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PIÈCE DE FONDERIE BIMÉTALLIQUE SERVANT DE PIÈCE
D'USURE DANS LES BROYEURS VERTICAUX ET
LEUR PROCÉDÉ DE FABRICATION OBJET DE L'INVENTION
La présente invention concerne une pièce de fonderie bimétallique servant de pièce d'usure dans des broyeurs, en particulier des broyeurs verticaux. Elle s'applique également à un procédé de réalisation de telles pièces.
Arrière plan technologique de l'invention
Les broyeurs verticaux sont constitués par des galets tournant selon un axe vertical sur une piste de broyage. Les galets de broyage sont montés sur un moyeu central et sont pourvus à leur périphérie de pièces d'usure qui peuvent se présenter sous forme de segments ou qui peuvent être également constituées sous forme monobloc.
Ces pièces d'usure sont réalisées en fonte présentant une forte résistance à l'abrasion, notamment des fontes à haute teneur en chrome et, par conséquent sont très peu ductiles (leur valeur d'allongement de rupture est pratiquement égale à zéro). Les pièces d'usure sont généralement solidarisées à l'aide de clames au moyeu. A cause précisément de leur absence de ductilité, on peut observer
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sous les contraintes dues aux diverses sollicitations mécaniques l'apparition notamment de fissures qui se propagent dans les dites pièces. Divers autres inconvénients se manifestent dont notamment, sous l'effet des contraintes, une déformation du moyeu.
Cette déformation du moyeu cause de considérables difficultés lors du remplacement des pièces d'usure et il est courant de devoir remplacer à la fois la pièce d'usure et le moyeu.
De plus, la pièce d'usure après coulée est particulièrement difficile à usiner à cause de ses propriétés spécifiques (haute dureté).
On a déjà proposé, dans un but différent, de réaliser des pièces d'usure pour de tels broyeurs sous forme de pièces de fonderie bimétallique, dans le document EP-0476 496 Al.
Dans cette forme d'exécution des inserts à haute résistance à l'usure sont montés dans une pièce (frette) réalisée en un matériau plus ductile. Dans cette forme d'exécution, on vise essentiellement à générer un profil sous forme de rainures entre les inserts résultant de l'usure de la partie de moindre résistance séparant les inserts.
Buts visés par l'invention
L'invention vise essentiellement à proposer une conception nouvelle des pièces d'usure de broyeurs du type mentionné qui assure une série d'avantages spécifiques, en particulier une meilleure résistance à la fissuration, une absence de déformation du moyeu sous les contraintes appliquées et de manière générale, une plus grande souplesse dans le système de fixation des pièces d'usure au moyeu.
Finalement, ainsi qu'il apparaîtra ultérieurement, d'importantes économies peuvent également être réalisées selon la technique de l'invention.
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Eléments caractéristiques de l'invention
L'invention concerne une pièce de fonderie bimétallique destinée à des broyeurs verticaux comportant un noyau réalisé en une fonte ductile pourvu d'éléments de liaison mécanique sous forme de goujons, lesquels sont fixés à une enveloppe réalisée en un matériau d'usure non-ductile à haute teneur en chrome.
Ce type de pièce peut se présenter sous forme de segments ou sous forme d'un élément monobloc, en vue de leur montage sur le moyeu des galets de broyeurs verticaux.
Le montage des segments peut se réaliser soit par clamage ou boulonnage sur le moyeu ; dans le cas d'éléments monobloc, l'assemblage a lieu par frettage.
Dans un cas comme dans l'autre, les risques de fissuration sont fortement réduits même sous des conditions de contraintes importantes puisque la zone de fixation des boulons ou des clames est située dans la partie du noyau en fonte ductile.
De même la partie de liaison qui est la plus fortement sollicitée est constituée par des goujons venus de coulée dans la partie en fonte ductile, ce qui contribue à la résistance mécanique de l'ensemble.
Les efforts générés par le travail de broyage-au lieu d'être transmis directement de la pièce d'usure sur le moyeu - sont ici repris d'abord par les goujons et ensuite par le noyau en fonte ductile. Ceci a pour conséquence d'une part que des fissurations ou des criques pouvant apparaître sur la périphérie externe de la pièce d'usure ne se propagent pas dans la masse totale de la pièce d'usure. De plus, les déformations observées dans la technique des pièces d'usure mono-métalliques dures sur un moyeu doux sont ainsi évitées.
De plus, la surface de pose de la pièce d'usure qui doit être usinée pour s'adapter parfaitement au moyeu est constituée dans le cas présent par une fonte ductile ce qui facilite nettement l'usinage.
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De manière générale, on observe une économie générale par la réduction du prix d'usinage, l'utilisation d'une pièce moins lourde, l'économie d'éléments d'alliage et une grande souplesse d'utilisation permettant de fixer la pièce d'usure bimétallique aussi bien par clamage que par boulonnage, ou dans le cas d'un élément monobloc, par frettage.
. La fonte ductile utilisée par exemple est une fonte du type GS (GGG 40 suivant la norme DIN 1693).
De même on dispose d'une plus grande liberté d'exécution des formes spécifiques non seulement parce qu'elles sont plus faciles à usiner mais également parce que les pièces selon cette conception particulière sont moins sollicitées mécaniquement et que, dans leur conception, il n'y a plus lieu de tenir compte dans la même mesure des efforts importants transmis. Ceci permet donc d'adapter la forme spécifique des pièces d'usure aux différents types de construction de broyeur à galets.
Le décrochement qui est généralement prévu au pied de la pièce d'usure pour son raccordement au moyeu peut être adapté aux exigences de chaque constructeur.
La forme spécifique des goujons est de préférence choisie de manière à prévoir des filets simplifiés de forme arrondie.
Les pièces selon l'invention permettent également de faciliter le masselottage de la partie en fonte au chrome et d'obtenir des meilleures propriétés mécaniques grâce à l'effet refroidisseur de la partie en fonte ductile. Il convient de noter que les pièces bimétalliques ainsi réalisées ne rendent pas nécessaire le recours à une solution de liaison métallurgique. Ceci permet d'éviter l'inconvénient bien connu d'une surface de séparation horizontale entre les deux métaux coulés.
De plus, l'absence de liaison métallurgique évite la propagation de la fissuration apparaissant dans la pièce d'usure périphérique dans le noyau.
L'utilisation d'une forme arrondie pour les filets des goujons évite l'amorce de criques et contribue donc à une
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durée de vie prolongée des pièces.
Selon une forme d'exécution spécifique de l'invention, les goujons peuvent affecter la forme d'une queue d'aronde.
L'nvention sera décrite plus en détail en référence à une fc ie d'exécution préférée de celle-ci, au regard des dessins annexés.
D'autres détails et éléments caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit.
Brève description des dessins
La figure 1 représente schématiquement la disposition d'un galet de broyage dans un broyeur à axe vertical.
La figure 2 représente à titre d'illustration d'une forme particulière de l'invention, un segment de galet selon l'invention ;
La figure 3 est une section AB dans la forme d'exécution de la figure 2 ;
Les figures 4 et 5 reprennent des détails de pièces réalisées selon l'invention ;
En se référant à la figure 1, on a indiqué par le repère 1 l'axe de rotation du broyeur à axe vertical. De manière en soi connue, un galet 3 est entraîné en tournant sur un axe 5 qui est légèrement incliné (comme représenté) ou horizontal en vue de broyer la matière alimentée entre le galet et la piste de broyage 7.
Ainsi qu'on le notera, le galet 3 est arrondi sur sa partie périphérique et la piste présente une forme correspondante.
La pièce d'usure à proprement parler portant le repère général 11 est formée par un noyau 13 comportant des goujons 15 obtenus de fonderie sur lesquels est coulée une enveloppe 17.
La caractéristique essentielle de l'invention est le fait que le noyau 13 et les goujons 15 venus de coulée sont
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formés en un matériau ductile, à savoir de la fonte GS tandis que l'enveloppe 17 est réalisée dans les alliages nonductiles en particulier des fontes au chrome de dureté 64 Rc utilisées habituellement comme pièces d'usure.
Il convient de noter que le décrochement de l'enveloppe 17 par rapport au noyau 13 peut être adapté aux différentes exigences des constructeurs de manière simple, d'autant que la ligne de jonction périphérique 21 entre l'enveloppe 17 et le noyau 13 se situe avantageusement dans l'angle interne de décrochement, ce qui évite une exposition de cette ligne à l'action directe de la matière à broyer.
On réalise de cette manière un concept constructif particulièrement simple.
Pratiquement la moitié de la masse de ce qui constituait antérieurement une pièce d'usure mono-métallique fixée sur un moyeu, est, selon l'invention constituée par le noyau ductile, ce qui entraîne une économie importante d'éléments d'alliage onéreux.
Il convient de noter que si l'on a représenté dans le dessin une forme d'exécution de la pièce d'usure sous forme de segment, il est également possible de constituer une frette monobloc selon le concept inventif de l'invention.
Le procédé mis en oeuvre pour la réalisation de la pièce d'usure selon l'invention consiste à couler en premier lieu le noyau 13 avec les goujons 15 ; après avoir appliqué un enduit refractaire sur le noyau, on place la pièce dans un second moule et on coule l'enveloppe 17. L'ensemble subit ensuite un traitement thermique de trempe.
Afin d'illustrer l'invention on décrira ci-après un exemple d'exécution d'une pièce selon l'invention et les résultats d'essais de laboratoire obtenus.
Exemple 1 Essai bimétal à liaison mécanique
La pièce coulée est un bloc 230x275x150 bimétallique en fonte GS et en fonte au chrome (voir figures 4 et 5). La figure 4 est une couge suivant CD de cette pièce.
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Le bloc GS a été réalisé en collant des noyaux creux sur un bloc de polystyrène.
Après ébarbage, un enduit refractaire est appliqué sur le bloc GS pour éviter la refusion des goujons.
Après avoir placé ce bloc dans un second moule, la fonte au chrome a été coulée sur celui-ci.
Le bloc bimétal a ensuite été, ébarbé et trempé.
On a procédé à des essais de fatigue.
Les essais sont effectués dans une machine SCHENK de capacité maximale de 2500 kN.
Le signal appliqué est sinusoidal.
L'assemblage a subi une charge oscillante de compression 100kN-2000kN générant des pressions maximum de contact 3 fois supérieures à celles subies par un galet en service.
L'assemblage testé n'a pas subi de dégradation apparente durant 465000 cycles.
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BIMETALLIC FOUNDRY PIECE AS PIECE
OF WEAR IN VERTICAL SHREDDERS AND
THEIR MANUFACTURING METHOD OBJECT OF THE INVENTION
The present invention relates to a bimetallic foundry piece serving as a wearing part in mills, in particular vertical mills. It also applies to a process for producing such parts.
Technological background of the invention
The vertical crushers consist of rollers rotating along a vertical axis on a grinding track. The grinding rollers are mounted on a central hub and are provided at their periphery with wearing parts which may be in the form of segments or which may also be formed in a single piece.
These wear parts are made of cast iron having a high resistance to abrasion, in particular castings with high chromium content and, consequently, are very little ductile (their value of elongation at break is practically equal to zero). The wearing parts are generally secured using clamps to the hub. Precisely because of their lack of ductility, we can observe
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under the stresses due to the various mechanical stresses, the appearance in particular of cracks which propagate in said parts. Various other drawbacks are manifested, in particular under the effect of the stresses, a deformation of the hub.
This deformation of the hub causes considerable difficulty when replacing wearing parts and it is common to have to replace both the wearing part and the hub.
In addition, the wear part after casting is particularly difficult to machine because of its specific properties (high hardness).
It has already been proposed, for a different purpose, to produce wearing parts for such mills in the form of bimetallic foundry parts, in document EP-0476 496 A1.
In this embodiment, inserts with high wear resistance are mounted in a part (hoop) made of a more ductile material. In this embodiment, the aim is essentially to generate a profile in the form of grooves between the inserts resulting from the wear of the part of least resistance separating the inserts.
Goals of the invention
The invention essentially aims to propose a new design of wear parts of mills of the type mentioned which ensures a series of specific advantages, in particular better resistance to cracking, an absence of deformation of the hub under the applied stresses and of in general, greater flexibility in the system for attaching wear parts to the hub.
Finally, as will appear later, significant savings can also be made according to the technique of the invention.
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Character-defining elements of the invention
The invention relates to a bimetallic foundry piece for vertical mills comprising a core made of ductile iron provided with mechanical connection elements in the form of studs, which are fixed to an envelope made of a non-ductile wear material high in chromium.
This type of part can be in the form of segments or in the form of a one-piece element, with a view to their mounting on the hub of the vertical grinder rollers.
The mounting of the segments can be carried out either by clamping or bolting on the hub; in the case of monobloc elements, assembly takes place by shrinking.
In one case as in the other, the risks of cracking are greatly reduced even under conditions of significant stresses since the area for fixing the bolts or clamps is located in the part of the core of ductile iron.
Likewise, the connecting part which is the most stressed is constituted by studs which have come from casting in the ductile iron part, which contributes to the mechanical resistance of the assembly.
The forces generated by the grinding work - instead of being transmitted directly from the wear part to the hub - are here taken up first by the studs and then by the ductile iron core. This results on the one hand that cracks or cracks which may appear on the external periphery of the wear part do not propagate in the total mass of the wear part. In addition, the deformations observed in the technique of hard mono-metallic wearing parts on a soft hub are thus avoided.
In addition, the laying surface of the wearing part which must be machined to adapt perfectly to the hub is constituted in this case by ductile iron which clearly facilitates machining.
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In general, there is a general saving by reducing the machining price, the use of a lighter part, the saving of alloying elements and a great flexibility of use allowing the part to be fixed. 'bi-metallic wear as well by clamming as by bolting, or in the case of a monobloc element, by shrinking.
. The ductile iron used for example is a GS type cast iron (GGG 40 according to DIN 1693).
Likewise, there is greater freedom of execution of the specific shapes not only because they are easier to machine but also because the parts according to this particular design are less mechanically stressed and that, in their design, there is no There is more reason to take into account to the same extent the significant efforts transmitted. This therefore makes it possible to adapt the specific shape of the wearing parts to the different types of roller mill construction.
The step which is generally provided at the foot of the wear part for its connection to the hub can be adapted to the requirements of each manufacturer.
The specific shape of the studs is preferably chosen so as to provide simplified threads of rounded shape.
The parts according to the invention also make it possible to facilitate the weighting of the part in chromium cast iron and to obtain better mechanical properties thanks to the cooling effect of the part in ductile cast iron. It should be noted that the bimetallic parts thus produced do not make it necessary to use a metallurgical bonding solution. This avoids the well-known drawback of a horizontal separation surface between the two cast metals.
In addition, the absence of metallurgical bond prevents the propagation of the cracking appearing in the peripheral wear part in the core.
The use of a rounded shape for the threads of the studs avoids the initiation of cracks and therefore contributes to a
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extended service life of parts.
According to a specific embodiment of the invention, the studs can have the shape of a dovetail.
The invention will be described in more detail with reference to a preferred embodiment of the latter, with regard to the accompanying drawings.
Other details and characteristic elements of the invention will appear on reading the description which follows.
Brief description of the drawings
Figure 1 schematically shows the arrangement of a grinding roller in a vertical axis mill.
FIG. 2 shows, by way of illustration of a particular form of the invention, a roller segment according to the invention;
Figure 3 is a section AB in the embodiment of Figure 2;
Figures 4 and 5 show details of parts produced according to the invention;
Referring to FIG. 1, the axis of rotation of the vertical axis mill has been indicated by the reference 1. In a manner known per se, a roller 3 is driven by turning on an axis 5 which is slightly inclined (as shown) or horizontal in order to grind the material supplied between the roller and the grinding track 7.
As will be noted, the roller 3 is rounded on its peripheral part and the track has a corresponding shape.
The wear part properly speaking bearing the general reference 11 is formed by a core 13 comprising studs 15 obtained from foundry on which an envelope 17 is cast.
The essential characteristic of the invention is the fact that the core 13 and the studs 15 coming from casting are
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formed of a ductile material, namely of cast iron GS while the casing 17 is produced in nonductive alloys in particular of chromium cast irons of hardness 64 Rc usually used as wearing parts.
It should be noted that the offset of the casing 17 relative to the core 13 can be adapted to the different requirements of the manufacturers in a simple manner, all the more so as the peripheral junction line 21 between the casing 17 and the core 13 is located advantageously in the internal angle of recess, which avoids exposure of this line to the direct action of the material to be ground.
In this way a particularly simple constructive concept is realized.
Almost half the mass of what previously constituted a mono-metallic wear part fixed to a hub, is, according to the invention, constituted by the ductile core, which results in a significant saving in expensive alloying elements.
It should be noted that if there is shown in the drawing an embodiment of the wearing part in the form of a segment, it is also possible to constitute a one-piece hoop according to the inventive concept of the invention.
The method used for producing the wearing part according to the invention consists in first casting the core 13 with the studs 15; after having applied a refractory coating on the core, the part is placed in a second mold and the casing 17 is poured. The assembly is then subjected to a thermal quenching treatment.
In order to illustrate the invention, an example of the execution of a part according to the invention and the results of laboratory tests obtained will be described below.
EXAMPLE 1 Mechanical Bimetal Test
The casting is a bimetallic 230x275x150 block made of GS cast iron and chrome cast iron (see Figures 4 and 5). Figure 4 is a cover according to CD of this part.
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The GS block was made by gluing hollow cores onto a polystyrene block.
After deburring, a refractory coating is applied to the GS block to avoid reflow of the studs.
After placing this block in a second mold, chrome cast iron was poured on it.
The bimetal block was then trimmed and quenched.
Fatigue tests were performed.
The tests are carried out in a SCHENK machine with a maximum capacity of 2500 kN.
The applied signal is sinusoidal.
The assembly underwent an oscillating compression load 100kN-2000kN generating maximum contact pressures 3 times higher than those undergone by a roller in service.
The assembly tested did not undergo any apparent degradation during 465,000 cycles.