Brevet FR2574000A1 — publié le 19860606

CONCASSEUR POUR BROYER DES ROCHES OU MATERIAUX SIMILAIRES La présente invention concerne un concasseur pour broyer des roches ou matériaux similaires, comportant une enceinte de forme sensiblement circulaire dont les surfaces d'impact tournées vers l'intérieur sont de préférence constituées par une couche de matériau broyé après que celle-ci s'est formée, et comportant également un rotor pourvu d'une ouverture axiale d'entrée et monté sur un arbre moteur vertical en formant un espacement annulaire par rapport à ladite enceinte, une plaque de fond portant un disque d'impact central, une plaque de dessus dont le centre est pourvu d'un évidement, et des pales disposées entre les plaques de fond et de dessus, dont les faces tournées vers l'axe du rotor sont chacune pourvues d'une poche pour recevoir le matériau broyé, et dont chacune est pourvue à proximité de ladite poche une pièce d'usure exposée comportant un bord d'éjection sur la périphérie du rotor, ladite pièce d'usure étant constituée par un élément porteur interchangeable fixé sur ladite pale et pourvu d'un renforcement métallique dur. Des concasseurs de ee type sont connus, par exemple, à partir du brevet américai 3,970,257. Ils sont essentiellement utilisés pour broyer des blocs de roche de taille relativement importante pour les réduire en gravier ou en sable, leurs surfaces d'impact en contact direct avec le matériau à broyer étant, dans la mesure du possible; recouvertes d'une couche de matériau déjà broyé, de manière à protéger d'une usure trop rapide les organes concernés. Dans ce but, l'enceinte d'un tel concasseur est réalisée sous la forme d'une couronne ayant une section en forme de "U" ouverte vers l'intérieur, dans laquelle le matériau broyé peut s'accumuler, et les poches des pales de rotor sont formées chacune par des éléments de délimitation ayant une configuration concave.De cette manière, seule subsiste comme zone fortement sollicitée et non recouverte de matériau, la zone des bords d'éjection de la pale de rotor sur laquelle sont ainsi fixées les pièces d'usures interchangeables pourvues d'un renforcement métallique dur. D'autres concasseurs présentent essentiellement une structure du rotor similaire (US-PS- 3 174 697, 3 334 823 et 3 346 203). Les pales du rotor sont dans tous les cas pourvues de poches pour- recevoir le matériau de sorte que le matériau qui s'y dépose forme des surfaces dépendant de la disposition des pales et de la vitesse de rotation du rotor. En ce qui concerne la configuration et la disposition des pièces d'usure pourvues d'un renforcement métallique dur, différents critères doivent cependant être pris en compte. Tout d'abord, la zone des bords d'éjection doit être recouverte sur la plus grande surface possible par le renforcement en métal dur, c'est-à-dire que ce dernier doit non seulement etre disposé le long de la surface d'éjection depuis l'extrémité de la poche de réception du matériau de la pale jusqu'au bord d'éjection, mais offrir en outre, si possible, une protection vers l'extérieur.En ce qui concerne ces impératifs, les brevets américains 3 334 823 et 3 174 697 offrent des solutions séduisantes, la première consistant en des barreaux à faible coefficient d'usure disposés à l'extrémité antérieure de chaque pale et traversant depuis la plaque de fond jusqu'à la plaque de dessus du rotor, la seconde consistant en des zones terminales des poches, également à faible coefficient d'usure, insérées dans les extrémités des ailes, c'est-à-dire que dans les deux cas, les éléments de renforcement à faible coefficient d'usure sont constitués par des organes massifs de dimensions relativement grandes. Si une telle construction implique une grande longévité de ces organes, il subsiste néanmoins, en raison de la nature très cassante de tels matériaux, un risque accru de rupture sous l'action d'impacts répétés.Le renforcement métallique dur a donc besoin d'un organe porteur sur lequel il représente dans la plupart des cas une couche à faible coefficient d'usure, tel que le décrivent, par exemple, les brevets américains 3 346 203 et 3 970 257; dans le premier cas, seule la face tournée vers l'axe du rotor est pourvue de cette couche à faible coefficient d'usure, et dans le second cas, des règlettes métalliques dures constituées, par exemple, decarbure de tungstène, sont insérées dans la pièce d'usure en forme de "U". Ces deux solutions ne comportent ainsi le renforcement à faible coefficient d'usure que dans les zones les plus importantes, en laissant toutefois exposé l'organe porteur dans les zones les plus soumises à l'usure, telles que la zone extérieure des bords d'éjection. L'invention a maintenant pour but de concevoir un concasseur du type susmentionné sous une forme telle que non seulement la pièce d'usure pourvue du renforcement métallique dur atteigne une longévité aussi élevée que possible et soit pourvue de ce renforcement au moins dans toutes les zones fortement sollicitées, mais que les risques de rupture sous l'effet d'impacts répétés soient aussi réduits que possible. Ce but est atteint selon la présente invention par le fait que le renforcement métallique dur est pourvu d'une surface d'appui sur l'élé- ment porteur ayant une configuration concave dans le sens de l'éjection, la première zone superficielle située à proximité de la poche de réception du matériau se trouvant sensiblement dans un plan tangentiel par rapport au disque d'impact. A cette surface d'appui concave correspond une surface d'appui convexe, donc saillant vers l'extérieur, de l'élément porteur qui soutient le renforcement métallique dur sensiblement en totalité, une extension maximale de ce renforcement étant atteinte dans le sens de l'éjec- tion, ce qui permet d'obtenir une longévité particulièrement accrue. La surface d'éjection, qui s'use progressivement, étant également toujours sensiblement parallèle à la surface d'appui concave, le renforcement métallique dur disparaît progressivement par usure de telle manière que la couche restant lors du changement de la piece d'usure est réduite à un minimum d'une manière sensiblement homogène et régulière. On parvient ainsi à une utilisation pratiquement optimale de la couche de metal dur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu que le renforcement métallique dur est constitué par un organe en forme de L't comportant deux surfaces d'usure extérieures, dont la branche la plus longue présente du côté intérieur la première zone superficielle de la surface d'appui, les deux surfaces d'usure définissant le bord d'éJec- tion. Des longévités particulièrement élevées ont été -ainsi obtenues sans accroissement des risques de cassure, grâce au fait que les surfaces d'usure du renforcement métallique en forme de "L" sont disposées sensiblement perpendiculairement l'une à l'autre. La surface d'usure faisant extérieurement face à la première zone de la surface d'appui est ainsi disposée en particulier en formant un angle d'environ 300 par rapport à un plan passant par l'axe du rotor et par le bord d'éjection. Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu que la surface appui du renfocement métallique dur présente deux zone superficielles planes définissant entre elles un angle d'environ 1350, la projection verticale du bord d'éjection sur la seconde zone superficielle partageant eelle-ei en deux moitiés sensiblement égales. Ainsi l'épaisseur du renforcement métallique, mesurée parallèlement à la périphérie du rotor, est maximale au niveau du bord d'éjection. Lors de l'usure progressive du métal du renforcement, l'usure maximale commence donc à se produire dans cette zone d'épaisseur maximale, et se poursuit jusqu'à la fin de la longévité du matériau pour former alors une zone arrondie de configuration convexe qui s'étend sensiblement parallèlement à la surface d'appui concave du renforcement métallique dur sur l'élément porteur. Afin de réduire le risque d'une répartition inhomogène des sollicitations auxquelles est soumis le renforcement métallique par suite de l'échauffement, ce renforcement métallique est de préférence divisé en plusieurs segments alignés les uns sur les autres à la hauteur du rotor Des interstices minimes peuvent toutefois subsister entre ces zones. L'élément porteur peut, en vue de simplifier sa fixation, être également réalisé en forme de "L" dont les deux branches enserrent l'extrémité de la pale de rotor La zone de transition des deux branches est de préférence chanfreinée extérieurement, de sorte que les surfaces extérieures de la branche la plus courte et la surface chanfreinée définissent la surface d'appui convexe destinée à la surface d'appui concave du renforcement métallique dur. Dans ce mode de réalisation, la branche la plus longue de l'é- lément porteur fait saillie dans la poche de réception du matériau, de sorte que sa fixation à l'extrémité de la pale peut être réalisée au moyen de vis aptes à être desserrees de l'extérieur.La surface extérieure de la branche la plus longue de l'élément porteur s'étend ainsi de préférence en formant un angle d'environ 400 avec la première zone superficielle du renforcement métallique, zone qui se trouve dans le plan tangentiel au disque d'impact déa évoqué. Afin d'améliorer la liaison entre ltélément porteur et le renforcement métallique dur. ce dernier peut être inséré dans un renfoncement approprié de l'élément porteur, l'extrémité tournée vers la poche de ré ception du matériau de la branche la plus longue du renforcement métallique saillant au-dessus de la surface extérieure de la branche la plus longue de l'élément porteur sur une hauteur comprise approximativement entre le tiers et la moitié de son épaisseur.Parmi les matériaux susceptibles d'être utilisés pour le renforcement métallique dur, il est en particulier une qualité appropriée, disponible sous la désignation "B 10 T", qui possède une teneur en carbure de tungstène de 94 % et une dureté Vickers de 1450 MV. Avec un volume au montage d'environ 160 cm3, on a ainsi pu obtenir pour une vitesse de rotation du rotor comprise entre 55 et 70 m/s, une longévité d'environ 1000 heures, ce qui représente dix fois la longévité de concasseurs connus. La présente invention va maintenan t être décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe verticale d'un concasseur selon la présente invention; - la figure 2 est une coupe horizontale du rotor; et - la figure 3 est une vue de détail, à plus grande échelle, montrant l'extrémité d'une pale de rotor, pourvue d'une pièce d'usure. Le concasseur de l'invention comprend une enceinte annulaire 1 portée par un châssis comportant l'entraînement ainsi que l'ouverture de sortie du matériau concassé, la section de l'enceinte 1 ayant sensiblement la forme d'un "U" dont le côté ouvert est dirigé vers le centre. Intérieurement à l'enceinte 1 sont définies des surfaces d'impact sur lesquelles le matériau se dépose lors de la mise en service du concasseur et remplit au moins partiellement l'enceinte 1, la surface du matériau ainsi déposé formant par la suite les surfaces d'impact. Dans l'enceinte 1 un rotor 2 mû par un moteur 3 est également monté à rotation autour d'un axe vertical 8, le rotor 2 et l'enceinte 1 définissant entre eux un espace annulaire 6 par lequel le matériau broyé tombe vers le bas vers l'ouverture de sortie.Le rotor 2 comporte une plaque de fond 9, une plaque de dessus 10 et des pales 11 disposées entre les plaques 9 et 10, la plaque de dessus 10 étant pourvue d'une ouverture centrale par laquelle le matériau à concasser, qui est introduit par l'ouverture de ehargement 4, par vient à l'intérieur du rotor 2. Au-dessous de l'ouverture ménagée dans la plaque de dessus 10 est situé un disque d'impact 7 qui divise le matériau à concasser qui est accéléré dans le rotor 2 au moyen des pales 11 et qui est finalement projeté par des ouvertures d'éjection 16 sur les surfaces d'impact de l'enceinte 1, en étant ainsi concassé.Le rotor 2 provoquant par nature un fort déplacement d'air, on évite une formation de poussière en faisant pénétrer l'air sortant du rotor 2 par l'intermédiaire d'un déflecteur 41 dans un canal de dérivation 42 d'où l'air est ramené à l'ou- verture ménagée dans la plaque de dessus 10 (flèche D). Il en résulte un circuit d'air interne, de sorte qu'il ne se produit aucun dégagement extérieur de poussières. Ainsi que le montre la figure 2, le rotor 2 est pourvu de trois pales 11 qui s'étendent sensiblement dans le sens périphérique en laissant libre une zone médiane de la taille du disque d'impact 7. Chacune des pales 11 est constituée d'une pièce à trois côtés dont le pourtour correspond à une face extérieure incurvée et aux faces intérieures, une face intérieure de deux pales 11 délimitant un canal d'éjection qui se rétrécit en direction de l'ouverture de sortie 16. Une des deux faces intérieures a une configuration concave, de sorte qu'il se forme ainsi une poche de réception 17 dans laquelle du matériau s'accumule au début de l'opération de concassage en formant une surface qui constitue une surface d'impact, de manière à protéger la pale 11 de tout endommagement.Les deux faces terminales de la surface de matériau prenant une configuration concave en raison de la rotation du rotor se trouvent ainsi dans un plan B qui s'étend de manière sensiblement tangentielle au disque d'impact 7 et qui définit avec un plan axial A passant par le bord d'éjection 24 (figure 3) un anglet dont la valeur est de préférence de 300. A l'extré- mité d'éjection 15 de la pale 11 sur laquelle la protection superficielle due à l'accumulation de matériau n'est plus possible, une pièce d'usure interchangeable est disposée, cette pièce d'usure étant composée d'un élément porteur 12 fixé à la pale 11 et d'un renforcement métallique dur 13 à faible coefficient d'usure constitué principalement de la qualité B 10 T ayant une teneur en carbure de tungstène de 94 %. Sur la figure 3, une extrémité 15 d'une pale 11, pourvue d'une pièce d'usure, est représentée en détail. La pièce d'usure 12 qui est fi xée à l'extrémité de pale 15 au moyen de vis 14, présente, par exemple, la configuration de base représentée ayant sensiblement la forme d'un "L" constitué d'une grande branche 18 venant en prise avec la vis 14, et d'une branche courte 19 qui ferme l'extrémité de pale 15. La surface extérieure 26 de la branche longue 18 est dans un plan C qui définit, avec le plan tangentiel B (figure 2), un angle ayant de préférence une valeur de 40 La zone de transition des deux branches 18, 19 de l'élément porteur 12 est chanfreinée, la surface chanfreinée étant sensiblement parallèle au plan tangentiel B et ayant au moins la longueur de la branche courte 19, en étant toutefois de préférence plus longue.La surface chanfreinée et la surface extérieure de la branche courte 19 forment une surface d'appui convexe pour les zones superficielles 25, 28 de la surface d'appui concave du renforcement métallique dur 13. Le renforcement métallique dur 13 a une section présentant également la forme d'un t, la disposition de cette forme étant tournée dtun anglele par rapport à celle de l'élément porteur 12, de sorte qu'elle recouvre l'extrémité 15 de la pale 11 à la manière d'un toit. La surface d'usure 22 fait extérieurement face à la première zone superficielle 25, voisine de la poche de réception 17, de la surface d'appui du renforcement métallique dur 13, qui représente la face intérieure de la branche longue 20. La face extérieure de la branche courte 21 constitue la surface d'usure 23.Les deux surfaces d'usure 22, 23 se coupent à angle droit sur le bord d'éjection 24. La branche longue 20 du renforcement métallique dur 13 a une épaisseur sensiblement régulière dans la longueur de la première zone superficielle 25 de la surface d'appui. Par contre, la branche courte 21 du renforcement métallique se rétrécit, puisque la seconde zone superficielle 28 de la surface d'appui et la surface d'usure 23 convergent vers lte;rtremité libre.Dans le cas d'une pièce d'usure neuve, la surface d'usure 22 plane de la branche longue 20 du renforcement métallique 1-3 est donc dans le plan tangentiel B par rapport au disque d'impact 7. t'usure commence donc dans la zone du bord d'éjection 24, c'est-à-dire en un point auquel le renforcement métallique 13 présente la plus grande épaisseur usabe, de sorte que lorsque l'usure progresse sur la longueur, le renforcement mé métallique dur 13 prend une épaisseur sensiblement constante, et que la surface d' 3section suit finalement la ligne représentée en traits mixtes. L'effet des impacts sur la surface d'usure 22 ne se produit qu'avec un angle d'impact très petit, le renforcement métallique dur 13 n'est que faiblement exposé à la cassure, la surface d'appui convexe de l'élément porteur assurant un assise parfaite et des longévités élevées. Le renforcement métallique dur 13 peut également être subdivisé dans le sens de ia hauteur en plusieurs segments disposés avec un écartement minime entre eux sur l'élément porteur 12. REVENDICATIONS 1. Concasseur pour broyer des roches ou- des matériaux similaires, comportant une enceinte de forme sensiblement circulaire dont les surfaces d'impact tournées vers l'intérieur sont de préférence constituées par une couche de matériau broyé après que celle-ci s'est formée, et comportant également un rotor pourvu d'une ouverture axiale d'entrée et monté sur un arbre moteur vertical en formant un espacement annulaire par rapport à ladite enceinte, une plaque de fond portant un disque d'impact central, une plaque de dessus dont le centre est pourvu d'un évidement, et des pales disposées entre les plaques de fond et de dessus, dont les faces tournées vers l'axe du rotor sont chacune pourvues d'une poche pour recevoir le matériau broyé, et dont chacune présente à proximité de ladite poche une pièce d'usure exposée comportant un bord d'éjection sur la périphérie du rotor, ladite pièce d'usure étant constituée par un élément porteur interchangeable fixé sur ladite pale et pourvu d'un renforcement métallique dur, ledit concasseur étant caractérisé en ce que le renforcement métallique dur (13) est pourvu sur l'élément porteur (12) d'une surface d'appui ayant une configuration concave dans le sens de l'éjection, la première zone superficielle (25) située à proximité de la poche de réception (17) du matériau se trouvant sensiblement dans un plan tangentiel (B) par rapport au disque d'impact (7). 2. Concasseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renforcement métallique dur (13) est constitué par un élément ayant la forme d'un "L" pourvu de deux surfaces d'usure (22, 23) extérieures, la branche la plus longue (20) de cet élément en forme de L portant du côté intérieur la première zone superficielle (25) de la surface d'appui, les deux surfaces d'usure (22, 23) définissant le bord d'éjection (24). 3. Concasseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les surfaces d'usure (22, 23) du renforcement métallique dur (13) en for me de WLu sont disposées sensiblement à angle droit l'une par rapport à l'autre. 4. Concasseur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface d'usure (22) de la branche la plus longue (20) du renforcement métallique dur (13) est disposée en formant un angle (a) d'environ 300 par rapport à un plan (A) passant par l'axe du rotor (8 ) et le bord d'éjection (24). 5. Concasseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface d'appui du renforcement métallique dur (13) présente deux zones superficielles (25,28) formant entre elles un angle d'environ 1350, la projection verticale du bord d'éjection (24) sur la seconde zone superficielle (28) partageant cette dernière en deux moitiés sensiblement égales. 6. Concasseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renforcement métallique dur (13) est divisé, dans le sens de la hauteur du rotor (2) en plusieurs segments alignés les uns sur les autres. 7. Concasseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément porteur (12) a également une configuration en forme de L, et en ce que les surfaces intérieures de ses deux branches (18, 19) enserrent l'extrémité de la pale (11) du rotor. 8. Concasseur selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que la zone de transition entre les deux branches (18, 19) de ltélément porteur (12) est chanfreinée, les deux zones superficielles (25,23) de la surface d'appui du renforcement métallique dur (13) étant en appui sur ladite surface chanfreinée et sur la surface extérieure de la branche la plus courte (18). 9. Concasseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface extérieure (26) de la branche longue (18) de l'élément porteur (12) faisant saillie dans la poche de réception (17) de matériau définit un angle (p ) d'environ 400 avec la première zone superficielle (25) de la surface d'appui du renforcement métallique dur (13). 10. Concasseur selon les revendications 4 et 9, caractérisé en ce que l'extrémité de la branche longue (20) du renforcement métallique dur (13) tournée vers ladite poche de réception fait saillie d'une longueur comprise entre le tiers et la moitié de son épaisseur par rapport à la surface extérieure (26) de la branche longue (18) de l'élément porteur (12).