LU82749A1 - COMPOSITE COMPACTION CYLINDER - Google Patents
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Abstract
Description
D. 51.262 Λ-1OC 51.262 Λ-1
Demande de brevet du ...4.....septembre 19.8 o Désignation de l'Inventeur (1) Le soussigné Jacques de MUYSER, 35, boulevard Royal............................Patent application dated ... 4 ..... September 19.8 o Designation of the Inventor (1) The undersigned Jacques de MUYSER, 35, boulevard Royal ................ ............
LUXEMBOURGLUXEMBOURG
agissant en qualité de déposant - de mandataire du déposant - pj la société dite : UNION SIDERURGIQUE DU NORD ET DE L’EST DE LA FRANCE, en abréviation " USINOR", 14, rue d’Athènes, 75426 PARIS CEDEX o9 (France ) « .................................................................................................................................................................................................................................................................................acting as depositor - agent of the depositor - pj the company known as: UNION SIDERURGIQUE DU NORD ET L'EST DE FRANCE, in abbreviation "USINOR", 14, rue d'Athènes, 75426 PARIS CEDEX o9 (France) " .................................................. .................................................. .................................................. .................................................. .................................................. .......................
(3) de l’intention concernant: " Cylindre composite de compactage ." désigne comme inventeur(s): 1. Nom et prénoms.......WERQUIN Jean-Claude__________________________________________ ________________________________________________(3) of the intention concerning: "Composite compaction cylinder." designates as inventor (s): 1. Surname and first names ....... WERQUIN Jean-Claude __________________________________________ ________________________________________________
Adresse 342 Avenue Jean-Jaurès , 5979o RONCHAIN (France) 2. Nom et prénoms .......QUICHON Jean ....... ..... ..............................................................Address 342 Avenue Jean-Jaurès, 5979o RONCHAIN (France) 2. Name and first names ....... QUICHON Jean ....... ..... ............ ..................................................
Adresse Rue Jeanne d’Arc, 75ol3 PARIS (France) 3. Nom et prénoms................................................. ................................. ................................................................ . ............Address Rue Jeanne d'Arc, 75ol3 PARIS (France) 3. Name and first names ................................. ................ .................................. .................................................. .............. ............
Adresse ........................................................................................ .........................................................................................................Address ................................................. ....................................... ........... .................................................. ............................................
Il affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l’entière responsabilité.He affirms the sincerity of the aforementioned indications and declares to assume full responsibility for them.
Luxembourg le . 24 septembre 19.80 ..............................................................OJKxxxx.Luxembourg on. September 24, 19.80 ............................................... ............... OJKxxxx.
(signature; D. 51.262(signature; OC 51.262
REVENDICATION DE LA PRIORITECLAIM OF PRIORITY
* ' de la demande de brevet / /* 'of the patent application / /
En FRANCEIn France
I Du 7 SEPTEMBRE 19.79 ï V r- f. \ r··. -, ..I From SEPTEMBER 7, 19.79 ï V r- f. \ r ··. -, ..
\ ;\ -, ' ' ;· \ \ \ Mémoire Descriptif ‘ déposé à l'appui d'une demande de\; \ -, ''; · \ \ \ Brief Description cript filed in support of a request for
BREVET D’INVENTIONPATENT
au »at "
Luxembourg au nom de: UNION SIDERURGIQUE DU NORD ET DE L’EST DE LA FRANCE, par abréviation "USINOR" pour : "Cylindre composite de compactage".Luxembourg on behalf of: UNION SIDERURGIQUE DU NORD ET L'’EST DE FRANCE, by abbreviation "USINOR" for: "Composite compacting cylinder".
'· J*K..'· J * K ..
La présente invention concerne les cylindres utilisés notamment dans des machines à compacter ou applications analogues.The present invention relates to cylinders used in particular in compacting machines or similar applications.
’ On sait que de telles machines utilisent comme outils essentiels deux cylindres situés en vis à vis et dont la table de travail 5 est couverte d’alvéoles dont la forme et la répartition sont déterminées en fonction de la nature du produit à compacter. Dans de telles machines, on part d’un produit brut en poudre ou formé d'un mélange de pou-* dres de granulométrie variable que l'on presse entre les deux cylin dres de façon à obtenir à la sortie une plaque qui se brise facilement 10 en morceaux et que l’on peut granuler. Cette technique s’applique notamment à des engrais, des minerais enrichis, de la poudre de fer préréduite, etc..,’We know that such machines use as essential tools two cylinders facing each other and whose work table 5 is covered with cells, the shape and distribution of which are determined according to the nature of the product to be compacted. In such machines, one starts from a raw product in powder or formed from a mixture of powders of variable particle size which is pressed between the two cylinders so as to obtain at the outlet a plate which breaks. easily 10 into pieces and can be granulated. This technique is applied in particular to fertilizers, enriched ores, pre-reduced iron powder, etc.,
Les alvéoles prévus à la périphérie des cylindres u ont un rôle essentiel dans la qualité et la régularité du compactage.The cells provided at the periphery of the cylinders u have an essential role in the quality and regularity of compaction.
15 Leur usure excessive conduit à une mauvaise répartition des pressions et à des glissements - parasités qui on: pour conséquence des vibrations mécaniques préjudiciables à la benne tenue des paliers.15 Their excessive wear leads to a poor distribution of pressures and to parasitic slippage which results in mechanical vibrations which are detrimental to the bucket holding the bearings.
Il est donc essentiel que ces alvéoles aient uv.e bonne tenue et par conséquent que les tables des cylindres aient elles-mêmes une ex-20 cellente résistance.It is therefore essential that these cells have good uv.e and therefore that the cylinder tables themselves have ex-20 cellente resistance.
Ces conditions de travail sont parfois aggravées par le fait que les produits à compacter sont portés à haute température ce qui provoque des phénomènes de fatigue thermique se traduisant par un réseau de fissuration cctuv^ant toute la surface 25 de travail du cylindre.These working conditions are sometimes aggravated by the fact that the products to be compacted are brought to high temperature, which causes thermal fatigue phenomena resulting in a network of cracking cctuv ^ turing the entire working surface of the cylinder.
. Or,ces cylindres sont réalisés sous forme com posite et constitués d'un arbre et d'un anrteai: îrettés. Une telle conception est économique car elle permet 1« remplacement de la seule partie usée,c’est à dire de la frett£,l'xrbre pouvant par 30 contre être réutilisé indéfiniment. Cependant.le frettage conduit ? f 2 à la mise sous contrainte de traction tangent!elle de l'anneau de , sorte que des entailles peuvent se former à partir des fissures d'origine thermique et aboutir au bris de la frette.. However, these cylinders are produced in composite form and consist of a tree and an anrteai: îrettés. Such a design is economical because it allows 1 "replacement of the only worn part, that is to say of the frett £, the xrbre can on the other hand be reusable indefinitely. However, does hooping lead? f 2 to the tensile stress tangent! it of the ring, so that notches can form from cracks of thermal origin and lead to breakage of the hoop.
Lors de la fabrication de tels cylindres, on doit 5 également tenir compte d'un autre facteur qui est celui de la résistance à l'abrasion et de la résistance aux chocs. Pour résister à l'abrasion, il est souhaitable que la phase carbure soit abondante ce qui va cependant à l'encontre des objectifs recherchés dans le frettage.Another factor to be taken into account in the manufacture of such cylinders is that of abrasion resistance and impact resistance. To resist abrasion, it is desirable for the carbide phase to be abundant, which however goes against the objectives sought in hooping.
10 II y a donc là une difficulté importante et le bùt de cette invention est de réaliser un cylindre pour machine à compacter ou applications analogues qui offre des caractéristiques de tenue et de résistance très sensiblement améliorées par rapport aux cylindres connus, 15 L'invention a donc pour objet un cylindre compo site comprenant un arbre et une enveloppe frettée sur cet arbre, caractérisé en ce que ladite enveloppe est elle-même composite et comprend une première couche externe d'un premier matériau A, une deuxième couche interne d'un second matériau B possédant un 20 coefficient de dilatation linéaire supérieur à celui du matériau A, les matériaux de ces deux couches étant liés métallurgiquement entre eux, préalablement au frettage, de façon à placer le matériau A en précontrainte de compression, la valeur de cette précontrainte de compresseion étant au moins égale à la contrainte de traction engen-25 drée lors du frettage de l'enveloppe composite sur l'arbre.10 There is therefore an important difficulty here and the purpose of this invention is to produce a cylinder for a compacting machine or similar applications which offers very significantly improved strength and resistance characteristics compared with known cylinders. therefore for object a composite site cylinder comprising a shaft and a shell shrouded on this shaft, characterized in that said shell is itself composite and comprises a first external layer of a first material A, a second internal layer of a second material B having a coefficient of linear expansion greater than that of material A, the materials of these two layers being metallurgically bonded together, before shrinking, so as to place material A in compression preload, the value of this preload of compresseion being at least equal to the tensile stress engen-25 drée during hooping of the composite envelope on the shaft.
La réalisation de l'enveloppe sous forme composite permet de choisir pour le matériau de la table ou couche externe du cylindre des compositions de fonte ou d'acier dont les caractéristiques sont optimales dans l'application considérée.The production of the envelope in composite form makes it possible to choose, for the material of the table or outer layer of the cylinder, compositions of cast iron or steel whose characteristics are optimal in the application considered.
3 C'est ainsi que pour ce matériau A on utilisera : , a - des fontes à haute/ teneur en chrome et en car bone comportant par exemple de 2 à 3, 5% de carbone et de 12 à 25% de chrome, ou bien ; 5 b - des aciers à haute teneur en chrome comprenant par exemple de 0,2 à 1,5% de carbone et de 3 à 14% de chrome.3 This is how for this material A we will use:, a - cast iron with a high / chromium and carbon content containing for example 2 to 3, 5% of carbon and 12 to 25% of chromium, or good ; 5 b - steels with a high chromium content comprising, for example, from 0.2 to 1.5% of carbon and from 3 to 14% of chromium.
» Par contre, on pourra utiliser pour le matériau B"By cons, we can use for material B
une fonte nodulaire comprenant de 3 à 3,4% de carbone ou de l'acier de type XC 40 à XC 70 normalisé revenu.a nodular cast iron comprising from 3 to 3.4% of carbon or steel of type XC 40 to XC 70 normalized tempered.
10 L'invention va être décrite plus ën détail ci-dessous en se référant au dessin annexé donné à titre d'exemple et dont la Fig. unique représente de façon schématique un cylindre suivant l'invention.The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawing given by way of example and of which FIG. single diagrammatically represents a cylinder according to the invention.
On voit sur cette Fig. un cylindre composite com-15 prenant un arbre central 1 sur lequel est frettée une enveloppe 2 elle-même constituée par deux couches 3,4 de matériaux A et B.We see in this Fig. a composite cylinder com-15 taking a central shaft 1 on which is wrapped an envelope 2 itself constituted by two layers 3,4 of materials A and B.
La couche 3 peut avoir une épaisseur supérieure à 25mm,la couche 4 une épaisseur supérieure à 35mm, l'épaisseur de l'ensemble de l'enveloppe étant de préférence comprise entre 60 et 150 mm.Layer 3 can have a thickness greater than 25mm, layer 4 a thickness greater than 35mm, the thickness of the entire envelope is preferably between 60 and 150 mm.
20 Cette enveloppe est de préférence réalisée par cen trifugation. La couche externe du matériau A,qui assure les fonctions de résistance à l'usure et de résistance à la fatigue thermique et comporte des alvéoles 5, est choisie de façon à répondre au mieux à cette fonction. C'est ainsi que l'on utilise de préférence pour le ma-25 tériau A : a - une fonte à haute teneur en chrome et en carbone ayant la composition suivante : C. Si. Mn, Cr. Ni. Mo.This envelope is preferably made by cen trifugation. The outer layer of material A, which performs the functions of wear resistance and resistance to thermal fatigue and comprises cells 5, is chosen so as to best respond to this function. Thus it is preferably used for the material A-25: a - a cast iron with high chromium and carbon content having the following composition: C. Si. Mn, Cr. Or. Mo.
2. 0 0.40 0.40 12 0.50 0,5 30 3,5 1.00 2. 00 25 1.50 3,5 I; » 1 4 « r * I b - un acier à haute teneur en chrome ayant ! la composition suivante : C._ Si. Mn. Cr. Ni. Mo. Va.2. 0 0.40 0.40 12 0.50 0.5 30 3.5 1.00 2. 00 25 1.50 3.5 I; »1 4« r * I b - a steel with high chromium content! the following composition: C._ Si. Mn. Cr. Or. Mo. Go.
0.20 0.40 0.40 3 0. 50 0. 50 0. 10 5 1. 50 1. 50 2. 00 14 2. 00 1. 50 0. 500.20 0.40 0.40 3 0. 50 0. 50 0. 10 5 1. 50 1. 50 2. 00 14 2. 00 1. 50 0. 50
i Les coefficients de dilatation des matériaux Ai The expansion coefficients of materials A
i -6 ! sont compris entre 11,7 et 12,7 10 mm/min°C, i ^ I Le choix de la teneur en carbone détermine la ! quantité de carbure présente dans la structure du matériau A et J 10 est donc conditionné par l’intensité'des mécanismes d'abrasion | mis en jeu lors de l'utilisation du cylindre. Par ailleurs,le choix | de la teneur en chrome est conditionné par l'intensité des : méca- | nismes de corrosion et par l'adaptation des coefficients de dilata- ! tion des deux métaux. D'une façon générale le coefficient de dila- 15 tation diminue quand la teneur en chrome augmente. La teneur ma- ! ' _ | . ximale en chrome est donc limitée par l'apparition de l'austénit~ : résiduelle qui présente le double inconvénient de diminuer la ré- ‘ sistance à l'usure et d'augmenter le coefficient de dilatation.i -6! are between 11.7 and 12.7 10 mm / min ° C, i ^ I The choice of carbon content determines the! quantity of carbide present in the structure of material A and J 10 is therefore conditioned by the intensity of the abrasion mechanisms | involved when using the cylinder. In addition, the choice | of the chromium content is conditioned by the intensity of: meca- | corrosion and by adapting the expansion coefficients! tion of the two metals. Generally the coefficient of expansion decreases as the chromium content increases. The ma-! '_ | . ximal chromium is therefore limited by the appearance of austenit ~: residual which has the double drawback of reducing the resistance to wear and increasing the coefficient of expansion.
I La valeur maximale de la teneur en chrome dépend également de * 20 la teneur en carbone. Cette dernière est limitée à 3, 5 de façon i.The maximum value of the chromium content also depends on the carbon content. The latter is limited to 3, 5 i.
à éviter les structures hypereutectiques qui présentent une plus grande fragilité.avoid hypereutectic structures which are more fragile.
Le matériau B de la couche interne est lié métallurgiquement au matériau A et présente un coefficient de dila-25 tation linéaire supérieur à celui du matériau A. Ce matériau possède essentiellement des propriétés d'élasticité et de résilience et peut être constitué de préférence par : a - de la fonte nodulaire type GS. 70. 2 ayant la composition suivante : 30 C_ Si. Mn. Ni.The material B of the internal layer is metallurgically linked to the material A and has a coefficient of linear expansion greater than that of the material A. This material essentially has elasticity and resilience properties and can preferably be made up of: a - nodular cast iron type GS. 70. 2 having the following composition: 30 C_ Si. Mn. Or.
3» 00 1 j 50 0,40 0. 50 3,40 2,50 0,80 2,00 5 b - un acier de type XC 40 à XC 70 normalisé revenu.3 »00 1 j 50 0.40 0. 50 3.40 2.50 0.80 2.00 5 b - a steel of type XC 40 to XC 70 normalized tempered.
Les coefficients de dilatation des matériaux BThe expansion coefficients of materials B
-6 sont alors compris entre 13,5 et 14,2 10~ mm.'/mm'C , soit sen-5 siblement supérieurs à ceux des matériaux A.-6 are then between 13.5 and 14.2 10 ~ mm. '/ Mm'C, that is to say appreciably higher than those of materials A.
Lors de la fabrication de cette enveloppe bimé-tallique,la couche externe est mise en précontrainte de compression et les couples de matériaux A et B sont choisis de façon que la valeur de cette précontrainte de compression soit au moins 10 égale à la contrainte de traction engendrée dans l'enveloppe-lors du frettage sur l’arbre 1. Cette contrainte de traction se trouve ainsi annulée de sorte que la tenue du matériau constituant la couche externe est sensiblement améliorée. On peut ainsi choisir pour ce matériau une composition de métal relativement riche en carbure 15 qui procure une résistance particulièrement élevée à l'abrasion,la teneur en chrome étant par ailleurs suffisante pour garantir une excellente tenue vis à vis des contraintes d'origine thermique.During the manufacture of this bimetallic shell, the outer layer is put in compression preload and the pairs of materials A and B are chosen so that the value of this compression preload is at least 10 equal to the tensile stress generated in the envelope during hooping on the shaft 1. This tensile stress is thus canceled so that the behavior of the material constituting the outer layer is significantly improved. One can thus choose for this material a metal composition relatively rich in carbide 15 which provides a particularly high resistance to abrasion, the chromium content being moreover sufficient to guarantee an excellent resistance with respect to the constraints of thermal origin.
On voit donc que la structure du cylindre selon , l’invention et son procédé de fabrication, alliant la coulée par cen- 20 trifugation et le frettage, permettent de façon surprenante de concilier des impératifs à priori opposés ou supposés tels dans la technique antérieure.It can therefore be seen that the structure of the cylinder according to the invention and its manufacturing process, combining centrifugal casting and shrinking, surprisingly make it possible to reconcile imperatives which are a priori opposed or supposed to be such in the prior art.
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