Études de cas sur l'optimisation des revêtements de broyeurs

Cas n° 1 – Mine de minerai de fer
Dans le processus de production d’une certaine mine de minerai de fer, l’approvisionnement en minerai est passé de l’exploitation à ciel ouvert à l’exploitation souterraine. En conséquence, les propriétés du minerai ont changé : le degré d’altération a diminué, la dureté a augmenté et le taux de concassage a baissé. Cela a entraîné une baisse du rendement du broyeur AG. Afin de maintenir la finesse de produit requise et d’améliorer les performances du broyeur AG, des billes d’acier ont été ajoutées au broyeur, le transformant ainsi en un broyeur SAG. Cela a permis d’augmenter la capacité du broyeur AG humide, de garantir la qualité du concentré et de générer de bons bénéfices économiques. Cependant, l’introduction des billes d’acier a modifié l’environnement de broyage qui existait dans le broyeur AG d’origine. Aux stades intermédiaires et avancés de l’usure des revêtements, ceux-ci se sont déformés et fracturés sous l’impact des billes. La région centrale des revêtements a subi une usure particulièrement sévère. À l’origine, la durée de vie des revêtements était supérieure à 3 000 heures, mais après l’ajout de billes d’acier, elle a diminué d’un tiers. Cela a entraîné une augmentation des travaux de maintenance et une hausse du taux de défaillance. Pour remédier à cette situation, la structure et les performances des composants des revêtements résistants à l’usure ont été optimisées. Les mesures d’optimisation comprenaient : (1) l’amélioration du matériau des revêtements afin d’accroître leur résistance à l’usure, prolongeant ainsi leur durée de vie ; et (2) l’augmentation de l’épaisseur des revêtements et la modification de la configuration de leur section transversale afin d’améliorer encore leur durée de vie.

Cas n° 2 – Mine de Lan de TISCO (broyeurs SAG Metso)
La mine de Lan, exploitée par TISCO, utilise trois broyeurs SAG Metso et a testé des revêtements provenant de différents fournisseurs. En raison de la grande dureté du minerai, les revêtements se fissuraient fréquemment et avaient une durée de vie réduite, ce qui entraînait des arrêts fréquents des broyeurs et affectait gravement la production. De plus, la durée de vie des revêtements variait considérablement d’un lot à l’autre chez certains fournisseurs, ce qui rendait la maintenance planifiée très difficile. Metso a optimisé la conception de ses revêtements pour ces broyeurs afin d’améliorer les conditions d’exploitation. En juillet 2016, les revêtements de cuve optimisés de Metso, dotés d’un profil ondulé à angles multiples, ont été installés et mis en service dans le circuit de broyage de la mine TISCO Lan. Les ingénieurs de Metso ont procédé à de multiples collectes de données sur site et à des analyses des performances des revêtements de cuve, et ont utilisé un logiciel de simulation pour concevoir la nouvelle structure des revêtements. En modifiant l’angle de levage et la hauteur des revêtements de cuve, ils ont optimisé la trajectoire du matériau à l’intérieur du broyeur SAG, réduit les impacts directs entre les billes d’acier et les revêtements, ce qui a permis de diminuer le taux d’usure des revêtements et d’améliorer l’efficacité du broyage. Parallèlement, les ingénieurs de Metso ont modifié le matériau des revêtements afin d’obtenir un équilibre optimal entre dureté et ténacité, en fonction des conditions d’exploitation du broyeur, ce qui a permis d’améliorer considérablement la résistance des revêtements à la fracture et de prolonger leur durée de vie.

Par ailleurs, Metso a également fourni à TISCO des plaques de grille optimisées. Ces nouvelles plaques de grille présentent une section transversale modifiée au niveau de la fente d'évacuation, ce qui réduit les risques d'obstruction, évite la formation de fissures et prolonge leur durée de vie. L'optimisation du revêtement à la mine de Lan de TISCO a permis d'améliorer le débit de l'installation et de réduire les coûts d'exploitation.

Cas n° 3 – Grande mine de cuivre (broyeur SAG de 10,37 m de diamètre × 5,19 m de longueur)
Une grande mine de cuivre nationale exploite un broyeur SAG mesurant 10,37 m de diamètre sur 5,19 m de longueur. La taille d’alimentation du broyeur est de –300 mm ; le broyage s’effectue en circuit fermé à l’aide de cribles vibrants pour la classification. La granulométrie du produit broyé est de P80 = 194 μm, le débit est de 938 t/h et la puissance installée est de 2 × 5 MW. Avant l’optimisation, les revêtements de l’enveloppe se composaient de 66 rangées, les trous de boulonnage étant tous situés sur les barres de levage. Les barres de levage étaient disposées selon un schéma haut-bas : les barres hautes mesuraient 305 mm de hauteur (épaisseur de la base comprise), et les barres basses 205 mm (base comprise). Après 3,5 mois de fonctionnement, les revêtements de la cuve ont commencé à se fracturer. Deux types principaux de fractures ont été observés : l’un consistait en des fissures longitudinales sur toute la longueur, et l’autre en des fractures transversales ; quelques cas présentaient des ébréchures aux angles. La hauteur excessive des barres de levage et l’angle de face trop faible des revêtements ont entraîné une élévation trop importante des billes d’acier, qui ont ainsi heurté directement les revêtements, provoquant leur rupture et leur fissuration. Une modélisation par éléments discrets (DEM) à l’aide du logiciel EDEM a été réalisée pour simuler les trajectoires de la charge et des billes d’acier à l’intérieur du broyeur, confirmant que des impacts de billes sur les revêtements se produisaient. L’angle de face des revêtements a été augmenté de 10°, et les résultats de simulation obtenus à l’aide d’un logiciel de modélisation des revêtements ont indiqué qu’avec ce nouvel angle de face, les billes ne heurtaient plus les revêtements. Les revêtements optimisés ont donné de bons résultats en exploitation sur le terrain.