EP1305116B1 - Impacteur destine a des concasseurs centrifuges a axe vertical et procede de production - Google Patents

Impacteur destine a des concasseurs centrifuges a axe vertical et procede de production Download PDF

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EP1305116B1
EP1305116B1 EP00951123A EP00951123A EP1305116B1 EP 1305116 B1 EP1305116 B1 EP 1305116B1 EP 00951123 A EP00951123 A EP 00951123A EP 00951123 A EP00951123 A EP 00951123A EP 1305116 B1 EP1305116 B1 EP 1305116B1
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EP
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pockets
wear
ceramic
throw
throw shoe
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Magotteaux International SA
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    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
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    • B02C13/14—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with vertical rotor shaft, e.g. combined with sifting devices
    • B02C13/18—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with vertical rotor shaft, e.g. combined with sifting devices with beaters rigidly connected to the rotor
    • B02C13/1807—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with vertical rotor shaft, e.g. combined with sifting devices with beaters rigidly connected to the rotor the material to be crushed being thrown against an anvil or impact plate
    • B02C13/1814—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with vertical rotor shaft, e.g. combined with sifting devices with beaters rigidly connected to the rotor the material to be crushed being thrown against an anvil or impact plate by means of beater or impeller elements fixed on top of a disc type rotor
    • B02C13/1828—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with vertical rotor shaft, e.g. combined with sifting devices with beaters rigidly connected to the rotor the material to be crushed being thrown against an anvil or impact plate by means of beater or impeller elements fixed on top of a disc type rotor with dead bed protected beater or impeller elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C13/1835—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with vertical rotor shaft, e.g. combined with sifting devices with beaters rigidly connected to the rotor the material to be crushed being thrown against an anvil or impact plate by means of beater or impeller elements fixed in between an upper and lower rotor disc
    • B02C13/1842—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with vertical rotor shaft, e.g. combined with sifting devices with beaters rigidly connected to the rotor the material to be crushed being thrown against an anvil or impact plate by means of beater or impeller elements fixed in between an upper and lower rotor disc with dead bed protected beater or impeller elements
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    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/02—Crushing or disintegrating by roller mills with two or more rollers
    • B02C4/08—Crushing or disintegrating by roller mills with two or more rollers with co-operating corrugated or toothed crushing-rollers

Definitions

  • the present invention relates to an impactor (also called ejector or “impeller”), intended for so-called vertical shaft impact crushers (VSI), that is to say centrifugal crushers with vertical axis and having a reinforcing structure.
  • VSI vertical shaft impact crushers
  • the crushers of the aforementioned type are well known and widely used to crush aggregates of rocks, among others in quarries and cement plants.
  • Centrifugal crushers include a cylindrical vessel in which is arranged a rotary table which is supported by a vertical bearing and which includes means to turn the table around the central axis of the crusher.
  • the crusher has a series of impactors or ejectors attached to the rotary table, as well as a series of anvils arranged on the inner vertical wall of the cylindrical tank around the rotary table.
  • the impactor is most often the shape of a parallelepiped generally made of cast iron which is fixed on the rotary table of the crusher.
  • the face of the impactor which is directed towards the axis of rotation of the table is called the nose of the impactor, while the face opposite the anvils fixed on the cylindrical tank form the exit face of the impactor.
  • the front face of the impactor called the face of work is the one that meets the material to be crushed and which in the direction of rotation of the impactor precedes the back side.
  • This front working face of the impactor may be provided with one or more cavities which do not go through the whole structure of the impactor and that form pockets that fill with material during the rotation of the crusher and thus protect the impactor of shocks and wear, under the effect of the matter accumulated in the pockets.
  • the material to crush is poured into the center of the rotary table by known means. Under the effect of centrifugal force and under the impact with said working face, the material is projected towards the anvils on which it crushes to fall, in crushed form, at the bottom of crusher from where it is evacuated.
  • the impactors are subjected to solicitations very important and are therefore subject to wear fast.
  • the pocket impactors used allow in some applications, by accumulating matter in the pockets, to significantly increase the lifespan of the impactors.
  • the support consisting of grains ceramics and binder must be thoroughly infiltrated by the metal.
  • the thin walls are particularly exposed to the most or foreign bodies (pieces of steel, teeth of shovels, etc.).
  • the invention aims to solve the problems mentioned above and, in particular, to further improve the performance of impactors taking advantage of the benefits intrinsic aspects of the manufacturing technology of impactors described in WO99 / 47264.
  • the invention proposes an impactor intended for centrifugal crushers with a vertical axis which, at the different from those of the state of the art mentioned above, deliberately involves initially, that is to say during the first commissioning, no cavities or pockets but which is provided on its working side with a reinforcing structure made of a composite material obtained from an iron-based alloy and grains of very wear-resistant ceramic and formed in situ at the casting of the impactor by infiltration of the liquid metal used to form the body of the piece in a mass of ceramic grains and binder.
  • Said reinforcement structure is provided on the working face according to an adequate geometric arrangement in order to let the metal out flush locally (ie in areas without reinforcement structure) until the surface of the work, so that the wear in service automatically causes the formation of pockets or cavities which, when filling with crushed material, exert a shock protection function, while maintaining the reinforcing structure at the upper periphery of the pockets which are thus formed, that is to say on the surface of job.
  • the amount of metal available for to infiltrate the support is, in the case of the invention, the all the metal constituting the piece instead of being only the metal constituting a simple wall. Moreover, we can introduce a thicker reinforcement where it is judged necessary because we are in better conditions infiltration because we have more mass significant amount of liquid metal.
  • the technique of the invention significantly improves the service life as soon as the formation of the pockets is initiated, we already benefit from self-protection due to the material retained in these pockets Training.
  • the progression of the formation of the pockets is slowed down and when we get to the training complete of these, we have gained in life the entire time required for this training.
  • the invention incorporates the specific advantages described in the document WO99 / 47264 of a reinforcing structure, consisting of a composite material, obtained in situ by the infiltration of a liquid metal in a ceramic mass with the facilities and advantages of producing a piece without the obligation to provide one or more pockets.
  • the process used is particularly simple to implement since it is sufficient to fix in the bottom of a mold, by conventional means such as gluing, mechanical fastening, nails, screws, anchor rods or others according to the geometrical arrangement allow later formation of one or more wear pockets, a ceramic material lining wear-resistant technique, preferably in the form of of a mass of ceramic grains based on alumina and zirconia and a binder, and then sink the mass metal used to form the body of the impactor. This metal by infiltrating the ceramic mass ensures its perfect bonding with the casting during cooling of the room. Then just unmold the piece and, after any finishing (deburring etc.), the impactor can be directly put into service.
  • a classic pocket impactor 1 according to the FIG. 1 comprises one or more pockets, in this case the two pockets 2 and 2 'made of foundry, before setting in use of the impactor 1.
  • This impactor comprises advantageously reinforcements 4 infiltrated ceramic.
  • the impactor 1 is designed before the commissioning as a solid piece, without pockets on his working face 5, but provided with reinforcements 4 made of foundry. These reinforcements can be arranged, as represented in the view of FIG. 2, according to a shape and a provision similar to those provided in the figure 1, if one wishes to form in service two pockets. Good heard, depending on the aims pursued, other forms and arrangements are possible.
  • Figure 3 illustrates the evolution in service (progression I, II and III) of the pocket profile training, resulting from the presence of reinforcements 4 before the commissioning of the room.
  • the intermediate reinforcement is shown separating in FIG. 1, the pockets 2 and 2 'and common to these, and the corresponding intermediate reinforcement in Figure 2 (and in Figure 3) as having the same thickness.
  • the intermediate reinforcement is limited in thickness because it is, in this case, particularly difficult to infiltrate the ceramic material totally in its mass by the metal, whereas this difficulty does not appear, in the case of Figure 2, because of the "full" character of the room formed by casting.
  • the invention therefore provides a simple solution to different technical problems of realization impactors, in particular greater freedom of design of these.
  • the execution of the technique recommended is more inexpensive.
  • the cost of melting additional use is largely offset by increased operating time, ease of operation and the absence of any need for specific means to create the pockets during the casting of the piece.
  • Extra reinforcements for the nose and the exit face of the impactor, as shown 8 in figure 1, may also be provided in the embodiment of the invention, in particular of Figure 2 and 3. They are not represented, only for the sake of clarity of the drawing.

Description

Objet de l'invention
La présente invention concerne un impacteur (également appelé éjecteur ou « impeller » ), destiné à des concasseurs dits VSI (Vertical Shaft Impacter), c'est-à-dire des concasseurs centrifuge à axe vertical et comportant une structure de renfort.
Arrière-plan technologique à la base de l'invention
Les concasseurs du type précité sont bien connus et largement utilisés pour concasser des agrégats de roches, entre autres dans les carrières et les cimenteries.
Il y est fait référence dans le document WO 99/47264 et dans d'autres documents cités dans cette publication.
Dans ces documents, il est indiqué que les concasseurs centrifuge comprennent une cuve cylindrique dans laquelle est disposée une table rotative qui est supportée par un palier vertical et qui comprend des moyens pour faire tourner la table autour de l'axe central du concasseur. Le concasseur comporte une série d'impacteurs ou éjecteurs fixés sur la table rotative, ainsi qu'une série d'enclumes disposées sur la paroi verticale interne de la cuve cylindrique autour de la table rotative.
L'impacteur se présente le plus souvent sous la forme d'un parallélépipède réalisé généralement en fonte qui est fixé sur la table rotative du concasseur. La face de l'impacteur qui est dirigée vers l'axe de rotation de la table est appelée le nez de l'impacteur, tandis que la face en regard des enclumes fixées sur la cuve cylindrique forme la face de sortie de l'impacteur.
La face avant de l'impacteur appelée face de travail est celle qui rencontre la matière à concasser et qui dans le sens de la rotation de l'impacteur précède la face arrière.
Cette face de travail avant de l'impacteur peut être pourvue d'une ou de plusieurs cavités qui ne traversent pas la totalité de la structure de l'impacteur et qui forment des poches qui se remplissent de matière lors de la rotation du concasseur et protègent ainsi l'impacteur des chocs et de l'usure, sous l'effet de la matière accumulée dans les poches.
Lors de l'opération de concassage, la matière à concasser est versée au centre de la table rotative par des moyens connus. Sous l'effet de la force centrifuge et sous l'impact avec ladite face de travail, la matière est projetée en direction des enclumes sur lesquelles elle s'écrase pour tomber, sous forme concassée, au fond du concasseur d'où elle est évacuée. Lors de la projection de la matière, les impacteurs subissent des sollicitations très importantes et sont dès lors sujets à une usure rapide.
Les impacteurs à poches utilisés permettent dans certaines applications, par le fait d'accumuler de la matière dans les poches, d'augmenter considérablement la durée de vie des impacteurs.
Du fait que dans ce type d'impacteur, on observe que l'usure se fait préférentiellement au niveau du bord de sortie des poches, c'est-à-dire là où l'abrasion due aux particules projetées par la force centrifuge est la plus élevée.
Le document WO99/47264 déjà mentionné, ainsi que divers documents qui y sont cités, proposent des protections ou renforts pour éviter ou réduire ces effets d'usure.
La solution spécifique proposée dans WO99/47264, à savoir la fabrication d'un impacteur à une ou plusieurs poches ayant une forme essentiellement parallélépipédique consiste à créer sur toute la périphérie de la ou des poches ou sur une partie de celle-ci, une structure de renfort d'un matériau composite lui même obtenu à partir d'un alliage à base fer et de grains de céramique très résistants à l'usure. Cette structure qui est formée in situ à la coulée de l'impacteur par l'infiltration du métal liquide servant à former le corps de la pièce dans une masse de grains céramiques et de liant, s'est révélée particulièrement efficace pour assurer une durée de fonctionnement accrue de l'impacteur.
Malgré le progrès technique considérable et les avantages technologiques importants que présente ce type de fabrication, certaines limitations ou difficultés sont apparues.
On notera tout d'abord que pour obtenir un renforcement efficace, le support constitué de grains céramiques et de liant doivent être parfaitement infiltré par le métal.
Il faut donc prévoir une épaisseur de métal suffisante de part et d'autre du support pour avoir une bonne infiltration du constituant céramique de la structure de renfort. Ceci nécessite de conserver une bonne épaisseur des parois de la pièce en matière composite et, par voie de conséquence, limite la dimension des poches. Ceci amène aussi à devoir limiter l'épaisseur du renfort céramique pour améliorer l'infiltration ; cette limitation d'épaisseur du renfort rend celui-ci moins efficace et plus fragile.
De plus, aussi bien dans le cas d'impacteurs à une poche que dans le cas d'impacteurs à plusieurs poches, lors du premier démarrage, les poches sont vides et non protégées par de la matière à broyer.
A ce moment, les parois fines sont particulièrement exposées aux impacts d'agrégats les plus gros ou de corps étrangers (morceaux d'acier, dents de pelles, etc).
Ceci peut conduire à la rupture des parois renforcées les plus fragiles, ce qui endommage gravement la pièce et nécessite souvent de devoir la remplacer très rapidement après la première mise en service.
Dans les concasseurs à axe vertical, on observe également que le profil d'usure est généralement peu contrôlable, car les conditions de fonctionnement dépendent de divers paramètres qui eux-mêmes changent au cours du temps, tels que : granulométrie à l'alimentation, abrasivité des agrégats, etc.
Avec la solution proposée dans le document WO99/47264, une modification de la forme des poches demande une modification complète des modèles de fonderie et des boítes à noyaux, sans possibilité de prédiction du résultat que l'on va obtenir.
Ces opérations sont de plus très coûteuses et entraínent de grandes pertes de temps.
Par ailleurs, si on souhaite modifier le profil des poches, on est aussi limité dans la forme choisie liée à la difficulté d'infiltration pré-mentionnée.
Finalement, l'usure des impacteurs dans les concasseurs VSI reste malgré tout un problème majeur car les sollicitations d'abrasion et de chocs sont excessivement sévères. Augmenter la durée de vie des impacteurs constitue un souci constant.
Buts visés par l'invention
L'invention vise à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus et, en particulier, d'encore améliorer les performances des impacteurs en profitant des avantages intrinsèques de la technologie de fabrication des impacteurs décrits dans le document WO99/47264.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention
L'invention propose un impacteur destiné à des concasseurs centrifuges à axe vertical qui, à la différence de ceux de l'état de la technique précité, ne comporte de manière délibérée initialement, c'est-à-dire lors de la première mise en service, pas de cavités ou poches, mais qui est pourvu sur sa face de travail d'une structure de renfort constituée d'un matériau composite obtenu à partir d'un alliage à base de fer et de grains de céramique très résistants à l'usure et formée in situ à la coulée de l'impacteur par infiltration du métal liquide servant à former le corps de la pièce dans une masse de grains céramiques et de liant.
Ladite structure de renfort est prévue sur la face de travail selon une disposition géométrique adéquate afin de laisser le métal affleurer localement (c'est-à-dire dans les zones sans structure de renfort) jusqu'à la surface du travail, de manière que l'usure en service provoque automatiquement la formation de poches ou cavités qui, en se remplissant de matière broyée, exercent une fonction de protection aux chocs, tout en maintenant la structure de renfort à la périphérie supérieure des poches qui se forment ainsi, c'est-à-dire sur la surface de travail.
L'impacteur obtenu permet de résoudre entièrement les problèmes précités.
Pour ce qui concerne les difficultés d'infiltration, la quantité de métal disponible pour infiltrer le support est, dans le cas de l'invention, la totalité du métal constituant la pièce au lieu d'être seulement le métal constituant une simple paroi. De plus, on peut introduire un renfort plus épais là où on le juge nécessaire car on se trouve dans de meilleures conditions d'infiltration du fait que l'on dispose d'une masse plus importante de métal liquide.
Le fait que les poches ne soient pas formées dès le départ élimine complètement le risque résultant de l'existence de parois minces lors de la première mise en service, du fait que des parois suffisamment épaisses peuvent être réalisées.
Dans la version proposée par l'invention, seul le profil du renfort doit être modifié si l'on souhaite changer la forme des poches, ce qui diminue fortement les coûts et offre par ailleurs de meilleures possibilités de forme et de conception. De plus, il est possible de couler la pièce sans recours à un ou des noyaux de sable destinés à former la ou les poches, ce qui:réduit considérablement les frais de production.
Finalement, la technique de l'invention permet d'améliorer sensiblement la durée de vie car dès que la formation des poches est amorcée, on bénéficie déjà de l'autoprotection due à la matière retenue dans ces poches en formation. La progression de la formation des poches s'en trouve ralentie et lorsqu'on arrive à la formation complète de celles-ci, on a gagné en durée de vie tout le temps nécessaire à cette formation.
En résumé, on peut donc dire que l'invention intègre les avantages spécifiques décrits dans le document WO99/47264 d'une structure de renfort, constituée d'un matériau composite, obtenue in situ par l'infiltration d'un métal liquide dans une masse céramique avec les facilités et avantages de la production d'une pièce, sans l'obligation de prévoir une ou des poches.
Le procédé utilisé est particulièrement simple à mettre en oeuvre puisqu'il suffit de fixer dans le fond d'un moule, par des moyens conventionnels tels que collage, fixation mécanique, clous, vis, tiges d'ancrage ou autres selon la disposition géométrique voulue pour permettre ultérieurement la formation d'une ou plusieurs poches par usure , une garniture de matière céramique technique résistante à l'usure, de préférence sous forme d'une masse de grains céramiques à base d'alumine et de zircone et d'un liant, et de couler ensuite la masse métallique servant à constituer le corps de l'impacteur. Ce métal en infiltrant la masse céramique assure sa parfaite solidarisation avec la pièce coulée lors du refroidissement de la pièce. Il suffit ensuite de démouler la pièce et, après une éventuelle finition (ébarbage etc.), l'impacteur peut être directement mis en service.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés.
Brève description des dessins
Dans les différents dessins annexés, on a représenté :
  • Figure 1 : une vue en perspective d'un impacteur à poches selon l'état de la technique, avec renfort en céramique infiltrée par du métal ;
  • Figure 2 : une vue en perspective d'un impacteur avec le même type de renfort et sans poches, suivant la présente invention ;
  • Figure 3 : une vue en coupe longitudinale d'un impacteur suivant la figure 2 avec le tracé évolutif du profil des poches lors de leur formation.
Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention
Des repères de référence identiques sont utilisés dans les différentes figures pour des éléments constitutifs identiques ou similaires.
Un impacteur à poches classique 1 selon la figure 1 comporte une ou plusieurs poches, en l'occurrence les deux poches 2 et 2' réalisées de fonderie, avant mise en service de l'impacteur 1. Cet impacteur comporte avantageusement des renforts 4 en céramique infiltrée. Le nez 6 de l'impacteur et la face de sortie 7 de l'impacteur, qui sont en principe également fortement sollicités, peuvent comporter des renforts supplémentaires, tel que le renfort 8 représenté à la figure 1.
Dans le cas de la forme d' exécution représentée à la figure 2, l'impacteur 1 est conçu avant la mise en service comme une pièce pleine, sans poches sur sa face de travail 5, mais pourvue de renforts 4 réalisés de fonderie. Ces renforts peuvent être disposés, comme représenté dans la vue de la figure 2, selon une forme et une disposition similaires à celles prévues dans la figure 1, si l'on souhaite former en service deux poches. Bien entendu, en fonction des buts poursuivis, d'autres formes et dispositions sont possibles.
La figure 3 illustre l'évolution en service (progression I, II et III) du profil de la poche en formation, résultant de la présence des renforts 4 avant la mise en service de la pièce.
On a représenté le renfort intermédiaire séparant dans la figure 1, les poches 2 et 2' et commun à celles-ci, et le renfort intermédiaire correspondant dans la figure 2 (et dans la figure 3) comme ayant la même épaisseur. Dans le cas de la forme d'exécution de la figure 1, on est cependant limité en épaisseur car il est, dans ce cas, particulièrement difficile d'infiltrer la matière céramique totalement dans sa masse par le métal, alors que cette difficulté n'apparaít pas, dans le cas de la figure 2, à cause du caractère « plein » de la pièce formée par coulée.
L'invention apporte donc une solution simple à différents problèmes techniques de réalisation d'impacteurs, en particulier une plus grande liberté de conception de ceux-ci. L'exécution de la technique préconisée est de plus peu onéreuse. Le coût de la fonte supplémentaire à utiliser est largement compensé par la durée accrue de fonctionnement, la facilité d'exécution et l'absence de nécessité de prévoir des moyens spécifiques pour créer les poches lors de la coulée de la pièce.
Des renforts supplémentaires pour le nez et la face de sortie de l'impacteur, tel que celui représenté par le repère 8 dans la figure 1, peuvent être également prévus dans la forme d'exécution de l'invention, notamment de la figure 2 et 3. Il n'y sont pas représentés, uniquement pour des raisons de clarté du dessin.

Claims (7)

  1. Impacteur destiné à des concasseurs centrifuges à axe vertical, pourvu sur sa face de travail (5) d'une structure de renfort (4) constituée d'un matériau composite obtenu à partir d'un alliage à base de fer et de grains de céramique très résistants à l'usure et formée in situ à la coulée de l'impacteur par infiltration du métal liquide servant à former le corps de la pièce dans une masse de grains céramiques et de liant, caractérisé en ce qu'il ne comporte initialement, c'est-à-dire lors de la première mise en service, pas de cavités ou poches.
  2. Impacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure de renfort (4) est prévue sur la face de travail (5) selon une disposition géométrique adéquate afin de laisser le métal affleurer localement jusqu'à la surface de travail (5), de manière que l'usure en service provoque automatiquement la formation de poches ou cavités qui, en se remplissant de matière broyée, exercent une fonction de protection aux chocs tout en maintenant la structure de renfort céramique à la périphérie supérieure des poches qui se forment ainsi, à la surface de travail.
  3. Impacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une structure de renfort (4) dont la forme et la disposition sont telles qu'elle entraíne , lors de l'usure en service, la formation d'au moins une poche.
  4. Impacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une structure de renfort (4) dont la forme et la disposition sont telles qu'elle entraíne, lors de l'usure en service, la formation d'au moins deux poches.
  5. Impacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les grains de céramique sont des grains à base d'alumine et de zircone.
  6. Procédé de production d'un impacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on fixe dans le fond d'un moule, selon la disposition géométrique voulue pour permettre ultérieurement la formation d'une ou plusieurs poches par usure, une garniture de matière céramique résistante à l'usure, infiltrable par un métal fondu et qu'on coule ensuite la masse métallique servant à constituer le corps de l'impacteur de manière qu'elle affleure jusqu'à la surface de travail dans les zones non garnies de matière céramique et, qu'après solidarisation de la garniture de matière céramique infiltrée avec la masse métallique par refroidissement, on procède au démoulage de la pièce formant l'impacteur.
  7. Utilisation des impacteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ou obtenus par le procédé de la revendication 6, dans des concasseurs centrifuges à axe vertical en formant progressivement des poches par usure en service de sa matière constitutive non protégée par la structure de renfort sur la face de travail.
EP00951123A 2000-08-02 2000-08-02 Impacteur destine a des concasseurs centrifuges a axe vertical et procede de production Expired - Lifetime EP1305116B1 (fr)

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