Broyeurs à boulets

1. Introduction au broyeur à boulets

Le broyeur à boulets est l'équipement clé pour le broyage des matériaux après le broyage.

Le broyeur à boulets est l'une des machines de broyage très fines largement utilisées dans la production industrielle, et il existe de nombreux types, tels que le broyeur à boulets tubulaire, le broyeur à boulets à tige, le broyeur à boulets en ciment, le broyeur laminé superfin, le broyeur à boulets manuel, le broyeur à boulets horizontal, la bague de roulement du broyeur à boulets, le broyeur à boulets à économie d'énergie, le broyeur à boulets à débordement, le broyeur à boulets en céramique, le broyeur à boulets en treillis.

Le broyeur à boulets convient au broyage de divers minerais et autres matériaux. Il est largement utilisé dans le traitement des minéraux, les matériaux de construction et l'industrie chimique. Il existe deux types de broyage : sec et humide. Selon le mode de déchargement, il se divise en deux types : à grille et à débordement. Selon la forme du cylindre, il se divise en quatre types : broyeur à boulets à tube court, broyeur à boulets à tube long, broyeur à tube et broyeur à cône.

2. Principe de fonctionnement du broyeur à boulets

Le broyeur à boulets est composé d'un cylindre horizontal, d'un arbre creux pour l'alimentation et l'évacuation des matériaux, et d'une tête de broyage. Le cylindre est un long cylindre dans lequel est installé un corps de broyage. Il est en tôle d'acier. Une chemise en acier y est fixée. Généralement, le corps de broyage est une bille d'acier, qui est assemblée dans le cylindre selon différents diamètres et une certaine proportion. Le corps de broyage peut également être en acier. Le choix dépend de la granulométrie du matériau à broyer. Le matériau est chargé dans le cylindre par l'arbre creux situé à l'extrémité d'alimentation du broyeur à boulets. Lorsque le cylindre du broyeur à boulets tourne, le corps de broyage est fixé à la chemise du cylindre par inertie, force centrifuge et frottement. Emporté par le cylindre, il est projeté vers le bas par gravité lorsqu'il atteint une certaine hauteur. La chute du corps de broyage écrase le matériau dans le cylindre comme un projectile.

Le matériau pénètre uniformément dans la première chambre du broyeur par l'intermédiaire du dispositif d'alimentation, via l'arbre creux. La première chambre est équipée d'une chemise à gradins ou ondulée, équipée de billes d'acier de différentes spécifications. La chute, après une certaine hauteur, exerce un impact violent et broie le matériau. Après avoir atteint la zone de broyage grossier dans le premier entrepôt, le matériau pénètre dans le second entrepôt par une cloison monocouche. L'entrepôt est revêtu de chemises plates et de billes d'acier pour un broyage plus poussé. La poudre est évacuée par la grille de déchargement pour terminer le broyage.

Lorsque le cylindre tourne, le corps de broyage glisse. Ce glissement permet de broyer le matériau. Afin d'optimiser l'effet de broyage, le corps de broyage est fin pour broyer les matériaux de plus grande granulométrie. Divisé en deux sections par une cloison, il forme un double silo. Lorsque le matériau pénètre dans le premier silo, il est broyé par la bille d'acier. Lorsqu'il pénètre dans le second silo, la section en acier broie le matériau, et le matériau broyé qualifié est évidé par l'extrémité de décharge. Lorsque l'arbre est déchargé pour broyer des matériaux à fines particules, tels que le sable, les scories n° 2 et les cendres volantes grossières, le cylindre du broyeur peut être un broyeur à cylindre simple sans cloison, et le corps de broyage peut également être en acier.

Les matières premières sont introduites dans le cylindre creux par le tourillon de l'arbre creux pour y être broyées. Ce cylindre est équipé de corps de broyage de différents diamètres (billes d'acier, tiges d'acier, gravier, etc.). Lorsque le cylindre tourne autour de l'axe horizontal à une certaine vitesse, le corps et les matières premières qu'il contient sont séparés du cylindre lorsqu'il atteint une certaine hauteur, sous l'action de la force centrifuge et de la force de frottement. La paroi du corps est projetée vers le bas, écrasant le minerai sous l'effet de la force d'impact. Parallèlement, pendant la rotation du broyeur, le mouvement de glissement entre les corps de broyage a également un effet de broyage sur les matières premières. Le matériau broyé est évacué par le tourillon creux.

3. Chargement du broyeur à boulets

La fonction principale des billes d'acier dans le broyeur à boulets est de percuter et de concasser le matériau, et elles jouent également un rôle dans le broyage. Par conséquent, la classification des billes d'acier vise à répondre à ces deux exigences. L'effet de concassage affecte directement l'efficacité du broyage et, in fine, le rendement du broyeur à boulets. La satisfaction des exigences de concassage dépend de la granulométrie appropriée des billes d'acier, notamment de leur taille, de leur nombre de diamètres et de leur positionnement, selon les spécifications. Proportion, etc.

Pour déterminer ces paramètres, vous devez prendre en compte la taille du broyeur à boulets, la structure interne du broyeur à boulets, les exigences de finesse du produit et d'autres facteurs, les caractéristiques du matériau de broyage (facile à broyer, granulométrie, etc.).

Afin de broyer efficacement les matériaux, plusieurs principes doivent être respectés lors de la détermination de la granulométrie :

Tout d'abord, la bille d'acier doit avoir une force d'impact suffisante pour que la bille d'acier du broyeur à boulets ait suffisamment d'énergie pour écraser le matériau particulaire, ce qui est directement lié au diamètre maximal de la bille d'acier.

Deuxièmement, la bille d'acier doit avoir un nombre d'impacts suffisant sur le matériau, ce qui est lié à son taux de remplissage et à son diamètre moyen. À volume de remplissage constant, pour garantir une force d'impact suffisante, il est conseillé de réduire le diamètre du corps de broyage et d'augmenter le nombre de billes d'acier afin d'augmenter le nombre d'impacts sur le matériau et d'améliorer l'efficacité du broyage.

Enfin, le matériau a suffisamment de temps de séjour dans le broyeur pour garantir que le matériau est entièrement broyé, ce qui nécessite que la bille d'acier ait une certaine capacité à contrôler le débit du matériau.

La méthode de calibrage à deux étages consiste à utiliser deux billes d'acier de tailles différentes présentant une différence de diamètre importante. Le principe est que les espaces entre les grosses billes sont comblés par des petites billes afin d'augmenter la densité de tassement des billes d'acier. De cette manière, d'une part, la capacité d'impact et le nombre d'impacts du broyeur peuvent être améliorés, ce qui est conforme aux caractéristiques fonctionnelles du corps de broyage. D'autre part, la masse volumique apparente plus élevée permet d'obtenir un certain effet de broyage. Dans la distribution à deux étages, la fonction principale de la grosse bille est d'impacter et de broyer le matériau. La première fonction de la petite bille est de combler l'espace entre les grosses billes et d'augmenter la densité apparente du corps de broyage afin de contrôler le débit de matière et d'augmenter la capacité de broyage. Elle joue un rôle de transfert d'énergie et transmet l'énergie d'impact de la grosse bille au matériau. La troisième fonction est d'extraire les particules grossières dans l'espace et de les placer dans la zone d'impact de la grosse bille. 

4. Structure mécanique du broyeur à boulets

Le broyeur à boulets est composé d'une partie alimentation, d'une partie décharge, d'une partie rotative, d'une partie transmission (réducteur, petit engrenage de transmission, moteur, commande électrique) et d'autres pièces principales. L'arbre creux est en acier moulé, la chemise intérieure est amovible, le grand engrenage rotatif est usiné par fraisage et le cylindre est incrusté d'une chemise résistante à l'usure. La machine fonctionne de manière fluide et fiable.

Le corps principal du broyeur à boulets comprend un cylindre, dans lequel une garniture en matériau résistant à l'usure est insérée dans le cylindre, il y a des roulements qui portent le cylindre et maintiennent sa rotation, et il y a des pièces d'entraînement telles qu'un moteur, des engrenages de transmission, des poulies et des courroies trapézoïdales.

Quant aux pièces appelées pales, elles ne constituent généralement pas les composants principaux. Les pales spiralées internes situées à l'entrée du composant côté alimentation peuvent être appelées pales spiralées internes, et celles situées à la sortie du composant côté refoulement peuvent également être appelées pales spiralées internes.

De plus, si un convoyeur à vis est utilisé dans l'équipement auxiliaire à l'extrémité de décharge, il y aura des pièces appelées lames en spirale dans l'équipement, mais à proprement parler, il ne s'agit plus d'une partie du broyeur à boulets.

Selon le matériau et le mode de déchargement, il est possible de choisir entre un broyeur à boulets sec et un broyeur à boulets à grille humide. Ce broyeur à boulets économe en énergie est équipé de roulements à rouleaux sphériques radiaux à double rangée auto-alignants, offrant une faible résistance à l'avancement et un important effet d'économie d'énergie. L'ajout d'une section conique à l'extrémité de déchargement du cylindre d'origine augmente le volume utile du broyeur et optimise la répartition du fluide dans le cylindre. Ce produit est largement utilisé pour le broyage de matériaux dans les usines de traitement des métaux non ferreux, des métaux ferreux et des minéraux non métalliques, ainsi que dans les industries chimiques et des matériaux de construction.

5. Accessoires pour broyeur à boulets

Engrenage de broyeur à boulets

Les accessoires de broyeur à boulets comprennent l'engrenage de broyeur à boulets, le pignon de broyeur à boulets, l'arbre creux de broyeur à boulets, la bague d'engrenage de broyeur à boulets, la bague d'engrenage de broyeur à boulets, la bille d'acier de broyeur à boulets, la plaque de compartiment de broyeur à boulets, le dispositif de transmission de broyeur à boulets, le roulement de broyeur à boulets, la doublure d'extrémité de broyeur à boulets, etc.

Le choix du matériau du grand engrenage du broyeur à boulets :

Selon les conditions de fonctionnement des grands engrenages, ceux-ci sont généralement constitués des matériaux suivants :

(1) Acier de construction à teneur moyenne en carbone

(2) Acier de construction allié à teneur moyenne en carbone

(3) Acier cémenté

(4) Acier nitruré

La structure du grand engrenage du broyeur à boulets présente des formes variées en fonction des besoins d'utilisation. Cependant, d'un point de vue technologique, il peut être considéré comme composé de deux parties : la couronne et le corps de roue. Selon la répartition des dents sur la couronne, on distingue les dents droites, les dents hélicoïdales et les dents à chevrons.

Processus de fabrication et contrôle qualité des broyeurs à boulets

I. Procédé de fabrication des broyeurs à boulets

1. Fabrication des composants de base

(1) Fabrication de cylindres

• Sélection des matériauxOn utilise généralement de l'acier Q345R (acier faiblement allié pour appareils à pression) ou de l'acier Q235B (acier de construction au carbone). L'épaisseur (16 à 50 mm) est déterminée en fonction des spécifications de l'équipement et des conditions d'exploitation (par exemple, dureté de meulage, corrosivité).

• Étapes de traitement:

1. Découpe de plaques d'acier:La découpe au chalumeau CNC ou la découpe au plasma est utilisée pour découper des plaques d'acier en 扇形坯料 (ébauches sectorielles) correspondant aux dimensions dépliées du cylindre, avec des tolérances de soudage réservées.

2. Laminage et formage:Une grande machine à rouler plie les flans en une forme cylindrique, garantissant une erreur de rondeur ≤ 1 mm/m et une erreur de rectitude ≤ 0,5 mm/m.

3. cordons de soudureLe soudage à l'arc submergé est appliqué aux joints longitudinaux (joints axiaux du cylindre). Après le soudage, un vieillissement de 24 heures est effectué pour éliminer les contraintes de soudage. Pour les cylindres plus longs que la largeur de la tôle d'acier, les joints circonférentiels (joints radiaux) sont soudés par soudage symétrique afin de minimiser la déformation.

4. Calibrage de la rondeur:Une machine à arrondir corrige l'ellipticité du cylindre soudé pour assurer la précision de l'assemblage avec les embouts.

(2) Fabrication de capuchons d'extrémité

• Sélection des matériaux:Utilise souvent du ZG35CrMo (acier moulé en alliage) ou des structures soudées en Q345R (les embouts soudés sont courants pour les grands broyeurs à boulets, tandis que les embouts moulés sont utilisés pour les plus petits).

• Étapes de traitement:

1. Moulage/Soudage FormageLes embouts moulés sont fabriqués par moulage au sable ou à la mousse perdue, garantissant l'absence de retrait et de fissures. Les embouts soudés sont formés par découpe et soudage de plaques d'acier, suivis d'une détection des défauts.

2. Usinage:Les tours verticaux usinent le tourillon (étape de connexion au cylindre) et le trou du siège de roulement (pour l'installation de l'arbre creux), garantissant que la tolérance du diamètre du tourillon est IT7 et la rugosité de surface Ra ≤1,6 μm.

3. Connexion au cylindreLes embouts sont reliés au cylindre par des boulons à bride ou par soudage (le soudage est courant pour les grands broyeurs à boulets). Un soudage symétrique segmenté est utilisé pour éviter toute déformation.

(3) Fabrication d'arbres creux

• Sélection des matériaux: Généralement des pièces forgées en acier 45# ou en ZG45CrNiMo (acier moulé allié). Les pièces forgées subissent une trempe et un revenu (dureté : 220–260 HBW).

• Étapes de traitement:

1. Forgeage:Les billettes d'acier sont chauffées à 1100–1200 °C et formées par forgeage à matrice ouverte ou par forgeage à matrice, suivi d'un recuit pour éliminer les contraintes.

2. Usinage grossier: Tournage du cercle extérieur et du trou intérieur (canal d'alimentation/décharge) avec une surépaisseur de finition de 3 à 5 mm.

3. Traitement thermique:La trempe et le revenu assurent les propriétés mécaniques (résistance à la traction ≥600MPa, ténacité aux chocs ≥30J/cm²).

4. Usinage de précision: Les tours CNC usinent le tourillon (surface de contact avec le roulement principal) selon la tolérance IT6 et la rugosité de surface Ra ≤ 0,8 μm, garantissant ainsi la précision de l'ajustement avec le roulement.

(4) Fabrication de systèmes de transmission

• Grand engrenage:

• Matériel: ZG35SiMn (acier moulé) ou forgeage 42CrMo, avec trempe de la surface des dents (dureté : 35–45HRC).

• TraitementAprès la coulée/forgeage, un tournage d'ébauche est effectué, suivi d'une trempe et d'un revenu. Un tournage de précision du cercle extérieur et de la face frontale est effectué, puis un taillage est effectué pour former les dents. Enfin, la surface des dents est trempée et rectifiée (précision : classe 6 selon la norme GB/T 10095.1-2008).

• Petit équipement:

• Matériel: Forgeage en 40CrNiMoA, avec trempe et revenu globaux suivis d'une trempe de la surface des dents (dureté : 45–50HRC).

• Traitement:Après le forgeage, un usinage grossier est effectué, suivi d'un traitement thermique, d'un tournage de précision du tourillon, d'un taillage et d'une rectification finale (même précision que le grand engrenage).

(5) Fabrication de chemises

• Sélection des matériaux:Fonte à haute teneur en chrome (15–20 % Cr), acier à haute teneur en manganèse (ZGMn13) ou composites bimétalliques (couche résistante à l'usure + matériau de base).

• Étapes de traitement:

1. FonderieLa fonte à haute teneur en chrome est coulée au sable, la température de coulée étant contrôlée entre 1 400 et 1 450 °C pour éviter le retrait. L'acier à haute teneur en manganèse subit une trempe à l'eau (chauffé à 1 050 °C et trempé à l'eau pour éliminer les carbures).

2. Usinage: Fraisage des trous de boulons et positionnement des rainures sur le dos de la chemise pour assurer la compatibilité avec le cylindre (écart ≤ 1 mm).

2. Processus d'assemblage global

1. Pré-assemblage des composants: Inspectez les dimensions des composants (par exemple, la rondeur du cylindre, la tolérance du robinet du capuchon d'extrémité) et nettoyez les taches d'huile et les bavures sur les surfaces usinées.

2. Ensemble cylindre et capuchon d'extrémité: Alignez les embouts avec les brides du cylindre, serrez les boulons uniformément (en diagonale) ou soudez-les (avec détection des défauts après soudage).

3. Installation d'arbre creux:Connectez l'arbre creux au siège de roulement du capuchon d'extrémité via un montage à chaud (chauffage du siège de roulement à 100–150 °C) ou des boulons, en garantissant une erreur de coaxialité des deux arbres creux ≤ 0,1 mm/m.

4. Assemblage du système de transmission:

• Le grand engrenage est relié au cylindre via un raccord à chaud ou des boulons, garantissant la perpendicularité de la face d'extrémité de l'engrenage par rapport à l'axe du cylindre ≤ 0,05 mm/m.

• Le petit engrenage est relié à l'arbre de sortie du réducteur. Réglez le jeu d'engrènement (0,2 à 0,4 mm) et la forme de contact (≥ 60 % sur la hauteur des dents, ≥ 70 % sur la longueur des dents) des grands et petits engrenages.

5. Installation du palier principal:Fixez le siège du roulement à la fondation, ajustez le jeu de montage entre l'arbre creux et le roulement (0,15 à 0,3 mm pour les roulements lisses, conformément aux spécifications des roulements à rouleaux) et assurez-vous que l'erreur de niveau du siège du roulement est ≤ 0,05 mm/m.

6. Essai:

• Essai à vide:Faire fonctionner pendant 4 heures, en vérifiant la température du roulement (≤65°C), le bruit d'engrènement des engrenages (≤85dB) et les vibrations du cylindre (amplitude ≤0,1mm).

• Test de charge:Charge progressive jusqu'à 50 %, 80 % et 100 % de la charge de conception, avec une durée de fonctionnement totale de 8 heures, confirmant l'absence d'anomalies dans les composants.

II. Processus de contrôle qualité

1. Contrôle de la qualité des matériaux

• Inspection des matières premières:

• Les plaques, pièces forgées et pièces moulées en acier doivent être accompagnées de certificats de matériaux (composition chimique, propriétés mécaniques). Un échantillonnage pour analyse spectrale (pour confirmer la teneur en éléments) et des essais de traction (pour déterminer la résistance à la traction et la limite d'élasticité) sont requis.

• Les chemises en fonte à haute teneur en chrome sont soumises à des tests de dureté (≥ HRC58) et de résistance aux chocs (≥ 3 J/cm²). La structure métallographique de l'acier à haute teneur en manganèse est contrôlée après trempe à l'eau (absence de carbures réticulaires).

2. Contrôle de la qualité du processus

• Contrôle de la précision de l'usinage:

• Cylindre : Les appareils de mesure de la circularité au laser vérifient la circularité ; les règles et les jauges d'épaisseur vérifient la rectitude.

• Arbre creux : les indicateurs à cadran mesurent la rondeur du tourillon (≤ 0,01 mm) et la cylindricité (≤ 0,02 mm) ; les machines de mesure tridimensionnelle vérifient la coaxialité.

• Engrenages : les détecteurs d'engrenages mesurent l'erreur de pas (≤ 0,02 mm) et l'erreur de profil des dents (≤ 0,015 mm) ; la méthode de coloration vérifie les modèles de contact d'engrènement.

• Contrôle de la qualité du soudage:

• Des contrôles 100% non destructifs (UT pour les défauts internes, MT pour les fissures superficielles) sont effectués sur les joints longitudinaux et circonférentiels, avec une qualification des soudures à 100%.

• Les tests de propriétés mécaniques (tests de traction et de flexion) sur les joints soudés garantissent une résistance non inférieure à celle du matériau de base.

• Inspection du traitement thermique:

• Après la trempe et le revenu des pièces forgées et des engrenages, les testeurs de dureté vérifient la dureté de surface (erreur ± 5HBW) ; les microscopes métallographiques observent les structures (par exemple, la sorbite revenue pour l'acier trempé et revenu).

3. Contrôle de la qualité du produit fini

• Contrôle de la précision de l'assemblage:

• Les niveaux vérifient le niveau des sièges de roulement et des réducteurs ; les indicateurs à cadran mesurent le mouvement axial du cylindre (≤ 0,5 mm).

• Le jeu d'engrènement des engrenages est mesuré par la méthode du fil conducteur (diamètre du fil conducteur = 1,5 × jeu estimé) pour répondre aux exigences de conception.

• Tests de performance:

• Essai à vide : fonctionnement continu pendant 4 heures, enregistrement de la température, des vibrations et du bruit des roulements toutes les heures. Arrêt si la température dépasse 70 °C ou si les vibrations sont anormales.

• Essai de charge : Chargez les matériaux selon les paramètres de conception (50 %, 80 %, 100 %), pour une durée totale de fonctionnement de 8 heures. Vérifiez le rendement (écart ≤ 5), la granulométrie du produit broyé (conforme aux exigences) et assurez-vous que les chemises et les boulons ne se desserrent pas.

• Inspection de l'apparence et de l'étiquetage:

• La surface de l'équipement est peinte uniformément (épaisseur 60–80 μm), sans coulures ni manques. Les étiquettes sont claires (modèle, spécifications, nom du fabricant, date de production).