Mécanismes d'usure dans les broyeurs verticaux de ciment : Comment identifier la cause première de l'usure des manchons de rouleaux des broyeurs verticaux ?

J'ai vu des usines remplacer les manchons de rouleaux à maintes reprises, et pourtant le taux d'usure reste le même. Le vrai problème est que les gens traitent l'"usure" comme une seule chose. Dans un MRV, l'usure a plusieurs facteurs, qui s'empilent les uns sur les autres. Si je ne nomme pas d'abord le facteur dominant, je continuerai à payer pour la mauvaise solution.

Vous pouvez identifier la cause première en faisant correspondre le modèle d'usure du manchon et les dommages sous la surface aux signaux de fonctionnement du broyeur (vibrations, puissance, stabilité du lit) et aux intrants du processus (abrasivité de l'alimentation, humidité, métal de rebut). Dans la plupart des broyeurs de ciment, le mode dominant est l'abrasion à deux corps sous une pression de contact très élevée, et le glissement et le déplacement du point de laminage déterminent l'endroit où l'usure la plus importante se produit.

La difficulté réside dans le fait que je ne peux pas "regarder à l'intérieur" d'un VRM en fonctionnement. Le gaz chaud avoisine les 200 °C et le flux de particules ascendant ressemble à une tempête de sable, avec des vitesses de particules pouvant atteindre 60 m/s environ. Je me fie donc à deux choses : ce que le broyeur me dit pendant qu'il tourne, et ce que la surface d'usure me dit après que je me sois arrêté pour l'inspecter. Lorsque je relie ces deux éléments, la cause première apparaît.

Pourquoi mon manchon actuel souffre-t-il d'abrasion, d'impact ou d'usure par fatigue ?

Lorsque je m'approche d'un manchon usé sur le sol, je pose d'abord une question simple : "Qu'est-ce que la surface a subi et qu'est-ce que le métal a subi sous la surface ? "Qu'est-ce que la surface a subi et qu'est-ce que le métal a subi sous la surface ?" Les rouleaux VRM et les revêtements de table subissent souvent une abrasion à deux corps sous une pression de contact très élevée, et j'ai vu des valeurs signalées supérieures à 200 MPa. Sous cette pression, même un petit changement dans le glissement ou l'épaisseur du lit peut déplacer la zone de forte contrainte et sculpter le profil à un nouvel endroit.

L'abrasion se traduit par une perte de profil lisse et des rayures directionnelles ; l'impact se traduit par des éclats, des fissures et des phases dures brisées ; la fatigue se traduit par des piqûres ou des écaillages qui commencent sous la surface et éclatent plus tard.

Dans un VRM, le glissement tangentiel à l'interface table/rouleau est un facteur d'usure majeur. Je rappelle toujours aux équipes que la table est entraînée, tandis que le rouleau est effectivement remorqué, et qu'il y a donc un glissement "intégré" même lorsque tout semble stable. Le glissement augmente souvent près de la sortie de l'espace, et il peut aussi exister sous la forme d'un glissement constant d'une zone à l'autre parce que la cinématique n'est pas parfaitement roulante partout. Cela signifie que je ne peux pas expliquer l'usure uniquement par la dureté. Je dois aussi l'expliquer par le mouvement.

Le point de laminage est une autre clé. Il s'agit de l'endroit où les vitesses tangentielles du rouleau et de la table correspondent. Ce point varie en fonction de l'épaisseur du lit, de la vitesse de la table et de la géométrie des pièces d'usure. Lorsqu'il se déplace, la zone de haute pression se déplace également. La carte de l'usure change donc même si je conserve le même matériau. Lorsque l'usure change de forme, c'est souvent le point de roulement qui se déplace.

Je regarde également sous la surface lorsque je le peux. Dans de nombreux revêtements résistants à l'abrasion, la microscopie montre des dommages sous la surface où le décalage des contraintes provoque la fracture du carbure et la décohésion sous la surface usée. Ces dommages cachés accélèrent la perte de surface par la suite. C'est pourquoi certains manchons ont l'air "en bon état" pendant des semaines, puis perdent soudain rapidement de la masse.

Pour que cela soit pratique, j'utilise un tableau de terrain rapide pendant l'inspection :

Je ne traite pas le revêtement de la table et le manchon du rouleau comme des histoires séparées. Si le rouleau montre un mode et la table un autre, je suppose que la formation du lit et le glissement changent sur le rayon.

Quels sont les signes avant-coureurs à rechercher pour détecter une usure anormale de mon VRM ?

La plupart des usines remarquent l'usure lorsque la finesse du produit dérive ou lorsque les vibrations deviennent un combat permanent. C'est trop tard. L'usure se renforce d'elle-même dans un VRM. La perte de profil modifie la formation du lit. Les modifications du lit déplacent le point de roulement. Le déplacement du point de laminage modifie le glissement et la pression locale. L'usure s'accélère alors à nouveau. Je surveille donc les signaux précoces qui apparaissent avant que la déviation de la géométrie ne devienne importante.

Les signes avant-coureurs les plus fiables sont l'augmentation des vibrations, l'augmentation de la puissance du moteur à débit constant, les variations de pression plus importantes et les signes d'instabilité ou d'amincissement du lit de matériau ; ces signes apparaissent généralement avant que les dommages visibles ne deviennent graves.

J'adopte un état d'esprit simple : "la tendance d'abord, l'événement ensuite". Si je ne réagis qu'aux alarmes, je passe à côté de la lente dérive qui m'indique que la cause première est en train de se construire. Voici ce que je surveille et comment je l'interprète de manière pratique.

1) Tendance des vibrations, pas seulement la valeur de crête
Si les vibrations augmentent lentement au fil des jours, je soupçonne un changement de profil, un déplacement du point de roulement ou une instabilité du lit. Si les vibrations augmentent brusquement, je soupçonne des événements d'impact, des traces de métal ou un effondrement soudain du lit. Je compare également les composantes verticales et horizontales si j'en dispose. Une augmentation directionnelle constante indique souvent une usure inégale sur la circonférence.

2) Évolution de la puissance à débit et finesse constants
Si la puissance augmente alors que l'avance et la finesse restent similaires, le frottement et le glissement augmentent souvent. Cela peut se produire lorsque le lit est plus fin, lorsque la rugosité de la surface change ou lorsque l'écaillage augmente les contraintes locales. Je surveille également les réglages du séparateur et la charge de recirculation, car un changement caché à cet endroit peut fausser un signal d'usure.

3) Stabilité de la pression de broyage
Un lit stable donne généralement une réponse stable à la pression. Lorsque le lit devient mince ou instable, le contrôle de la pression devient aléatoire. Cette chasse ajoute une charge cyclique, et la charge cyclique est le point de départ de la fatigue superficielle. Une fois que des épaufrures se forment, la contrainte de contact locale augmente et l'usure peut s'accélérer de manière non linéaire.

4) Indices de température et de gaz/d'humidité
Si je constate des conditions qui favorisent la tribocorrosion, je suppose que la surface d'usure est plus faible que ne le laisse supposer son indice de dureté. Les gaz chauds humides et les produits chimiques agressifs tels que les alcalis, les chlorures et les sulfates peuvent favoriser la formation de fissures et le décollement des revêtements. Les dommages dus à l'abrasion et à la fatigue se propagent alors plus rapidement.

5) Le "signal géométrique" de l'opération
Lorsque les rouleaux perdent leur profil, le broyeur peut avoir besoin de plus de pression pour maintenir le même produit. Le lit peut se déplacer vers l'extérieur ou vers l'intérieur. Le point de laminage peut se déplacer. Même si je ne peux pas voir l'intérieur, je peux souvent déduire la dérive de la géométrie à partir de la sensibilité du moulin à de petites variations de l'alimentation ou de l'eau.

Pour rester structuré, j'utilise cette liste de contrôle rapide :

D'après mon expérience, des reconstructions opportunes avant que l'écart géométrique ne devienne important peuvent permettre d'économiser plus que n'importe quel changement d'alliage, car elles stoppent la boucle de rétroaction qui accélère l'usure.

Comment la technologie des composites métallo-céramiques peut-elle réduire l'usure dans mon broyeur à ciment ?

Lorsque les gens me demandent ce qu'est un "meilleur matériau", je réponds par trois mots : charge, glissement, chimie. Un VRM n'est pas un simple dispositif d'abrasion. Il s'agit d'un système d'usure à haute pression et à mode mixte, et le mode dominant est généralement l'abrasion à deux corps, mais l'impact, la fatigue et la tribocorrosion peuvent prendre le dessus rapidement lorsque les conditions dérivent. C'est là que la technologie des composites métallo-céramiques peut changer la donne, car elle ne repose pas uniquement sur la dureté.

Les composites métallo-céramiques réduisent l'usure en combinant des phases céramiques dures pour la résistance à l'abrasion avec une matrice métallique solide qui résiste à la fissuration et à l'impact, de sorte que les carbures ou les phases dures sont moins susceptibles de se fracturer et de se détacher sous une pression élevée et une charge cyclique.

J'ai observé des modes de défaillance classiques dans le rechargement et les solutions à haute teneur en chrome : des fissures qui traversent des zones fragiles, des éclats qui commencent sous la surface et des particules dures qui se cassent ou se détachent en raison d'une inadéquation des contraintes. Une fois que les phases dures se détachent, la surface se transforme en un processus d'abrasion "auto-alimenté", car les particules cassées deviennent des troisièmes corps agressifs dans le contact.

Une approche composite métal-céramique bien conçue vise cette réaction en chaîne. L'idée n'est pas seulement d'être dur. Il s'agit de faire en sorte que la phase dure soit soutenue, ancrée et protégée contre les fractures fragiles. Sous des pressions de contact élevées, je veux que la charge soit transférée à travers une structure qui ne concentre pas les contraintes dans un réseau fragile. Sous des charges cycliques, je veux que la croissance des fissures soit ralentie. En cas d'impact, je veux une résistance à l'écaillage. Sous tribocorrosion, je veux moins d'entailles et une croissance moins rapide des fissures à la surface.

Voici comment je conçois l'avantage en termes d'ingénierie :

Cela correspond à la façon dont nous travaillons à Dafang-Casting. Nous nous concentrons sur la technologie de résistance à l'usure des composites métallo-céramiques parce qu'elle me donne une plus grande marge de sécurité lorsque le broyeur n'est pas parfait. Dans les usines réelles, les changements d'alimentation, les variations d'humidité et la stabilité du lit ne sont pas toujours idéaux. Un système de matériaux qui résiste à la fois à l'abrasion et à la fissuration fait souvent la différence entre une maintenance planifiée et un arrêt surprise.

Je dis également aux équipes que le matériau n'est pas le seul levier. Si le glissement et le déplacement du point de laminage sont les facteurs déterminants, je dois quand même stabiliser le banc et réduire les charges inégales. Les manchons composites sont utiles, mais ils fonctionnent mieux lorsque le broyeur ne les force pas à subir des impacts constants et à entrer en contact avec le métal.

Conclusion

Dans mon travail, le moyen le plus rapide de trouver la cause première de l'usure des manchons de VRM est de faire correspondre les schémas d'usure et les dommages souterrains aux tendances de fonctionnement telles que les vibrations, la puissance et la stabilité du lit. La plupart des VRM de ciment subissent principalement une abrasion à deux corps sous très haute pression, et le glissement et le déplacement du point de roulement décident de l'endroit où l'usure se concentre. Lorsque l'impact, la fatigue et la tribocorrosion interviennent, les dommages peuvent s'accélérer rapidement. C'est pourquoi je recommande souvent les manchons de rouleaux composites métal-céramique de Dafang-Casting pour prolonger la durée de vie et réduire les temps d'arrêt dans les conditions difficiles du ciment.