Les broyeurs à marteaux et les broyeurs à chaînes sont tous deux utilisés comme concasseurs dans les boucles de recyclage des granulés NPK et de phosphate d'ammonium, et les deux sont adaptés à cette tâche. Le choix entre eux n'est pas arbitraire : chacun possède un mécanisme de réduction différent, des caractéristiques d'usure différentes, un comportement différent en matière de génération de poussière et une adéquation différente selon la dureté et la fragilité des granulés à broyer. Choisir un concasseur inadapté à la formulation ne se traduit pas toujours par une défaillance évidente ; cela se manifeste plus souvent par une consommation de pièces d'usure plus importante que prévu, ou par un flux de recyclage présentant systématiquement une proportion trop élevée de fines ou une proportion trop importante de particules surdimensionnées résiduelles – deux facteurs qui déstabilisent la boucle de granulation.
Nous allons comparer les deux broyeur types selon les paramètres importants dans le service de recyclage : mécanisme de réduction, caractéristiques des particules de sortie, taux d’usure et modèles de remplacement, génération de poussière et exigences de maintenance.
Ce que chaque machine fait réellement
Les broyeurs à marteaux utilisent des rotors rotatifs à grande vitesse équipés de marteaux – libres ou fixés rigidement au rotor – pour réduire la matière par impact répété. La vitesse de rotation en bout de pale du rotor dans un broyeur à marteaux est de 100 %. broyeur à marteaux pour engrais La vitesse de rotation est généralement de l'ordre de 1 000 tr/min ou plus, et l'énergie d'impact par frappe est considérable. Le matériau introduit dans la chambre de broyage est frappé par les marteaux, broyé par l'impact et par contact avec la paroi interne du boîtier, puis passe à travers une grille lorsqu'il est suffisamment fin pour passer en dessous de son ouverture. La grille est le principal facteur contrôlant la granulométrie du produit.
Dans une configuration à double rotor – où deux rotors contrarotatifs fonctionnent en série dans un même carter – le matériau traverse deux étages d'impact en un seul passage, ce qui permet une réduction plus complète et contrôlée qu'avec une machine à rotor unique pour un même réglage de tamis. Ceci est particulièrement pertinent pour le recyclage, où le matériau entrant (granulés surdimensionnés de 4 à 8 mm, voire plus, selon le seuil de coupure du tamis supérieur et le degré d'agglomération) doit être réduit à une taille de 2 à 4 mm pour un recyclage efficace des semences.
Les broyeurs à chaînes utilisent des chaînes suspendues à un tambour ou un rotor rotatif qui percutent et brassent la matière à travers le broyeur à des vitesses de rotation inférieures à celles d'un broyeur à marteaux. Le mécanisme de réduction est moins agressif – il s'agit davantage d'un mouvement de percussion et de balayage que de l'impact sec d'un marteau rigide ou oscillant – et l'énergie consommée par unité de matière est généralement moindre. La réduction de la matière est due à l'effet cumulatif du contact de la chaîne et des chocs contre le carter du broyeur, plutôt qu'à des coups de marteau distincts et de haute énergie.
Mécanisme de réduction et caractéristiques des particules de sortie
La différence dans le mécanisme de réduction produit une différence significative dans la forme et la distribution granulométrique des particules à la sortie.
Les broyeurs à marteaux produisent des particules aux surfaces de fracture plus anguleuses et plus nettes. L'impact à grande vitesse brise les granulés d'engrais à travers le réseau cristallin et le long des plans de contrainte internes, produisant des fragments aux bords irréguliers mais bien définis. En recyclage, cette texture de surface fracturée peut être avantageuse car elle offre une plus grande surface de contact pour le liant dans le lit du granulateur : les particules de départ anguleuses et fracturées ont tendance à amorcer plus facilement la croissance de nouvelles couches que les particules lisses et arrondies.
Les broyeurs à chaînes produisent des particules de forme moins anguleuse. L'action de balayage, moins énergique, tend à abraser et à ébrécher les granules plutôt qu'à les briser net. De ce fait, la forme des particules à la sortie est généralement décrite comme moins anguleuse que celle des particules issues d'un broyeur à marteaux, pour des granulométries comparables. Pour certaines formulations NPK, ce compromis est acceptable ; pour d'autres, où le mécanisme de granulation repose sur une bonne nucléation à partir des germes recyclés, la différence de texture des particules peut affecter la vitesse de croissance des granules dans le tambour.
Les deux types de concasseurs produisent une gamme de tailles de sortie plutôt qu'une seule taille cible, et les deux nécessitent un criblage de la sortie du concasseur – ou une ouverture de criblage bien spécifiée sur le broyeur lui-même – pour contrôler la fraction granulométrique renvoyée au granulateur.
Adéquation selon le type de matériau
C’est à ce stade que le choix entre les deux types de concasseurs se manifeste le plus clairement, et la formule détermine le sens de ce choix.
Les broyeurs à chaînes traitent plus facilement les matériaux granulaires plus tendres et friables. Les granulés NPK à base d'urée, les mélanges urée-sulfate d'ammonium et les formulations où la source d'azote influence fortement les propriétés mécaniques du granulé sont généralement relativement tendres : ils se compriment et se fissurent plus facilement qu'ils ne se brisent. La faible consommation d'énergie du broyeur à chaînes est suffisante pour ces matériaux et évite un broyage excessif, générant ainsi trop de fines qui introduiraient une quantité trop importante de particules inférieures à 2 mm dans le flux de recyclage et encrasseraient le granulateur.
Les broyeurs à marteaux traitent plus efficacement les matériaux granulaires plus durs et plus denses. Les granulés à forte teneur en DAP, MAP ou MOP – en particulier ceux produits à faible taux d'humidité avec un liant plus dur – sont plus rigides et nécessitent une énergie d'impact plus importante pour être concassés efficacement. Un broyage insuffisant ou à faible énergie des granulés durs peut entraîner un concassage incomplet et une proportion plus élevée de particules passant à travers le concasseur sans dépasser le seuil de coupure du tamis supérieur. Dans ce cas, le concasseur est théoriquement intégré au processus, mais ne remplit pas sa fonction : les particules surdimensionnées recirculent simplement jusqu'à ce que leur taille cumulée atteigne un seuil suffisant pour le concassage.
Taux d'usure et schémas de remplacement
La consommation de pièces d'usure est l'une des différences de coûts d'exploitation les plus importantes entre les deux types de machines en service de recyclage continu, et le mode de défaillance est suffisamment différent pour influencer la planification de la maintenance.
Dans un broyeur à marteaux, l'usure se concentre sur les pointes des marteaux (la surface de frappe qui impacte le matériau) et sur la surface du tamis. L'usure des marteaux est progressive : à mesure que le rayon des pointes augmente, l'énergie d'impact par frappe diminue et la granulométrie à la sortie s'aggrave. La transition d'un fonctionnement acceptable à un fonctionnement inacceptable est graduelle et non brutale. Par conséquent, un programme de maintenance qui surveille la granulométrie à la sortie et remplace les marteaux selon un calendrier défini (ou dès que la granulométrie commence à dériver) est plus efficace que d'attendre une défaillance visible. Chaque marteau peut être remplacé individuellement, et les rotors permettant l'inversion des marteaux peuvent doubler leur durée de vie effective en utilisant les deux surfaces de frappe avant remplacement. L'usure du tamis constitue un consommable distinct, avec son propre intervalle de remplacement.
Dans un broyeur à chaînes, l'usure se répartit sur les maillons de la chaîne et sur le revêtement d'impact ou l'enclume. Sous l'effet combiné des chocs et du contact abrasif, les chaînes s'allongent progressivement, ce qui modifie leur rayon de balayage effectif et l'énergie de chaque impact. L'usure de la chaîne est contrôlée en comparant sa longueur à une mesure de référence. Lorsque les chaînes ont dépassé la tolérance de conception, elles sont généralement remplacées en bloc plutôt que maillon par maillon. Le taux d'usure de la surface du revêtement située derrière la trajectoire de la chaîne est un paramètre d'usure secondaire qui doit être surveillé lors des inspections périodiques.
Pour les engrais très abrasifs – par exemple, les granulés à forte teneur en phosphate – l'usure des marteaux d'un broyeur à marteaux peut être suffisamment importante pour que leur remplacement représente un coût d'exploitation élevé. Dans ces applications, la géométrie des marteaux et le choix de l'alliage sont des facteurs déterminants, et l'utilisation de marteaux en acier allié trempé constitue un minimum requis.
Génération de poussière
Dans le flux de recyclage d'un usine de granulation NPK, La poussière générée par le concasseur représente un risque non seulement pour la sécurité au travail et l'environnement, mais aussi pour le cycle de granulation. Les fines de concassage, suffisamment fines pour se disperser dans l'air à l'intérieur de l'enceinte mais trop petites pour être capturées par le flux de recyclage, sont soit captées par le système de dépoussiérage de l'usine (et recyclées ou éliminées), soit rejetées dans l'environnement de travail. Les fines qui retournent au granulateur avec le flux de recyclage, mais dont la taille est inférieure à la taille de nucléation prévue (< 1 mm), contribuent au surensemencement, ce qui pousse le granulateur à produire un produit trop riche en particules fines.
Les broyeurs à marteaux, fonctionnant à une énergie d'impact et à des vitesses de rotation plus élevées, ont tendance à produire davantage de particules fines et de poussières par unité de charge que les broyeurs à chaînes pour des granulométries d'entrée comparables. La fraction de matière réduite en dessous de la taille cible (2 à 4 mm pour un engrais NPK standard) est généralement plus importante avec un broyeur à marteaux qu'avec un broyeur à chaînes, notamment si l'ouverture du tamis est réduite ou si la granulométrie de la matière d'entrée est large, avec une fraction de matière légèrement supérieure au seuil de coupure supérieur du tamis et ne nécessitant pas de réduction poussée.
Une bonne conception de l'enceinte et une aspiration au point de décharge du concasseur sont importantes pour les deux types de machines, mais les exigences en matière de gestion de la poussière sont généralement plus élevées pour les broyeurs à marteaux en service continu à haut débit.
Exigences de maintenance
Les deux types de machines nécessitent un programme structuré de remplacement des pièces d'usure afin de garantir des performances de recyclage constantes. La philosophie d'accès pour la maintenance diffère entre les deux.
Les broyeurs à marteaux équipés de portes d'accès rapide et d'une conception modulaire des rotors permettent l'inspection et le remplacement des marteaux sans démontage important. Sur une machine bien conçue, les équipes de maintenance peuvent accéder à la chambre de broyage, inspecter l'état des marteaux et procéder à leur remplacement lors d'un arrêt planifié de durée raisonnable. L'inspection et le remplacement des tamis suivent un processus similaire. La configuration à double rotor du broyeur à marteaux double Ceylan répartit l'usure sur deux étages de rotor, ce qui tend à allonger l'intervalle entre les remplacements de marteaux par rapport à une machine à rotor unique traitant le même débit total.
Les broyeurs à chaîne comportent moins de composants individuels, mais le remplacement de la chaîne, lorsqu'il s'avère nécessaire, est généralement plus complexe que le remplacement individuel des marteaux. Il est impératif de contrôler régulièrement l'allongement de la chaîne, car la transition d'un état acceptable à un état inacceptable peut être plus rapide une fois qu'un certain seuil d'usure est atteint. C'est pourquoi un intervalle d'inspection fixe est plus important que pour les broyeurs à marteaux où l'usure est plus progressive.
Ceylan Machine & Process fabrique des broyeurs à double marteau pour le recyclage des granulés d'engrais et la réduction de la taille des matières premières. Ces broyeurs sont équipés de marteaux en acier allié trempé, d'un revêtement interne en PE1000 et d'une conception facilitant la maintenance. Pour toute question technique concernant le choix du broyeur adapté à votre circuit de granulation ou pour discuter des exigences de réduction de taille de votre formulation, veuillez contacter notre équipe d'ingénieurs.
