Grilles pour broyeurs à marteaux : Types, Conception & Guide de Dimensionnement

1. Introduction aux grilles de broyeurs à marteaux

Les broyeurs à marteaux sont des composants critiques dans les processus de broyage et de mouture, largement utilisés dans des industries telles que l'agriculture, la transformation alimentaire, les produits pharmaceutiques et l'exploitation minière. Les broyeurs à marteaux sont équipés de grilles qui contrôlent la taille des particules du produit final en ne laissant passer que les particules plus petites que les trous de la grille. Comprendre les différents types de grilles, leurs procédés de fabrication, leurs applications et les techniques de dépannage est essentiel pour optimiser la performance du broyeur et obtenir la distribution granulométrique souhaitée.

2. Types de grilles pour broyeurs à marteaux

• Grilles à trous ronds :

• Conception : Ces grilles présentent des perforations circulaires disposées en rangées, les trous des rangées adjacentes étant décalés les uns par rapport aux autres.

• Applications : Adaptées aux applications standard de broyage, en particulier pour les matériaux fluides, les granulés, les petits morceaux et les poudres. Elles sont couramment utilisées pour le broyage à sec, le mélange, la désagglomération et la réduction de la densité apparente des poudres séchées par pulvérisation.

• Grilles Conidur :

• Conception : Les grilles Conidur ont des perforations directionnelles qui facilitent un broyage plus fin avec un colmatage réduit. La surface de la grille est rehaussée pour créer une texture de type râpe, ce qui améliore l'action de cisaillement pour fragmenter le matériau.

• Applications : Idéales pour le traitement de matériaux friables et pour obtenir des tailles de particules uniformes. Elles sont particulièrement efficaces pour le broyage de matériaux durs nécessitant une action de broyage plus agressive, tels que les graines, les comprimés et les bonbons.

• Grilles à fentes ou à chevrons :
• Conception : Ces grilles sont fabriquées par estampage de trous allongés dans de la tôle d'acier. Le motif des grilles à fentes aligne les fentes bout à bout en rangées, les rangées adjacentes étant décalées. Les grilles à chevrons ont des trous formant des angles entre eux, les rangées adjacentes étant alignées.
• Applications : Adaptées aux produits collants, à haute teneur en humidité et fibreux en raison de la plus grande surface de trous. Elles sont souvent utilisées dans les applications de broyage humide.

3. Conception des grilles utilisées dans les broyeurs à marteaux

3.1 Fabrication des grilles de broyeurs à marteaux

•  Matériaux : Les grilles de broyeurs à marteaux sont généralement fabriquées en acier au carbone ou en acier inoxydable. L'acier au carbone est couramment utilisé pour sa durabilité, tandis que l'acier inoxydable est préféré dans les applications nécessitant une résistance à la corrosion ou une conformité aux normes sanitaires, comme dans les industries alimentaire et pharmaceutique.
• Procédés : Le processus de fabrication implique des techniques avancées pour garantir des pourcentages cohérents de surface ouverte sur les différentes conceptions de grilles. Cela inclut l'ajustement de la densité des perforations et de l'espacement entre elles. Les grilles sont souvent fabriquées sur mesure pour s'adapter à des équipements et applications de broyage spécifiques.

3.2 Tailles des trous de grille et spécifications des matériaux

• Gammes de tailles de trous : Les tailles des trous pour les grilles de broyeurs à marteaux varient généralement de 0,3 mm à 10 mm pour l'acier au carbone et de 0,6 mm à 5,0 mm pour l'acier inoxydable. Cependant, la sélection de la taille réelle des trous doit être basée sur la distribution granulométrique souhaitée et les caractéristiques du matériau. Pour les matériaux nécessitant des tailles de particules plus fines, des ouvertures de grille plus petites peuvent être nécessaires, indépendamment du matériau de la grille.
• Sélection des matériaux : Le choix du matériau dépend de l'application. L'acier au carbone est couramment utilisé pour sa durabilité, tandis que l'acier inoxydable est préféré pour la résistance à la corrosion et les applications sanitaires.

Règle empirique pour déterminer la taille minimale des trous pour une application donnée

[Malczewski] propose la règle empirique suivante pour estimer la taille des trous nécessaire pour atteindre une granulométrie cible :

• Pour les matériaux facilement broyables ("très friables") : la taille des trous peut être prise 8 à 10 fois supérieure à la plus grande particule souhaitée. Le sucre, les sels et les grains appartiennent à cette catégorie.
• Pour les matériaux ayant une broyabilité moyenne ("friabilité moyenne") : la taille des trous peut être prise 5 à 8 fois supérieure à la plus grande particule souhaitée. Les résines, les minéraux, les produits chimiques et l'argile appartiennent à cette catégorie.
• Pour les matériaux difficiles à broyer ("plus durs, moins friables") : la taille des trous peut être prise 2 à 5 fois supérieure à la plus grande particule souhaitée. Le bois, les enveloppes de grains, les coquilles et les fibres appartiennent à cette catégorie.

Ce ne sont que des ordres de grandeur, généralement pour avoir un point de départ. Il est toujours recommandé de disposer d'un ensemble de tailles de grilles lors des essais afin de pouvoir essayer et sélectionner celle qui offrira le meilleur compromis granulométrie / capacité de broyage.

3.3 Pourcentage de surface ouverte

• Gammes typiques : Le pourcentage de surface ouverte influence significativement le débit et l'efficacité du broyeur. Pour les perforations à trous ronds, les surfaces ouvertes varient généralement de 30 % à 60 %. Les grilles Conidur, en raison de leur conception, ont des surfaces ouvertes plus faibles, souvent comprises entre 10 % et 20 %.
• Impact sur la performance : Une surface ouverte plus grande permet un flux de matériau accru à travers la grille, améliorant la capacité du broyeur. Cependant, cela peut également entraîner une réduction de la résistance et de la durabilité de la grille. À l'inverse, une surface ouverte plus faible peut améliorer la durée de vie de la grille mais réduire le débit. Il est crucial de trouver un équilibre entre la surface ouverte, l'intégrité structurelle et la taille de particule souhaitée.

3.4 Orientation des trous et configuration des bords

• Orientation des trous : Les motifs de trous décalés sont efficaces pour favoriser une distribution uniforme de la taille des particules et réduire le risque de colmatage de la grille. Cette conception garantit que les particules ont plusieurs opportunités de passer à travers les ouvertures de la grille.
• Configuration des bords : L'orientation du bord tranchant ou de la bavure de la grille peut influencer l'efficacité du broyage. Positionner le côté bavuré face au flux de matériau peut améliorer l'action de coupe, conduisant à des tailles de particules plus fines. Cependant, cela peut également augmenter l'usure de la grille, nécessitant un entretien plus fréquent.

4. Dépannage et Maintenance

1. Colmatage : Le colmatage des grilles peut résulter du traitement de matériaux à haute teneur en humidité ou sujets à l'agglomération. La mise en œuvre d'étapes de pré-traitement appropriées, telles que le séchage ou le conditionnement du matériau, peut atténuer ce problème.
2. Usure : Une inspection régulière et le remplacement en temps opportun des grilles usées sont essentiels pour maintenir l'efficacité du broyage et la qualité du produit. L'utilisation de matériaux ou de revêtements résistants à l'usure peut prolonger la durée de vie des grilles.
3. Sélection incorrecte de grille : L'utilisation d'un type de grille inapproprié pour le matériau peut entraîner un broyage inefficace ou un mauvais contrôle de la taille des particules. Il est crucial de s'assurer que le type de grille et la taille des trous correspondent au matériau et à la taille de particule souhaitée.

Source

[Malczewski] Critères de sélection des grilles pour machines de broyage, Darrell Malczewski, Processing Magazine, 2023

Image de broyeur à marteaux de Jehmlich (Broyeurs à marteaux | Machines de concassage | JEHMLICH)