Domaine technique de l'invention

L'invention se rapporte au domaine du tri de matières solides mélangées, telles que celles provenant du broyage de déchets. Plus précisément, l'invention concerne un séparateur par courant de Foucault d'évacuation d'éléments conducteurs non magnétisables hors d'un mélange de matériaux. Le type de séparateur en question comprend :

une bande sans fin prévue pour transporter le mélange jusqu'à une section de tri et entraînée dans un sens de progression, le long d'un cheminement comprenant cette section de tri,

des tambours rotatifs sur lesquels roule la bande sans fin, - un rotor magnétique multipolaire à même d'être entraîné en rotation de manière à générer un champ magnétique alternatif d'induction de courants de Foucault dans lesdits éléments conducteurs et de déviation de ces éléments conducteurs, au niveau de la section de tri.

État de la technique

La séparation par courant de Foucault est employée pour séparer les éléments conducteurs et non magnétisables d'une fraction inerte, c'est-à-dire non conductrice, dans laquelle on peut trouver du carton, des plastiques, de la céramique, etc. La séparation par courant de Foucault peut également être utilisée pour trier des fragments non magnétisables en fonction de leurs conductivités électriques. Un séparateur par courant de Foucault du type précité est décrit dans le brevet US 3 448 857 des Etats-Unis d'Amérique. Il comprend une bande sans fin acheminant le mélange à traiter jusqu'à une extrémité, où cette bande effectue un demi-tour sur un tambour de sortie. Dans ce tambour de sortie, un rotor magnétique multipolaire est entraîné à grande vitesse, de manière à générer un champ magnétique alternatif qui tourne plus vite que le tambour de sortie. Le mélange est balayé par ce champ magnétique qui induit des courants de Foucault dans les fragments conducteurs du mélange et qui exerce en outre une répulsion en fonction de ces courants de Foucault. Les fragments les plus conducteurs sont le siège des courants de Foucault les plus intenses et font l'objet de la répulsion la plus importante, si bien que leurs trajectoires de sortie sont les plus déviées dans le sens d'un allongement. Les fragments pas ou peu conducteurs chutent de la bande sans fin sans s'écarter beaucoup de celle-ci.

Le rotor magnétique doit être au plus près de la bande sans fin et donc du tambour de sortie, alors qu'il tourne à une vitesse bien plus élevée que ce tambour de sortie. Cela n'est obtenu qu'au prix d'un montage mécanique complexe, qui fonctionne dans un environnement poussiéreux et éprouvant pour le matériel.

Par ailleurs, il arrive que des particules ferromagnétiques s'introduisent sous la bande sans fin et soient ensuite retenues contre le tambour de sortie, du fait de leur attraction par le rotor magnétique. De telles particules ferromagnétiques ainsi retenues dans le champ magnétique tournant s'échauffent sous l'effet de courants induits. Or, la bande sans fin est majoritairement faite de polymère susceptible de fondre à basse température. Elle peut donc être endommagée par un échauffement local provoqué par une particule ferromagnétique captive. Le problème d'une fusion ou d'un autre endommagement par échauffement provoqué localement par une particule ferromagnétique captive se pose également pour le tambour de sortie, dont le matériau constitutif ne doit pas être conducteur et qui est souvent fait en matériau composite. Les particules ferromagnétiques piégées sur le tambour de sortie occasionnent ainsi des dégâts qui génèrent aussi bien des arrêts prématurés que des réparations coûteuses.

Dans le brevet US 5 092 986 des Etats-Unis d'Amérique, il est proposé une solution visant à remédier aux inconvénients exposés ci-dessus. Comprenant une réduction du diamètre du rotor magnétique et une excentration de ce rotor magnétique par rapport au tambour de sortie, cette solution représente une amélioration, qui n'est toutefois que partielle. Les inconvénients du dispositif décrit dans le brevet US 3 448 857 précité sont toujours présents dans le dispositif proposé par le brevet US 5 092 986, même si la solution présentée dans ce deuxième brevet les a atténué.

D'autres inconvénients sont communs aux dispositifs des brevets US 3 448 857 et US 5 092 986 précités. L'un d'eux est le coût élevé et la faible durée de vie du tambour de sortie en matériau composite. Ce tambour de sortie présente également l'inconvénient d'être difficile et long à remplacer. Sa présence rend difficile également le remplacement de la bande sans fin, alors que celle-ci est une pièce d'usure. Un autre inconvénient tient au fait qu'une fois en place, le tambour de sortie est peu accessible et qu'une véritable inspection visuelle de son état ne peut pas être effectuée. Il s'ensuit que le tambour de sortie casse souvent de manière imprévue, en fonctionnement, ce qui peut générer des dégâts importants, y compris une casse du rotor magnétique. Résumé de l'invention

L'invention a au moins pour but de permettre une exploitation plus aisée et fiable d'un séparateur par courant de Foucault du type précité.

On tend vers cet objectif, en prévoyant un séparateur par courant de Foucault d'évacuation d'éléments conducteurs non magnétisables hors d'un mélange de matériaux, comprenant :

- une bande sans fin configurée pour transporter le mélange de matériaux ;

- des tambours rotatifs sur lesquels roule la bande sans fin, au moins un des tambours rotatifs entraînant la bande sans fin selon un sens de progression le long d'un cheminement aller comportant une section d'accélération dans laquelle la bande sans fin est configurée pour entraîner le mélange de matériaux à la vitesse de la bande sans fin ;

- un rotor magnétique multipolaire configuré pour générer un champ magnétique alternatif traversant la bande sans fin et configuré pour dévier les éléments conducteurs non magnétisables.

En outre, le cheminement aller de la bande sans fin comporte une section de tri dans laquelle la bande sans fin suit une trajectoire rectiligne descendante en aval de la section d'accélération, le rotor magnétique multipolaire étant disposé au niveau de la section de tri de manière à dévier les éléments conducteurs non magnétisables lors de leur passage dans la section de tri. Le rotor magnétique multipolaire est disposé en face de la bande sans fin au niveau de la section de tri de manière que la bande sans fin soit séparée du rotor magnétique multipolaire par un entrefer.

Le séparateur par courant de Foucault défini ci-dessus peut incorporer une ou plusieurs autres caractéristiques avantageuses, isolément ou en combinaison, en particulier parmi celles définies ci-après. Avantageusement, la pente de la section de tri est inférieure à 45°.

Avantageusement, le cheminement de la bande sans fin comporte une section de raccordement ayant une inflexion progressive vers le bas et reliant la section d'accélération à la section de tri. Préférentiellement, en tout point de l'accroissement progressif de pente descendante dans la section de raccordement, le cheminement de la bande sans fin est au-dessus d'une trajectoire de décollage du mélange de matière sous l'effet d'une inertie que ce mélange possède lorsque ledit mélange est entraîné le long dudit cheminement à une vitesse maximale de la bande sans fin.

Avantageusement, le cheminement de la bande sans fin comporte une zone de déversement qui suit la section de tri. Le séparateur comporte dans cette zone de déversement une pièce de renvoi définissant une rampe de glissement sur laquelle le cheminement de la bande sans fin s'infléchit vers le bas. De préférence, la pièce fixe de renvoi est faite d'acier inoxydable et plus de manière plus préférée, d'acier inoxydable 316L.

Avantageusement, la bande sans fin est tendue longitudinalement entre la section de raccordement et la section de déversement, de manière à agir à encontre d'un enfoncement de la bande sans fin dans l'entrefer au niveau de la section de tri sous l'action de la gravitation.

Avantageusement, le séparateur comporte au moins un patin de support de la bande sans fin à l'écart du rotor rotatif, au niveau de la section de tri.

Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques assortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, parmi lesquels :

la figure 1 est une vue schématique, en coupe longitudinale, d'un séparateur par courant de Foucault conforme à l'invention, - la figure 2 est un agrandissement de la loupe notée II à la figure 1 , la figure 3 est un agrandissement de la loupe notée III à la même figure 1.

Description d'un mode préférentiel de l'invention

Sur la figure 1 , un séparateur par courant de Foucault conforme à l'invention comporte un convoyeur à bande 1 , dont la bande sans fin 2 est tendue par deux tambours d'extrémité à l'opposé l'un de l'autre, à savoir un tambour de renvoi 3 en entrée et un tambour de renvoi 4 en sortie. La flèche P symbolise le sens de progression de la bande sans fin 2 entraînée au moins par le tambour 3.

Autrement dit, la bande sans fin 2 est tendue entre les tambours rotatifs 3 et 4 sur lesquels elle roule. Au moins un des tambours, par exemple le tambour 3 entraîne la bande sans fin 2 selon le sens de progression P. La bande sans fin 2 suit un cheminement aller selon le sens de progression P entre respectivement les tambours 3 et 4. Le cheminement aller comporte une section d'accélération 20 dans laquelle le mélange de matériaux est réceptionné et stabilisé sur la bande sans fin 2. En outre, la section d'accélération 20 est configurée pour entraîner le mélange de matériaux à la vitesse de la bande sans fin 2.

Dans le présent texte et dans les revendications annexées, les termes « amont », « aval », « suivre » et « descendre », ainsi que les termes analogues, se réfèrent au sens de progression P de la bande sans fin le long de son cheminement aller.

Une auge vibrante d'alimentation 5 est disposée pour déverser, vers une entrée du convoyeur 2, un mélange de matériaux solides hétérogènes, tels que des déchets broyés. Un rouleau aimanté 6 d'extraction des éléments ferromagnétiques éventuellement présents dans le mélange de matériaux se trouve sur la trajectoire de chute de ce mélange depuis l'auge 5. La bande sans fin 2 achemine le mélange de matériaux hétérogènes jusqu'au niveau d'un rotor magnétique multipolaire 7, qui est monté rotatif à l'intérieur de la bande sans fin 2, entre les tambours 3 et 4. De manière connue en soi par exemple des brevets US 3 448 857 et US 5 092 986 précités, ce rotor magnétique 7 comporte une succession annulaire d'aimants qui sont disposés de manière que des pôles magnétiques nord N et des pôles magnétiques sud S alternent de manière périphérique. Connu en soi, le rotor magnétique 7 est schématisé sur les figures 1 à 3, dans un souci de clarté. Un moteur 8 entraîne le rotor magnétique 7 à une vitesse élevée, par exemple de l'ordre de 3000 tr/mn. Le rotor magnétique 7 peut être entraîné par le moteur 8 par l'intermédiaire, par exemple, d'une courroie d'accouplement 9. Le rotor magnétique 7 et notamment le moteur 8 qui l'entraîne sont configurés pour que le rotor magnétique 7 génère un champ magnétique tournant et traversant la bande sans fin 2, pour réaliser un balayage au- dessus de cette bande 2. Ainsi, le mélange de matériaux est soumis à un champ magnétique alternatif qui permet de dévier les éléments conducteurs C non magnétisables. ^{* ^ ^} — ^{^} Dans une partie amont de son cheminement aller, la bande sans fin 2 glisse sur une rampe de support 10, qui la guide et qui a pour fonction de prendre en charge le poids du mélange de matériaux hétérogènes lors du passage de celui-ci. Au niveau du rotor magnétique 7, la bande sans fin 2 est tendue entre la rampe de support 10 et une pièce fixe de renvoi 11.

La rampe de support 10 guide la bande sans fin 2 et, ce faisant, définit la forme d'une partie amont du cheminement aller de cette bande sans fin 2. Ce cheminement aller de la bande sans fin 2 comporte : la section amont 20 d'accélération du mélange de matériaux, préférentiellement une section de raccordement et d'inflexion progressive 21 , et une section de tri 22, qui se succèdent. De préférence, la section d'accélération 20 est sensiblement horizontale. La section d'accélération 20 est configurée de sorte que le mélange de matériaux se met à la vitesse de la bande sans fin 2 au niveau de cette section. Le rotor magnétique 7 se trouve au niveau de la section de tri 22, où s'effectue une séparation parmi les matériaux du mélange.

Le mélange de matériaux hétérogènes comprend des éléments électriquement conducteurs C et des éléments I qui sont peu ou pas conducteurs. Les éléments conducteurs C peuvent comprendre des pièces de métal non ferreux, par exemple d'aluminium. Parmi les éléments peu ou pas conducteurs, il peut se trouver du carton, du plastique et/ou de la céramique, par exemple. Au niveau de la section de tri 22, le rotor magnétique 7 génère un champ magnétique tournant, qui passe à travers la bande sans fin 2 et effectue un balayage au-dessus de cette bande 2. Ce balayage est plus rapide que la bande sans fin 2, si bien que le mélange de matériau est soumis à un champ magnétique alternatif qui induit des courants de Foucault dans les éléments conducteurs C. Le même champ alternatif dévie les éléments conducteurs C parcourus par de tels courants de Foucault et ainsi transformés temporairement en aimants électriques. La déviation par le champ magnétique s'effectue dans le sens d'un allongement des trajectoires de vol que possèdent les éléments conducteurs C après avoir décollé de la bande sans fin 2. Ces éléments conducteurs C et les autres éléments I du mélange ne sont pas propulsés à la même distance de la sortie du convoyeur 1 et atterrissent dans deux zones de réception distinctes, qu'un volet répartiteur 23 sépare l'une de l'autre. De la sorte, les éléments conducteurs C présents dans le mélange de matériaux sont séparés et évacués hors de ce mélange. De manière avantageuse, la bande sans fin 2 suit, dans la section de tri 22, une trajectoire rectiligne descendante en aval de la section d'accélération 20. En effet, comme illustré à la figure 2, le cheminement de la bande sans fin 2 a une pente descendante vers l'aval au niveau de la section de tri 22. Le décollage des éléments conducteurs C à l'écart de la bande sans fin 2 s'effectue selon une direction qui est inclinée vers le haut par rapport à l'horizontale. La pente descendante de la section de tri 22 réduit avantageusement l'inclinaison de la direction de décollage des éléments conducteurs C, de manière que ceux-ci aient des trajectoires de vol aussi longues que possible.

En outre, le rotor magnétique multipolaire 7 est disposé en face de la bande sans fin 2 au niveau de la section de tri 22 de manière que la bande sans fin 2 soit séparée du rotor magnétique multipolaire 7 par un entrefer. Une bande sans fin tendue et traversant une section de tri rectiligne, permet d'éviter l'utilisation de pièces de renvoi pour diriger le cheminement de la bande sans fin au niveau de la section de tri. En effet, pour une section de tri ayant la forme courbée, l'utilisation de pièces de renvoi en contact avec la bande sans fin est nécessaire. Par ailleurs, un contact entre la bande sans fin et des pièces de renvoi au niveau d'une section de tri traversée par un champ magnétique tournant favorise le piégeage de particules. Ainsi, cette configuration astucieuse du séparateur, permet avantageusement de minimiser le piégeage de particules dans les différents éléments du séparateur disposés au niveau de la section de tri 22, permettant ainsi d'améliorer la fiabilité du séparateur. En effet, les particules piégées, notamment les particules ferromagnétiques, dégradent et usent les différents éléments du séparateur, notamment la bande sans fin, les pièces de renvoi, les tambours, etc. En outre, les particules ferromagnétiques s'insinuant éventuellement sous la bande sans fin 2 sont, avantageusement, repoussées par la ventilation produite par la rotation du rotor magnétique 7, qui ne tourne pas dans un espace confiné. Si des particules ferromagnétiques atteignent toutefois le rotor magnétique 7, elles se fixent à ce rotor magnétique 2 et tournent avec lui, sans pouvoir s'échauffer par induction. Ainsi, il n'y a, pas ou pratiquement pas de risque que la bande sans fin 2 se dégrade du fait d'un échauffement d'une particule ferromagnétique piégée.

Dans le séparateur de Foucault des figures 1 à 3, il n'y a pas de tambour de renvoi entourant le rotor magnétique 7. Le coût, la fragilité et les autres inconvénients mentionnés précédemment d'un tel tambour de renvoi sont dès lors inexistants.

De ce qui précède, il vient que le séparateur par courant de Foucault représenté aux figures 1 à 3 possède un fonctionnement fiable et robuste. Son exploitation en est grandement facilité.

Dans le même sens, on notera que la bande sans fin 2 peut être remplacée rapidement. De manière préférentielle, la pente descendante du cheminement de la bande sans fin 2 dans la section de tri 22, se traduit par un angle a entre ce cheminement et l'horizontale. Cet angle a est avantageusement inférieur à 45°, de préférence compris entre 15° et 35°, et de manière encore plus préférée de l'ordre de 25°.

Avantageusement, le cheminement de la bande sans fin 2 comporte la section de raccordement 21 reliant la section d'accélération 20 à la section de tri 22. La section de raccordement est conformée de sorte à avoir une inflexion progressive vers le bas. Autrement dit, Au niveau de la section de raccordement 21 , le cheminement de la bande sans fin 2 passe préférentiellement d'une pente sensiblement nulle à la pente de la section de tri 22, en s'infléchissant progressivement vers le bas à mesure que l'on avance vers l'aval. En entrée de la section de raccordement 21 , le cheminement de la bande sans fin 2 acquiert une pente descendante vers l'aval, qui connaît un accroissement progressif vers l'aval le long de cette section de raccordement 21. Cet accroissement progressif de pente est choisi pour éviter que, sous l'effet de son inertie, le mélange de matériaux perde son adhérence à la bande sans fin 2. En fait, le cheminement de la bande sans fin 2 comporte des sections inclinées de raccordement 21 de tri 22. L'inclinaison d'un cheminement et la vitesse d'une bande sans fin, i.e. de la course des déchets, constituent deux paramètres essentiels qui ont une influence majeure sur l'inertie d'un déchet du mélange et qui définissent, ainsi, sa trajectoire. Par trajectoire d'un déchet, on entend une courbe décrite par le centre de gravité du déchet.

De manière avantageuse, le cheminement de la bande sans fin 2 au niveau de la section de raccordement 21 est déterminée par itérations successives vers l'aval, depuis l'entrée de cette section de raccordement 21 , de manière qu'en tout point le long de l'accroissement progressif de pente descendante, le cheminement de la bande sans fin est un peu au-dessus d'une trajectoire de décollage du mélange de matière sous l'effet de son inertie à une vitesse maximale de la bande sans fin 2. Un accroissement de pente s'effectuant très lentement se traduit par une longue section de raccordement 21 et donc par un encombrement important. En tout point le long dudit accroissement progressif de pente descendante, le cheminement de la bande sans fin possède une inclinaison plus faible par rapport à l'horizontale, d'une quantité non nulle γ, que la trajectoire de décollage du mélange de matière sous l'effet de son inertie à une vitesse maximale de la bande sans fin 2. Cette configuration avantageuse de la section de raccordement 21 , permet d'acheminer le mélange de déchets à la section de tri 22 inclinée avec une vitesse optimale tout en évitant le décollage des déchets de la bande sans fin 2.

Le cheminement de la bande sans fin 2 comprend une zone de déversement 24, où s'effectue le déversement des éléments I. Cette zone de déversement 24 suit immédiatement la section de tri 22. Le cheminement de la bande sans fin 2 y connaît une inflexion vers le bas que détermine une rampe de glissement 25, pour le glissement de cette bande sans fin 2. Cette inflexion mène à une descente qui forme un angle non nul β avec la verticale. La rampe de glissement 25 est constitutive de la pièce fixe de renvoi 11.

Du fait de sa tension, la bande sans fin 2 exerce une poussée importante sur la pièce fixe de renvoi 11 , qui doit être suffisamment robuste pour pouvoir contenir cette poussée. De plus, des frottements importants ont lieu entre la rampe de glissement 25 et la bande sans fin 2.

De ce qui précède, il ressort que les contraintes mécaniques pour le choix de la pièce fixe de renvoi 11 sont importantes. Une contrainte supplémentaire vient de ce que cette pièce de renvoi 11 se trouve dans le champ magnétique produit par le rotor 7, si bien que des courants induits peuvent s'y produire et conduire à un échauffement rédhibitoire. On a trouvé que l'ensemble des contraintes mentionnées ci-dessus pouvaient être surmontées au moyen d'une pièce fixe de renvoi 11 faite d'acier inoxydable 316L, selon la norme établie par l'American Iron and Steel Institute, encore appelée norme AISI. L'acier inoxydable 316L selon la norme AISI est l'acier inoxydable Z2CND17-12 selon la norme française NF A 35573. Il s'agit également de l'acier inoxydable X2CrNi Mo 18-10 1.4404 selon la norme européenne EN 10027. Ainsi qu'on peut bien le voir à la figure 3, la pièce de renvoi fixe 11 comporte deux ailes transversales 30 et 31 reliées par un pli. La portion amont de la rampe de glissement 25 se raccorde sur l'aile longitudinale 30. Se succédant dans une rangée transversale, des plaques 29 forment des goussets de renforcement reliant la rampe de glissement 25 à chacune des ailes 30 et 31.

Le rotor magnétique 7 est engagé dans un espace que l'extrémité aval de la structure définissant la rampe de support 10 et la pièce fixe de renvoi 11 délimitent entre elles, autrement dit entre la section de raccordement 21 et la zone de déversement 24. La section de tri 22, dans laquelle la bande sans fin 2 est séparée du rotor magnétique multipolaire 7 par un entrefer, est disposée au niveau de cet espace. Par ailleurs, la bande sans fin 2 est tendue longitudinalement entre la section de raccordement 21 et la zone de déversement 24, de manière à agir à encontre d'un enfoncement de la bande sans fin 2 dans l'entrefer au niveau de la section de tri 22 sous l'action de la gravitation.

Par ailleurs, dans la partie supérieure dudit espace, un patin amont 32 et un patin aval 33 possèdent une face supérieure longeant le cheminement de la bande sans fin 2. Réalisés en matériau composite, ces patins 32 et 33 sont destinés à réaliser un support de la bande sans fin 2 dans le cas du passage d'une charge excessive, de manière à maintenir cette bande sans fin 2 à l'écart du rotor magnétique 7 dans un tel cas.

Entre les patins 32 et 33, une fente transversale 34 dégage un espace libre entre une face arrière de la bande sans fin 2 et une portion supérieure du rotor magnétique 7. Autrement dit, l'entrefer séparant le rotor magnétique 7 et la bande sans fin 2 est disposé entre les patins 32 et 33.

L'absence de tambour de renvoi entre la bande sans fin 2 et le rotor magnétique 7 offre plusieurs nouvelles possibilités, ce qui est avantageux. En particulier, le rotor magnétique 7 peut être rapproché de la bande sans fin 2, afin qu'un champ magnétique plus intense agisse sur le mélange de matériaux au niveau de la séparation. Une autre possibilité est d'augmenter l'épaisseur de la bande sans fin 2. Encore une autre possibilité consiste à conserver une importante distance de sécurité entre la bande sans fin 2 et le rotor magnétique 7.

L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment. En particulier, au moins une portion de la pièce fixe de renvoi 21 peut ne pas être réalisée en acier inoxydable 316L. Par exemple, cette pièce fixe de renvoi 21 peut être faite en tout ou partie de céramique. Egalement, elle peut résulter de l'assemblage de plusieurs éléments réalisés en matériaux différents. Par exemple, une première et une deuxième portion de la pièce fixe de renvoi 21 peuvent être respectivement faites de céramique et d'acier inoxydable 316L.