Le revêtement de cuve du concasseur à cône, également appelé revêtement conique fixe ou revêtement concave, est un composant résistant à l'usure monté sur la surface intérieure du châssis supérieur ou de la cuve, formant ainsi la partie fixe de la chambre de concassage. Ses principales fonctions comprennent le broyage des matériaux (coopération avec le revêtement conique mobile pour réduire les matériaux), la protection contre l'usure (protection du châssis supérieur), le guidage des matériaux (garantie d'une répartition uniforme des matériaux grâce à son profil intérieur) et le contrôle de la taille des particules (influence de la distribution granulométrique grâce à son profil intérieur). Il exige une résistance à l'usure, une résistance aux chocs et une intégrité structurelle exceptionnelles, avec une durée de vie de 500 à 2000 heures selon la dureté du matériau.
Structurellement, il s'agit d'un composant conique ou tronconique constitué du corps de la chemise (fonte à haute teneur en chrome comme le Cr20-Cr26 ou l'acier martensitique), du profil d'usure interne (avec des sections parallèles, des surfaces étagées/rainurées et un angle de conicité de 15° à 30°), des éléments de montage (rainures en queue d'aronde, trous de boulons, goupilles de positionnement), des nervures de renfort et une bride supérieure.
Le procédé de moulage du revêtement de cuve comprend le choix du matériau (fonte à haute teneur en chrome Cr20Mo3), la réalisation du modèle (avec marges de retrait), le moulage (moule en sable lié à la résine), la fusion et la coulée (température et débit contrôlés), le refroidissement et le décochage, ainsi que le traitement thermique (recuit de mise en solution et trempe austre). Son usinage et sa fabrication comprennent l'ébauche, l'usinage des éléments de montage, l'usinage du profil intérieur 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 (par MMT et scanner laser), les essais non destructifs (ultrasons et magnétoscopie) et les tests de résistance à l'usure. Ces processus garantissent que le revêtement de cuvette présente la résistance à l'usure, la précision et la durabilité requises.
Présentation détaillée du composant de revêtement de bol de concasseur à cône
1. Fonction et rôle du revêtement de cuvette
Le revêtement de cuve du concasseur à cône (également appelé revêtement conique fixe ou revêtement concave) est un composant résistant à l'usure monté sur la surface intérieure du châssis supérieur ou de la cuve, formant la partie fixe de la chambre de concassage. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Concassage de matériaux: Travaillant en conjonction avec le revêtement du cône mobile (manteau) pour appliquer des forces de compression et de cisaillement aux matériaux (minerais, roches), les réduisant à la taille de particule souhaitée.
Protection contre l'usure:Protection du cadre supérieur contre le contact direct avec des matériaux abrasifs, prolongeant la durée de vie du cadre et réduisant les coûts de maintenance.
Guide matériel:Guidage des matériaux à travers la chambre de concassage via sa surface intérieure conique ou étagée, assurant une distribution uniforme et un concassage efficace.
Contrôle de la taille du produit:Le profil intérieur du revêtement (par exemple, sections parallèles, convexes ou concaves) influence directement l'espace de broyage et la distribution granulométrique du produit final.
Compte tenu de son exposition à des conditions d'impact et d'abrasion élevées, le revêtement de cuvette doit présenter une résistance à l'usure, une résistance aux chocs et une intégrité structurelle exceptionnelles, d'une durée de vie généralement de 500 à 2 000 heures selon la dureté du matériau.
2. Composition et structure du revêtement de cuvette
La chemise de bol est un composant conique ou tronconique avec un profil intérieur complexe, composé des éléments clés et des caractéristiques structurelles suivantes :
Corps de doublure:La structure principale est en fonte à haute teneur en chrome (par exemple, Cr20–Cr26) ou en acier martensitique (par exemple, 12Cr13), d'une épaisseur comprise entre 50 et 150 mm. Sa surface extérieure est usinée pour s'adapter au cadre supérieur, tandis que sa surface intérieure présente un profil résistant à l'usure.
Profil d'usure intérieure:Conçu avec des géométries spécifiques pour optimiser l'efficacité du broyage :
Sections parallèles:Pour produire des particules fines uniformes en maintenant un espace de broyage constant.
Surfaces étagées ou rainurées: Améliore l'adhérence du matériau et réduit le glissement, adapté au concassage grossier.
Angle de conicité: Généralement de 15° à 30° par rapport à l'axe vertical, déterminant le débit du matériau et la répartition de la force d'écrasement.
Caractéristiques de montage:
Rainures en queue d'aronde:Rainures longitudinales sur la surface extérieure qui s'accouplent avec les saillies correspondantes sur le cadre supérieur, fixant la doublure contre les forces de rotation.
Trous de boulons: Trous circonférentiels près des bords supérieur/inférieur pour les boulons qui fixent la chemise au cadre, empêchant le déplacement axial.
Localisation des broches:Petites saillies ou trous qui alignent la doublure avec le cadre, assurant un positionnement correct du profil intérieur.
Nervures de renfort: Nervures radiales externes (10 à 30 mm d'épaisseur) qui renforcent le corps de la chemise, réduisant ainsi la déformation sous les charges d'impact.
Bride supérieure:Un bord radial à l'extrémité supérieure qui chevauche la trémie d'alimentation, empêchant les fuites de matériau entre la chemise et le châssis.
3. Processus de moulage du revêtement de cuvette
La fonte à haute teneur en chrome, le matériau principal des chemises de cuve, 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 (dureté ≥ HRC 60) et sa ténacité aux chocs (≥ 15 J/cm²). Sa composition chimique est contrôlée à 2,5-3,5 % de C, 20-26 % de Cr et 0,5-1,0 % de Mo pour former des carbures de chrome durs (M7C3) dans la matrice.
Création de modèles:
Un modèle grandeur nature est créé en bois, en mousse ou en résine imprimée en 3D, reproduisant le profil intérieur, la surface extérieure, les éléments de montage et les nervures du revêtement. Des marges de retrait (1,5 à 2,5 %) sont ajoutées pour tenir compte de la contraction de refroidissement de la fonte.
Moulage:
Un moule en sable lié à la résine est préparé, le modèle étant positionné pour former la surface extérieure du revêtement. Un noyau en sable (revêtu d'un enduit réfractaire) crée le profil d'usure interne, garantissant la précision dimensionnelle de l'angle de conicité et des rainures.
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.
Le coulage est effectué à 1380–1420°C à l'aide d'une poche, avec un débit lent et régulier pour remplir la cavité du moule sans turbulence, ce qui peut provoquer une porosité dans la pièce moulée.
Refroidissement et secouage:
Le moule est refroidi pendant 24 à 48 heures afin de réduire les contraintes thermiques, puis la pièce est retirée par vibration. Les résidus de sable sont nettoyés par grenaillage (grain d'acier G25), ce qui permet d'obtenir une rugosité de surface de Ra50 à 100 μm.
Traitement thermique:
Recuit de mise en solution:La pièce moulée est chauffée à 950–1050°C, maintenue pendant 2 à 4 heures, puis refroidie à l'air pour dissoudre les carbures et homogénéiser la structure.
Tempérage: Trempe à l'huile à 250–350°C, suivie d'un 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:
La chemise coulée est montée sur un tour vertical CNC pour usiner la surface extérieure, la bride supérieure et les emplacements des trous de boulons, en laissant une surépaisseur de finition de 1 à 2 mm. Les dimensions clés (par exemple, diamètre extérieur, angle de conicité) sont contrôlées à ± 0,5 mm.
Usinage des caractéristiques de montage:
Les rainures en queue d'aronde sont fraisées dans la surface extérieure à l'aide d'une fraiseuse CNC, avec une tolérance de profondeur (± 0,1 mm) et un espacement uniforme pour assurer un ajustement serré avec les saillies du cadre.
Les trous de boulons sont percés et taraudés selon une tolérance de classe 6H, avec une précision de positionnement (± 0,2 mm) par rapport à l'axe de la chemise, évitant ainsi la concentration des contraintes sur les boulons.
Usinage de profils intérieurs:
La surface d'usure intérieure est ébauchée pour obtenir un profil approximatif, puis rectifiée à l'aide d'une rectifieuse CNC équipée d'un outil de contournage. La rugosité de surface est contrôlée à Ra3,2 μm afin d'optimiser le flux de matière et de réduire l'usure.
L'angle de conicité est vérifié à l'aide d'un scanner laser, garantissant qu'il correspond à la conception (tolérance ± 0,1°) pour maintenir l'espace d'écrasement correct avec le cône en mouvement.
Traitement de surface:
La surface extérieure (en contact avec le cadre) est recouverte d'une peinture antirouille pour éviter la corrosion pendant le stockage.
La surface d'usure intérieure peut être soumise à un grenaillage (à l'aide de grenailles d'acier de 0,3 à 0,8 mm) pour induire une contrainte de compression, améliorant ainsi la résistance à la fatigue.
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 distribution des carbures de chrome (fraction volumique ≥ 30 %) et la structure de la matrice (martensite avec ≤ 5 % de perlite).
Essais de propriétés mécaniques:
Les tests de dureté (Rockwell) garantissent que la surface intérieure a une dureté ≥ HRC 60 ; la dureté du noyau est vérifiée pour confirmer un traitement thermique uniforme (≤ HRC 55 pour 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 impact.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les dimensions clés : diamètre extérieur (± 0,2 mm), profil intérieur (écart de ± 0,1 mm par rapport au modèle CAO) et angle de conicité (± 0,1°).
Une jauge de gabarit vérifie que le profil d'usure interne correspond à la conception, garantissant un espace d'écrasement approprié avec le cône mobile.
Essais non destructifs (END):
Le contrôle par ultrasons (UT) détecte les défauts internes (par exemple, les pores de retrait, les fissures) dans le corps de la chemise, avec une limite de taille de φ3 mm.
Le test par particules magnétiques (MPT) vérifie les fissures de surface dans les rainures en queue d'aronde et les trous de boulons, toute fissure de 0,2 mm de longueur entraînant un rejet.
Test de performance d'usure:
Les tests d'usure accélérée à l'aide d'un appareil à roue en sable sec/caoutchouc (ASTM G65) mesurent la perte de poids, les revêtements Cr20 nécessitant ≤ 0,5 g/1 000 cycles.
Un essai au banc consiste à monter la chemise avec un cône mobile, écrasant 10 tonnes de minerai standard ; l'inspection post-test montre une usure uniforme sans écaillage ni pelage.
Grâce à ces processus de fabrication et de contrôle qualité, le revêtement de bol atteint la résistance à l'usure, la précision et la durabilité requises pour garantir des performances de concassage efficaces et à long terme dans les concasseurs à cône, adaptés aux applications d'exploitation minière, de carrière et de traitement des agrégats.
