WO1996012581A1 - Procede de fabrication d'un galet de broyage bimetallique et galet de broyage obtenu par la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede de fabrication d'un galet de broyage bimetallique et galet de broyage obtenu par la mise en oeuvre de ce procede Download PDF

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Norbert Guerard
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    • B22D19/08—Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
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    • B02C15/005—Rollers or balls of composite construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/04—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of shallow solid or hollow bodies, e.g. wheels or rings, in moulds rotating around their axis of symmetry
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    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/06—Casting in, on, or around objects which form part of the product for manufacturing or repairing tools

Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing a bimetallic grinding roller of generally frustoconical or cylindrical shape, comprising a support cast in ductile cast iron machinable in the external surface of which are embedded, longitudinally, in the direction of the generator , wear inserts made of a material with high wear resistance, said inserts being retained in the support by a mechanical connection.
  • the invention also relates to a grinding roller obtained by the implementation of this process. Grinding rollers are known which consist of an outer wear layer which is supported by a more ductile core. These rollers are produced by successive pouring of the wear layer and of the support core to form a metallurgical bond between the two materials.
  • the document EP 0 476 496 A1 recommends the technique of inserts for the manufacture of grinding rollers by the implementation of a process as described in the preamble.
  • the inserts are poured separately in first molds and then placed in a sand mold in which the support core is poured to form a mechanical connection between the two materials.
  • the mechanical bond does not imply constraints from the point of view of the choice of materials, so that it is possible to choose harder alloys for the inserts, for example highly alloyed chrome cast iron or all other highly wear-resistant material and more suitable alloys for the core, such as spheroidal graphite cast iron.
  • This technique also allows a doubling of the casting capacity, since the inserts are cast separately and can be stored for the second casting.
  • the object of the present invention is to provide a new method for manufacturing bimetallic grinding rollers which makes it possible to eliminate or at least reduce the drawbacks associated with the known method, while safeguarding their advantages.
  • the invention provides a process of the kind described in the preamble which is characterized in that a mold is used which consists of a transportable shell made of metal or any other material resistant to a temperature of at least minus 400 ° C, in that the inserts are erected on the periphery of the shell, in that the shell and the inserts are preheated in an oven, in that the shell is quickly unheated with the inserts to place it on a centrifugal casting machine which is rotated, in that the ductile iron is poured and in that it is removed from the mold after cooling.
  • Ductile iron is preferably gray lamellar or nodular iron, while the inserts are preferably chrome iron or a material that is very resistant to wear.
  • the inserts into the shell Before inserting the inserts into the shell, the latter is provided with a thin refractory coating.
  • the oven can be preheated to a temperature of the order of 100 to 500 ⁇ C.
  • the centrifugal casting machine is rotated at a speed of the order of 100 to 600 revolutions per minute.
  • the release of the roller can be carried out when the temperature has dropped to a value of the order of 500 ⁇ C.
  • centrifugal casting brings a natural complementarity effect which is beneficial to the technology of the inserts.
  • the centrifugal force generated by the rotation of the shell ensures self-locking of the inserts against the wall of the shell and thus contributes to a better fixing of the inserts and to a reduction in the risks of displacement during casting.
  • the cast iron completely fills the spaces between the inserts to ensure a perfect crimping thereof, without the risk of alveoli formation due to the solidification of the cast iron before filling. of all the interstices.
  • the mold shown in the figure is in the form of a transportable shell 10 whose volume corresponds to a grinding roller, in this case a truncated cone of revolution.
  • the shell 10 has a closure cover 12 with a central tap hole 14.
  • the first step consists in coating the interior of the shell with a thin refractory layer to protect the shell and facilitate demolding.
  • inserts 16, previously cast in another mold, not shown, are arranged in the shell.
  • These inserts 16 can be made of any wear-resistant material (eg carbides, ceramics, etc.) or of cast iron chrome, of the kind described in document EP 0 476 496 in which case they can be wedged against each other and wedged by arching effect.
  • the shell 10 with the inserts 16 is then placed in an oven preheated to a temperature of 100 to 500 ° C. depending on the nature of the materials used in order to heat the inserts to a temperature sufficient to avoid thermal shocks.
  • the shell 10 When the inserts are at the desired temperature, the shell 10 is rapidly unloaded and placed on the rotary plate of a centrifugal casting machine known per se. This machine is driven at a speed which can vary between 100 and 600 revolutions per minute to rotate the shell with the inserts around its vertical axis (arrow A).
  • the carrier material of the roller is poured through the tap hole 14, for example gray lamellar or nodular cast iron. Under the effect of centrifugal force, the cast iron spreads out in the form of a frustoconical sheet on the inserts 16 and fills all the interstices between them.
  • the mold After this casting, it is allowed to cool and the mold is removed from the mold at a temperature of the order of 500 ⁇ C.
  • the roller thus produced has an axial frustoconical bore allowing it to be fixed by shrinking onto a support hub after machining finishing.

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Abstract

Le procédé consiste à dresser à la périphérie d'une coquille (10) transportable en un matériau résistant à une température d'au moins 400 DEG C, des inserts (16) d'usure en un matériau à haute résistance à l'usure, à préchauffer la coquille (10) et les inserts (16) dans un four, à défourner rapidement la coquille (10) avec les inserts (16) et la placer sur une machine de coulée centrifuge qui est mise en rotation, à couler de la fonte ductile (18) et à démouler après refroidissement.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN GALET DE BROYAGE BIMETALLIQUE ET GALET DE BROYAGE OBTENU PAR LA MISE EN
OEUVRE DE CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un galet de broyage bimétallique de forme généralement tronconique ou cylindrique, comprenant un support coulé en fonte ductile usinable dans la surface extérieure duquel sont noyés, longitudinalement, dans le sens de la génératrice, des inserts d'usure en un matériau à haute résistance à l'usure, lesdits inserts étant retenus dans le support par une liaison mécanique. L'invention concerne également un galet de broyage obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît des galets de broyage constitués d'une couche d'usure extérieure qui est supportée par un noyau plus ductile. Ces galets sont réalisés par coulées successives de la couche d'usure et du noyau de support pour former une liaison métallurgique entre les deux matériaux. Étant donné que ce procédé de fabrica¬ tion ne peut être mis en oeuvre que pour quelques couples de matériaux compatibles pour une liaison métallurgique, on est limité dans le choix des maté¬ riaux, tant pour la couche d'usure que pour le noyau de support. La réalisation de la liaison métallurgique exige, en outre, une synchronisation parfaite des coulées et une bonne maîtrise de la température de coulée.
Le document EP 0 476 496 Al préconise la technique des inserts pour la fabrication de galets de broyage par la mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit dans le préambule.
Selon ce document, les inserts sont coulés séparé¬ ment dans des premiers moules et placés ensuite dans un moule en sable dans lequel on coule le noyau de support pour former une liaison mécanique entre les deux matériaux. Contrairement à la liaison métallurgique, la liaison mécanique n'implique pas de contraintes du point de vue choix des matériaux, si bien qu'il est possible de choisir des alliages plus durs pour les inserts, par exemple des fontes au chrome fortement alliées ou tout autre matériau très résistant à l'usure et des alliages plus appropriés pour le noyau, tels que de la fonte à graphite sphéroïdal.
Cette technique permet également un doublement de la capacité de coulée, étant donné que les inserts sont coulés séparément et peuvent être stockés en vue de la seconde coulée.
Cette technique se heurte toutefois souvent à d'autres difficultés. Lorsqu'on effectue la seconde coulée dans le moule en sable sur des inserts froids, ceux-ci sont exposés à des risques de fissuration engendrée par des chocs thermiques. Pour éviter ces risques ou, du moins, les diminuer, il faut effectuer un préchauffage des inserts jusqu'à des températures de l'ordre de 400 à 500°C. Or, ce préchauffage n'est pas facile à réaliser étant donné qu'il faut amener du matériel de chauffage encombrant près du moule en sable, et, de plus, la température nécessaire à atteindre provoque, en général, la destruction du liant utilisé pour le sable du moule.
Il faut également avoir recours à une fixation provisoire des inserts dans le moule en sable pour éviter leur déplacement lors de la coulée. A cet effet, on peut prévoir un support provisoire destructible ou, simplement, les caler les uns contre les autres pour les coincer par effet de voûte.
Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de fabrication de galets de broyage bimétalliques qui permet d'éliminer ou du moins d'atténuer les inconvénients liés au procédé connu, tout en sauvegardant leurs avantages. Pour atteindre cet objectif, l'invention prévoit un procédé du genre décrit dans le préambule qui est caractérisé en ce que l'on utilise un moule constitué d'une coquille transportable réalisée en métal ou en tout autre matériau résistant à une température d'au moins 400°C, en ce que l'on dresse les inserts à la périphérie de la coquille, en ce que l'on préchauffe la coquille et les inserts dans un four, en ce que l'on défourne rapidement la coquille avec les inserts pour la placer sur une machine de coulée centrifuge qui est mise en rotation, en ce que l'on coule la fonte ductile et en ce que l'on procède au démoulage après refroidis¬ sement.
La fonte ductile est, de préférence, une fonte grise lamellaire ou nodulaire, tandis que les inserts sont, de préférence, en fonte au chrome ou en matériau très résistant à l'usure.
Avant la mise en place des inserts dans la coquille, celle-ci est munie d'un mince enduit réfrac- taire.
Le four peut être préchauffé à une température de l'ordre de 100 à 500βC.
La machine de coulée centrifuge est entraînée en rotation à une vitesse de l'ordre de 100 à 600 tours par minute.
Le démoulage du galet peut être effectué lorsque la température est descendue à une valeur de l'ordre de 500βC.
Ce procédé permet de sauvegarder tous les avantages obtenus par la technique des inserts, notamment ceux qui sont dus à la présence de la liaison mécanique entre les inserts. En outre, l'utilisation d'une coquille transportable comme moule élimine les problèmes de préchauffage des inserts étant donné que ce préchauffage peut maintenant être effectué dans un four dans lequel la coquille est placée avec les inserts préalablement mis en place. Ceci permet aussi une meilleure maîtrise de la température de préchauf¬ fage.
La coulée par centrifugation apporte, par ailleurs, un effet de complémentarité naturelle et bénéfique à la technologie des inserts. La force centrifuge engendrée par la rotation de la coquille assure un autoblocage des inserts contre la paroi de la coquille et contribue ainsi à une meilleure fixation des inserts et à une diminution des risques de déplacement lors de la coulée. En outre, sous l'effet de la force centrifuge, la fonte remplit complètement les espaces entre les inserts pour assurer un sertissage parfait de ceux-ci, sans risque de formation d'alvéoles due à la solidifi- cation de la fonte avant le remplissage de tous les interstices.
D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode d'exécution avantageux, présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence à la figure annexée, qui illustre une coupe axiale à travers un moule avant le démoulage d'un galet réalisé selon la présente invention.
Le moule montré sur la figure se présente sous la forme d'une coquille 10 transportable dont le volume correspond à un galet de broyage, en l'occurrence un tronc de cône de révolution. La coquille 10 comporte un couvercle de fermeture 12 avec un trou de coulée central 14. La première étape consiste à enduire l'intérieur de la coquille d'une mince couche réfractaire pour proté¬ ger la coquille et faciliter le démoulage. On arrange ensuite, dans la coquille, des inserts 16 préalablement coulés dans un autre moule non montré. Ces inserts 16 peuvent être réalisés en tout matériau résistant à l'usure (ex. carbures, céramiques, etc..) ou en fonte au chrome, du genre décrit dans le document EP 0 476 496 auquel cas ils peuvent être calés les uns contre les autres et coincés par effet de voûte.
La coquille 10 avec les inserts 16 est ensuite placée dans un four préchauffé à une température de 100 à 500"C suivant la nature des matériaux utilisés afin de réchauffer les inserts à une température suffisante pour éviter des chocs thermiques.
Lorsque les inserts sont à la température voulue, la coquille 10 est défournée rapidement et placée sur le plateau rotatif d'une machine de coulée centrifuge connue en soi. Cette machine est entraînée à une vitesse pouvant varier entre 100 et 600 tours par minute pour faire tourner la coquille avec les inserts autour de son axe vertical (flèche A). Pendant la rotation de la coquille 10, on coule à travers le trou de coulée 14 la matière porteuse du galet, par exemple de la fonte grise lamellaire ou nodulaire. Sous l'effet de la force centrifuge, la fonte s'étale sous forme d'une nappe tronconique sur les inserts 16 et remplit tous les interstices entre ceux-ci. Après cette coulée, on laisse refroidir et l'on effectue le démoulage à une température de l'ordre de 500βC. Le galet ainsi réalisé comporte un alésage tronconique axial lui permettant d'être fixé par frettage sur un moyeu support après un usinage de finition.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un galet de broyage bimétallique de forme généralement tronconique ou cylindrique comprenant un support coulé en fonte ductile usinable dans la surface extérieure duquel sont noyés, longitudinalement, dans le sens de la généra¬ trice, des inserts d'usure en un matériau à haute résistance à l'usure, les dits inserts étant retenus dans le support par une liaison mécanique, caractérisé en ce que l'on utilise un moule constitué d'une coquille transportable (10) réalisée en métal ou en tout autre matériau résistant à une température d'au moins 400CC, en ce que l'on dresse les inserts (16) à la périphérie de la coquille (10), en ce que l'on pré- chauffe la coquille (10) et les inserts (16) dans un four, en ce que l'on défourne rapidement la coquille (10) avec les inserts (16) pour la placer sur une machine de coulée centrifuge qui est mise en rotation, en ce que l'on coule la fonte ductile (18) et en ce que l'on procède au démoulage après refroidissement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonte ductile est une fonte grise lamellaire ou nodulaire.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts sont en fonte au chrome fortement alliée ou en tout autre matériau très résistant à 1'usure.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendica¬ tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'on munit la coquille d'un mince enduit réfractaire avant la mise en place des inserts (16).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendica¬ tions 1 à 4, caractérisé en ce que la coquille et les inserts sont préchauffés dans un four à une température de l'ordre de 100 à 500βC.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendica¬ tions 1 à 5, caractérisé en ce que l'on fait tourner la machine de coulée centrifuge à une vitesse de l'ordre de 100 à 600 tours par minute.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendica¬ tions 1 à 6, caractérisé en ce que l'on effectue le démoulage à une température de l'ordre de 500βC.
8. Galet de broyage bimétallique obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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