Футеровка конусной дробилки, также известная как футеровка неподвижного конуса или вогнутая футеровка, представляет собой износостойкий компонент, устанавливаемый на внутреннюю поверхность верхней рамы или чаши, образуя неподвижную часть камеры дробления. Её основные функции включают дробление материала (взаимодействие с подвижной футеровкой конуса для измельчения материала), защиту от износа (защиту верхней рамы), направление материала (обеспечение равномерного распределения материала благодаря внутреннему профилю) и контроль размера продукта (влияние на распределение размера частиц благодаря внутреннему профилю). Она должна обладать исключительной износостойкостью, ударной вязкостью и структурной целостностью, а срок службы составляет от 500 до 2000 часов в зависимости от твёрдости материала.
Конструктивно это конический или усеченно-конический компонент, состоящий из корпуса (высокохромистый чугун типа Cr20–Cr26 или мартенситная сталь), внутреннего профиля износа (с параллельными сечениями, ступенчатыми/рифлеными поверхностями и углом конусности 15°–30°), элементов крепления (пазы типа «ласточкин хвост», отверстия под болты, установочные штифты), ребер жесткости и верхнего фланца.
Процесс литья футеровки чаши включает выбор материала (высокохромистый чугун Cr20Mo3), изготовление модели (с усадкой), формовку (песчаную форму на смоляной связке), плавку и заливку (контроль температуры и расхода), охлаждение и выбивку, а также термическую обработку (отжиг на твердый раствор и закалка). Технологический процесс изготовления включает черновую обработку, обработку посадочных мест, обработку внутреннего профиля и обработку поверхности.
Процессы контроля качества включают испытания материалов (химический состав и металлографический анализ), испытания механических свойств (твердость и ударная вязкость), проверку точности размеров (с использованием КИМ и лазерного сканера), неразрушающий контроль (ультразвуковой и магнитопорошковый контроль) и испытания на износостойкость. Эти процессы гарантируют, что футеровка чаши обладает необходимой износостойкостью, точностью и долговечностью.
Подробное описание компонента футеровки чаши конусной дробилки
1. Функция и роль вкладыша в чашу
Футеровка конусной дробилки (также называемая футеровкой неподвижного конуса или вогнутой футеровкой) — это износостойкий компонент, устанавливаемый на внутреннюю поверхность верхней рамы или чаши, образуя неподвижную часть камеры дробления. Её основные функции включают:
Дробление материалов: Работает совместно с подвижным конусным вкладышем (мантией) для приложения сжимающих и сдвигающих усилий к материалам (рудам, горным породам), уменьшая их до требуемого размера частиц.
Защита от износа: Защита верхней рамы от прямого контакта с абразивными материалами, продление срока службы рамы и снижение затрат на техническое обслуживание.
Материальное руководство: Направление материалов через камеру дробления через ее коническую или ступенчатую внутреннюю поверхность, обеспечивающее равномерное распределение и эффективное дробление.
Контроль размера продукта: Внутренний профиль футеровки (например, параллельные, выпуклые или вогнутые секции) напрямую влияет на щель дробления и распределение размеров частиц конечного продукта.
Учитывая воздействие сильных ударов и абразивного износа, футеровка чаши должна обладать исключительной износостойкостью, ударной вязкостью и структурной целостностью, обычно выдерживая 500–2000 часов в зависимости от твердости материала.
2. Состав и структура вкладыша чаши
Футеровка чаши представляет собой конический или усеченно-конический компонент со сложным внутренним профилем, состоящий из следующих основных частей и конструктивных элементов:
Корпус лайнера: Основная конструкция, изготовленная из высокохромистого чугуна (например, Cr20–Cr26) или мартенситной стали (например, 12Cr13), толщиной 50–150 мм. Внешняя поверхность обработана под верхнюю раму, а внутренняя имеет износостойкий профиль.
Внутренний профиль износа: Разработаны с учетом особой геометрии для оптимизации эффективности дробления:
Параллельные секции: Для получения однородных мелких частиц путем поддержания постоянного размера дробильной щели.
Ступенчатые или рифленые поверхности: Улучшает захват материала и уменьшает проскальзывание, подходит для грубого дробления.
Угол конусности: Обычно 15°–30° относительно вертикальной оси, определяя скорость потока материала и распределение дробящего усилия.
Особенности монтажа:
Пазы типа «ласточкин хвост»: Продольные канавки на внешней поверхности, которые сопрягаются с соответствующими выступами на верхней раме, предохраняя подкладку от вращательных усилий.
Отверстия для болтов: Кольцевые отверстия около верхнего/нижнего краев для болтов, которые крепят подкладку к раме, предотвращая осевое смещение.
Установочные штифты: Небольшие выступы или отверстия, которые выравнивают подкладку с рамой, обеспечивая правильное расположение внутреннего профиля.
Ребра жесткости: Внешние радиальные ребра (толщиной 10–30 мм), усиливающие корпус вкладыша и уменьшающие деформацию при ударных нагрузках.
Верхний фланец: Радиальный край на верхнем конце, который перекрывает загрузочную воронку, предотвращая утечку материала между подкладкой и рамой.
3. Процесс литья подкладки чаши
Высокохромистый чугун, основной материал для футеровки чаш, изготавливается методом литья в песчаные формы для достижения сложных профилей износа:
Выбор материала:
Высокохромистый чугун (Cr20Mo3) предпочтителен благодаря своей превосходной износостойкости (твёрдость ≥ХРК 60) и ударной вязкости (≥15 Дж/см²). Содержание углерода (C) контролируется в пределах 2,5–3,5%, хрома (Кр) – 20–26%, молибдена (Мо) – 0,5–1,0% для образования твёрдых карбидов хрома (M7C3) в матрице.
Изготовление выкроек:
Полномасштабная модель изготавливается из дерева, пенопласта или напечатанной на 3D-принтере смолы, воспроизводя внутренний профиль, внешнюю поверхность, элементы крепления и ребра футеровки. Припуски на усадку (1,5–2,5%) учитывают усадку чугуна при охлаждении.
Формование:
Подготавливается песчаная форма на основе смолы, в которую помещается модель, формирующая внешнюю поверхность футеровки. Песчаный стержень (покрытый огнеупорной смесью) формирует внутренний профиль износа, обеспечивая точность размеров угла конусности и канавок.
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 °C с помощью ковша, с медленной, но постоянной скоростью потока для заполнения полости формы без турбулентности, которая может привести к появлению пористости в отливке.
Охлаждение и вытряхивание:
Форма охлаждается в течение 24–48 часов для снижения термических напряжений, после чего отливка извлекается вибрацией. Остатки песка очищаются дробеструйной обработкой (стальная колотая дробь G25) до достижения шероховатости поверхности Ра50–100 мкм.
Термическая обработка:
Отжиг в растворе: Отливку нагревают до 950–1050 °С, выдерживают 2–4 часа, затем охлаждают на воздухе для растворения карбидов и гомогенизации структуры.
Аустемперирование: Закалка в масле при температуре 250–350 °C с последующим отпуском при 200–250 °C для превращения матрицы в мартенсит, достигая твердости ХРК 60–65 при сохранении вязкости.
4. Процесс обработки и изготовления
Черновая обработка:
Литой вкладыш устанавливается на вертикальном токарном станке с ЧПУ для обработки наружной поверхности, верхнего фланца и расположения болтовых отверстий с припуском на чистовую обработку 1–2 мм. Основные размеры (например, наружный диаметр, угол конусности) контролируются с точностью ±0,5 мм.
Монтажные элементы обработки:
Пазы типа «ласточкин хвост» фрезеруются на внешней поверхности с помощью фрезерного станка с ЧПУ с допуском по глубине (±0,1 мм) и равномерным шагом для обеспечения плотного прилегания к выступам рамы.
Отверстия под болты сверлятся и нарезаются резьбой по классу допуска 6Н с точностью позиционирования (±0,2 мм) относительно оси вкладыша, что предотвращает концентрацию напряжений в болтах.
Обработка внутреннего профиля:
Внутренняя поверхность износа подвергается грубой обработке до достижения приблизительного профиля, а затем финишной шлифовке на шлифовальном станке с ЧПУ с контурным резцом. Шероховатость поверхности контролируется до Ра3,2 мкм для оптимизации потока материала и снижения износа.
Угол конусности проверяется с помощью лазерного сканера, гарантируя его соответствие проекту (допуск ±0,1°) для поддержания правильного дробящего зазора с движущимся конусом.
Обработка поверхности:
Внешняя поверхность (сопрягаемая с рамой) покрыта антикоррозийной краской для предотвращения коррозии во время хранения.
Внутренняя поверхность износа может быть подвергнута дробеструйной обработке (стальной дробью диаметром 0,3–0,8 мм) для создания сжимающих напряжений, что повышает усталостную прочность.
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 хрома (объемная доля ≥30%) и структуру матрицы (мартенсит с ≤5% перлита).
Испытание механических свойств:
Испытание на твердость (по Роквеллу) гарантирует, что внутренняя поверхность имеет твердость ≥ХРК 60; твердость сердцевины проверяется для подтверждения равномерности термообработки (≤ХРК 55 для 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 ударе.
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) контролирует основные размеры: наружный диаметр (±0,2 мм), внутренний профиль (отклонение от модели САПР ±0,1 мм) и угол конусности (±0,1°).
Шаблонный калибр проверяет, соответствует ли профиль внутреннего износа проекту, обеспечивая надлежащий дробящий зазор с движущимся конусом.
Неразрушающий контроль (НК):
Ультразвуковой контроль (УЗК) позволяет обнаружить внутренние дефекты (например, усадочные поры, трещины) в теле гильзы, размер которых не должен превышать φ3 мм.
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) позволяет проверить наличие поверхностных трещин в пазах типа «ласточкин хвост» и отверстиях под болты. Любая трещина длиной менее 0,2 мм приводит к браковке.
Испытание на износостойкость:
Ускоренное испытание на износ с использованием прибора «сухой песок/резиновый круг» (ASTM G65) измеряет потерю веса, при этом для вкладышей Cr20 требуется ≤0,5 г/1000 циклов.
В ходе стендовых испытаний футеровка монтируется с движущимся конусом, дробящим 10 тонн стандартной руды; последующий осмотр показывает равномерный износ без сколов и отслоений.
Благодаря этим процессам производства и контроля качества футеровка чаши достигает износостойкости, точности и долговечности, необходимых для обеспечения эффективной и долгосрочной производительности дробления в конусных дробилках, подходящих для горнодобывающей промышленности, карьерных работ и обработки щебня.
