Brevet FR2615409A1 — publié le 19881125

PIECE D'USURE COMPOSITE POUR BROYEURS VERTICAUX La présente invention concerne une pièce d'usure composite pour- broyeurs verticaux, notamment pour les pistes de broyage ou les galets. Les broyeurs verticaux sont essentiellement cons titués d'une piste de broyage circulaire, éventuellement divisée en plusieurs segments, sur laquelle évoluent des galets de broyage qui peuvent également être segmentés. La matière à broyer, par exemple du charbon, est écrasée entre les surfaces géométriquement définies des galets et de la piste de broyage tournant autour de l'axe vertical. I1 est évident que les galets, ainsi que la surface de la piste, sont exposés à une usure sévère, surtout si la matière à broyer est d'une consistance dure. Ceci entraîne donc l'utilisation d'un matériau présentant une bonne résistance à l'usure et à l'aabrasion. D'un autre côte, le montage de ces pièces d'usure nécessite un usinage relativement précis pour assurer leur positionnement exact et leur fixation rigide sur les supports respectifs, ce qui imposerait l'utilisation d'un métal facilement usinable. Autrement dit, on est donc confronté à deux exigences contraires dans la mesure où les matériaux présentant une bonne résistance à l'usure sont relativement fragiles et difficilement usinables, alors que, vice versa, les métaux facilement usinables ne présentent qu'une résistance relativement modeste à l'usure. Jusqu "a présent, on s'est contenté d'une solution de compromis consistant à utiliser généralement des aciers hadfield, des fontes blanches, des fontes nodulaires voire du Nihard, qui présentent des qualités de résistance à l'usure acceptables et qui, quoique difficilement, sont néanmoins usinables. Plus les matériaux sont durs, plus les difficultés d'usinage augmentent, voire deviennent impossibles, ce qui fait croître, bien entendu, le prix de revient de ces pièces d'usure. Un autre inconvénient des pièces d'usure utilisées jusqu'à présent est qu'elles n'empêchent en rien la transmission des vibrations et du bruit lors du fonctionnement du broyeur. Par ailleurs, pour ce qui concenre les galets de broyage, ceux-ci sont exposés à une forte tension mécanique du fait qu'ils sont calés, dans certains broyeurs, par effet de coin su-r leur moyeu. Compte tenu de la nature du métal, ces tensions engendrent des fissures précoces dans la couronne du galet, de sorte que ceux-ci, par suite de ces fissurations, doivent souvent être remplacés avant leur usure totale. Le but de la présente invention est de prévoir des nouvelles pièces d'usure pour broyeurs verticaux qui ne présentent pas les inconvénients décrits ci-dessus, c.-à-d. des pièces d'usure qui permettent l'utilisation de matériaux plus durs, voire inusinables, qui ont une longévité accrue et qui engendrent moins de vibrations et de bruit. Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose des pièces d'usure composites pour broyeurs verticaux qui sont essentiellement caractérisées en ce qu'elles sont constituées d'un support métallique facilement usinable, d'une partie exposée à l'usure en ma tière noble avec une bonne résistance à l'usure, entre lesquels est prévue une mince couche d'un matériau inter médiaire plastique caoutchouteux, mis en forme, in situ, au contact d'au moins une des surfaces métalliques adjacentes. Ce matériau intermédiaire est, de préférence, une résine réactive polymérisant in situ, lors de la coulée de celle-ci, au contact d'une ou des deux surfaces adjacentes. Selon un premier mode d'exécution, ladite pièce est un segment d'une piste de broyage d'un broyeur vertical. Ladite couche de résine adhère, de préférence, à la partie d'usure, et cet ensemble (matériau + résine) est séparable du support et remplaçable. Selon un autre mode d'exécution, ladite pièce est un galet de broyage dans lequel le support est une pièce annulaire éventuellement tronconique, fixée sur un moyeu, tandis que la partie exposée à l'usure est une frette annulaire éventuellement tronconique recouvrant le support. Selon un troisième mode d'exécution, on peut solidariser la partie d'usure directement sur le support par la résine. Dans ce cas, la pièce n'est plus composée de deux éléments différents. La partie d'usure et la couche de résine sont toutefois remplaçables. Selon un mode de réalisation avantageux, un fil résistif peut être noyé dans la résine au moment de la coulée et destiné à la destruction thermique de la couche de résine en vue du remplacement de la partie d'usure. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée de quelques modes d'exécution préférés, présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue générale schématique d'un broyeur vertical; -la figure 2 représente une vue en plan de la piste de broyage; - la figure 3 montre une vue en coupe diamétrale de la couche d'usure de la piste de broyage; - la figure 4 est une vue agrandie d'une section à travers la piste de la figure 3; - la figure 5 est une coupe axiale à travers un premier mode de réalisation d'un galet de broyage; - la figure 6 est une vue frontale du galet de la figure 5; - la figure 7 est une vue analogue à celle de la figure 6 d'une variante du mode d'exécution de la figure 5;; -la figure 8 est une coupe radiale partielle à travers un second mode ae réalisation d'un galet de broyage et - la figure 9 est une vue frontale du galet de la figure 8. La figure 1 représente une vue scnérnatique géné rale d'un broyeur vertical 10 contenu dans une carcasse 12 destinée à rendre étanche le broyeur pour le transport pneumatique de la matière broyée, ce qui réduit les dégagements de bruit, poussières et calories. A l'inte- rieur du broyeur 10 se trouve un tablier 14, supportant une piste de broyage annulaire et monte de façon à pouvoir tourner autour de l'axe vertical du broyeur 10. Au dessous de la piste de broyage 16 sont montés une série de galets de broyage 18 fixés sur des moyeux en rotation libre 20 qui sont maintenus, lors du fonctionnement du broyeur 10, contre le lit de matière à broyer, entre la piste 16 et les galets 18, sous l'action de moyens appropriés, tels que des vérins hydrauliques 22.La piste 16 est montée de façon amovible sur le tablier 14, afin de pouvoir la remplacer en fin de vie (usure ou casse). La piste de broyage 16 est représentée plus en détail sur les figures 2 à 4. Comme le montre la figure 2, cette piste 16 est, de préférence, constituée de plusieurs, par exemple quatre, segments distincts 16a, 16b, 16c et 16d. Comme le montre la figure 4, chaque segment de la piste 16 est constitué d'une pièce d'usure 24 et d'une couche de résine 26 de quelques millimètres d'épaisseur solidarisée sur la surface non travaillante de la plaque 24. La résine formant la couche 26 est une résine à base de polyuréthane réticulé à deux composants, qui est coulé dans un moule à une température d'environ 800C sur la plaque 24 et qui, au contact de la surface de cette plaque 24, subit une polymérisation irréversible. Un des avantages de cette couche de résine est qu'elle remplace l'usinage de la plaque 24 qui, jusqu'alors, était très difficilement réalisable. Au contraire, étant donné que l'usinage n'est plus nécessaire, on peut utiliser pour la fabrication de la plaque 24 une matière inusinable,qui présente d'excellentes propriétés de ré- sistance à l'usure, tel 1 que de la fonte au vanadium ou de la céramique. Un autre avantage non négligeable de la coucne de résine 26 est l'amortissement des vibrations, c.-à-d. une réduction sensible des sollicitations mécaniques et du bruit lors de l'opération de broyage. Les figures 5 et 6 montrent un premier mode de réalisation d'un galet de broyage 18 réalisé selon la présente invention. Ce galet 18 comporte essentiellement deux couronnes tronconiques coaxiales 28 et 30, entre lesquelles se trouve une couche de résine 32 de plusieurs millimètres d'épaisseur, comparable à la couche de résine 26 de la piste de broyage 16. La couronne intérieure est une pièce métallique usinée en une matière appropriée aux sollicitations. Par contre, l'anneau extérieur 28, dont la surface évolue sur la piste de broyage, est réalisé en une matière présentant d'excellentes propriétés de résistance à l'usure, par exemple de la fonte au chrome ou au vanadium. La résine de la couche 32 est une résine analogue à celle utilisée pour la réalisation de la piste 16 et son application est également réalisée par coulée dans l'espace constitue par les deux pièces 28 et 30. Par contre, dans le cas du galet 16, la couche de résine 32 adhère aussi bien à la couronne extérieure 28 qu'à la couronne intérieure 30. En cas d'usure de la couronne extérieure 28, la couronne intérieure 30 est récupérable, c.-à-d. que l'on peut monter une nouvelle couronne d'usure 28 sur la couronne de support 30 par interposition d'une nouvelle couche de résine 32. Pour faciliter la séparation entre les deux couronnes 28 et 30 lors du remplacement de la couronne 28 en cas d'usure de celle-ci, on peut, selon un mode de réalisation préféré, noyer un fil résistif dans la couche de résine 32 au moment de la coulée de celle-ci. Lors de la séparation des deux couronnes 28 et 30, on raccorde ce fil tendu à un transformateur de courant, ce qui provoque une destruction par énergie thermique de la couche de résine 32. Outre l'avantage de la possibilité de rcuéra- tion de la couronne intérieure 3u en cas d'usure de la couronne extérieure 28, la couche de résine 32 offre également les avantages d'une diminution des vibrations et du bruit. La couche de résine présente encore un avantage supplémentaire. En effet, les galets 18 sont fixés par effet de coin sur un moyeu conique, ce qui engendre des tensions relativement importantes. Ces tensions peuvent occasionner des fissures si le métal de la couche 30 est fragile, ce qui est le cas lorsqu'il présente une bonne résistance à l'usure. Or, grâce à la présence de la couche de résine 32, il n'est plus nécessaire que la couronne intérieure 30 résiste à l'usure -et l'on peut utiliser pour cette couronne une matière appropriée sur laquelle les tensions engendres par la fixation sur le moyeu n'ont pratiquement plus d'effets néfastes. La durée de vie ne dépend plus que de l'usure. Dans le mode de réalisation selon la figure 7, la couronne intérieure 34 comporte des canelures extérieures longitudinales 34a associées à des nervures longitudinales correspondantes de la couronne extérieure 36. Entre les deux couronnes 34 et 36 se trouve, bien entendu, toujours une couche de résine. La disposition selon la figure 7 permet une meilleure fixation de la couronne extérieure 28 sur la couronne intérieure 30 et supprime tout risque de rotation relative entre ces deux couronnes. A la rigueur il serait possible de ne faire adhérer la couche de résine qu'à une seule des deux couronnes 28 ou 30. La figure 8 montre un autre mode de réalisation d'un galet de broyage qui est constitué d'un moyeu usiné 40 entouré d'une pièce annulaire d'usure 42 avec un profil exterieur courbe. Entre le moyeu 40 et l-a pièce d'usure 42 se trouve une couche intermédiaire en résine 44. La couche d'usure 42 est maintenue en place entre un éperon périphérique 46 du moyeu 40 et un segment annulaire 48 démontable vissé sur le moyeu 40. Comme le montre la figure 9, le segment 4b est constitue de plusieurs, par exemple quatre parties. La matière intermédiaire prévue par la présente invention entre le support usiné et la pièce d'usure de la piste ou du galet est de préférence une résine mais peut egalement astre une matière caoutchouteuse. De même la nature de la résine n'est pas absolument déterminante, pour autant qu'elle satisfasse aux critères de stabilité mécanique après mise en oeuvre. Les éléments non métalliques ont la caractéristique d'être fabriqués en présence et au contact des éléments métalliques auxquels ils sont associés. La solidarisation des deux éléments résulte du caractère adhésif des résines réactives mises en oeuvre. Les résines utilisables dans la présente invention peuvent être de natures variées à la condition toutefois qu'au moment de leur application, elles soient dans un état liquide d'une fluidité suffisante et qu'elles- réagissent ensuite pour former des chaînes macromoléculaires linéaires, branchées ou réticulées, de structure qui peut être cristalline ou amorphe. A titre d'exemples non limitatifs, ces résines peuvent appartenir aux familles des résines polyesters insaturés, des ré- sines époxydes avec durcisseur aminé ou anhydride d'acide, des résines polyhydroxylées formant des liens uré- thanes par réaction avec des polyisocyanates ou des caprolactanes polymérisant in situ par polyaddition.Ces résines peuvent être éventuellement chargées d'un filler inorganique qui permet d'en déduire le coût et de limiter le retrait dû à la polymérisation. Dans un mode d'exécution de la présente invention, on réalise un polyuréthane par réaction au contact direct des surfaces métalliques, de polyisocyanates aromatiques ou cycloaliphatiques ou de polyesters polyols ou de polyols aléphatiques ou de mélanges de ces derniers. Avant l'application de la résine, les surfaces métalliques à mettre en contact sont dégraissées et séchées et reçoivent éventuellement un mince revêtement d'un promoteur d'adhérence tel que par exemple un organosilane ou un composé organométallique ou simplement un promoteur d'adhérence polyuranique en solution dans un solvant organique que l'on évapore après son application. S'il s'agit de fabriquer un galet de broyeur vertical en associant une frette de métal d'usure à un anneau intérieur d'acier facilement usinable, on remplit simplement l'intervalle entre ces deux éléments concentriques, de la résine décrite ci-dessus. Après durcissement dû à la réaction, le nouveau galet est prêt à être monté. Comme il a déjà été dit, un des avantages de la présente invention est de supprimer la nécessité d'usiner la partie en métal dur du galet et de reporter cet usinage sur l'anneau qui peut être en acier ordinaire. Un autre avantage technique et économique est de pouvoir utiliser à nouveau le noyau du galet lorsque la frette extérieure est usée. On peut désolidariser la frette usée du noyau de différentes manières suivant les circonstances. On peut fondre ou dégrader thermiquement la résine. On peut aussi fragmenter l'anneau extérieur et détacher les fragments mécaniquement. La résine est alors brûlée et le noyau est prêt à recevoir une nouvelle frette en métal dur résistant à 1 'usure. S'il s'agit de réaliser une piste de broyeur vertical selon la présente invention, on procède de la manière suivante. En général, la piste est constituée de plusieurs segments, par exemple au nombre de quatre. La partie métallique en acier de grande dureté de chaque segment forme une des parois du moule dans lequel la résine est introduite. Il est important que la face du moule opposée à la partie metallique du segment soit parfaitement plane de manière à ce que le segment compose se dépose sans déformation initiale sur la table du broyeur. On va maintenant décrire à l'aide de deux exemples la fabrication à'une piste de broyage et d'un galet de broyeur. Exemple 1 On a réalisé une piste en quatre segments pour broyeur vertical de la manière suivante. Chaque segment métallique en acier a été posé à l'horizontale sur des supports, la face inferieure tournée vers le haut. Un cadre métallique a été soudé sur le périmètre du segment. Les segments ont un rayon extérieur de 95 cm et un rayon intérieur de 45 cm. On a préparé un mélange de résine comprenant 1.100 gr. de polyester diol de masse molécu -laire 990, 825 gr. de polyester diol de masse moléculaire 2.050, 94 gr. de triméthylolpropane, 15,7 gr. de colorant rouge, 966 gr. de charge minérale calcaire et 670 gr. de bicyclohexane méthylène diisocyanate. Le mélange dégagé pendant 8 minutes à une pression absolue de 0,06 bars a été versé dans le moule constitué de la pièce. Après 24 heures, la résine a polymérisé, formant une base uniforme de 5 mm d'épaisseur. Les quatre segments ont été montés dans un broyeur. Après le démarrage du broyeur, on a constaté une diminution importante des vibrations par rapport au fonctionnement antérieur du même broyeur équi- pé d'une piste traditionnelle entièrement métallique. Exemple 2 On a réalisé un galet pour broyeur vertical comprenant une pièce annulaire tronconique en acier ordinaire facilement usinable, de diamètres extérieurs respectivement 534 et 624 mm, et une frette annulaire tronconique en acier résistant à l'usure, de diamètres respectivement 550 et 640 mm, de la manière suivante; Les deux pièces métalliques ont été introduites concentriquement l'une dans l'autre, dans leur état brut de fonderie. L'anneau conique séparant les deux éléments sur une longueur de génératrice de 450 mm a été rempli d'une résine dont la composition est faite de 30 parts de polyester diol de masse moléculaire 990, 22,5 parts de polyester diol de masse moléculae.re 2.050, 2,6 parts de trinéthilolpropane, 0,4 parts de colorant rouge, 26 parts ae charge minérale calcaire et 1b,5 parts de me-thylane- diphényldiisocyanate, dont une faible proportion est sous forme de carbodiimide. Après deux heures, la résine a complètement polymérisé et le galet a été usiné sur la face intérieure de l'anneau en acier doux. Il a ensuite été monté sur le moyeu d'un broyeur à-axe vertical, où il a donné pleine satisfaction. REVENDICATIONS 1. Pièce d'usure composite pour broyeurs verticaux, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un support métallique usine, d'une couche superficielle en matière métallique noble avec une bonne résistance à l'usure, entre lesquels est prévue une couche d'un matériau intermédiaire plastique ou caoutchouteux, mis en forme in situ au contact d'au moins une des surfaces métalliques adjacentes. 2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce est un segment d'une piste de broyage (16). 3. Pièce selon la revendication 2, caractérisée en ce que la couche intermédiaire (26) adhère à la couche superficielle (24) et en ce que ces deux couches (24, 26) sont séparables du support (14) et remplaçables. 4. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un galet de broyage (18) dans lequel le support (30, 34) est une pièce annulaire- tronconique ficée sur un moyeu et la couche superficielle est une frette annulaire tronconique (28, 36) recouvrant le support (30, 34). 5. Pièce selon la revendication 4, caractérisée en ce que le support (34) est pourvu de cannelures longitudinales extérieures (34a) associees à des nervures longitudinales intérieures prévues sur la frette (36). 6. Pièce selon l'une quelconque des revendications 4:ou 5, caractérisée en ce que la frette (28, 36) et la couche intermédiaire (32) sont remplaçables. 7. Pièce selon la revendication 6, caractérisée par un fil resistif noyé dans la couche intermédiaire au moment de la coulée et destiné à la destruction thermique de cette couche (32) en vue du remplacement de la frette. 8. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce qutil s'agit d'un galet de broyage constitué d'un moyeu usiné (40) portant une pièce annulaire d'usure (42) avec interposition d'une couche intermediaire (44), la dite pièce étant maintenue entre un éperon périphérique (46) du moyeu (40) et un segment démontable (48). 9. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau intermédiaire est une résine réactive polymérisant in situ lors de la coulée au contact d'au moins une des surfaces adjacentes. 10. Pièce selon la revendication 9, caractérisée en ce que la résine est du type polyuréthane a deux composants. 11. Broyeur vertical équipé d'une piste de broyage selon la revendication 1. 12. Broyeur vertical équipé de galets de broyage selon la revendicatiion 1.