drawbacks.
A cet effet, l'invention propose un procédé de contrôle d'une machine de broyage à cône alimentée par de la matière à partir d'un dispositif amont vers un dispositif aval de la machine de broyage. La machine de broyage comprend :To this end, the invention proposes a method for controlling a cone grinding machine supplied with material from an upstream device to a device downstream from the grinding machine. The grinding machine includes:
un bâti, une cuve formant piste intérieure de broyage, montée sur un châssis mobile en translation au moins dans un plan transversal par rapport au bâti, un cône formant piste extérieure de broyage, placé à l'intérieur de la cuve, et suspendu sur le bâti, au moins deux vibrateurs montés sur le châssis, chaque vibrateur étant mis en rotation autour d'un axe longitudinal du bâti par un moteur, chaque moteur commandant indépendamment les uns des autres le vibrateur auquel il est associé, un système de contrôle des moteurs et un système de mesure de l'angle de déphasage relatif entre les vibrateurs, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend :a frame, a tank forming an internal grinding track, mounted on a frame movable in translation at least in a plane transverse to the frame, a cone forming an external grinding track, placed inside the tank, and suspended on the frame, at least two vibrators mounted on the chassis, each vibrator being rotated about a longitudinal axis of the frame by a motor, each motor controlling independently of each other the vibrator with which it is associated, a motor control system and a system for measuring the relative phase shift angle between the vibrators, the method being characterized in that it comprises:
la détermination d'une plage de débits cible entre le dispositif amont et le dispositif aval, la détermination d'une finesse aval cible de la matière dans le dispositif aval, la caractérisation d'au moins une propriété granulaire amont de la matière dans le dispositif amont, à partir de la caractérisation de la moins une propriété granulaire amont, la détermination d'une puissance de broyage pour obtenir la finesse aval cible, le réglage par le système de contrôle des moteurs de l'angle de déphasage entre les vibrateurs en fonction de la puissance de broyage déterminée, tout en conservant le débit dans la plage de débits cible et la finesse aval cible de la matière.determining a target flow range between the upstream device and the downstream device, determining a target downstream fineness of the material in the downstream device, characterizing at least one granular property upstream of the material in the device upstream, from the characterization of at least one upstream granular property, the determination of a grinding power to obtain the target downstream fineness, the adjustment by the motor control system of the phase shift angle between the vibrators in function determined grinding power, while maintaining the flow rate in the target flow range and the target downstream fineness of the material.
Le procédé permet d'assurer une finesse aval cible en fonction des propriétés granulaires de la matière en amont, et ce même lorsque les propriétés granulaires amont varient pendant le procédé. Les autres caractéristiques du procédé, dont notamment le débit, sont ainsi peu voire ne sont pas impactées par les variations de propriétés granulaires en amont. L'indépendance des moteurs commandant les vibrateurs permet de régler la puissance de broyage en ligne, sans arrêt de la machine.The process makes it possible to ensure a target downstream fineness as a function of the granular properties of the material upstream, even when the upstream granular properties vary during the process. The other characteristics of the process, including in particular the flow rate, are thus little or even not affected by the variations in granular properties upstream. The independence of the motors controlling the vibrators makes it possible to adjust the grinding power online, without stopping the machine.
Selon un mode de réalisation, la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire amont comprend :According to one embodiment, the characterization of the at least one upstream granular property comprises:
la détermination des ingrédients de la matière alimentant le dispositif amont, la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire de chaque ingrédient avant d'alimenter la machine de broyage.determining the ingredients of the material feeding the upstream device, characterizing the at least one granular property of each ingredient before feeding the grinding machine.
Par exemple, la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire de chaque ingrédient avant d'alimenter la machine de broyage comprend une mesure directe, par exemple au moyen d'un système de vision disposé en amont de la machine de broyage.For example, the characterization of the at least one granular property of each ingredient before feeding the grinding machine comprises direct measurement, for example by means of a vision system arranged upstream of the grinding machine.
La connaissance directe des propriétés granulaires en amont de la machine permet de régler facilement la puissance de broyage pour une finesse amont déterminée. Par exemple, une caméra placée en amont de la machine permet de déterminer la propriété granulaire visée.Direct knowledge of the granular properties upstream of the machine makes it easy to adjust the grinding power for a defined upstream fineness. For example, a camera placed upstream of the machine makes it possible to determine the granular property targeted.
Selon un mode de réalisation, la matière alimentant le dispositif amont comprend du coke frais et du coke recyclé, et la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire de chaque ingrédient avant d'alimenter la machine de broyage comprend la détermination de la proportion de coke frais et de coke recyclé. En effet, le coke frais et le coke recyclé ont des propriétés granulaires différentes, connues, de sorte qu'en connaissant la proportion en l'un et l'autre, il est possible de déterminer les propriétés granulaires globales amont de la matière alimentant la machine de broyage.According to one embodiment, the material feeding the upstream device comprises fresh coke and recycled coke, and the characterization of the at least one granular property of each ingredient before feeding the grinding machine comprises determining the proportion of fresh coke and recycled coke. Indeed, fresh coke and recycled coke have different, known granular properties, so that by knowing the proportion in both, it is possible to determine the overall granular properties upstream of the material feeding the grinding machine.
Selon un mode de réalisation, la matière alimentant le dispositif amont comprend du coke provenant d'une première source, par exemple d'un four rotatif et du coke provenant d'une deuxième source, par exemple d'un calcinateur vertical, et la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire de chaque ingrédient avant d'alimenter la machine de broyage comprend la détermination de la proportion de coke provenant de la première source et de coke provenant de la deuxième source B. En effet, dans ce cas encore, dépendamment de l'origine du coke, et notamment en fonction du four de cuisson duquel le coke est issu, les propriétés granulaires du cake varie. Ainsi, en connaissant la proportion de coke en fonction de son origine, il est possible de déterminer les propriétés granulaires globales amont de la matière alimentant la machine.According to one embodiment, the material supplying the upstream device comprises coke coming from a first source, for example from a rotary kiln and coke coming from a second source, for example from a vertical calciner, and the characterization at least one granular property of each ingredient before feeding the grinding machine includes determining the proportion of coke from the first source and coke from the second source B. Indeed, in this case again, depending on the origin of the coke, and in particular depending on the baking oven from which the coke comes, the granular properties of the cake vary. Thus, by knowing the proportion of coke as a function of its origin, it is possible to determine the overall granular properties upstream of the material feeding the machine.
Selon un mode de réalisation, la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire amont comprend la détermination du rapport —yy2avecAccording to one embodiment, the characterization of the at least one upstream granular property comprises the determination of the ratio —yy 2 with
Pdev, réel la puissance consommée par l'ensemble des moteurs de la machine de broyage,P dev , real the power consumed by all the motors of the grinding machine,
D le débit mesuré en sortie de la machine de broyage, pD the flow rate measured at the outlet of the grinding machine, p
et la comparaison entre le rapport déterminé dev^el et une plage de valeurs données pour en déduire l'au moins une propriété granulaire amont.and comparing the determined ratio dev ^ el with a range of values given to deduce the at least one upstream granular property.
Cette méthode de caractérisation indirecte est simple à mettre en place et peu coûteuse, ne nécessitant pas d'équipements supplémentaires. En effet, le débit en sortie de la machine de broyage est de toute façon mesuré, et la connaissance de la puissance consommée par l'ensemble des moteurs de la machine de broyage est disponible de manière immédiate sur l'alimentation des moteurs.This indirect characterization method is simple to set up and inexpensive, requiring no additional equipment. In fact, the flow rate at the output of the grinding machine is anyway measured, and knowledge of the power consumed by all of the motors of the grinding machine is available immediately on the supply of the motors.
Selon un autre mode de réalisation, la machine de broyage comprend un détecteur des vibrations longitudinales de la cuve, le procédé comprenant alors :According to another embodiment, the grinding machine comprises a detector of the longitudinal vibrations of the tank, the method then comprising:
la détection de vibrations longitudinales dépassant un seuil en amplitude et/ou en fréquence, et le réglage de l'angle de déphasage entre les vibrateurs par le système de contrôle de sorte que les vibrations de la cuve sont d'amplitude nulle.the detection of longitudinal vibrations exceeding a threshold in amplitude and / or in frequency, and the adjustment of the phase shift angle between the vibrators by the control system so that the vibrations of the tank are of zero amplitude.
Ainsi, en se basant sur les vibrations longitudinales, c'est-à-dire en pratique verticales de la cuve, la machine peut très rapidement être mis dans la position des vibrations d'amplitude nulle en cas de défaillance détectée ou anticipée.Thus, based on the longitudinal vibrations, that is to say in vertical practice of the tank, the machine can very quickly be put in the position of the vibrations of zero amplitude in the event of a detected or anticipated failure.
Selon un mode de réalisation, la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire amont comprend la mesure de ladite propriété granulaire en aval de la machine de broyage. En effet, la connaissance, par exemple de la différence entre la finesse visée et la finesse réelle mesurée, indique que la puissance de broyage de la machine n'est pas adaptée aux propriétés granulaires amont de la matière. On peut donc en déduire des propriétés granulaires amont de la matière.According to one embodiment, the characterization of the at least one upstream granular property comprises the measurement of said granular property downstream of the grinding machine. Knowledge, for example of the difference between the target fineness and the actual fineness measured, indicates that the grinding power of the machine is not adapted to the granular properties upstream of the material. We can therefore deduce granular properties upstream of the material.
Selon un mode de réalisation, le dispositif aval est un circuit de broyage fin comprenant au moins une étape de classification granulométrique et au moins une étape de broyage à l'aide par exemple d'un broyeur à boulets ou d'un broyeur à galet. En effet, dans ce cas, le procédé permettant de conserver le débit dans une plage donnée est particulièrement adapté.According to one embodiment, the downstream device is a fine grinding circuit comprising at least one granulometric classification step and at least one grinding step using for example a ball mill or a roller mill. Indeed, in this case, the method allowing the flow to be kept within a given range is particularly suitable.
Selon un mode de réalisation, la matière alimentant la machine de broyage comprend du coke et est destinée à la fabrication des anodes pour l'électrolyse de l'aluminium, pour lesquelles la finesse aval de la matière broyée est une propriété très importante.According to one embodiment, the material supplying the grinding machine comprises coke and is intended for the manufacture of anodes for the electrolysis of aluminum, for which the downstream fineness of the ground material is a very important property.
D'autres effets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description des modes de réalisation de l'invention accompagnée des figures, dans lesquelles :Other effects and advantages of the invention will appear in the light of the description of the embodiments of the invention accompanied by the figures, in which:
la figure 1 est une vue en coupe de dessus d'une machine de broyage selon un mode de réalisation de l'invention dans lequel quatre vibrateurs sont commandés par quatre moteurs indépendants ;Figure 1 is a top sectional view of a grinding machine according to an embodiment of the invention in which four vibrators are controlled by four independent motors;
la figure 2 est une vue de la machine de la figure 1 selon la ligne de coupe II-II ;Figure 2 is a view of the machine of Figure 1 along the section line II-II;
la figure 3 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du contrôle de la machine de la figure 1 ;Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of the control of the machine of Figure 1;
la figure 4 est une représentation schématique d'une partie d'un procédé de broyage de matière, illustrant l'amont direct et l'aval direct de la machine de broyage selon l'invention ;Figure 4 is a schematic representation of part of a material grinding process, illustrating the direct upstream and direct downstream of the grinding machine according to the invention;
les figures 5 et 6 sont des diagrammes illustrant chacune un procédé de détermination d'au moins une propriété granulaire amont de la matière alimentant la machine de broyage.Figures 5 and 6 are diagrams each illustrating a method for determining at least one granular property upstream of the material feeding the grinding machine.
Sur les figures 1 et 2, il est représenté une machine 1 de broyage par vibrations, telle que celles que l'on peut trouver dans un atelier de broyage pour la fabrication d'anodes destinée à l'électrolyse de l'aluminium. La machine 1 comprend notamment un bâti 2, destiné à reposer sur le sol.In Figures 1 and 2, there is shown a machine 1 for vibration grinding, such as those that can be found in a grinding workshop for the manufacture of anodes for the electrolysis of aluminum. The machine 1 includes in particular a frame 2, intended to rest on the ground.
La machine 1 comprend de plus une cuve 3, dont la surface intérieure forme une piste 3a intérieure de broyage. La cuve 3 est montée sur un châssis 4 mobile en translation au moins dans un plan transversal par rapport au bâtiThe machine 1 further comprises a tank 3, the internal surface of which forms an internal grinding track 3a. The tank 3 is mounted on a chassis 4 movable in translation at least in a plane transverse to the frame
2. A cet effet, le châssis 4 est monté sur le bâti 2 par l'intermédiaire de plots 4a élastiques, se déformant élastiquement aussi bien transversalement que longitudinalement pour limiter la transmission des vibrations au bâti 2. Un cône 5, dont la surface extérieure est de forme sensiblement complémentaire à celle de la surface intérieure de la cuve 3 et qui forme une piste 5a extérieure de broyage est placé à l'intérieur de la cuve 3. De préférence, le cône 5 est monté sur un arbre 6 s'étendant selon un axe A longitudinal et supporté par un bâti 2a secondaire. Le bâti 2a secondaire est suspendu au châssis 4. La plus petite distance entre la piste 3a intérieure et la piste 5a extérieure de broyage est appelée entrefer. L'entrefer est de préférence réglable en déplaçant longitudinalement, c'est-à-dire en pratique selon la direction verticale, le cône 5 par rapport à la cuve 3.2. To this end, the frame 4 is mounted on the frame 2 by means of elastic studs 4a, elastically deforming both transversely and longitudinally to limit the transmission of vibrations to the frame 2. A cone 5, the outer surface of which is of substantially complementary shape to that of the inner surface of the tank 3 and which forms an external grinding track 5a is placed inside the tank 3. Preferably, the cone 5 is mounted on a shaft 6 extending along a longitudinal axis A and supported by a secondary frame 2a. The secondary frame 2a is suspended from the chassis 4. The smallest distance between the inner track 3a and the outer grinding track 5a is called the air gap. The air gap is preferably adjustable by moving the cone 5 longitudinally, that is to say in practice in the vertical direction, relative to the tank 3.
La machine 1 comprend enfin un dispositif 7 de mise en vibrations de la cuve 3 par rapport au bâti 2 dans un plan transversal (figure 3). Ainsi, sous l'effet du dispositif 7 de mise en vibrations, la cuve 3 se déplace sensiblement dans le plan transversal par rapport au cône 5, c'est-à-dire en pratique dans le plan horizontal, de sorte que de la matière est broyée entre la poste 3a intérieure et la piste 5a extérieure. Le dispositif 7 de mise en vibrations comprend au moins deux vibrateurs.The machine 1 finally comprises a device 7 for vibrating the tank 3 relative to the frame 2 in a transverse plane (FIG. 3). Thus, under the effect of the device 7 for vibrating, the tank 3 moves substantially in the transverse plane relative to the cone 5, that is to say in practice in the horizontal plane, so that material is ground between the indoor post 3a and the outdoor runway 5a. The vibration setting device 7 comprises at least two vibrators.
Selon un mode de réalisation qui est celui des figures, le dispositif 7 de mise en vibrations comprend quatre vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d répartis en carré sur le châssis 4. Chaque vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d peut être formé de deux parties réparties, appelées masselottes, de part et d'autre d'un plan sensiblement transversal du châssis 4, de sorte que les vibrations de la cuve 3 provoquées par la rotation des vibrateurs 8a, 8b 8c, 8d demeurent sensiblement dans ce plan transversal. Chaque vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d est fixé sur un arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur d'axe sensiblement longitudinal entraîné en rotation par rapport au châssis 4 par un moteur 10, dont les moteurs 10 des arbres 9a, 9b à vibrateur sont visibles sur la figure 2. Ainsi, lorsque les vibrateurs sont mis en rotation, la cuve 3 est mise en vibrations et décrit un mouvement essentiellement de translation circulaire dans le plan transversal.According to an embodiment which is that of the figures, the device 7 for vibrating comprises four vibrators 8a, 8b, 8c, 8d distributed in a square on the frame 4. Each vibrator 8a, 8b, 8c, 8d can be formed of two distributed parts, called weights, on either side of a substantially transverse plane of the chassis 4, so that the vibrations of the tank 3 caused by the rotation of the vibrators 8a, 8b 8c, 8d remain substantially in this transverse plane. Each vibrator 8a, 8b, 8c, 8d is fixed on a shaft 9a, 9b, 9c, 9d with a vibrator of substantially longitudinal axis driven in rotation relative to the chassis 4 by a motor 10, including the motors 10 of the shafts 9a, 9b vibrator are visible in Figure 2. Thus, when the vibrators are rotated, the tank 3 is vibrated and describes a movement essentially circular translation in the transverse plane.
Chaque moteur 10 commande le vibrateur correspondant indépendamment des autres vibrateurs. Plus précisément, chaque moteur 10 commande la position et la vitesse de rotation du vibrateur correspondant. Chaque moteur 10 est de préférence un moteur réversible, c'est-à-dire qu'il comprend un mode moteur, dans lequel il consomme de l'énergie pour mettre en rotation le vibrateur correspondant, et un mode générateur dans lequel il génère de l'énergie en freinant le vibrateur correspondant.Each motor 10 controls the corresponding vibrator independently of the other vibrators. More precisely, each motor 10 controls the position and the speed of rotation of the corresponding vibrator. Each motor 10 is preferably a reversible motor, that is to say that it comprises a motor mode, in which it consumes energy to rotate the corresponding vibrator, and a generator mode in which it generates energy by braking the corresponding vibrator.
ίοίο
Plus précisément, le dispositif 7 de mise en vibrations comprend un système 11 de contrôle des moteurs 10 et un système 12 de mesure du déphasage relatif entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, c'est-à-dire l'angle relatif entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, de sorte que le dispositif 7 de vibration peut prendre au moins trois positions :More specifically, the device 7 for vibrating comprises a system 11 for controlling the motors 10 and a system 12 for measuring the relative phase shift between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d, that is to say the relative angle between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d, so that the vibration device 7 can take at least three positions:
une position dite zéro, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est tel que les vibrations de la cuve 3 sont d'amplitude minimale, voire nulle ;a so-called zero position, in which the phase angle between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d is such that the vibrations of the tank 3 are of minimum amplitude, or even zero;
une position dite maximale, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est nul, de sorte que les vibrations de la cuve 3 sont d'amplitude maximale ;a so-called maximum position, in which the phase shift angle between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d is zero, so that the vibrations of the tank 3 are of maximum amplitude;
au moins une position dite intermédiaire, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est tel que les vibrations de la cuve 3 sont d'amplitude intermédiaire entre l'amplitude maximale et l'amplitude minimale.at least one so-called intermediate position, in which the phase angle between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d is such that the vibrations of the tank 3 are of intermediate amplitude between the maximum amplitude and the minimum amplitude.
En pratique, le dispositif 7 de vibrations peut prendre une multitude de positions intermédiaires, de manière à régler l'amplitude des vibrations en fonction de la puissance de broyage requise.In practice, the vibration device 7 can take a multitude of intermediate positions, so as to adjust the amplitude of the vibrations as a function of the required grinding power.
Selon l'exemple présenté sur les figures, c'est-à-dire avec quatre vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, le déphasage des vibrateurs est réalisé deux à deux. Par exemple, dans la position zéro, les vibrateurs 8a, 8c opposés diagonalement sont en phase l'un avec l'autre, de même que les vibrateurs 8b, 8d opposés diagonalement sont en phase l'un avec l'autre, tandis que les vibrateurs 8a, 8c sont en opposition de phase par rapport aux vibrateurs 8b, 8d, c'est-à-dire que l'angle de déphasage est sensiblement de 180°. Dans la position maximale, les quatre vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d sont en phase les uns avec les autres. Enfin, dans la position intermédiaire, les vibrateurs 8a, 8c sont déphasés d'un angle différent de 180° par rapport aux vibrateurs 8b, 8d.According to the example presented in the figures, that is to say with four vibrators 8a, 8b, 8c, 8d, the phase shift of the vibrators is carried out in pairs. For example, in the zero position, the diagonally opposite vibrators 8a, 8c are in phase with one another, just as the diagonally opposite vibrators 8b, 8d are in phase with each other, while the vibrators 8a, 8c are in phase opposition with respect to vibrators 8b, 8d, that is to say that the phase shift angle is substantially 180 °. In the maximum position, the four vibrators 8a, 8b, 8c, 8d are in phase with each other. Finally, in the intermediate position, the vibrators 8a, 8c are phase shifted by an angle different from 180 ° relative to the vibrators 8b, 8d.
Plus précisément, chaque vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d peut être associé à un capteur de position, permettant de connaître à chaque instant la position de chacun des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d.More precisely, each vibrator 8a, 8b, 8c, 8d can be associated with a position sensor, enabling the position of each of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d to be known at all times.
Le système 11 de contrôle est ainsi apte à faire passer le dispositif 7 de mise en vibrations d'une position à l'autre tout en maintenant la rotation des vibrateurs. En effet, grâce notamment à l'indépendance des moteurs 10, à tout instant, la position de chaque vibrateur, sa vitesse de rotation et son déphasage par rapport aux autres vibrateurs sont connus et peuvent être régulés en ligne, sans que la machine 1 ne doive être arrêtée.The control system 11 is thus able to pass the vibration setting device 7 from one position to the other while maintaining the rotation of the vibrators. Indeed, thanks in particular to the independence of the motors 10, at all times, the position of each vibrator, its speed of rotation and its phase shift relative to the other vibrators are known and can be regulated online, without the machine 1 not must be stopped.
A cet effet, le système 11 de contrôle comprend un calculateur 13 qui, à partir de la connaissance de de la vitesse de rotation et de la position de chaque vibrateur et du déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d permet de connaître à tout instant l'amplitude des vibrations de la cuve 3. En comparant la valeur calculée avec une valeur cible, le dispositif 7 de mise en vibrations peut réguler notamment l'angle de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d pour réguler l'amplitude des vibrations de la cuve 3 à tout instant, et ainsi réguler la puissance de broyage. Eventuellement, le système 11 de contrôle peut en outre réguler la vitesse de rotation des vibrateurs pour réguler la puissance de broyage.To this end, the control system 11 comprises a computer 13 which, from the knowledge of the speed of rotation and the position of each vibrator and of the phase difference between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d makes it possible to know the amplitude of the vibrations of the tank 3 at any time. By comparing the calculated value with a target value, the vibration setting device 7 can in particular regulate the phase shift angle between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d to regulate the amplitude of the vibrations of the tank 3 at all times, and thus regulate the grinding power. Optionally, the control system 11 can also regulate the speed of rotation of the vibrators to regulate the grinding power.
Ainsi, la position intermédiaire ne dépend pas du montage mécanique, mais peut être réglée, sans arrêter le fonctionnement de la machine 1, par le système 11 de contrôle des moteurs 10 agissant directement sur les moteurs.Thus, the intermediate position does not depend on the mechanical mounting, but can be adjusted, without stopping the operation of the machine 1, by the system 11 for controlling the motors 10 acting directly on the motors.
Comme mentionné ci-dessus, les moteurs 10 peuvent être de type réversible. Ainsi, selon un mode de réalisation, le système 11 de contrôle des moteurs 10 comprend un dispositif 14 de de récupération et de stockage d'au moins une partie de l'énergie générée par chaque moteur 10 en mode générateur. Ainsi, lorsqu'une coupure d'alimentation électrique se produit, au moins un moteur 10, en pratique tous les moteurs 10, passent en mode générateur. L'énergie récupérée peut alors être utilisée par le système 10 de contrôle pour mettre le dispositif 7 de mise en vibrations en position zéro, de sorte que les vibrations de la cuve 3 sont quasi nulles. Ainsi, la vitesse de rotation des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d diminue progressivement, le dispositif 7 de mise en vibrations étant maintenu en position zéro, sans passer par des fréquences de résonance de la machine 1 qui pourraient la dégrader.As mentioned above, the motors 10 can be of the reversible type. Thus, according to one embodiment, the system 11 for controlling the motors 10 comprises a device 14 for recovering and storing at least part of the energy generated by each motor 10 in generator mode. Thus, when an electrical supply cut occurs, at least one motor 10, in practice all the motors 10, go into generator mode. The recovered energy can then be used by the control system 10 to put the vibration setting device 7 in the zero position, so that the vibrations of the tank 3 are almost zero. Thus, the speed of rotation of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d progressively decreases, the device 7 for setting vibrations being kept in the zero position, without passing through resonant frequencies of the machine 1 which could degrade it.
Eventuellement, le système 11 de contrôle peut comprendre de plus un dispositif 15 de dissipation d'au moins une partie de l'énergie générée par chaque moteur en mode générateur, permettant d'évacuer l'énergie excédentaire et évitant une surcharge sur le réseau.Optionally, the control system 11 may further comprise a device 15 for dissipating at least part of the energy generated by each motor in generator mode, making it possible to evacuate the excess energy and avoiding an overload on the network.
Grâce à cette nouvelle conception de machine 1 de broyage dans laquelle les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d sont commandés chacun par un moteur 10 indépendamment les uns des autres et dans laquelle une position intermédiaire peut être prise et maintenue de manière fiable, la machine 1 permet d'adapter la puissance de broyage en fonction des caractéristiques de la matière entrante et des caractéristiques visées pour la matière sortant de la machine 1.Thanks to this new design of grinding machine 1 in which the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d are each controlled by a motor 10 independently of each other and in which an intermediate position can be taken and held reliably, the machine 1 makes it possible to adapt the grinding power as a function of the characteristics of the incoming material and of the characteristics targeted for the material leaving the machine 1.
En particulier, la machine 1 de broyage est particulièrement adaptée à la mise en œuvre d'un procédé de contrôle dans lequel la machine 1 de broyage est placée entre un dispositif 16 amont et un dispositif 17 aval, et qui permet de régler une finesse aval de la matière, c'est-à-dire la finesse dans le dispositif 17 aval, en fonction d'au moins une caractéristique granulaire amont de la matière, c'est-à-dire une caractéristique granulaire dans le dispositif amont, tout en conservant le débit de matière dans une plage définie.In particular, the grinding machine 1 is particularly suitable for implementing a control process in which the grinding machine 1 is placed between an upstream device 16 and a downstream device 17, and which makes it possible to adjust a downstream fineness of the material, that is to say the fineness in the downstream device 17, as a function of at least one granular characteristic upstream of the material, that is to say a granular characteristic in the upstream device, while keeping the material flow within a defined range.
Les adjectifs « amont » et « aval » doivent être compris ici par rapport au sens de circulation de la matière, du dispositif amont vers le dispositif aval.The adjectives "upstream" and "downstream" must be understood here in relation to the direction of circulation of the material, from the upstream device to the downstream device.
Dans ce qui suit, on définit la caractéristique granulaire comme comprenant l'ensemble des caractéristiques physiques caractérisant le comportement d'un produit pulvérulent, composé de granulés. En particulier, une caractéristique granulaire peut être la distribution dimensionnelle, appelée également granulométrie ou finesse, la dureté des granulés et le facteur de forme des granulés.In what follows, the granular characteristic is defined as comprising all of the physical characteristics characterizing the behavior of a pulverulent product, composed of granules. In particular, a granular characteristic can be the dimensional distribution, also called particle size or fineness, the hardness of the granules and the form factor of the granules.
Le procédé va maintenant être décrit en prenant l'exemple du broyage de matière pour la fabrication des anodes destinées à l'électrolyse de l'aluminium. La propriété granulaire amont principalement, considérée, mais non exclusivement, est alors généralement la finesse des granulés de la matière.The process will now be described by taking the example of the grinding of material for the manufacture of anodes intended for the electrolysis of aluminum. The upstream granular property mainly, considered, but not exclusively, is then generally the fineness of the granules of the material.
La finesse est en général définie par une valeur donnée pour la taille des granulés et par un écart autour de cette valeur donnée. Elle peut également être définie comme une fréquence statistique des différentes tailles des granulés dans la matière, comme une valeur maximale ou minimale de la taille des granulés, comme deux bornes définissant une plage de valeurs de tailles des granulés, ou par tout autre moyen connu. La taille des granulés est en général soit un diamètre maximal, soit un diamètre minimal, soit une référence à une maille de criblage ronde ou carrée selon le standard de tamis utilisé.The fineness is generally defined by a given value for the size of the granules and by a difference around this given value. It can also be defined as a statistical frequency of the different sizes of the granules in the material, as a maximum or minimum value of the size of the granules, as two limits defining a range of values of size of the granules, or by any other known means. The size of the granules is generally either a maximum diameter, or a minimum diameter, or a reference to a round or square screening mesh depending on the sieve standard used.
Selon cet exemple, le dispositif 16 amont comprend une trémie de pesée qui est alimentée en mix carboné par un ou plusieurs silos 18 de stockage, via un convoyeur 19, par exemple un convoyeur gravitaire. Le dispositif 17 aval peut comprendre par exemple un circuit de broyage fin à l'aide d'un broyeur à boulets ou d'un broyeur à galets, ou un dispositif de criblage ou plus généralement de classification des granulés de la matière.According to this example, the upstream device 16 comprises a weighing hopper which is supplied with a carbon mix by one or more storage silos 18, via a conveyor 19, for example a gravity conveyor. The downstream device 17 may for example comprise a fine grinding circuit using a ball mill or a roller mill, or a device for screening or more generally for classifying the granules of the material.
Comme présenté en introduction, les caractéristiques granulaires amont de la matière peuvent varier, de sorte que la puissance de broyage de la machine 1 de broyage doit être réglée au cours de son fonctionnement, sans être arrêtée, pour maintenir une finesse aval cible.As presented in the introduction, the upstream granular characteristics of the material may vary, so that the grinding power of the grinding machine 1 must be adjusted during its operation, without being stopped, to maintain a target downstream fineness.
Une contrainte supplémentaire concerne le débit de la matière entre le dispositif 16 amont et le dispositif 17 aval. En effet, il est important de conserver un débit sensiblement constant, égal à une valeur cible, ou tout du moins compris dans une plage cible, de manière à ne pas perturber l'ensemble du procédé. En effet, dans l'exemple du broyage de matière pour la fabrication d'anodes destinées à l'électrolyse de l'aluminium, après le broyage dans la machine 1 de broyage, la matière peut être soumise à plusieurs autres étapes, notamment de broyage et/ou de classification, et qui impliquent que le débit soit contrôlé. En effet, chaque modification du débit impacte l'ensemble des dispositifs en aval de la machine 1 de broyage et donc requiert de modifier le réglage de l'ensemble des dispositifs, ce qui n'est pas souhaitable.An additional constraint concerns the flow of material between the upstream device 16 and the downstream device 17. Indeed, it is important to maintain a substantially constant flow rate, equal to a target value, or at least within a target range, so as not to disturb the entire process. Indeed, in the example of the grinding of material for the manufacture of anodes intended for the electrolysis of aluminum, after the grinding in the grinding machine 1, the material can be subjected to several other stages, in particular of grinding and / or classification, and which imply that the flow is controlled. Indeed, each modification of the flow rate affects all of the devices downstream of the grinding machine 1 and therefore requires modifying the setting of all of the devices, which is not desirable.
La finesse aval de la matière broyée peut être déterminée à partir de relations définies empiriquement ou théoriquement, et qui permettent de déterminer une puissance de broyage, c'est-à-dire la puissance devant être développée par la machine de broyage en fonction de la caractérisation d'une ou plusieurs propriétés granulaires amont de la matière et de la finesse aval cible. Ainsi, on peut écrire :The downstream fineness of the ground material can be determined from relationships defined empirically or theoretically, and which make it possible to determine a grinding power, that is to say the power to be developed by the grinding machine as a function of the characterization of one or more granular properties upstream of the material and the target downstream fineness. So, we can write:
^broyage f amont ’ aval ) avec^ upstream downstream grinding) with
Pbroyage la puissance de broyage ;Grinding the grinding power;
çiamont la caractérisation d'une propriété granulaire amont, par exemple la finesse, de la matière ;here are the characterization of an upstream granular property, for example the fineness, of the material;
davai la finesse aval de la matière.of the downstream finesse of the material.
Par caractérisation, on désigne ici l'action de donner une valeur à une propriété granulaire.By characterization, we mean here the action of giving a value to a granular property.
En outre, la puissance développée par la machine 1 de broyage peut être exprimée de la manière suivante :In addition, the power developed by the grinding machine 1 can be expressed as follows:
Pdev =Bxexco2 avecP dev = Bxexco 2 with
Pdev la puissance développée par la machine ;P dev the power developed by the machine;
B la somme des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d ;B the sum of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d;
e l'entrefer défini précédemment ;e the air gap defined above;
ω la vitesse de rotation des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d.ω the speed of rotation of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d.
La somme B des vibrateurs dépend quant à elle de la somme des masses des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d ainsi que de l'angle de déphasage entre les vibrateurs.The sum B of the vibrators depends on the sum of the masses of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d as well as the phase angle between the vibrators.
Pour obtenir la finesse davai aval cible, la puissance Pdev développée par la machine 1 de broyage est réglée pour être égale à la puissance Pbroyage de broyage.For a finesse of ava i downstream target, the power P dev developed by the grinding machine 1 is set to be equal to the Pbroyage grinding power.
Ainsi, on comprend que la machine 1 de broyage comprend au moins trois paramètres de réglage que sont :Thus, it is understood that the grinding machine 1 comprises at least three adjustment parameters that are:
l'entrefer e ;the air gap;
la vitesse ω de rotation des vibrateurs ;the speed ω of rotation of the vibrators;
le déphasage entre les vibrateurs, la masse des vibrateurs n'étant pas modifiable aisément.the phase difference between the vibrators, the mass of the vibrators not being easily modifiable.
Les machines de broyage de l'état de la technique permettaient de modifier l'entrefer e et/ou la vitesse de rotation des vibrateurs pour obtenir la puissance développée correspondant à la finesse aval cible. Toutefois, en touchant à l'un de ces paramètres, le débit de la matière se trouve modifié. En réglant l'autre paramètre, il est possible de régler également le débit pour qu'il revienne dans une plage de valeurs cible. Toutefois, la puissance développée, et donc la finesse aval, se trouvent impactées. Par conséquent, dans les machines de l'état de la technique, un compromis est en général établi entre le débit et la finesse aval : les plages des valeurs acceptables pour ces deux grandeurs sont ajustées pour trouver un compromis.The grinding machines of the prior art made it possible to modify the air gap and / or the speed of rotation of the vibrators to obtain the developed power corresponding to the target downstream fineness. However, by touching one of these parameters, the material flow is modified. By adjusting the other parameter, it is also possible to adjust the flow rate so that it returns to a target value range. However, the developed power, and therefore the downstream finesse, are impacted. Consequently, in the machines of the state of the art, a compromise is generally established between the flow rate and the downstream fineness: the ranges of the acceptable values for these two quantities are adjusted to find a compromise.
Grâce à la machine 1 de broyage selon l'invention, le troisième paramètre, c'est-à-dire le déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, peut être réglé, sans modifier l'entrefer e et/ou la vitesse de ω rotation des vibrateurs, et donc sans modifier le débit, ou en le modifiant peu.Thanks to the grinding machine 1 according to the invention, the third parameter, that is to say the phase shift between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d, can be adjusted, without modifying the air gap e and / or the speed of rotation of the vibrators, and therefore without modifying the flow rate, or by modifying it little.
Ainsi, il est possible de travailler dans une plage de débits cible et d'obtenir une finesse aval cible en modifiant uniquement le déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d de la machine 1 de broyage.Thus, it is possible to work in a target flow range and to obtain a target downstream fineness by only modifying the phase shift between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d of the grinding machine 1.
Plus précisément, la finesse cible et la plage de débits cible sont entrées dans le calculateur 13. La caractérisation d'une propriété granulaire amont de la matière est également entrée dans le calculateur 13. Le calculateur 13 peut alors déterminer la puissance Ployage de broyage requise pour obtenir la finesse cible, et peut déterminer le déphasage requis des vibrateurs. Le système 11 de contrôle des moteurs 10 agit alors sur les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d en conséquence.More precisely, the target fineness and the target flow range are entered in the computer 13. The characterization of an upstream granular property of the material is also entered in the computer 13. The computer 13 can then determine the power required. to obtain the target fineness, and can determine the required phase shift of the vibrators. The engine control system 11 then acts on the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d accordingly.
Dès lors, lorsqu'une propriété granulaire amont de la matière varie, impactant sur la puissance Ployage de broyage, la nouvelle puissance requise développée par la machine 1 de broyage est calculée par le calculateur 13, puis le déphasage des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est adapté par le système 11 de contrôle des moteurs 11 pour maintenir la finesse aval cible et le débit dans la page de débits cible. Le temps de réaction de la machine 1 pour adapter le déphasage des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d aux modifications d'au moins une propriété granulaire amont de la matière est de l'ordre de quelques secondes, tandis que pour les machines de broyage impliquant un réglage des vibrateurs par le système de poulies et de vérins hydrauliques de l'état de la technique, le temps de réaction est de plusieurs dizaines de secondes, sans garantie de pouvoir tenir le déphasage des vibrateurs requis de manière fiable sur une longue période.Consequently, when an upstream granular property of the material varies, impacting on the crushing power, the new required power developed by the grinding machine 1 is calculated by the computer 13, then the phase shift of the vibrators 8a, 8b, 8c. , 8d is adapted by the engine control system 11 to maintain the target downstream fineness and the flow rate in the target flow rate page. The reaction time of the machine 1 to adapt the phase shift of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d to the modifications of at least one granular property upstream of the material is of the order of a few seconds, while for the grinding machines involving adjustment of the vibrators by the system of pulleys and hydraulic jacks of the state of the art, the reaction time is several tens of seconds, without guarantee of being able to keep the required phase of the vibrators reliably over a long period .
La caractérisation d'au moins une propriété granulaire amont de la matière peut être réalisée de différentes méthodes, dont quelques une vont être exposées ci-dessous.The characterization of at least one granular property upstream of the material can be carried out by different methods, some of which will be explained below.
Selon une première méthode, la caractérisation d'une propriété granulaire amont comprend la connaissance des ingrédients de la matière alimentant le dispositif amont. Par exemple, dans le cas de la fabrication des anodes pour l'électrolyse de l'aluminium, le mix carboné peut comprendre du coke frais, des recyclés carbonés cuits et des recyclés carbonés crus. La propriété granulaire de chaque ingrédient est alors caractérisée par exemple en laboratoire avant de les stocker dans les silos 18, de sorte qu'une caractérisation est obtenue pour l'ensemble de chaque silo 18. La propriété granulaire amont n'est donc modifiée que lorsque chaque silo est nouvellement rempli. La propriété granulaire de chaque ingrédient peut également être caractérisée par une mesure directe et en ligne en amont de la machine 1 de broyage. C'est notamment le cas lorsque la propriété granulaire considérée est la granulométrie ou finesse des grains. En effet, un système de vision peut être disposé en amont de la machine 1 de broyage, par exemple devant la sortie de chaque silo 18 ou au-dessus du convoyeur 19, pour fournir, quasiment en temps réel, en continu ou à intervalles réguliers, une caractérisation de la granulométrie pour chaque ingrédient.According to a first method, the characterization of an upstream granular property includes knowledge of the ingredients of the material supplying the upstream device. For example, in the case of the manufacture of anodes for the electrolysis of aluminum, the carbon mix may include fresh coke, cooked carbon recycled and raw carbon recycled. The granular property of each ingredient is then characterized for example in the laboratory before storing them in silos 18, so that a characterization is obtained for all of each silo 18. The upstream granular property is therefore only modified when each silo is newly filled. The granular property of each ingredient can also be characterized by direct and online measurement upstream of the grinding machine 1. This is particularly the case when the granular property considered is the particle size or fineness of the grains. Indeed, a vision system can be arranged upstream of the grinding machine 1, for example in front of the outlet of each silo 18 or above the conveyor 19, to provide, almost in real time, continuously or at regular intervals , a characterization of the particle size for each ingredient.
Lorsque les ingrédients comprennent du coke frais et du coke recyclé, par exemple chacun stocké dans des silos 18 distincts, la caractérisation de la propriété granulaire peut également comprendre la détermination de la proportion entre coke frais et coke recyclé. En effet, le coke frais est plus friable et plus poreux que le coke recyclé, de sorte que la puissance de broyage varie en fonction de leur proportion respective : plus la proportion en coke recyclé est élevée, plus la puissance développée pour broyer la matière est élevée.When the ingredients include fresh coke and recycled coke, for example each stored in separate silos 18, the characterization of the granular property may also include determining the proportion between fresh coke and recycled coke. Indeed, fresh coke is more friable and more porous than recycled coke, so that the grinding power varies according to their respective proportion: the higher the proportion of recycled coke, the more the power developed to grind the material high.
De même, le coke frais peut lui-même contenir du coke provenant d'un four rotatif et du coke provenant d'un calcinateur vertical, chacun étant stocké dans un silo 18 distinct. La caractérisation de la propriété granulaire peut alors également comprendre la détermination de la proportion entre ces deux ingrédients. En effet, le coke provenant d'un calcinateur vertical est plus dur mais moins poreux que le coke provenant d'un four rotatif, de sorte que la puissance de broyage varie en fonction de leur proportion respective.Likewise, fresh coke may itself contain coke from a rotary kiln and coke from a vertical calciner, each being stored in a separate silo 18. The characterization of the granular property can then also include determining the proportion between these two ingredients. Indeed, the coke coming from a vertical calciner is harder but less porous than the coke coming from a rotary kiln, so that the grinding power varies according to their respective proportion.
Cette première méthode est dite prédictive (figure 5) : un changement dans la recette, c'est-à-dire dans la composition des ingrédients de la matière en amont de la machine, est anticipé. Plus précisément, dans une première étape SI, la propriété granulaire amont considérée est mesurée. Dans une deuxième étape S2, la puissance Ployage de broyage requise pour atteindre la finesse aval cible est déterminée, et, dans une troisième étape S3, l'angle de déphasage des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est réglé en conséquence. Dans une quatrième étape S4, la matière est broyée dans la machine 10 de broyage. Puis le procédé reprend à la première étape SI, la caractérisation de la propriété granulaire amont considérée étant réalisée en continu, à intervalles réguliers, ou à chaque fois qu'un silo 18 est de nouveau rempli ou qu'un changement d'ingrédient est attendu.This first method is called predictive (Figure 5): a change in the recipe, that is to say in the composition of the ingredients of the material upstream of the machine, is anticipated. More precisely, in a first step S1, the upstream granular property considered is measured. In a second step S2, the crushing crushing power required to reach the target downstream fineness is determined, and, in a third step S3, the phase angle of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d is adjusted accordingly. In a fourth step S4, the material is ground in the grinding machine 10. The process then resumes at the first stage SI, the characterization of the upstream granular property considered being carried out continuously, at regular intervals, or each time that a silo 18 is refilled or that a change of ingredient is expected. .
Selon une deuxième méthode, la caractérisation de la propriété granulaire amont considérée de la matière comprend la détermination d'un pAccording to a second method, the characterization of the upstream granular property considered of the material comprises the determination of a p
rapport dev,reel , avec D le débit de matière mesuré en sortie de la machine de dev, real ratio, with D the material flow measured at the outlet of the
D broyage.Grinding.
La puissance Pdev,réei peut être obtenue directement en mesurant la puissance consommée par chaque moteur 10, et en sommant ces puissances. Le débit D de matière est mesuré de manière connue. Ainsi, ce rapport permet d'obtenir une énergie spécifique réelle de broyage.The power P of v, réei can be obtained directly by measuring the power consumed by each motor 10, and by summing these powers. The flow rate D of material is measured in a known manner. Thus, this ratio makes it possible to obtain a real specific energy for grinding.
pp
Le rapport déterminé dev^el peut alors être comparé avec une plage de valeurs données pour en déduire l'au moins une propriété granulaire amont. En particulier, ce rapport peut être comparé avec l'énergie spécifique attendue, calculée par exemple à partir de la puissance Pbroyage de broyage pour obtenir la finesse aval cible. En fonction de l'écart entre l'énergie spécifique réelle et l'énergie spécifique attendue, il est possible de caractériser au moins une propriété granulaire amont de la matière, et plus précisément de corriger la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire amont de la matière dans la détermination de la puissance Pbroyage de broyage.The determined ratio dev ^ el can then be compared with a range of values given to deduce therefrom at least one granular property upstream. In particular, this ratio can be compared with the specific energy expected, calculated for example from the grinding milling power to obtain the target downstream fineness. Depending on the difference between the actual specific energy and the expected specific energy, it is possible to characterize at least one upstream granular property of the material, and more precisely to correct the characterization of the at least one upstream granular property. of material in determining the grinding power.
Un avantage à considérer l'énergie spécifique de broyage et non plus la puissance de broyage est que l'énergie spécifique permet de prendre en compte des variations du débit de la matière. En effet, il se peut que pour des raisons de production et de fonctionnement des dispositifs sur l'ensemble du procédé, le débit se trouve modifié volontairement ou non, et qu'une nouvelle plage de débits cible soit alors définie. En comparant les énergies spécifiques, le déphasage des vibrateurs peut être immédiatement ajusté par le système 11 de contrôle des moteurs 10 pour que, dans la nouvelle plage de débits cible, la finesse aval cible de la matière soit toujours atteinte.An advantage in considering the specific grinding energy and no longer the grinding power is that the specific energy makes it possible to take into account variations in the flow rate of the material. Indeed, it may be that for reasons of production and operation of the devices throughout the process, the flow rate is modified voluntarily or not, and that a new target flow range is then defined. By comparing the specific energies, the phase shift of the vibrators can be immediately adjusted by the motor control system 11 so that, in the new target flow range, the target downstream fineness of the material is always reached.
Une troisième méthode de caractérisation d'au moins une propriété granulaire amont de la matière peut comprendre la mesure directe de cette propriété granulaire en aval de la machine 1 de broyage. Par exemple, un échantillon de la matière broyée est prélevé, et cette même propriété granulaire est mesurée. Il en est ainsi déduit, en fonction des réglages de la machine 1 de broyage, la propriété granulaire en amont de la machine 1 de broyage.A third method for characterizing at least one granular property upstream of the material can comprise direct measurement of this granular property downstream of the grinding machine 1. For example, a sample of the ground material is taken, and this same granular property is measured. It is thus deduced therefrom, according to the settings of the grinding machine 1, the granular property upstream of the grinding machine 1.
La deuxième méthode et la troisième méthode sont dite rétroactives (figure 6) : lorsqu'une modification d'une propriété granulaire amont de la matière a lieu, celle-ci n'est détectée qu'en constatant qu'en aval de la machine, les critères de débit et/ou de finesse aval ne sont pas respectés, et donc que les paramètres de réglage de la machine 1 de broyage doivent être ajustés. Plus précisément, dans une première étape S'I, une propriété granulaire amont considérée est caractérisée, par exemple par mesure directe ou par ajustement successifs des paramètres de réglage de la machine 1 de broyage pour obtenir la finesse aval cible. Dans une deuxième étape S'2, la puissance Pbroyage de broyage requise pour atteindre la finesse aval cible est déterminée, et, dans une troisième étape S'3, l'angle de déphasage des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est réglé en conséquence. Dans une quatrième étape S4, la matière est broyée dans la machine 10 de broyage. Lorsqu'une modification des critères de débit et/ou de finesse en aval de la machine 1 de broyage est détectée (étape S'5), le procédé reprend à la deuxième étape S'2 pour calculée la nouvelle puissance Pbroyage de broyage requise.The second method and the third method are called retroactive (figure 6): when a modification of a granular property upstream of the material takes place, this is only detected by noting that downstream of the machine, the downstream flow and / or fineness criteria are not respected, and therefore that the adjustment parameters of the grinding machine 1 must be adjusted. More precisely, in a first step S'I, an upstream granular property considered is characterized, for example by direct measurement or by successive adjustment of the adjustment parameters of the grinding machine 1 to obtain the target downstream fineness. In a second step S'2, the grinding power P required to reach the target downstream fineness is determined, and, in a third step S'3, the phase shift angle of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d is adjusted in result. In a fourth step S4, the material is ground in the grinding machine 10. When a change in the flow rate and / or fineness criteria downstream of the grinding machine 1 is detected (step S'5), the process begins again in the second step S'2 to calculate the new grinding power P required.
La machine 1 de broyage permet également de réagir plus efficacement aux situations d'urgence. Par exemple, la machine 1 peut être équipée d'un détecteur de vibrations longitudinales, c'est-à-dire selon la direction verticale sur la figure 2, de la cuve 3 par rapport au bâti 2. En effet, les vibrations longitudinales de la cuve 3 ne sont pas souhaitables car d'une part elles ne participent pas ou très peu au broyage de la matière de sorte qu'elles constituent des pertes d'énergie, et d'autre part risquent d'endommager la machine 1. Ainsi, en détectant le dépassement d'un seuil en amplitude et/ou en fréquence des vibrations longitudinales de la cuve 3, une situation d'urgence peut être signalée ; le système 11 de contrôle des moteurs 10 peut alors très rapidement régler l'angle de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d pour que les vibrations, longitudinales et/ou transversales, de la cuve 3 par rapport au bâti et au cône 5 soient d'amplitude nulle.The grinding machine 1 also makes it possible to react more effectively to emergency situations. For example, the machine 1 can be equipped with a longitudinal vibration detector, that is to say in the vertical direction in FIG. 2, of the tank 3 relative to the frame 2. In fact, the longitudinal vibrations of the tank 3 is not desirable because on the one hand they do not participate or very little in the grinding of the material so that they constitute energy losses, and on the other hand risk damaging the machine 1. Thus , by detecting that a threshold in amplitude and / or frequency of the longitudinal vibrations of the tank 3 has been exceeded, an emergency situation can be reported; the motor control system 11 can then very quickly adjust the phase shift angle between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d so that the vibrations, longitudinal and / or transverse, of the tank 3 relative to the frame and the cone 5 are of zero amplitude.
La machine 1 de broyage ainsi décrite permet, notamment grâce à la commande des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d par des moteurs 10 indépendants les uns des autres, d'assurer un meilleur contrôle du procédé de broyage en réduisant la variabilité de la finesse aval lors d'une variation des propriétés granulaires amont de la matière tout en conservant un débit dans une plage cible restreinte.The grinding machine 1 thus described makes it possible, in particular by controlling the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d by motors 10 independent of each other, to ensure better control of the grinding process by reducing the variability of the fineness downstream during a variation of the granular properties upstream of the material while maintaining a flow rate within a restricted target range.
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