СОСТАВНОЙ ПОДЪЕМНЫЙ ЭЛЕМЕНТ МЕЛЬНИЦЫ Российский патент 2011 года по МПК B02C17/22 

Настоящее изобретение относится к подъемному элементу, действующему в качестве части облицовки, выполненной из гибкого полимерного материала для мельницы, используемой для измельчения руд и минералов. Более точно, настоящее изобретение относится к подъемному элементу мельницы, где механические свойства и износостойкость защиты от износа изменяются, когда профиль указанного подъемного элемента изменяется в результате износа, так что срок службы защиты от износа увеличивается.

Внутренняя поверхность барабана мельниц покрыта износостойким слоем материала, защищающим барабан от износа, вызванного измельчением. Износ вызывается рудой и каменным материалом и элементами, используемыми для измельчения, подобными мелющим шарам, стержням или цилиндрам. Материалы, используемые для защитной облицовки, включают эластомерный материал подобный резине, композиционные материалы подобные стали, или их соединения. Облицовка от износа содержит защитные пластины и подъемные элементы, причем указанные подъемные элементы далее называются подъемными стержнями. Подъемные стержни проходят от одного конца барабана к другому, причем стержни прикреплены к раме барабана и они механически блокируют защитные пластины на поверхности барабана. Подъемные стержни, предназначенные для улучшения вращения измельчаемого материала, и мелющие элементы в мельнице расположены более выступающими, чем облицовка на внутренней поверхности барабана. Следовательно, они принимают также большую часть ударного напряжения, вызванного падающими мелющими элементами и мелющими телами, и износа от трения, вызванного измельчением. Износ подъемных стержней уменьшает их защитное действие для облицовки и, кроме того, влияет на расход энергии и качество измельчения мельницы. Расчеты показали, что интенсивность изнашивания при ударе, которой подвергается стержень, уменьшается, когда профиль стержня уменьшается в результате износа.

Эластомеры, используемые для облицовок мельниц и подъемных стержней, имеют низкое сопротивление истиранию при измельчении, но высокое сопротивление ударным напряжениям. Твердосплавные облицовки, подобные белому чугуну, имеют высокое сопротивление истиранию, но из-за их низкой ударной прочности они могут использоваться только в небольших мельницах при меньших ударных напряжениях. У обработанных материалов или материалов на основе литой стали сопротивление удару выше, но износостойкость ниже, чем у белых чугунов. Подъемный стержень, имеющий оптимальные механические свойства и износостойкость, получают посредством комбинирования эластомерной и металлической облицовки.

Патент США 5431351 раскрывает подъемный стержень, использующий металлическую рамную конструкцию. Патент США 4848681 раскрывает подъемный стержень, выполненный из эластомерного материала, имеющий переднюю кромку, усиленную металлическим слоем.

Компьютерное модулирование сейчас успешно используется для моделирования процесса измельчения в мельнице и, таким образом, определения интенсивности ударных напряжений, которым подвергаются разные части подъемного стержня при изменении профиля, вызванном износом мельницы, и изменениях высоты подъема и траектории измельчаемого материала. Результаты моделирования показали, что при износе облицовки интенсивность ударных напряжений уменьшается.

В настоящем изобретении подъемный стержень, образованный из полимера и металла, выполнен из двух или множества металлов, сплавов или металлокерамических композиционных материалов, соединенных с полимерной рамой таким образом, что разные части подъемного стержня выполнены из материала с оптимальными механическими свойствами и износостойкостью.

Для подъемного стержня в соответствии с настоящим изобретением обеспечены следующие преимущества:

увеличенный срок службы по сравнению с решениями известного уровня техники может быть достигнут посредством оптимизации конструкции и выполнения подъемного стержня,

разная степень износа на разных участках мельницы может быть учтена в соответствии с конструкцией и выполнением подъемного стержня, в результате чего может быть обеспечен одновременный износ облицовки мельницы,

расход энергии относительно готового продукта уменьшается, и

степень использования пропускной способности мельницы увеличивается в результате уменьшения потребности в обслуживании и меньшего времени простоя.

Более подробно, подъемный элемент в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что указано в отличительной части п.1.

Подъемный элемент, другими словами, подъемный стержень в соответствии с настоящим изобретением будет описан в качестве примера более подробно ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает один подъемный стержень в соответствии с настоящим изобретением, установленный на месте на внутренней поверхности мельницы;

фиг.2 изображает альтернативный вариант осуществления подъемного стержня в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3a-c изображают примеры альтернативных вариантов осуществления металлической арматуры подъемного стержня в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4a-d изображают альтернативные формы поперечного сечения металлической арматуры подъемного стержня в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.1 изображает один подъемный стержень 1 в соответствии с настоящим изобретением в виде частичного вида в поперечном сечении в точке, в которой расположен крепежный элемент 2. Подъемный стержень 1 прикреплен к раме 3 мельницы при помощи крепежного элемента 2. Части 4, 4' из полимерного материала, образующие облицовку от износа, закреплены между подъемными стержнями на внутренней поверхности рамы 3 мельницы. Подъемный стержень 1 состоит из корпуса 5, выполненного из полимерного материала, и металлической арматуры 6, усиливающей переднюю кромку подъемного стержня, действующей в качестве защиты от износа подъемного стержня. Металлическая арматура 6 состоит из двух частей, расположенных по существу, друг на друге, если смотреть от основания подъемного стержня, то есть из верхней части 7, выполненной из материала с более низкой твердостью и более высокой ударной прочностью, и нижней части 8, выполненной из материала с более высокой твердостью и более низкой ударной прочностью.

Металлическая арматура 6 может быть прикреплена к корпусу 6, выполненному из полимерного материала, например, при помощи механического соединения или клеевого соединения. Верхняя часть 7 и нижняя часть 8 прикрепляются друг к другу при помощи сплавления или клеевого соединения.

В решении в соответствии с настоящим изобретением, проиллюстрированном на фиг.1, верхняя часть 7 металлической арматуры 6 подъемного стержня 1 принимает ударные напряжения элементов, используемых для измельчения, другими словами, элементов из мелющих стержней и мелющих шаров, и измельчаемый материал в процессе измельчения. При этом приеме ударных напряжений корпус 5, выполненный из гибкого полимерного материала, также является полезным. Износу от трения, другими словами, износу в процессе измельчения, в основном, подвергается часть основания подъемного стержня 1 на участке нижней части 8 металлической арматуры 6, причем твердый материал нижней части 8 оказывает значительное сопротивление.

Материалом верхней части 7 металлической арматуры 6 может быть, например,

литая сталь, подобная улучшенной закалкой и отпуском стали, легированной Cr-Mo;

обработанная износостойкая сталь, имеющая твердость 450-600 HV; или

порошковая инструментальная сталь, отличающаяся низким содержанием углерода, низким легированием и ударной прочностью.

Материалом нижней части 8 металлической арматуры 6 может быть, например,

порошковая инструментальная сталь, отличающаяся высоким содержанием углерода, высоким легированием, твердостью и износостойкостью;

композиционный материал с металлической матрицей, полученный методом порошковой металлургии, подобный металлокерамическому композиционному материалу (подобному инструментальной стали + карбиду вольфрама (WC), инструментальной стали + твердому металлу (Co+WC), литой стали + WC) или металлу + композиционному металлическому материалу (подобному инструментальной стали + марганцовистой стали); или

белый чугун.

Фиг.2 изображает один альтернативный вариант осуществления подъемного стержня в соответствии с настоящим изобретением, содержащего крепежный элемент 9, присоединенный к металлической арматуре 6 в соответствии с фиг.1. Крепежный элемент 9 предназначен для обеспечения прикрепления металлической арматуры 6 к корпусу 5, выполненному из полимерного материала. Кроме того, крепежный элемент 9 может быть использован при манипулировании металлической арматурой 6, при установке ее на место в форму в связи с изготовлением подъемного стержня.

Фиг.3a-c изображают примеры конструкции металлической арматуры подъемного стержня в соответствии с настоящим изобретением, вид в поперечном сечении и вид спереди. В примере на фиг.3а часть 8, изготовленная из износостойкого материала, расположена на нижнем участке металлической арматуры, причем остальная часть металлической арматуры представляет собой часть 7, выполненную из ударно-прочного материала. В примере на фиг.3b участок части 8, изготовленный из износостойкого материала, на площади поперечного сечения металлической арматуры увеличивается при перемещении сверху вниз в арматуре. В этом примере, когда часть 7, выполненная из ударно-прочного материала, изнашивается на нижнем крае металлической арматуры, где износ от трения является наиболее интенсивным, износостойкий материал открывается наряду с прогрессирующим износом.

Фиг.3с изображает пример, в котором часть 8, изготовленная из износостойкого материала, расположена частями в металлической арматуре на заданных расстояниях в продольном направлении арматуры.

Фиг.4а-а изображают альтернативные формы поперечного сечения металлической арматуры подъемного стержня в соответствии с настоящим изобретением. Эти формы поперечного сечения показывают, что в решении в соответствии с настоящим изобретением металлическая арматура не обязательно должна иметь прямоугольную форму, и она также может быть выполнена с разными формами поперечного сечения. Кроме того, эти чертежи изображают один вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением, в котором часть 8, изготовленная из износостойкого материала, расположена внутри части 7, выполненной из ударно-прочного материала, из которой она открывается в результате износа металлической арматуры на участках наиболее интенсивного износа. Таким образом, металлическая арматура подъемного стержня может быть выполнена со свойствами, изменяющимися и улучшающимися наряду с прогрессирующим износом.

Материалы защиты от износа подъемного стержня в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно, могут быть изготовлены методом порошковой металлургии, как, например, посредством прессования порошкового сырья при помощи горячего изостатического прессования, в результате чего порошок (порошки) прессуются под воздействием температуры и давления. В случае необходимости, материал может быть дополнительно обработан, например, посредством горячей обработки или посредством формования. Другим пригодным методом порошковой металлургии является осаждение расплава. Кроме того, при изготовлении порошковых материалов методы, описанные выше, могут быть объединены в случае необходимости.

Материал или материалы защиты от износа подъемного стержня также могут быть изготовлены посредством литья или наплавки. Пригодными методами наплавки являются сварка PTA (плазменная дуга прямого действия) и дуговая сварка под флюсом.

Материалы защиты от износа подъемного стержня также можно соединять посредством горячего изостатического прессования или горячей ковки.

Подъемный элемент предназначен для барабана мельницы, используемой для измельчения руд и минералов. Указанный подъемный элемент прикреплен к раме барабана и проходит в продольном направлении барабана. Подъемный элемент содержит гибкий корпус и защиту от износа. Защита расположена на передней кромке корпуса относительно направления вращения барабана. Защита от износа состоит, по меньшей мере, из двух разных частей. Указанные части изготовлены из разных материалов, имеющих ударную прочность и твердость, которые отличаются друг от друга. Если смотреть от основания подъемного элемента, защита от износа разделена на верхнюю часть и нижнюю часть. Указанные части расположены, по существу, друг на друге. Верхняя часть защиты от износа выполнена из материала, имеющего более высокую ударную прочность и более низкую твердость, чем материал, из которого выполнена нижняя часть защиты от износа. Как вариант - часть защиты от износа, выполненная из более твердого материала, расположена, по меньшей мере, частично внутри части, выполненной из материала, имеющего более высокую ударную прочность. Технический результат заключается в увеличении срока службы мельницы, обеспечении одновременного износа барабана мельницы, снижении расхода энергии, увеличении степени использования пропускной способности мельницы. 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Подъемный элемент (1) для барабана мельницы, используемой для измельчения руд и минералов, причем указанный подъемный элемент прикреплен к раме (3) барабана и проходит в продольном направлении барабана, и, причем указанный подъемный элемент содержит гибкий корпус (5) и защиту от износа (6), расположенную на передней кромке корпуса относительно направления вращения барабана, отличающийся тем, что защита от износа (6) состоит, по меньшей мере, из двух разных частей (7, 8), причем указанные части изготовлены из разных материалов, имеющих ударную прочность и твердость, которые отличаются друг от друга, при этом, если смотреть от основания подъемного элемента, защита от износа (6) разделена на верхнюю часть (7) и нижнюю часть (8), причем указанные части расположены, по существу, друг на друге, и верхняя часть (7) защиты от износа (6) выполнена из материала, имеющего более высокую ударную прочность и более низкую твердость, чем материал, из которого выполнена нижняя часть (8) защиты от износа (6), или часть (8) защиты от износа (6), выполненная из более твердого материала, расположена, по меньшей мере, частично внутри части (7), выполненной из материала, имеющего более высокую ударную прочность.

2. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что часть (8) защиты от износа (6), выполненная из более твердого материала, расположена на нижнем участке передней кромки части (7), выполненной из материала, имеющего более высокую ударную прочность.

3. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что часть (8) защиты от износа (6), выполненная из более твердого материала, расположена, по меньшей мере, под частью (7), выполненной из материала, имеющего более высокую ударную прочность.

4. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из материалов защиты от износа (6) изготовлен из исходного материала, полученного методом порошковой металлургии.

5. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из материалов защиты от износа (6) изготовлен посредством литья.

6. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из материалов защиты от износа (6) изготовлен посредством наплавки.

7. Подъемный элемент (1) по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что материалом, полученным методом порошковой металлургии, является порошковая быстрорежущая сталь или инструментальная сталь.

8. Подъемный элемент (1) по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что материалом, полученным методом порошковой металлургии, является износостойкий композиционный материал.

9. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что материалы защиты от износа (6) соединены друг с другом под действием температуры и давления.

10. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что материалы защиты от износа (6) соединены друг с другом при помощи клеевого соединения.

11. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что для изготовления защиты от износа (6) использовалось осаждение расплава.

12. Подъемный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что для изготовления защиты от износа (6) использовался способ литья.