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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Un problème est que les caractéristiques granulométriques ou de dureté des ingrédients du mix carboné à broyer peuvent varier au cours du temps.

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.

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.

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.

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 .

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.

Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé de contrôle d'une machine de broyage surmontant notamment les inconvénients précités.

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 :

- 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 : 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.

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.

Selon un mode de réalisation, la caractérisation de l'au moins une propriété granulaire amont comprend :

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.

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.

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.

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.

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.

Selon un mode de réalisation, la caractérisation de l'au moins une p

propriété granulaire amont comprend la détermination du rapport ^{dev el} , avec

P _dev , réei la puissance consommée par l'ensemble des moteurs de la machine de broyage,

D le débit mesuré en sortie de la machine de broyage,

p

et la comparaison entre le rapport déterminé ^de ^ ^{v el} et une plage de valeurs données pour en déduire l'au moins une propriété granulaire amont. 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.

Selon un autre mode de réalisation, la machine de broyage comprend un détecteur des vibrations longitudinales de la cuve, le procédé comprenant alors :

- 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.

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.

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.

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.

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.

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 :

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 ;

la figure 2 est une vue de la machine de la figure 1 selon la ligne de coupe II-II ;

la figure 3 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du contrôle de la machine de la 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 ;

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.

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 .

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 bâti 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.

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.

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.

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. 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 :

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 ;

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 ;

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.

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.

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 .

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 . 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.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 :

^broyage f amont ' ^ aval )

avec

broyage la puissance de broyage ;

gamont la caractérïsatïon d'une propriété granulaire amont, par exemple la finesse, de la matière ;

davai la finesse aval de la matière.

Par caractérïsatïon, on désigne ici l'action de donner une valeur à une propriété granulaire.

En outre, la puissance développée par la machine 1 de broyage peut être exprimée de la manière suivante :

pdev = B x e x co ²

avec

Pdev la puissance développée par la machine ;

B la somme des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d ;

e l'entrefer défini précédemment ;

ω la vitesse de rotation des vibrateurs 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.

Pour obtenir la finesse d _ava i aval cible, la puissance P _de v développée par la machine 1 de broyage est réglée pour être égale à la puissance P _br oyage de broyage.

Ainsi, on comprend que la machine 1 de broyage comprend au moins trois paramètres de réglage que sont :

l'entrefer e ;

la vitesse ω de rotation des vibrateurs ;

le déphasage entre les vibrateurs, la masse des vibrateurs n'étant pas modifiable aisément. 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.

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.

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.

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 Pb _roy age 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.

Dès lors, lorsqu'une propriété granulaire amont de la matière varie, impactant sur la puissance P _br oyage 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.

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.

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.

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.

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.

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 P _br oyage 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.

Selon une deuxième méthode, la caractérisation de la propriété granulaire amont considérée de la matière comprend la détermination d'un p

rapport ^dev,reel , avec D le débit de matière mesuré en sortie de la machine de

D

broyage.

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. Le rapport déterminé — 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 P _br oyage 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.

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.

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.

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 P _br oyage 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 P _br oyage de broyage requise.

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.

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.