Le contre-batteur du concasseur à cône, également appelé chemise de cône fixe ou chemise de bol, est un composant essentiel et résistant à l'usure, monté sur la surface intérieure du bol, formant la partie fixe de la chambre de broyage. Ses principales fonctions comprennent le broyage du matériau (en coopération avec le manteau rotatif), la protection contre l'usure (protection du bol), le guidage du flux de matériau (via son profil intérieur) et le contrôle de la taille du produit (influencé par la géométrie intérieure). Il doit présenter une résistance à l'usure exceptionnelle (dureté de surface ≥ HRC 60), une résistance aux chocs (≥ 12 J/cm²) et une intégrité structurelle pour résister aux impacts continus du matériau.
Structurellement, il s'agit d'un composant conique segmenté (3 à 8 pièces pour les grands concasseurs) ou monobloc. Il est composé de segments concaves/d'une structure monobloc, d'un corps résistant à l'usure (fonte à haute teneur en chrome Cr20–Cr26 ou Ni-Hard 4), d'un profil d'usure interne (conception conique avec un angle de 15° à 30°, nervures/rainures, sections parallèles), de dispositifs de fixation (langues en queue d'aronde, trous de serrage, goupilles de positionnement), d'un support extérieur (pour les conceptions bimétalliques) et de brides supérieure et inférieure.
Le procédé de coulée des pièces concaves en fonte à haute teneur en chrome comprend le choix du matériau (Cr20Mo3 à composition contrôlée), la réalisation de modèles (modèles segmentés avec marges de retrait), le moulage (moule en sable lié à la résine avec lavage réfractaire), la fusion et la coulée (four à induction, température et débit contrôlés), ainsi que le refroidissement et le traitement thermique (recuit de mise en solution et trempe austrempée). L'usinage comprend l'ébauche, l'usinage des éléments de montage, la finition du profil intérieur, l'assemblage des segments (pour les conceptions multi-pièces) et le traitement de surface.
Les processus de contrôle qualité couvrent les tests de matériaux (composition chimique et analyse métallographique), les tests de propriétés mécaniques (dureté et impact), les contrôles de précision dimensionnelle (MMT et scanner laser), les essais non destructifs (UT et MPT) et la validation des performances d'usure (essais accélérés et essais sur le terrain). Ces processus garantissent que le contre-batteur atteint la résistance à l'usure, la précision et la durabilité requises pour un concassage efficace et durable dans les mines, les carrières et le traitement des granulats.
Introduction détaillée au composant concave du concasseur à cône
1. Fonction et rôle du concave
Le contre-batteur du concasseur à cône (également appelé chemise de cône fixe ou chemise de bol) est un composant essentiel et résistant à l'usure, monté sur la surface intérieure du bol (corps du cône fixe), constituant la partie fixe de la chambre de broyage. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Concassage de matériaux:Coopérer avec le manteau rotatif (revêtement du cône mobile) pour appliquer des forces de compression et de cisaillement aux matériaux (minerais, roches), les réduisant à la taille de particule souhaitée par compression et broyage répétés.
Protection contre l'usure: Protéger la cuve du contact direct avec des matériaux abrasifs, éviter l'usure prématurée du cadre structurel et réduire les coûts de maintenance.
Guidage des flux de matériaux:Guidage des matériaux à travers la chambre de concassage via son profil intérieur conique ou étagé, assurant une distribution uniforme et une réduction progressive de la taille de l'ouverture d'alimentation à la décharge.
Contrôle de la taille du produit:La géométrie intérieure du concave (par exemple, les sections parallèles, le rayon de courbure) influence directement l'espace de concassage et la distribution granulométrique, déterminant la qualité du produit final.
Fonctionnant dans des environnements à fort impact et à forte abrasion, le concave doit présenter une résistance à l'usure exceptionnelle (dureté de surface ≥ HRC 60), une résistance aux chocs (≥ 12 J/cm²) et une intégrité structurelle pour résister à un impact continu du matériau.
2. Composition et structure du concave
Le concave est généralement un composant conique segmenté ou monobloc avec un profil d'usure interne complexe, composé des pièces clés et des détails structurels suivants :
Segments concaves (pour grands concasseurs): Plusieurs segments arqués (3 à 8 pièces) formant un cône complet une fois assemblés, facilitant le remplacement des segments usés. Chaque segment a une épaisseur de 50 à 150 mm, selon la taille du concasseur.
Concasseur monobloc (pour petits concasseurs):Une structure conique unique sans coutures, offrant une rigidité structurelle plus élevée pour les applications légères.
Corps résistant à l'usure:Fabriqué en fonte à haute teneur en chrome (Cr20–Cr26) ou en fonte dure au nickel (Ni-Hard 4), avec une matrice martensitique renforcée par des carbures de chrome durs (M7C3) pour résister à l'abrasion.
Profil d'usure intérieure:
Conception conique:Un angle de cône de 15° à 30° (correspondant à la conicité du manteau) pour créer une chambre de concassage se rétrécissant progressivement, assurant une réduction progressive du matériau.
Nervures ou rainures: Nervures transversales ou longitudinales (5 à 15 mm de hauteur) sur la surface intérieure pour améliorer l'adhérence du matériau, empêcher le glissement et favoriser une usure uniforme.
Sections parallèles:Segments plats près de l'extrémité de décharge pour produire des particules plus fines et plus uniformes en maintenant un espace de broyage constant.
Caractéristiques de montage:
Onglets à queue d'aronde:Protubérances sur la surface extérieure qui s'insèrent dans les rainures en queue d'aronde correspondantes du bol, fixant le concave contre les forces de rotation pendant l'écrasement.
Trous de serrage:Trous de boulons sur la bride extérieure ou le bord pour la fixation au bol, empêchant le déplacement axial sous les charges d'impact.
Localisation des broches:Petites saillies ou trous qui alignent les segments lors de l'assemblage, assurant un profil intérieur continu avec des espaces minimes (≤0,5 mm entre les segments).
Support extérieur:Une couche de renfort en fonte ou en acier (dans les conceptions bimétalliques) qui améliore la résistance aux chocs en absorbant les chocs, avec la couche résistante à l'usure (fer à haute teneur en chrome) coulée sur le support.
Brides supérieures et inférieures:Bords radiaux aux extrémités d'alimentation et de décharge qui chevauchent les brides du bol, empêchant les fuites de matériau entre le concave et le bol.
3. Processus de moulage pour le concave
La fonte à haute teneur en chrome, le matériau principal des concaves, est fabriquée par moulage au sable pour obtenir des profils d'usure complexes :
Sélection des matériaux:
La fonte à haute teneur en chrome (Cr20Mo3) est privilégiée pour son excellente résistance à l'usure, avec une composition chimique contrôlée à 2,5-3,5 % de C, 20-26 % de Cr et 0,5-1,0 % de Mo. Elle forme un réseau de carbures durs (fraction volumique de 30-40 %) dans une matrice martensitique, garantissant une dureté ≥ HRC 60.
Création de modèles:
Des motifs segmentés (mousse, bois ou résine imprimée en 3D) sont créés pour chaque segment concave, reproduisant le profil d'usure interne, les caractéristiques de montage externes et les nervures. Des marges de retrait (1,5 à 2,5 %) sont ajoutées pour tenir compte de la contraction due au refroidissement.
Moulage:
Un moule en sable lié à la résine est préparé pour chaque segment, avec un noyau en sable formant le profil d'usure interne. La cavité du moule est recouverte d'un enduit réfractaire (à base d'alumine) pour éviter l'inclusion de sable et améliorer l'état de surface.
Fondre et couler:
La fonte est fondue dans un four à induction à 1450–1500°C, avec un contrôle strict de l'équivalent carbone (CE = C + 0,3(Si + P) ≤4,2%) pour éviter les défauts de retrait.
La coulée est réalisée à 1380–1420°C à l'aide d'une louche, avec un débit lent et régulier pour remplir la cavité du moule sans turbulence, assurant une structure dense en fines nervures.
Refroidissement et traitement thermique:
Le moule est refroidi pendant 24 à 48 heures afin de réduire les contraintes thermiques, puis la pièce est retirée par décochage. Le grenaillage (grenaille d'acier G25) élimine les résidus de sable et permet d'obtenir une rugosité de surface de Ra50 à 100 μm.
Recuit de mise en solution:Chauffage à 950–1050°C pendant 2 à 4 heures, suivi d'un refroidissement à l'air pour dissoudre les carbures et homogénéiser la structure.
Tempérage: Trempe à l'huile à 250–350°C, puis revenu à 200–250°C pour transformer la matrice en martensite, atteignant une dureté HRC 60–65 tout en maintenant la ténacité.
4. Processus d'usinage et de fabrication
Usinage grossier:
Chaque segment concave est monté sur un tour vertical CNC pour usiner la surface extérieure, les pattes de montage et les bords des brides, en laissant une surépaisseur de finition de 1 à 2 mm. Les dimensions clés (par exemple, longueur de l'arc du segment, épaisseur) sont contrôlées à ± 0,5 mm.
Usinage des caractéristiques de montage:
Les languettes en queue d'aronde sont fraisées dans la surface extérieure à l'aide d'une fraiseuse CNC, avec une tolérance dimensionnelle (± 0,1 mm) pour assurer un ajustement serré avec les rainures du bol.
Les trous de serrage sont percés et taraudés selon une tolérance de classe 6H, avec une précision de positionnement (± 0,2 mm) pour s'aligner avec les trous de boulons du bol.
Finition du profil intérieur:
La surface d'usure intérieure est inspectée pour détecter les défauts de moulage (par exemple, pores, fissures) et légèrement meulée pour éliminer les irrégularités de surface, préservant ainsi le profil conçu. La rugosité de surface est contrôlée à Ra3,2 μm pour optimiser l'écoulement du matériau.
Pour les concaves segmentés, les bords d'accouplement des segments adjacents sont usinés pour garantir un espace ≤ 0,5 mm lors de l'assemblage, évitant ainsi les fuites de matériau et l'usure inégale.
Assemblage de segments (pour les conceptions en plusieurs pièces):
Les segments sont montés à titre d'essai dans un dispositif pour vérifier la continuité du profil intérieur, avec des ajustements effectués pour garantir une surface de cône lisse et continue.
Des broches d'alignement sont installées pour maintenir les positions des segments lors de l'assemblage final dans le concasseur.
Traitement de surface:
La surface extérieure (en contact avec le bol) est recouverte d'un composé anti-grippage pour faciliter l'installation et prévenir la corrosion.
La surface d'usure intérieure peut subir un grenaillage pour induire une contrainte de compression, réduisant ainsi la propagation des fissures sous l'impact.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
L'analyse de la composition chimique (spectrométrie) confirme que la fonte est conforme aux normes (par exemple, Cr20Mo3 : Cr 20–23 %, C 2,8–3,2 %).
L'analyse métallographique vérifie la répartition des carbures (uniformité ≥ 90 %) et la structure de la matrice (martensite avec ≤ 5 % de perlite).
Essais de propriétés mécaniques:
Les tests de dureté (Rockwell C) garantissent que la surface intérieure a une dureté ≥ HRC 60 ; la dureté du noyau est ≤ HRC 55 pour maintenir la ténacité.
Les essais d'impact (Charpy V-notch) mesurent la ténacité à température ambiante, nécessitant ≥ 12 J/cm² pour résister à la fracture sous un impact violent.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les dimensions clés : longueur de l'arc du segment, angle de conicité (± 0,1°) et taille de la languette en queue d'aronde.
Un scanner laser vérifie que le profil intérieur correspond au modèle CAO, garantissant un alignement correct avec le manteau pour maintenir l'espace d'écrasement conçu.
Contrôles non destructifs (CND):
Les tests par ultrasons (UT) détectent les défauts internes (par exemple, les pores de retrait >φ3 mm) dans le corps concave, avec des zones critiques (racines des nervures, languettes de montage) soigneusement inspectées.
Le test par particules magnétiques (MPT) vérifie les fissures de surface dans les languettes en queue d'aronde et les bords des brides, tout défaut de 0,2 mm de longueur entraînant un rejet.
Validation des performances d'usure:
Les tests d'usure accélérée (ASTM G65) utilisent un appareil à roue en sable sec/caoutchouc pour mesurer la perte de poids, avec des concaves à haute teneur en chrome nécessitant ≤ 0,5 g/1 000 cycles.
Les essais sur le terrain impliquent l'installation du contre-batteur dans un concasseur d'essai, la surveillance des taux d'usure sur plus de 500 heures de fonctionnement, la garantie d'une usure uniforme et l'absence de défaillance prématurée.
Grâce à ces processus de fabrication et de contrôle de qualité, le concasseur à cône concave atteint la résistance à l'usure, la précision et la durabilité requises pour garantir des performances de concassage efficaces et à long terme, ce qui le rend adapté aux applications d'exploitation minière, d'exploitation de carrières et de traitement d'agrégats.
