Подбарабанная чаша конусной дробилки, также называемая неподвижной футеровкой конуса или чашей дробилки, – это ключевой износостойкий компонент, устанавливаемый на внутреннюю поверхность чаши дробления и образующий неподвижную часть камеры дробления. Её основные функции включают дробление материала (взаимодействие с вращающейся конусной чашей), защиту от износа (защиту чаши дробления), направление потока материала (благодаря внутреннему профилю) и контроль размера продукта (в зависимости от внутренней геометрии). Она должна обладать исключительной износостойкостью (твердостью поверхности ≥ХРК 60), ударной вязкостью (≥12 Дж/см²) и структурной целостностью, чтобы выдерживать непрерывные удары материала.
Конструктивно это сегментная (3–8 частей для крупных дробилок) или цельная коническая деталь. Она состоит из вогнутых сегментов/цельной конструкции, износостойкого корпуса (высокохромистый чугун Cr20–Cr26 или нихард 4), внутреннего профиля износа (конусная конструкция с углом 15°–30°, рёбра/канавки, параллельные секции), крепёжных элементов (ласточкины хвосты, зажимные отверстия, фиксирующие штифты), наружной опорной пластины (в биметаллическом исполнении) и верхнего/нижнего фланцев.
Процесс литья подковообразных отливок из высокохромистого чугуна включает выбор материала (Cr20Mo3 с контролируемым составом), изготовление моделей (сегментные модели с усадкой), формовку (песчаные формы на смоляной связке с огнеупорной заливкой), плавку и заливку (индукционная печь с контролируемой температурой и скоростью потока), а также охлаждение и термическую обработку (отжиг на твердый раствор и аустенитная закалка). Механическая обработка включает черновую обработку, обработку посадочных мест, финишную обработку внутреннего профиля, сборку сегментов (для многокомпонентных конструкций) и обработку поверхности.
Процессы контроля качества включают испытания материалов (химический состав и металлографический анализ), испытания механических свойств (твердость и ударная вязкость), проверку точности размеров (КИМ и лазерный сканер), неразрушающий контроль (ультразвуковой контроль и магнитно-резонансная томография) и проверку износостойкости (ускоренные испытания и полевые испытания). Они гарантируют, что дробящая головка достигнет необходимой износостойкости, точности и долговечности для эффективного и долгосрочного дробления в горнодобывающей промышленности, карьерах и при переработке щебня.
Подробное введение в вогнутую часть конусной дробилки
1. Функция и роль вогнутой поверхности
Подбарабанная часть конусной дробилки (также известная как футеровка неподвижного конуса или чаши) — это важнейший износостойкий компонент, устанавливаемый на внутреннюю поверхность чаши (корпуса неподвижного конуса) и образующий неподвижную часть камеры дробления. Её основные функции включают:
Дробление материалов: Взаимодействие с вращающейся мантией (подвижным конусным вкладышем) для приложения сжимающих и сдвигающих усилий к материалам (рудам, горным породам), уменьшение их до требуемого размера частиц путем многократного сжатия и измельчения.
Защита от износа: Защита чаши от прямого контакта с абразивными материалами, предотвращение преждевременного износа каркаса и снижение затрат на техническое обслуживание.
Руководство по потоку материалов: Направление материалов через камеру дробления через конический или ступенчатый внутренний профиль, обеспечивающее равномерное распределение и постепенное измельчение от загрузочного отверстия до разгрузочного отверстия.
Контроль размера продукта: Внутренняя геометрия вогнутой части (например, параллельные сечения, радиус кривизны) напрямую влияет на щель дробления и распределение размеров частиц, определяя качество конечного продукта.
Работая в условиях сильных ударов и абразивного износа, вогнутая поверхность должна обладать исключительной износостойкостью (твердость поверхности ≥ХРК 60), ударной вязкостью (≥12 Дж/см²) и структурной целостностью, чтобы выдерживать постоянное воздействие материала.
2. Состав и строение вогнутой части
Подбарабанье обычно представляет собой сегментированный или цельный конический компонент со сложным внутренним профилем износа, состоящий из следующих основных частей и конструктивных деталей:
Вогнутые сегменты (для крупных дробилок): Несколько дугообразных сегментов (3–8 шт.), образующих в сборе цельный конус, что позволяет легко заменять отдельные изношенные сегменты. Толщина каждого сегмента составляет 50–150 мм в зависимости от размера дробилки.
Цельный вогнутый (для небольших дробилок): Единая коническая конструкция без швов, обеспечивающая повышенную жесткость конструкции для легких условий эксплуатации.
Износостойкий корпус: Изготовлены из высокохромистого чугуна (Cr20–Cr26) или никелевого чугуна (Ни-Жесткий 4) с мартенситной матрицей, армированной твердыми карбидами хрома (M7C3) для устойчивости к истиранию.
Внутренний профиль износа:
Конусообразный дизайн: Угол конуса 15°–30° (соответствует конусности мантии) для создания постепенно сужающейся камеры дробления, что обеспечивает постепенное измельчение материала.
Ребра или канавки: Поперечные или продольные ребра (высотой 5–15 мм) на внутренней поверхности для улучшения сцепления с материалом, предотвращения проскальзывания и обеспечения равномерного износа.
Параллельные секции: Плоские сегменты около выпускного конца для получения более мелких и однородных частиц за счет поддержания постоянного дробильного зазора.
Особенности монтажа:
Вкладки типа «ласточкин хвост»: Выступы на внешней поверхности, входящие в соответствующие пазы типа «ласточкин хвост» в чаше, предохраняют вогнутую часть от вращательных усилий во время дробления.
Зажимные отверстия: Отверстия под болты на внешнем фланце или краю для крепления к чаше, предотвращающие осевое смещение при ударных нагрузках.
Установочные штифты: Небольшие выступы или отверстия, которые выравнивают сегменты во время сборки, обеспечивая непрерывный внутренний профиль с минимальными зазорами (≤0,5 мм между сегментами).
Внешняя подложка: Армирующий слой из чугуна или стали (в биметаллических конструкциях), который повышает ударопрочность за счет поглощения ударов, при этом износостойкий слой (высокохромистое железо) отливается на подложку.
Верхний и нижний фланцы: Радиальные кромки на загрузочном и выпускном концах, которые перекрываются фланцами чаши, предотвращая утечку материала между подбарабаньем и чашей.
3. Процесс литья подбарабанья
Высокохромистый чугун, основной материал для изготовления подбарабаний, изготавливается методом литья в песчаные формы для достижения сложных профилей износа:
Выбор материала:
Высокохромистый чугун (Cr20Mo3) предпочтителен благодаря своей превосходной износостойкости и химическому составу, состав которого контролируется в пределах C 2,5–3,5 %, Кр 20–26 %, Мо 0,5–1,0 %. Он образует в мартенситной матрице твердую карбидную сетку (объемная доля 30–40 %), обеспечивая твердость ≥ХРК 60.
Изготовление выкроек:
Для каждого вогнутого сегмента создаются сегментированные шаблоны (из пенопласта, дерева или напечатанной на 3D-принтере смолы), воспроизводящие внутренний профиль износа, внешние элементы крепления и ребра. Для учета усадки при охлаждении добавляются допуски на усадку (1,5–2,5%).
Формование:
Для каждого сегмента изготавливается песчаная форма на основе смолы, в которой песчаный стержень формирует внутренний профиль износа. Полость формы покрывается огнеупорной смесью (на основе оксида алюминия) для предотвращения попадания песка и улучшения качества поверхности.
Плавка и заливка:
Чугун плавят в индукционной печи при температуре 1450–1500 °C, строго контролируя углеродный эквивалент (CE = C + 0,3(Си + P) ≤4,2%) для предотвращения усадочных дефектов.
Заливка производится при температуре 1380–1420 °С с помощью ковша, с медленной, равномерной скоростью подачи стали для заполнения полости формы без турбулентности, что обеспечивает плотную структуру в тонких ребрах.
Охлаждение и термообработка:
Форма охлаждается в течение 24–48 часов для снижения термических напряжений, после чего отливка извлекается методом выбивки. Дробеструйная обработка (стальная дробь G25) удаляет остатки песка, достигая шероховатости поверхности Ра50–100 мкм.
Отжиг в растворе: Нагрев до 950–1050 °С в течение 2–4 часов с последующим охлаждением на воздухе для растворения карбидов и гомогенизации структуры.
Аустемперирование: Закалка в масле при температуре 250–350 °C, затем отпуск при температуре 200–250 °C для превращения матрицы в мартенсит, достигая твердости ХРК 60–65 при сохранении вязкости.
4. Процесс обработки и изготовления
Черновая обработка:
Каждый вогнутый сегмент устанавливается на вертикальном токарном станке с ЧПУ для обработки внешней поверхности, монтажных выступов и кромок фланца с припуском на чистовую обработку 1–2 мм. Основные размеры (например, длина дуги сегмента, толщина) контролируются с точностью ±0,5 мм.
Монтажные элементы обработки:
Отверстия типа «ласточкин хвост» фрезеруются на внешней поверхности с помощью фрезерного станка с ЧПУ с допуском размеров (±0,1 мм) для обеспечения плотного прилегания к пазам чаши.
Отверстия для крепления просверлены и нарезаны резьбой по классу допуска 6H с точностью позиционирования (±0,2 мм) для совмещения с отверстиями для болтов чаши.
Отделка внутреннего профиля:
Внутренняя поверхность износа проверяется на наличие литейных дефектов (например, пор, трещин) и слегка шлифуется для удаления неровностей, сохраняя при этом заданный профиль. Шероховатость поверхности контролируется до Ра3,2 мкм для оптимизации потока материала.
Для сегментированных вогнутых поверхностей сопрягаемые кромки соседних сегментов обрабатываются на станке для обеспечения зазора ≤0,5 мм при сборке, что предотвращает утечку материала и неравномерный износ.
Сегментная сборка (для многокомпонентных конструкций):
Сегменты предварительно устанавливаются в приспособление для проверки непрерывности внутреннего профиля, а также производятся регулировки для обеспечения гладкой и непрерывной поверхности конуса.
Для сохранения положения сегментов во время окончательной сборки в дробилке устанавливаются установочные штифты.
Обработка поверхности:
Внешняя поверхность (сопрягаемая с чашей) покрыта противозадирным составом для облегчения монтажа и предотвращения коррозии.
Внутренняя поверхность износа может быть подвергнута дробеструйной обработке для создания сжимающего напряжения, что уменьшает распространение трещин под ударом.
5. Процессы контроля качества
Испытание материалов:
Анализ химического состава (спектрометрия) подтверждает, что чугун соответствует стандартам (например, Cr20Mo3: Кр 20–23%, C 2,8–3,2%).
Металлографический анализ проверяет распределение карбидов (равномерность ≥90%) и структуру матрицы (мартенсит с ≤5% перлита).
Испытание механических свойств:
Испытание на твердость (по Роквеллу C) гарантирует, что внутренняя поверхность имеет твердость ≥ХРК 60; твердость сердцевины составляет ≤ХРК 55 для сохранения ударной вязкости.
Испытание на удар (Шарпи с V-образным надрезом) позволяет измерить вязкость при комнатной температуре, для чего требуется ≥12 Дж/см² для сопротивления разрушению при сильном ударе.
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) контролирует основные размеры: длину дуги сегмента, угол конусности (±0,1°) и размер выступа «ласточкин хвост».
Лазерный сканер проверяет соответствие внутреннего профиля модели САПР, гарантируя правильное совмещение с кожухом для поддержания проектного дробильного зазора.
Неразрушающий контроль (НК):
Ультразвуковой контроль (УЗК) позволяет обнаружить внутренние дефекты (например, усадочные поры размером 3 мм) в вогнутом теле, при этом критические области (основания ребер, монтажные выступы) тщательно проверяются.
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) позволяет проверить наличие поверхностных трещин на пазах типа «ласточкин хвост» и кромках фланцев, при этом любой дефект длиной менее 0,2 мм приводит к отбраковке.
Проверка износостойкости:
Ускоренное испытание на износ (ASTM G65) использует аппарат с сухим песком/резиновым колесом для измерения потери веса, при этом вогнутые поверхности с высоким содержанием хрома требуют ≤0,5 г/1000 циклов.
Полевые испытания включают установку вогнутой части в испытательную дробилку, мониторинг скорости износа в течение 500 часов работы, обеспечение равномерного износа и отсутствие преждевременного выхода из строя.
Благодаря этим процессам производства и контроля качества конусная дробилка достигает износостойкости, точности и долговечности, необходимых для обеспечения эффективного и долговременного дробления, что делает ее пригодной для использования в горнодобывающей промышленности, карьерах и при обработке щебня.
