1. Principe de structure de base du broyeur vertical à cylindres HVM
Le moteur actionne le réducteur, qui fait tourner la table de broyage. Le matériau à broyer est introduit au centre de la table par un sas rotatif. Sous l'effet de la force centrifuge, le matériau se déplace vers la périphérie de la table et pénètre dans la zone de broyage. Soumis à la pression des rouleaux de broyage, le matériau est broyé par compression, broyage et cisaillement.
Parallèlement, de l'air chaud est uniformément propulsé vers le haut à grande vitesse depuis l'anneau d'air entourant la table de broyage. Le matériau broyé est entraîné par ce flux d'air à grande vitesse. D'une part, les particules les plus grossières sont renvoyées sur la table de broyage pour être rebroyées ; d'autre part, le matériau en suspension sèche simultanément. La poudre fine est transportée par l'air chaud vers le classificateur pour le tri granulométrique. La poudre fine conforme sort du broyeur avec le flux d'air et est collectée par le système de dépoussiérage comme produit final. Les particules grossières non conformes, sous l'action des lames du classificateur, retombent sur la table de broyage pour être rebroyées avec le matériau fraîchement introduit. Ce cycle se répète continuellement pour achever le processus de broyage complet.
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Le broyeur vertical à rouleaux HVM fonctionne selon le principe du broyage en lit fixe. Le matériau forme un lit stable entre les rouleaux de broyage et la table de broyage. La rotation de la table et la pression des rouleaux (actionnés par un système de chargement hydraulique indépendant) permettent le broyage du matériau. Ce procédé offre un rendement élevé grâce à l'absence de contact direct entre la table et les rouleaux. Il en résulte une transmission de puissance optimale et, en l'absence de contact métal sur métal, aucune étincelle n'est générée, ce qui limite l'usure. De plus, pour les matériaux inflammables et explosifs, la sécurité d'utilisation est garantie par l'absence d'étincelles.
Les principaux composants de rectification — les manchons des rouleaux et les plaques de revêtement de la table de rectification — sont tous deux fabriqués en alliage multicouche à haute teneur en chrome, offrant une durée de vie supérieure à 8 000 heures. De plus, grâce à leur conception modulaire, les manchons des rouleaux et les plaques de revêtement de la table sont faciles à remplacer et à entretenir.
La pression de broyage des rouleaux est appliquée par un système hydraulique-pneumatique. La pression et le levage des rouleaux sont réglables à distance, et une commande manuelle sur site est également possible. Le système hydraulique du broyeur comprend le groupe hydraulique, les vérins, les accumulateurs et la tuyauterie. La pressurisation hydraulique est assurée par les vérins, tandis que les accumulateurs jouent un rôle d'amortissement.
Les manchons des rouleaux sont réversibles pour une durée de vie prolongée. Grâce au système hydraulique, les rouleaux de broyage peuvent être extraits de la chambre de broyage simultanément ou individuellement, ce qui facilite grandement l'inspection et la maintenance.
À l'inverse, le broyeur Raymond fonctionne selon un principe de broyage différent : les rouleaux de broyage sont pressés fermement contre l'anneau de broyage par la force centrifuge. La matière est saisie par les lames de la charrue et acheminée entre les rouleaux et l'anneau, où elle est broyée en poudre sous la pression de roulement. Comme on peut le constater, le broyeur Raymond ne possède pas de système hydraulique indépendant. En général, ses composants de broyage nécessitent un remplacement et un entretien tous les 2 à 3 mois. De plus, le contact direct métal sur métal des composants de broyage est très susceptible de générer des étincelles, ce qui représente un risque important d'explosion lors du broyage de matériaux inflammables et explosifs – un danger majeur pour la sécurité. Les composants de broyage du broyeur Raymond, constitués des rouleaux et de l'anneau, sont en acier au manganèse. Ce matériau offre une faible résistance à l'usure, ce qui nécessite un remplacement fréquent (au moins deux fois par an) et rend l'entretien particulièrement complexe.
2.3 Comparaison des systèmes de classification : broyeur à cylindres verticaux HVM vs broyeur Raymond
Le broyeur vertical à rouleaux HVM est équipé d'un classificateur dynamique-statique combiné anti-dérivation. La cage du rotor du classificateur, de type cage d'écureuil, intègre des aubes directrices fixes et un cône de retour. Cette conception permet un contrôle précis de la finesse du produit et permet aux particules non conformes de retomber à travers le cône vers le centre de la table de broyage pour un nouveau broyage. Lors de la rotation, les aubes dynamiques génèrent une surpression dans la partie supérieure, forçant les gaz chargés de poussières à les traverser. On obtient ainsi un produit plus fin, avec une large plage de réglage. La conception vise à optimiser la zone de classification et à contrôler le mouvement des particules, minimisant ainsi les irrégularités d'écoulement au sein du broyeur. Les principaux réglages de conception concernent l'écart entre le rotor dynamique et les aubes directrices, la vitesse de rotation du rotor, ainsi que le nombre et la géométrie des aubes directrices. De plus, le rotor est équipé d'un joint d'étanchéité à l'air, empêchant efficacement les particules grossières de pénétrer dans le produit fini, réduisant ainsi la charge circulante et améliorant l'efficacité du broyage. Pour les matières inflammables et explosives, le classificateur est équipé de panneaux de décompression pour assurer une décompression rapide.
Le classificateur du broyeur Raymond, quant à lui, adopte une structure de classification purement dynamique. Il souffre d'une faible efficacité de classification, d'une résistance élevée et d'une plage de réglage de la finesse limitée.
2.4 Comparaison du bâti et du corps du broyeur : Broyeur à rouleaux verticaux HVM vs. Broyeur Raymond
Le bâti du broyeur vertical HVM est soudé à partir de plaques d'acier de 18 à 20 mm d'épaisseur, ce qui lui confère une durabilité exceptionnelle et une excellente réparabilité. À l'inverse, le bâti du broyeur Raymond est principalement réalisé en fonte nodulaire bon marché, qui manque de durabilité. De plus, une fois endommagé, il est irréparable en raison de sa faible soudabilité.
Le carter du broyeur vertical à rouleaux HVM est fabriqué à partir de plaques d'acier de 18 mm d'épaisseur. De plus, l'intérieur du carter est revêtu de plaques d'acier 16Mn de 10 à 12 mm d'épaisseur, offrant une durée de vie allant jusqu'à 15 000 heures. Ces plaques sont boulonnées, ce qui facilite leur remplacement. Grâce à cette conception, le carter du broyeur vertical à rouleaux HVM peut résister à une pression d'explosion de 0,35 MPa, tandis que le corps du broyeur reste à l'abri de l'usure. En comparaison, le carter du broyeur Raymond est relativement mince et offre une faible résistance aux explosions et à l'usure, rendant le corps du broyeur très sensible à l'usure.
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