Procédé de broyage de matières solides et appareil pour la mise en aeuvre. de ce procédé. La présente invention concerne un pro cédé et un appareil pour le broyage à sec de matières solides. Dans le broyage à sec de matières, en utilisant les procédés et les appa reils antérieurement connus, il a été possible de produire ides matières pulvérulentes jus qu'à une dimension de 10 microns. Avec quel ques types de matières et d'appareil, il a même été possible de produire des matières dans lesquelles la plus grande partie des par ticules obtenues ont des @dimensions inférieures à 5 microns et dans lesquelles la fraction prin cipale en-dessous de 5 microns à une dimen sion moyenne d'environ 3 microns.
Cependant, en utilisant les procédés et les appareils connus pour la pulvérisation, il a été pratiquement impossible de produire éco nomiquement des matières ayant une dimen sion moyenne inférieure à 3 microns. Lorsque la matière est réduite, par exemple, à une dimension de 3 microns, la masse des parti cules individuelles est excessivement petite et les particules ont un comportement différent de celui de la même matière en particules de plus grande dimension.
Ainsi la plupart .des matières lorsqu'elles sont réduites à une di mension de finesse de 3 à 5 microns présen tent dans cette échelle de finesse une modifi cation dans leur comportement chimique, magnétique et électrostatique, ainsi qu'une n iodification'dans la température d'inflamma tion, la capillarité, l'aptitude à l'humidifica tion, leur caractéristique d'écoulement qui se rapproche -de celle des fluides, ainsi que des modifications dans l'activité de surface et dans les propriétés chimiques apparentes.
En pratique, il a jusqu'ici été impossible réellement de produire à l'échelle commerciale et dans le même appareil, des matières pulvé risées de n'importe quelle espèce lorsque la dimension de la poudre doit être très infé rieure à<B>10</B> microns. Ceci naturellement varie quelque peu suivant les matières considérées, mais d'une - manière générale 10 microns re présentent la. limite commerciale inférieure de broyage et des matières de 5 microns sont regardées comme exceptionnelles. Des matières pulvérisées ayant des dimensions de 3 microns sont excessivement :difficiles à obtenir.
Dans ce qui suit et en ce qui concerne la présente invention le qualificatif ultrafin désignera des matières dont la dimension moyenne des particules est inférieure à 10 microns et fin des matières dont la dimen sion -de particules se situe entre la dimension de particule minimum q4i peut être tamisée, c''est-à-dire environ 50 et 10 microns.
La présente invention a pour objet un procédé .de broyage de matières solides, carac térisé en ce que l'on transporte ladite matière solide dans un flux gazeux sec et qu'on sou met les particules de ladite matière solide à la fois à des chocs mécaniques et à l'action d'une énergie vibratoire intense.
Elle a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé de broyage, cet appareil comprenant un carter, un venti lateur pour mettre en mouvement un flux gazeux à travers ledit carter et des moyens pour introduire la matière à traiter dans ledit flux gazeux, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour créer des chocs mécaniques entre les particules -de la matière et entre celles-ci et les éléments de l'appareil, et des moyens montés à l'intérieur du carter pour engendrer simultanément dans ledit flux gazeux une énergie vibratoire in tense.
Les éléments susceptibles de créer des milieux d'ondes vibratoires intenses sont, de préférence, constitués par des lames vibran tes en forme de disques montées entre les étages successifs de palettes radiales du broyeur.
Dans le procédé selon l'invention, les ondes vibratoires ont des fréquences comprises dans la, gamme allant .des plus basses fréquences audibles jusque dans les fréquences supersoni ques de 18 000 vibrations par seconde ou plus.
Le dessin ci-annexé illustre le procédé et représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil objet de l'invention.
Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'une première forme d'exécution.
Fig. 2 est une vue en coupe verticale par tielle, à plus grande échelle, de l'appareil re présenté à la fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe horizontale par III-III des fig. 1 et 2.
Fig. 4 est une vue en coupe verticale par tielle correspondant à la fig. 2, mais illustrant une variante de forme du disque annulaire vibratoire dudit appareil.
Fig. 5 est une vue en coupe partielle, à très grande échelle, représentant les parties du rotor à palettes radiales et du disque vibra toire intermédiaire.
Fig. 6 est une vue en coupe horizontale de détail suivant VI-VI de fig. 2.
Fig. 7 est une vue en coupe verticale par tielle par VII-VII des fig. 2 et 5.
Fig. 8 et 9 sont des vues en coupe verti cale partielles, à ,grande échelle, correspon dant à. celles- représentées à la fig. 5 de variantes du disque vibratoire, notamment en ce qui .concerne le bord de ce disque.
Fig. 10 est une vue en coupe horizontale partielle .d'une partie du rotor du disque et du carter montrant les répartitions des cou- rants:d'air.
Fig. 11 est une vue de détail montrant plusieurs étages -de l'appareil et illustrant le courant du flux gazeux dans la zone entre palettes avec sa charge de matières à pulvé riser et entre les disques séparant les étages.
Fig. 12 est une vue en coupe verticale schématique correspondant à la fig. 7 et re présentant les courants d'air dans le diamètre périphérique du rotor.
Il est à remarquer en référence aux fig. 10, 11 et 12 que ces figures représentent seule ment l'une des explications possibles des con ditions existant dans les appareils au cours de leur fonctionnement.
Fig. 13 est une vue en coupe verticale cor respondant à la fig. 1 représentant une variante du carter et du rotor: Fig. 14 est une vue en coupe verticale par tielle -de plusieurs étages de l'appareil illus trant une variante du profil de l'arête des palettes radiales.
Fig. 15 est une vue en coupe verticale -de détail, à plus grande échelle, dans une variante du rotor.
En général, lorsqu'on met en oeuvre le pro cédé de broyage conforme à l'invention, on utilise un flux gazeux sec tel que l'air, des gaz inertes ou réactifs tels que l'azote, les gaz bromhydriques ou chlorhydriques, de l'hydro gène, -de l'oxygène, de l'acide carbonique, de l'hélium, etc. ou de la vapeur sèche ou presque sèche, ou des mélanges de tels gaz ou de l'air mélangé à de tels gaz pour entraîner les particules de matières soumises au broyage.
Le :courant de fluide sec ou presque sec qui peut être chauffé ou réfrigéré pour contrôler, les réactions et la matière solide entraînée par celui-ci, est dirigé suivant un chemin tel qu'il oblige les particules à venir de faon ré pétée en contact les iuzes avec les autres et/ou en contact avec des surfaces contre lesquelles il 'bute de manière que les particules entrent en collision ou soient soumises à des chocs avec les strictions et les divisions qui en Té sultent.
Simultanément, tandis que les parti cules sont encore soumises à de tels chocs, elles sont également soumises à une énergie vibratoire intense qui est engendrée dans le milieu gazeux. L'expression énergie vibra toire intense est utilisée pour caractériser une énergie vibratoire qui, au moins pour cer taines fréquences, donne des surpressions acoustiques de 200 à 2000 barges et dont les fréquences s'étendent dans une gamme par tant des plus basses fréquences audibles et comprenant les fréquences supersoniques. L'expression supersonique est utilisée pour caractériser des fréquences d'environ<B>18000</B> cycles par seconde ou plus qui ne peuvent en général pas être perçues par l'oreille humaine.
Le terme séparation des filets d'air se réfère aux conditions existant lorsque de l'air circulant à grande vitesse se sépare en raison de son incapacité à suivre une surface et donne une zone dans laquelle existent des conditions de turbulence intense et des tourbillons.
Une des formes d'appareil les plus simples pour soumettre les particules à une striction mécanique par choc et/ou impact et à une telle énergie vibratoire intense est obtenue en insé rant dans la zone de réaction (dans laquelle les particules sont déjà réduites en dimension ou à travers laquelle elles sont passées) des lames ou des plaques montées de manière à déterminer au moins partiellement un passage et/ou des jours .à travers lesquels le flux ga zeux et la matière qu'il transporte puissent passer,
lesdites lames ou plaques étant mon tées de manière à être capable de vibrer à leur fréquence naturelle-ou à une fréquence forcée par le courant gazeux qui passe à travers les passages ou jours de la zone de traitement et transporte la matière soumise à trituration et/ou à des chocs. Ainsi le même fluide gazeux est utilisé pour transporter la matière solide à pulvériser et engendrer l'énergie vibratoire intense ayant les carac téristiques ci-dessus définies. Il se produit de même un phénomène .annexe d'ondes de chocs et des zones de séparation des filets d'air.
A titre d'illustration d'une forme d'appareil dans lequel le procédé .conforme à l'in vention peut être mis en oeuvre économique ment et d'une manière pratique, on se ré- fèrera au dessin et plus particulièrement à la fig. 1. Dans cette figure est représenté un moulin pour le broyage ultrafin -de solides. Le moulin comporte un soubassement 10 sur lequel est monté un carter cylindrique 11, ayant une colerette inférieure 12, au moyen de laquelle le carter est fixé au soubassement.
Le carter cylindrique est pourvu d'un palier inférieur 13 monté sur sa paroi terminale in férieure 14. A la partie supérieure du carter est réalisée une chambre annulaire de plus grand diamètre 15 qui est fermée par un chapeau 16 qui constitue le support d'un pa lier supérieur central 17. Les détails des pa liers 13 et 17 sont du ,domaine de la méca nique connue et ne nécessitent pas ,d'être décrits en détail. Ils sont calculés pour sup porter l'arbre 20 et l'ensemble du rotor porté par cet arbre tournant à des vitesses périphé riques du rotor de 7500 mètres par minute ou- plus.
L'arbre 20 est muni à son extrémité inférieure d'une poulie à gorges trapézoïdales multiples 21 sur laquelle passe une série de courroies 22 logées dans le soubassement 10 et qui entraînent l'arbre 20 aux vitesses élevées de l'ordre indiqué ci-dessus, quoiqu'il ne soit pas toujours nécessaire d'utiliser de telles vitesses et que des vitesses inférieures soient utilisées, autant que possible, pour réduire les efforts mécaniques dans l'appareil. La paroi inférieure du carter 11 présente à la hauteur du palier .13 une ou plusieurs ouvertures 23 à travers lesquelles peut passer l'air.
A l'in térieur du carter 11 et légèrement au-dessus du palier 13 est placé un diaphragme 24 ayant une ouverture centrale 25, dont la di mension peut être réglée par une plaque 25' à travers laquelle le flux gazeux peut péné trer à l'intérieur du moulin proprement dit, comme indiqué par les flèches 26. La quan tité du fluide gazeux introduite peut, si on le désire, être réglée au moyen d'un régulateur (non représenté) de manière à admettre l'air à plein courant ou à un courant réduit.
Au- dessus du diaphragme 24 est placé un rotor représenté en face de l'accolade 27 à la fig. 1 et qui sera décrit plus en détail ci-après.
Au-dessus de l'ensemble du rotor au niveau de l'accolade 37 dans la fig. 1 on peut, si on le désire, placer un ventilateur à palet- tes radiales multiples 28 qui fonctionne comme classificateur pour les matières produites dans le moulin. Le ventilateur 28 est surmonté par un disque 28' qui a un diamètre tel qu'il réserve une ouverture annulaire 29 dans une ouverture 30 d'un anneau 31; la matière fine ment broyée produite dans le moulin, sort de cette ouverture annulaire, dans la direction des flèches 32 et elle est alors propulsée par le ventilateur à palettes radiales multiples 33 et forcée par la sortie 34 de la chambre supé rieure 15.
On peu noter que tout s les parties rotatives de l'appareil sont portées par le même arbre 20 et entraînées à la même vitesse de rotation. La vitesse périphérique des diffé rentes paxties du rotor varie donc proportion nellement aux différents diamètres des élé ments rotatifs individuels portés par le rotor. Si on le désire, le courant gazeux traversant le moulin peut être créé par une soufflerie séparée.
De même, si on le désire, l'entrée 25 peut être connectée à la sortie 34 par l'inter médiaire d'un circuit gazeux externe compor tant un séparateur à cyclone, un séparateur à sac ou organe similaire pour enlever les com posants solides et ainsi reconstituer le flux gazeux qui est réutilisé. Ceci est plus spécia lement désirable dans le cas où la température du flux gazeux doit être .contrôlée, par exem ple, lorsqu'on traite des matières hautement explosives ou sensibles à la chaleur.
Ainsi, clans un tel circuit fermé, l'atmosphère ga zeuse constituée par des gaz réactifs, rares ou non réactifs, peut être utilisée et en chauf fant ou refroidissant une telle atmosphère qui peut être portée à toute pression absolue désirée, les conditions de réaction peuvent être contrôlées avec précision. Egalement un accroissement ou une diminution de l'humi dité du produit peut être .contrôlé en établis sant une pression de vapeur dans le fluide gazeux rentrant.
Dans la paroi latérale du carter 11, légè rement au-dessus du diaphragme 24 est mé nagée une ouverture 35 dans laquelle est mon tée une vis sans fin 36 ou tin autre .dispositif d'alimentation adapté à la nature de la ma tière à traiter, servant à amener ladite matière directement dans le carter 11. Dans beaucoup de cas, par exemple, lorsque la. matière à trai ter est déjà pulvérisée en fines particules capables d'être transportées par un courant gazeux, on peut éviter le transport solide par vis sans fin 36 ou autre moyen pour trans porter des solides et les particules fines peu vent être introduites avec le flux gazeux ren trant en 26 à travers les lumières 25.
Le carter 11, sur toute sa partie située au- dessus -du diaphragme 24 et en-dessous de la zone de classification 37, est habituellement muni d'un garnissage intérieur 40 qui peut être rainuré longitudinalement comme repré senté. Les rainures peuvent avoir une profon deur et une largeur qui dépendent des dimen sions du moulin, par exemple, une profondeur et une largeur de 1/100 de millimètre, et peuvent être en forme de dents de scie ou arrondies.
Le garnissage intérieur peut être en un matériau variable tel que la Stellite, l'acier molybdène, les cristaux de bore, porce laine, caoutchouc ou similaire, adapté à la nature de la matière à traiter et à l'effet recherché. Si l'on désire éliminer l'effet de bris dû à l'impact, un revêtement en caout chouc peut être utilisé lorsqu'on désire des particules arrondies ou sans angles vifs. Ainsi les cristaux de quartz peuvent être produits sous -des formes arrondies, sans angles vifs, dans un appareil utilisant comme revêtement des matériaux souples.
D'un autre .côté, lors qu'on recherche un effet de bris maximum et un clivage, on utilise comme revêtement des matériaux à surface dure. Egalement un ap pareil peut avoir une combinaison de maté riaux telle qu'un revêtement dur dans les pre miers étages pour obtenir un bris maximum au départ et une réduction notable des dimen sions et -des revêtements souples dans les étages de finition, pour polir et arrondir les parti cules.
Plusieurs appareils aveç des revêtements différents peuvent étre utilisé en série, .Les matériaux de revêtement à surface dure peu vent être appliqués par les processus de dépôt électrolytiques ou par soudure au moyen:
des baguettes de soudure spéciale dites pour sur facer en dur, .cela suivant le type de revête ment à surface dur qui est appliqué, tandis que les revêtements souples, tels que le caout- chauc, sont habituellement appliqués de pré férence par vulcanisation.
En ce qui concerne la partie 27 dans la quelle s'effectue dans le moulin la pulvérisa tion ultrafine, celle-ci se compose dans l'exem ple d'exécution représenté au dessin, de trois étages de palettes radiales disposées, avec des espacements, l'une au-dessus de l'autre entre une plaque annulaire inférieure 42 et une plaque annulaire supérieure 43. Deux ou plus de deux étages -de ce genre peuvent être uti lisés, le présent dessin en représentant trois pour simplifier. En général, les trois étages ont la même constitution et une description de l'un des étages sera suffisante pour l'en semble.
Ainsi l'étage inférieur comporte un moyeu tel que 44 avec plusieurs palettes ra diales 45 disposées radialement autour de celui-ci. Le moyeu 44 comporte un grand nom bre de palettes radiales, le moyeu représenté au dessin en comportant vingt-quatre pour un diamètre externe de 54 cm. Un plus grand ou un plus petit nombre de palettes radiales peuvent être utilisées et le diamètre du rotor peut de la même manière être modifié suivant les dimensions du moulin et suivant l'intensité du travail à effectuer.
Les palettes radiales 45 sont, de préférence, disposées parfaitement radialement, mais peuvent aussi être inclinées en avant ou en arrière par rapport à la dïrec- tion de rotation, ou avec une légère inclinai son verticale. Le deuxième étage comporte un moyeu semblable 46 qui est de la même ma nière muni de palettes radiales 47. Le troi sième étage comporte un moyeu 48 portant des palettes radiales 49. Les moyeux 44; 46 et 48 sont espacés de façon appropriée sur l'axe 20 et sont clavetés de manière à- être entraînés. en rotation avec l'arbre et bloqués contre tout déplacement axial.
Les bases internes des palettes radiales peuvent être recourbées légèrement, particu lièrement à l'étage supérieur (et la plaque 43 supprimée), .de telle sorte que ledit étage fonctionne comme un ventilateur pour assurer le passage du flux gazeux à travers l'espace de réaction. Les palettes .radiales 45, 47 et 49 (fig. 1) et les palettes radiales correspondan tes des autres formes d'exécution représen tées peuvent être réalisées en des matériaux tels ou montées de telle manière qu'elles vibrent librement comme décrit ci-après.
L'espacement entre les étages est tel qu'entre les palettes 45 et 47 soit réservé un espace 50 et entre les palettes 47 et 49 un intervalle semblable 51. Dans l'intervalle 50 est monté un anneau 52 qui est porté en trois ou plus de trois points par des pattes d'at tache 47A sur la palette 47 et 45A sur la palette 45 de manière à être libre de vibrer. Ainsi en se référant aux fig. 3 et 5, trois ou phis de trois palettes 45 choisies avec des .espacements égaux sont munies de pattes d'attache 45A et un nombre égal de palettes également espacées 47 situées au-dessus des palettes 45 sont de même munies de pattes d'attache 47A.
De plus l'anneau 52 est tenu écarté des pattes d'attache 45 et 47 aii moyen de rondelles d'espacement approprié comme représenté et l'ensemble est maintenu par un boulon tel que 53. De même dans l'espace 51, un disque annulaire 54 est porté de manière similaire à partir -de pattes d'attache 47B sur les palettes 47 et de pattes d'attache 49A sur les palettes 49.
En se reportant plus particulièrement aux fig. 2 et 5, on pourra remarquer que la posi tion des pattes d'attache 45.A et 47A a-Li moyen desquelles un 'disque annulaire 52 est monté sur les palettes 45 et 47, est telle que la distance radiale intérieure RI (voir fig. 2) entre le bord intérieur de rayon minimum du disque annulaire 52 et les pattes de montage est de préférence légèrement plus ,grande que la distance radiale RO de la patte de montage à la périphérie du même disque 52.
Il est pré férable -de monter le disque 52 en un point tel que le rapport de la dimension Ri à la dimension RO soit égal à 9/7e, c'est-à-dire que la dimension radiale RI sera de préfé rence<B>16</B> 97e d e la dimension radiale R0.
En se reportant plus particulièrement à la fig. 5, les bagues d'espacement 45C et 47C ont une épaisseur telle que le disque est placé avec son arête aiguë 52E à mi-distance entre le bord supérieur de la palette radiale 45 et o le bord inférieur de la palette radiale 47 et le diamètre maximum du disque vibrant 52 est de préférence tel que le bord 52 soit légè rement en retrait, des arêtes 47E et 45E des palettes radiales.
Dans la fig. 5, le disque 52 est représenté comme étant chanfreiné sur l'arête 52Z', mais comme représenté à la fig. 8, le disque 60 peut être chanfreiné sur deux arêtes 60P-60P ou, comme représenté à la fig: 9; le disque peut, si on le désire, être coupé à angle droit comme en 61h'.
Il est préférable cependant d'utiliser un disque vibrant 52 chanfreiné, comme repré senté à la fig. 5 sur une face seulement en 521r'. Le disque vibrant 52 peut être monté avec le chanfrein 52F tourné soit vers la palette 47, comme représenté à la f.ig. 5, soit vers la palette 45, dans ce dernier cas les bagues d'espacement 45,C et 47C seraient interchangées de façon à conserver à l'arête 52C la position représentée.
Il peut être noté, en outre, que pour de meilleurs résultats, l'arête 52E peut être comme représenté à la fig. 5, mais le diamètre du disque 52 peut être modifié de manière à amener l'arête 52E au point 52G ou 52H à des distances du centre égales ou supérieures à la distance au centre de l'arête externe 47E de la palette.
La vitesse d'écoulement instantanée du flux gazeux résulte de la combinaison de dif férentes composantes de vitesse; l'une de ces composantes est due simplement à la rotation des disques et des palettes radiales par rap port au carter et cette composante peut attein dre 8000 mètres par minute. La seconde com posante, à savoir la composante axiale du flux à travers les passages entre les disques vi- brants 52, 54, etc, et la paroi du carter, peut facilement atteindre 3500 mètres par minute avec des volumes normaux du flux gazeux traversant le moulin.
Une troisième composante est engendrée par la réaction sur le flux gazeux de la vibra tion des disques, cette composante est perpen diculaire aux disques. Ladite vitesse instan tanée, en admettant polir la vibration des dis ques une fréquence de 10 000 cycles par se conde et une amplitude d'un à trois centi mètres peut atteindre une vitesse instantanée de 1500 à 3000 mètres par minute.
Une quatrième composante de vitesse ré sulte de l'écoulement de l'air des zones de haute pression P (fig. 12), vers les zones de basse pression V qui apparaissent au cours du fonctionnement. Ces vitesses s'ajoutent vectoriellement et il est évident qu'au moins à certains moments et, au moins à certains endroits, les vitesses résultantes du flux ga zeux par rapport aux surfaces adjacentes ont des valeurs qui sont comprises entre 10 000 et 18 000 mètres par minute. On sait que les vitesses des gaz sur les surfaces présentant des irrégularités (telles que les arêtes des pa lettes radiales et les arêtes des disques vibrants et sur les aspérités, alvéoles, etc. de la face interne du carter) produisent des ondes de chocs.
Dans le moulin, des ondes de chocs sont réfléchies et se recoupent.
De plus, il se produit des zones de sépa ration d'air en PZ, CZ (fig. 10) dans les quelles se produisent une turbulence intense et des tourbillons qui s'ajoutent aux effets de l'énergie vibratoire intense.
En se reportant plus particulièrement aux , fig. 10, 11 et 12, on voit que la rotation des palettes 45, par exemple, à l'intérieur du carter 11 produit entre les palettes, des spira les serrées (tourbillons entre les palettes) du fluide gazeux et de sa charge de matières solides comme représenté en W.
Le flux gazeux se -déplaçant en spirale passant contre les bords des disques 52-54 et frappant ceux-ci, les met en vibration, ce qui produit en même temps des vibrations intenses dans le flux gazeux. Il est probable qu'il produit, en outre, des ondes de chocs prenant leur origine sur les arêtes des disques 52 et 54. Les particules solides sont sollicitées par les forces centrifuges à travers les zones d'énergie vibratoire intense et à travers et contre les ondes de chocs qui sont ainsi créées.
Les ondes de chocs glissent probablement aussi le long de quelques-unes ou de toutes les parties de l'arêtes externe des palettes radiales 45 et 47, ces ondes se propageant vers l'extérieur à partir des palettes et for mant un angle avec les ondes de chocs pro. duites à la périphérie des disques vibrants.
Lesdites ondes de chocs provenant des palettes frappent sur la paroi du carter très voisin 11 qui peut être rainurée longitudi nalement comme illustré en 40, produisent des ondes de chocs réfléchies qui coupent et se rencontrent avec les .ondes de chocs pro duites par les disques vibrants.
En outre, il est évident qu'il existe des zones de séparation d'air à l'intérieur du moulin telles que les zones PZ au voisinage d'une face et près de l'extrémité de chaque face radiale et très probablement lune autre zone annulaire CZ régnant autour de l'extré mité intérieure de plusieurs palettes radiales (voir fig. 10).
Lorsque les palettes radiales sont construites de manière à vibrer ou à avoir des arêtes ou des lames montées élasti- quement, et sont -utilisées dans le moulin seules ou avec les disques vibrants,
ces lames sont également mises en vibration et contri buent à créer une énergie vibratoire intense dans le moulin" Les fig. 11 et 12 montrent lune cause pro bable de la vibration intense des disques 52 et 54 d'où résulte une des composantes de vitesse du flux gazeux comme expliqué ci- dessus. Les palettes radiales 45 et 47 sont, dans la fig. 12, placées au-dessus l'une de l'autre et le disque 52 logé entre elles étant séparé de celles-ci par des distances D et ainsi libre de vibrer.
Les palettes 45 et 47 se dépla cent horizontalement et l'un des côtés P voit apparaître une surpression, tandis que l'autre côté V voit apparaître une zone de dépression ou de vide puisque le mouvement est toujours dans la même .direction. Les calculs indiquent qu'il peut y avoir lune différence de pression de plusieurs atmosphères entre les zones P et V. En conséquence, urne partie du fluide gazeux glisse à travers l'espace D comme in diqué par les flèches 58 et 59.
Lorsque le disque 52 est en vibration et en considérant polir l'explication la période où le disque se déplace vers le haut contre la palette 47, il y a une diminution de l'espace D et, par con séquent, une diminution du flux d'air 58, ce qui tend à accroître la pression Pet à donner un vide V plus poussé au voisinage de la palette radiale 47. Ali même moment, l'espace entre la palette 45 et le disque vibrant 52 s'accroît, ce qui permet un flux plus impor tant en 59 et un abaissement de la pression P et une réduction du vide V @au voisinage de la palette radiale 45.
Ceci amène une plus grande pression à s'exercer sur la surface supérieure du disque vibrant 52 et il tend par suite à être forcé vers le bas dans la direction de la palette 45. Quand il dépasse la position d'équilibre les faits inverses se produisent, ce qui tend à créer des vibrations entretenues. En conséquence, les disques 52 et 54 sont maintenus dans un état vibratoire intense entretenu qui très probablement com porte de nombreux harmoniques fondamen taux. Lorsque les palettes radiales 45, 47 et 49, etc. sont en un matériau élastique ou ont des arêtes élastiques, celles-ci sont également mises en vibration.
Comme il a été noté, le flux moyen du fluide à travers le moulin est ascendant dans la forme d'exécution représentée et comme représenté par la flèche 55 de la fig. 11. En conséquence, les tourbillons W de fluide gazeux ont une forme en spirale ascendante serrée ou vortex qui à un certain niveau frappe sur l'arête du disque 52 comme repré senté par le point 56 de la spirale S et entre les palettes 47 le tourillon semblable IV est mis de même en tourbillon ascendant qui, à un certain niveau, frappe sur l'arête du dis que 54 comme représenté par la pointe de la flèche 57 de la fig" 11.
Il a été démontré que le flux gazeux dans les vortex, de même que le flux gazeux entrant et sortant radialement pardessus les arêtes dit disque et par-dessus les arêtes des lames vibrantes possède une vitesse subsonique ou supérieure et les dis ques 52 et 54 sont en conséquence mis en vibration.
Comme représenté aux fig. 11 et 12, il existe des espaces intersticiels D entre les arêtes des palettes radiales 45 et le disque vibrant. inter-palettes 52 et entre ledit disque et l'étage suivant de palettes radiales 47. Le disque vibrant 52 vibre intensément et dans la région des interstices D, l'énergie vibratoire est extraordinairement élevée.
Les particules solides déjà soumises à des chocs et partielle ment brisées, entraînées par des vortex de fluide gazeux, sont portées à travers ou au moins auprès des espaces intersticiels D et les dites particules sont soumises à une énergie vibratoire concentrée .de manière intense. On pense que ladite action est au moins partielle ment responsable des extraordinaires réduc tions de dimension qu'il est possible d'obtenir avec l'appareil décrit.
Des espaces interstieiels ou passages péri phériques relativement petits sont de même réalisés entre les arêtes externes des palettes, les disques vibrants et la surface interne de la paroi adjacente 11-40 de la machine, comme représenté aux fig. 1, 2, 4, 5, 6, 8 à J_0-14-15 et pour l'étage 74 à la fig. 13, et dans de tels espaces intersticiels ou passa ges, une énergie vibratoire intense est engen drée avec des ondes de chocs à effet destruc tif qui prennent naissance dans ladite région comme il a été exposé ci=dessus. Cette énergie vibratoire intense est, en conséquence,
trans mise -aux particules solides en cours de trai tement qui doivent passer à travers de tels espaces intersticiels quand elles progressent dans le moulin.
Les explications précédentes sont données sans limitation de la portée de l'invention comme étant les meilleures explications actuel lement possibles. Quelle que soit la raison, il a été constaté que lorsque les particules sont soumises simultanément ou presque à des chocs et à une énergie vibratoire intense, les particules se divisent en particules beaucoup plus fines que celles qu'il a été possible de produire avec les procédés et les appareils antérieurs à opération continue.
Ainsi, en utilisant l'appareil décrit, il est possible, par exemple, de produire- du quartz pulvérisé dans lequel 90 % du produit. a une dimension in- férieure à 5 microns et seulement 10 % une dimension supérieure à 5 microns et dans le quel la dimension moyenne des particules de
la fraction de 90 % est d'un micron ou moins. De phis,
les particules de ladite fraction de 90 % ont une plus grande régularité de dimen- sion et une configuration plus uniforme.
L'appareil représenté à la fig. 4 est du même type que celui décrit précédemment, excepté que l'on a substitué aux disques vi brants uniques 52 et 54 des paires -de disques <B>521,</B> 522 et 541, 542. Un collier d'espacement 60 ou 61 est prévu pour maintenir les deux disques de chaque paire écartés Dinde l'autre.
L'appareil est le même quant aux autres organes et, dans ce .cas, les paires de disques <B>51,</B> et 522, 54, et 542, sont de même mis en vibration par le flux gazeux traversant l'ap pareil et imprime à la matière en cours de pulvérisation une énergie vibratoire intense. Les particules en cours de désintégration sont soumises @à des chocs par les collisions entre les particules ou par collision des particules avec d'autres parties de l'appareil. On ignore si la réduction dans la dimension de la parti cule est due à un contact des particules avec les disques vibrants de cette figure (où les disques 52 et 54 de l'appareil précédemment décrit).
On voit que l'énergie vibratoire intense des disques vibrants est transmise dans le flux gazeux et qu'il n'est même pas nécessaire que les particules soient réellement amenées en contact avec le disque ou les dis ques.
A la fig. 13, il a. été représenté une, autre forme d'exécution dans laquelle les étages successifs 71 à 79 du moulin sont chacun semblables en conception aux étages indivi duels des moulins décrits ci-,dessus, sauf que dans la fig. 13 les étages successifs ont des diamètres progressivement croissants puis décroissants.
Ainsi les étages 71 à 74 ont des diamètres croissant avec un diamètre maximum à l'étage 74 et les étages 74 à 79 un diamètre décrois sant de l'étage 74 à l'étage 79 mais avec un taux de variation différent par comparaison avec le taux d'accroissement entre les étages 71 et 74. L'angle désigné par 80 à la fig. 13 est compris entre 14 et 280, l'angle 81 étant approximativement d'une valeur moitié.
Le carter 90 (dans lequel tourne le rotor) a un diamètre intérieur uniforme. Entre chacun des étages 71 et 72, 72-73, etc. est monté un disque monté de manière à vibrer comme décrit ci-dessus. Cependant, dans ce cas le matériau constituant le disque, ainsi que le module d'élasticité et l'épaisseur, sont modifiés d'étage en étage de manière que tous les disques présentent une fréquence de réso nance maximum nonobstant leurs diamètres différents.
Dans la fig. 14 -une forme d'exécution d'un appareil légèrement modifié est représentée, celle-ci étant semblable à celle décrite précé demment, en référence aux fig. 1 à 11, sauf que l'arête externe des palettes radiales est dans ce cas coupée en biseau dans les angles haut et bas. Ainsi la palette 92 -a une largeur qui décroît sur la partie 93 qui est coupée à un angle 94 qui peut varier de 14 à 280. La palette a ensuite une partie de diamètre maximum en 95 puis une partie 96 en pente moins abrupte, c'est à@dire inclinée sous un angle 97 qui est approximativement moitié de l'angle 94.
Dans les fig. 13 et 14, comme dans la fig. 1, le flux moyen à travers le moulin est dirigé de bas en haut.
Dans les fig. 6 et 7 sont représentées des formes d'arête qui peuvent être utilisées pour les palettes radiales de n'importe lequel des broyeurs décrit. Dans la fig. 6, le bord 103 est garni, par exemple par apport de soudure, d'un dépôt de matériau 105 à surface dure. Cet apporta une forme en coin avec sa plus grande épaisseur au droit de l'arête en 104, cette épaisseur devenant -nulle en 106. Dans la fig. 7, le matériau d'apport est placé le long de l'arête inférieure 107, de la palette 47 et le long de l'arête supérieure 108, de la palette 45.
Ces garnissages de surfaces sont de même légèrement incurvés vers l'avant de l'arête. de la palette. L'intérieur du .carter du broyeur peut de même être revêtu éven tuellement d'un dépôt dur.
La fig. 15 représente une forme' d'exécu tion légèrement modifiée dans laquelle le dis que vibrant est monté directement sur l'arbre qui porte les palettes radiales. L'arbre 100 présente une rainure de clavetage 101 et sur l'arbre sont montés plusieurs rotors à palettes, les rotors à palettes étant portés dans chaque cas par un moyeu centrale 102, 103 et 104.
Le moyeu 102 porte un disque 105 sur lequèl. sont montées des palettes radiales 106 et le moyeu 103 porte un disque 107 sur lequel sont montées les palettes radiales 108 et le moyeu 104 représenté seulement partiellement porte de manière similaire des palettes ra diales 109, dont la partie supérieure seule ment est visible au dessin.
Entre l,es moyeux 102 et -103 est monté un disque 110 et entre les moyeux 103 et 104 est monté un disque 111. Ces disques étant évidés de manière à être fixés à- frottement doux sur l'arbre 100 et présentent une rainure de M*anière à recevoir la clavette 101. Les dis ques 110 et 111 sont, de préférence, portés par un ou plusieurs disques plus petits 112 placés sur les faces opposées du disque 110 et 113, placés sur les faces opposées du disque. 111..
L'arbre 100 est habituellement muni d'un collier ou noyau en un point de sa longueur et les moyeux et disques sont montés alter nativement sur lui et finalement serrés par un collier de pression ou un noyau de pres sion placé en un autre point le long de l'axe. Ainsi, l'ensemble tourne avec l'arbre.
L'en semble représenté à la fig. 15 comporte seule ment trois étages mais on comprendra qu'un plus grand ou plus petit nombre d'étages peuvent être utilisés et que ceux-ci n'ont pas besoin d'être tous du même diamètre, mais peuvent être disposés comme représenté à la fig. 13 et que les arêtes périphériques des palettes radiales 107, 108 et 109 peuvent être, si on le désire, coupées comme indiqué à la figure schématique 14. L'ensemble rotatif représenté à la fig. 15 est alors monté dans un carter 115.
Pendant le fonctionnement, les disques 110 et 111 qui sont réalisés en un matériau élastique fléchissent vers le bas et vers le haut par rapport à leur point de fixa tion central, comme représenté par la double flèche 116 pour le disque 110 et 117 pour le disque 111. Les disques sont portés dans leur partie centrale par des disques secondaires plus petits, 112 pour le .disque vibrant 110, et 113 pour le disque 111.
Le disque 110 et les disques secondaires 112 travaillent en conséquence comme un ressort en feuille, la périphérie du disque 110 vibrant ainsi alter nativement vers le haut et vers le bas dans l'espace E compris entre les arêtes inférieures des palettes radiales 106 et les arêtes supé rieures des palettes radiales 108, les disques 112 étant, de la même manière, fléchis en pro portion par lesdites vibrations; le disque 111 vibre d'une manière semblable. L'avantage de cette forme d'exécution réside dans sa simpli cité de fabrication.
Les vibrations intenses du disque sont produites exactement de la même manière que celà a été décrit plus haut en référence aux formes d'exécution représentées aux fig. 1 à 14 et créent dans la zone de réac tion du moulin les phénomènes d'énergie -vibratoire intense ci-dessus mentionnés.
Si on le désire, les lames radiales 45, 47, 49 de fig. 1 peuvent comporter des bords ;radiaux en matériaux élastiques, lesdits bords étant libres de vibrer tandis que le reste de la lame reste à l'écart de tout mouvement vibratoire. Lorsque les lames radiales sont ainsi susceptibles de vibrer;
on peut compter sur elles comme source -unique de l'énergie vibratoire intense qui doit régner dans l'appa reil et les disques vibrants 52 et 54 de la fig. 1 et les disques vibrants :correspondants des autres figures peuvent être supprimés et remplacés par des disques non vibrants si on le désire, ou de tels disques vibrants peuvent être utilisés en liaison avec les palettes ra- diales vibrantes.
Une telle lame radiale vibrante produit une énergie vibratoire intense plus spéciale ment lorsqu'elle est utilisée en conjugaison avec un revêtement interne du carter du moulin rainuré longitudinalement et lorsque celui-ci tourne à une vitesse appropriée; dans ce cas, une énergie vibratoire intense prend naissance. Il est bien évident toutefois que de telles rainures ne sont pas absolument néces saires pour la production d'une énergie vibra toire intense lorsqu'on utilise des, palettes radiales vibrantes et qu'un revêtement uni peut aussi être utilisé.
La vibration des lames radiales est proba blement due en partie à la réaction qui s'exerce entre elles et les rainures du revête ment interne du stator -du moulin, lequel en raison des rainures laisse subsister des espar ces de surface variable entre le carter et les palettes radiales entraînées en rotation. Cette action contribue d'une manière importante à la production de l'énergie vibratoire intense a<B>'</B> l'intérieur du moulin.
Dans un moulin ayant une circonférence interne de la paroi de, par exemple, 2 mètres, et ayant des rainures longitudinales sur la paroi interne d'un demi-centimètre de largeur, les lames radiales (45, 47, 49 de fig. 1) sont soumises pour chaque tour du rotor à 400 variations de l'intervalle libre subsistant entre elles et le stator (avec un effet producteur d'énergie vibratoire correspondant).
Pour un rotor tournant à une vitesse, par exemple, de 50 tours par seconde (3000 tours/minute), qui peut. être obtenue facilement, il en résulte une fréquence de 20000 cycles par seconde avec -des sous-harmoniques et des harmoniques de plus haute fréquence suivant le module d'élas- ticité des palettes radiales, leur dimension, leur forme, leur épaisseur et la manière dont elles sont montées sur le moyeu du rotor.
L'énergie produite par les disques vibrants 52, 54, ete. ou produites par les palettes radiales vibrantes (45, 47, 49, etc.) peut dans une certaine mesure, être contrôlée par le volume gazeux ,admis, ainsi que par d'autres moyens tels que le contrôle de la température et/ou. de l'humidité. Il a été noté que lors qu'on utilise une surface interne unie, les vibrations se produisent dans le disque 52, 54, etc. aussi bien que dans les palettes radiales vibrantes 45, 47 et 49 quand celles-ci sont réalisées en matériaux élastiques. Ainsi les vibrations desdits disques et palettes radiales n'exigent pas une surface interne du moulin rainurée.
On estime que ce phénomène est dû à l'im pact -du flux gazeux et/ou des particules sur les différents éléments élastiques et aux ré flexions des ondes de chocs intenses sur la sur face interne, sans que l'état de cette surface interne .joue un rôle.
Des expériences ont établi qu'une très large variété de matières solides peuvent être pulvérisées par le procédé qui permet d'obte nir des finesses de particules jusqu'ici impos sible à obtenir par aucun des procédés com merciaux connus et avec une consommation de puissance incroyablement plus basse que celle nécessaire avec les procédés connus, même pour la production de particules plus gros sières.
On estime que chaque particule solide introduite dans le moulin est tout d'abord brisée par un simple choc mécanique et/ou par striction en raison des collisions avec les autres particules ou avec les parois du moulin, les palettes tournantes ou les disques vibrants. Un tel choc préliminaire brise ou use la ma tière en particules plus petites qui se produi sent sur une phis grande échelle et. à un degré plus poussé qu'auparavant. Le procédé sou met également la substance constituant la par ticule à une vibration intergranulaire et peut être intermoléculaire.
Les tensions de la vi bration interne de la substance constituant le solide diminuent probablement les forces de cohésion qui existent habituellement entre les grains, les cellules ou les molécules adja centes constituant la substance. Alors, tandis que les particules encore suffisamment grosses sont ainsi affaiblies, et avant que les forces de cohésion aient pu se rétablir et même simultanément avec le bris ou la striction mé canique préliminaire, .les particules sont-sou- mises aux effets d'une énergie vibratoire in tense ci-dessus décrite qui comprennent les pressions des ondes vibratoires intenses,
et les effets de phénomènes tels que les ondes de chocs et/ou les effets de séparation des filets d'air et de cavitation qui peuvent exister. Tous ces effets et phénomènes sont probablement présents simultanément et agissent à des de grés variés dans les différentes parties de la zone de réaction. Le rôle que joue chacun d'eux dans la désintégration des particules jusqu'à la finesse finale n'est pas parfaitement déterminé séparément.
Le pouvoir de désinté gration de l'énergie vibratoire dans la zone de réaction est probablement le facteur pri mordial @d'ëfficacité et les facteurs de fréquen ces, d'ondes de chocs et de séparation des filets d'air qui sont ci-dessus compris dans la désignation énergie vibratoire intense peuvent contribuer au résultat.
Une théorie admissible confirmée par l'évidence semble indiquer l'existance des trois effets ci-dessus, l'intensité de l'énergie vibratoire étant établie par les mesures effec tuées sur la paroi interne du moulin.
Beaucoup de substances solides d'une grande diversité et .de nature organique et in organique peuvent être réduites à des dimen sions ,extrêmement fines ou être mélangées; enduites, décapées ou séparées lorsqu'elles sont traitées conformément au procédé et en utilisant l'appareil décrit.
Des matières de nature molle ou élastique organique ou inorganique peuvent être ré duites en particules ultra fines en les traitant sous forme congelée. C'est ainsi que beaucoup de matières molles; telles que les pne Lunatiques en caoutchouc d'automobiles renforcés avec des cordes ou matériaux similaires peuvent être réduites en fines particules à des tempé ratures et sous des pressions normales.
Parmi d'autres substances organiques ou inorganiques qui peuvent être travaillées en utilisant 1a présente invention, on peut men tionner les minerais tels que les minerais de fer, la pyrité et la taconite, les combustibles tels que le charbon et la lignite, les minéraux non métalliques tels que les sulfures, les maté- riaux abrasifs tels que le quartz et le carbo- rundum, les matériaux tels que le gypse, le graphite, l'argile, la novie-Llite et la vermi- culite,
les colorants minéraux et organiques, les bourres contenant de la-laine (les bourres étant réduites sans dommages pour la. laine), le bois sous toutes ses formes et les métaux (pour la production des poudres métalliques).
En général on peut dire que la matière solide est préparée dans les dimensions qui sont facilement accessibles. Il est souvent plus avantageux de broyer, couper ou réduire, de toute autre manière la matière solide à des. dimensions tamisables ou même en dessous, jusqu'à des particLles déjà de faibles dimen sions (par exemple 50 microns), ce* qui peut être réalisé habituellement d'une manière facile avant de traiter la matière solide selon le procédé décrit.