ЭЛЕМЕНТ ПИРАМИДАЛЬНОЙ ФУТЕРОВКИ ДЛЯ МЕЛЬНИЧНОГО БАРАБАНА Российский патент 2025 года по МПК B02C17/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к составной футеровке для мельниц с противоизносным компонентом из металлорезины с визуальным индикатором уровня износа путем размещения стальных пластин. В частности, данная технология относится к внутренней противоизносной оболочке (слою, облицовке) для мельниц, состоящей из комбинации износостойких высокопрочных сталей, встроенных в резиновую матрицу, в такой конфигурации, которая позволяет получить высокоэффективную защитную оболочку и, в свою очередь, ее альтернативная стальной конфигурация позволяет определять уровень износа при визуальном осмотре.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существует несколько технологий оценки степени износа. Среди них известны методы, основанные на сравнительном измерении, например, прямое измерение с оценкой, производимой с помощью 3D-лазерного сканера и программного обеспечения для построения диаграмм рассеяния, а также электронные устройства, способные определять износ с помощью волноводов, вставленных в исследуемые объекты. Конфигурация и локализация износостойких сталей в этих футеровках в основном направлены на максимальное повышение абразивной износостойкости в процессе измельчения. В настоящее время существует бесчисленное множество типов футеровок мельниц: от футеровок, состоящих из полностью стальных компонентов с различной степенью стойкости и прочности, до футеровок, известных как гибридные, представляющих собой комбинацию износостойких стальных вставок, помещенных в полимерную матрицу, например, резину.

Как уже отмечалось, мельницы для таких целей должны иметь устойчивую к износу и истиранию внутреннюю поверхность (оболочку). Поэтому мельницы часто снабжаются футеровкой из износостойкого материала, например, эластомерного или пластикового материала, керамического материала или иногда стального материала. Футеровка из износостойкого материала обычно крепится механическими средствами, к примеру, крепежными болтами, зажимными устройствами или аналогичными приспособлениями.

Футеровки мельниц выполняют в основном две задачи. Первая - защита барабана мельницы и его торцевых стенок от механического и коррозионного истирания, вторая - передача энергии от мельницы к подлежащему измельчению материалу. Таким образом, внешний вид внутренней стороны мельницы, так называемый профиль, имеет большое значение для производительности измельчения.

В стандартных футеровках мельниц, имеющих продольные футеровочные пластины и так называемые подъемники (лифтеры), важно, чтобы эти подъемники заменялись при выявлении значительного износа, потому что измельчаемый материал начинает скользить по футеровке. Когда подъемники подвергаются скользящему истиранию, они, таким образом, подвергаются ускоренному износу, и, как следствие, промежуточные футеровочные пластины также начинают быстро изнашиваться. Для обеспечения хорошей экономии футеровки и подъемники необходимо своевременно заменять; после замены подъемников производительность измельчения часто может снижаться на 10-20%.

Замена подъемников и пластин футеровки барабана связана со значительными затратами на демонтаж и монтаж, а также с расходами на простой мельничной установки.

Было бы весьма желательно, чтобы футеровка мельницы изнашивалась в одинаковой степени по всей поверхности и срок ее службы мог продлеваться на период в один год или более, с тем чтобы можно было производить необходимые замены в течение стандартных периодов остановки мельничной установки, то есть в период плановых остановок, к примеру в период отпусков операторов.

В настоящее время существует бесчисленное множество типов футеровок мельниц: от футеровок, состоящих из полностью стальных компонентов с различной степенью стойкости и прочности, до футеровок, известных как гибридные, представляющих собой комбинацию износостойких стальных вставок, помещенных в полимерную матрицу, например, резину. Во время остановки мельничной установки для проверки футеровки очень важно определить уровень ее износа, чтобы иметь возможность спрогнозировать оставшийся срок службы и запланировать более длительную остановку мельничной установки для замены этих деталей.

Существует несколько технологий оценки степени износа. С одной стороны, известны технологии, основанные на сравнительном измерении, например, прямое измерение с оценкой, производимой с помощью 3D-лазерного сканера и программного обеспечения для построения диаграмм рассеяния, а также электронные устройства, способные определять износ с помощью волноводов, вставленных в исследуемые объекты.

Конфигурация и локализация износостойких сталей в этих футеровках в основном направлены на максимальное повышение абразивной износостойкости в процессе измельчения.

Кроме того, такой стальная вставка в защитном слое позволяет уменьшить площадь поперечного сечения полимера, подверженного истиранию, таким образом достигая более равномерного износа, чем в известном уровне техники, поэтому защитная оболочка ведет себя более подобно цельному стальному блоку, несмотря на то что представляет собой полимер-металлическую смешанную матрицу.

С другой стороны, такой стальная вставка в защитном слое обеспечивает пространство для крепления под антиабразивными пластинами с размещением элементов крепления. Таким образом, защитный слой имеет бóльшую толщину полезного износа, поскольку уменьшается толщина, предназначенная для заделки крепежных элементов.

В предшествующем уровне техники, известном из публикации РСТ WO2020136488, раскрывается подъемник для мельницы, содержащий удлиненную конструктивную опору, определяющую продольную ось и простирающуюся от (i) первого конца, поперечного продольной оси, до (ii) второго конца, поперечного продольной оси; множество структурных пластин, простирающихся вдоль продольной оси и уложенных с зазором друг относительно друга, где каждая структурная пластина расположена поперек продольной оси и определяет противоположные края. Подъемник может дополнительно содержать по меньшей мере две части защитной пластины, причем каждая часть защитной пластины установлена над одним набором противоположных краев структурных пластин.

В другом более раннем аналоге, известном из публикации РСТ WO2010017589, раскрывается способ изготовления футеровочного компонента мельницы, включающий этапы: изготовление пластины из твердого материала; разрезание пластины для формирования нескольких вставок, причем, по крайней мере, некоторые из вставок содержат элемент для механического сцепления с основой из упругого материала; расположение вставок в форме и введение упругого материала в форму для формирования кожуха из упругого материала вокруг вставок с получением футеровочного компонента мельницы.

Ближайший аналог не обеспечивает индикацию уровня визуального износа. Уровень техники раскрывает полимерную футеровку с металлическим антиабразивным армированием, включающую четыре защитные пластины в форме антиабразивных стальных чехлов. Конструктивные опоры аналога являются не противоабразивными элементами в виде цельной пластины, а несколькими треугольными опорами, размещенными с целью обеспечения жесткости детали.

Настоящее изобретение удовлетворяет вышеупомянутым многолетним потребностям в подобном оснащении мельничной установки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основной задачей настоящего изобретения является обеспечение конфигурации футеровки, которая позволяет получить высокоэффективный защитный слой, а его альтернативная стальная конфигурация позволяет определить уровень износа при визуальном осмотре футеровки.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает конфигурационное расположение компонентов футеровки, которое позволяет получить высокоэффективную защитную оболочку, а ее альтернативная стальной конфигурация, в свою очередь, позволяет определить уровень износа при визуальном осмотре футеровки (Фиг. 7).

Во время остановки мельничной установки для проверки футеровки очень важно определить степень ее износа, чтобы спрогнозировать оставшийся срок службы и запланировать более длительную остановку для замены изношенных деталей.

Кроме того, такой стальная вставка в защитной оболочке позволяет уменьшить площадь поперечного сечения полимера, подверженную истиранию, таким образом, достигая более равномерного износа, чем в известном уровне техники, поэтому защитная оболочка ведет себя более подобно цельному стальному блоку, несмотря на то что представляет собой полимер-металлическую смешанную матрицу. С другой стороны, такой стальная вставка в защитном слое дает пространство для крепления под антиабразивными пластинами с размещением элементов крепления. Таким образом, защитная оболочка имеет бóльшую толщину полезного износа, поскольку уменьшается толщина, предназначенная для встраивания крепежных элементов.

В соответствии с принципиальным вариантом реализации настоящего изобретения футеровочная вставка/элемент мельницы сконструирован и составлен из комбинации износостойких высокопрочных сталей, встроенных в резиновую матрицу, в такой конфигурации, которая позволяет получить высокопрочный защитный слой и, в свою очередь, его альтернативная стальной конфигурация (1, 2, 3, 4), позволяет определить уровень износа при визуальном осмотре. Износостойкие высокопрочные стальные вставки сконфигурированы и ориентированы внутри резиновой матрицы таким образом, чтобы обеспечить элемент футеровки, который менее подвержен износу и растрескиванию по сравнению с обычными цельнометаллическими элементами футеровки мельницы, и который обеспечивает визуальную оценку износа и удобную замену при износе. Множество элементов футеровки расположены в корпусе мельницы и пригодны для использования в различных типах конструкций мельниц (Фиг. 2(а), Фиг. 3(а), Фиг. 4(а), Фиг. 5(а), Фиг. 6(а)), включая шаровые мельницы и мельницы AG (самоизмельчение) и SAG (полусамоизмельчение).

Футеровка мельницы по настоящему изобретению содержит удлиненный элемент футеровки мельницы, который, как правило, сконструирован для размещения вдоль внутренней стенки барабана или корпуса мельницы в направлении оси вращения барабана (Фиг. 2(б)). Футеровка мельницы выполнена с опорной поверхностью с крепежным средством, которое ориентировано вдоль внутренней стенки барабана или корпуса мельницы. Пирамидальные вставки сконфигурированы для использования вместе с элементами футеровки во время работы мельницы.

Согласно другому варианту реализации, заявленная футеровка выполнена конструктивно в виде пирамидальных вставок, выполненных с передней подъемной частью, которая простирается вдоль первой стороны элемента футеровки и имеет определенную высоту. Элемент футеровки также сконструирован с задней подъемной частью, которая простирается на заднюю сторону указанного пирамидального элемента футеровки, причем как передняя, так и задняя подъемные части имеют одинаковую высоту. Передняя и задняя подъемные части примыкают друг к другу вдоль боковой стороны пирамидального элемента футеровки и имеют переднюю и заднюю опорные пластины под указанными передней и задней подъемными частями для поддержки подъемной пластины, а также для обеспечения монолитного и прочного элемента футеровки.

В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения множество пирамидальных вставок (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) размещено в полимерной матрице, например резине, футеровочного элемента по всей его длине. Пирамидальные структурированные стальные вставки обычно имеют конфигурацию и ориентированы в удлиненном эластомерном футеровочном элементе таким образом, чтобы обеспечить ориентированную наружу ударную поверхность, которая меньше площади вставки, ориентированной перпендикулярно ударной поверхности. Вставки могут иметь любую подходящую конфигурацию, но в одном из вариантов реализации, раскрытом в настоящем документе, они могут быть сформированы с конфигурацией, аналогичной конфигурации поперечного сечения элемента футеровки, за счет равномерного распределения вставок по всей внутренней поверхности барабана мельницы.

Множество отдельных пирамидальных вставок располагается параллельно и/или непараллельно друг другу по всей длине футеровки мельницы (Фиг. 2(б)). Множество вставок может быть расположено под углом, перпендикулярным продольной оси удлиненного эластомерного элемента футеровки (5, 6, 7, 8). Однако наиболее предпочтительно, чтобы множество вставок было расположено под углом к продольной оси удлиненного эластомерного элемента футеровки (1, 2, 3, 4). Неэластомерные вставки могут быть изготовлены из любого подходящего материала, придающего прочность и ударопрочность элементу футеровки мельницы, например, из стали или других подходящих износостойких материалов.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, предусмотрена опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А), сформированная вдоль и предпочтительно встроенная в опорную поверхность упомянутой пирамидальной вставки. Опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А) может быть изготовлена из любого достаточно прочного материала, предпочтительно из стали. Опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А) ориентирована для размещения на внутренней стенке барабана мельницы и обеспечивает устойчивость элемента футеровки мельницы и средства для крепления элемента футеровки мельницы к барабану мельницы.

В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения предусмотрена многослойная пирамидальная прочная футеровка (Фиг. 1, 1, 2, 3, 4 – Фиг. 5(a), 1B, 2B, 3B, 4B – Фиг. 6(a), 1A, 2A, 3A, 4A), разработанная и способная/ сконфигурированная для быстрой оценки износа футеровки путем визуального осмотра, что позволяет сократить время остановки для замены/ремонта барабана мельницы.

В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения предусмотрена двойная пирамидальная (Фиг. 3(а)) или тройная пирамидальная (Фиг. 4(а)) вставка, предпочтительно в виде наборов, расположенных по всей внутренней поверхности барабана мельницы.

Во втором аспекте раскрыты варианты реализации множества элементов футеровки мельницы согласно первому аспекту, расположенных вместе с корпусом мельницы, имеющим непрерывную цилиндрическую стенку, окружающую ось вращения. В этом случае элементы футеровки мельницы располагаются рядом друг с другом вдоль выполненной по окружности внутренней стенки корпуса или барабана мельницы (Фиг. 2(a), Фиг. 3(b), Фиг. 4(b), Фиг. 5(b), Фиг. 6(b)). В одной конструкции каждый из элементов футеровки мельницы прикреплен к стенке корпуса мельницы (Фиг. 1, 10, 11, 12 - Фиг. 2(a), 13,14, 15 – Фиг. 5(a), 20 – Фиг. 6(a), 10A). По своей конструкции элемент футеровки, согласно первому аспекту, может заменять как лифтер, так и пластину футеровки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность и объем настоящего изобретения будут лучше понятны из приложенных чертежей, которые служат иллюстрацией предпочтительного варианта его осуществления, и не предназначены для ограничения изобретения.

На прилагаемых чертежах:

Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе футеровки пирамидального типа в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2a представляет собой вид в разрезе мельницы с футеровкой типа «одинарная пирамида» в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2b представляет собой вид корпуса мельницы с футеровкой типа «одинарная пирамида» в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 3a представляет собой вид в разрезе мельницы с футеровкой типа «двойная пирамида» в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 3b представляет собой вид в поперечном сечении корпуса мельницы с футеровкой типа «двойная пирамида» в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 4a представляет собой вид в разрезе корпуса мельницы с футеровкой типа «тройная пирамида» в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 4b представляет собой вид в поперечном сечении корпуса мельницы с футеровкой типа «тройная пирамида» в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 5a представляет собой вид в разрезе корпуса мельницы с футеровкой типа «одинарного пирамида» с алюминиевым каналом в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 5b представляет собой вид в поперечном сечении корпуса мельницы с футеровкой типа «тройная пирамида» в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 6a представляет собой вид в разрезе расположения футеровки типа «одинарная пирамида» в мельнице для использования в головной части мельницы в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 6b представляет собой вид в поперечном сечении состояния сборки в головной части мельницы в соответствии с настоящим изобретением;

На Фиг. 7 показан анализ динамики износа футеровки пирамидального типа при визуальном осмотре в процессе эксплуатации в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 8(a) показана футеровка пирамидального типа, состоящая из множества слоев стали, скрепленных между собой полимером, в соответствии с настоящим изобретением;

На Фиг. 8(b) показан второй этап, когда механизм износа начинает прогрессировать, в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 8(c) показана работа на третьем и последующих этапах, аналогичная показанной на фиг. 8(с), в соответствии с настоящим изобретением;

На Фиг. 9 показан профиль износа в конце испытаний, проведенных в SAG34x17 с целью сравнения характеристик типичной стальной футеровки и пирамидальной конструкции в соответствии с настоящим изобретением;

На Фиг. 10 показан окончательный осмотр профиля износа после 6 месяцев работы и переработки около 18 млн т в соответствии с настоящим изобретением.

Сущность и объем настоящего изобретения будут лучше понятны из приложенных чертежей, которые служат иллюстрацией предпочтительного варианта его осуществления, а не могут рассматриваться как ограничение изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На Фиг. 1 показан вид в разрезе элемента футеровки пирамидального типа, имеющего пирамидальную структуру и состоящего из комбинации износостойких высокопрочных сталей (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), встроенных в резиновую матрицу, в такой конфигурации, которая позволяет получить высокоэффективный защитный элемент и его альтернативная стальной конфигурация, в свою очередь, позволяет определить степень износа при визуальном осмотре. Элемент футеровки мельницы имеет длину L, простирающуюся между первым и вторым концами, и продольную ось. Продольная ось элемента футеровки условно параллельна оси вращения корпуса или барабана мельницы. Размер длины L элемента футеровки мельницы может, в одном случае, быть таким, чтобы простираться по всей длине барабана или корпуса мельницы (т.е. измеряться в направлении оси вращения корпуса мельницы). Однако длина L элемента футеровки мельницы может быть меньше длины корпуса мельницы, так что один и/или более одного элемента футеровки мельницы могут быть расположены встык по всей длине корпуса мельницы, чаще всего, по меньшей мере два элемента в конфигурации «конец в конец».

На Фиг. 2 показан вид в разрезе мельницы с футеровкой типа «одинарная пирамида». Как видно, элемент футеровки мельницы состоит из пирамидообразного элемента футеровки, имеющего ширину W и опорную поверхность, которая простирается практически по всей ширине элемента футеровки и ориентирована для размещения вдоль внутренней стенки корпуса мельницы, как показано на Фиг. 2(b). Основание футеровки имеет криволинейный контур, выполненный из полимерного материала со вставками из стали или алюминия, и его размеры зависят от внутреннего диаметра мельницы. Вдоль поверхности основания пирамидообразной футеровки сформирована или проложена стальная/алюминиевая опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А). Опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А) может иметь единую непрерывную длину, которая простирается по существу по всей длине L элемента футеровки мельницы. В качестве альтернативы опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А) может состоять из множества отрезков полимерного материала, расположенных рядом друг с другом по длине L элемента футеровки мельницы. Опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А) может быть изготовлена из любого подходящего прочного и долговечного материала, например, нержавеющей стали, стали или сплава, алюминиевого сплава.

Множество вставок пирамидальной формы закреплены на корпусе мельницы на расстоянии друг от друга, а между соседними вставками размещен полимерный резиновый материал. Множество вставок предпочтительно располагается параллельно/непараллельно и смежно последовательно вдоль длины L элемента футеровки мельницы, как показано на Фиг. 2(b). Вставки могут быть ориентированы в направлении, перпендикулярном продольной оси элемента футеровки мельницы.

Как показано на Фиг. 1, пирамидообразный элемент/вставка расположены последовательно друг за другом по длине футеровки. Вставки могут быть расположены на таком расстоянии друг от друга, чтобы ширина W между соседними вставками по длине пирамидообразного элемента была одинаковой. В качестве альтернативы ширина W между соседними вставками может изменяться по длине пирамидообразного элемента. Ширина W между вставками может быть выбрана в зависимости от назначения мельницы.

Пирамидообразные вставки, встроенные в футеровку, могут быть изготовлены из любого подходящего материала, обладающего прочностью и способного выдерживать воздействие твердых частиц, перерабатываемых в мельнице. Одним из примеров материала является сталь. В общем случае каждая вставка/элемент формируется в виде многослойной пластины из материала, имеющего толщину T, как показано на Фиг. 1, которая определяет ударную кромку, ориентированную в направлении от опорной поверхности. Конструктивно вставки в виде пирамиды сконфигурированы с передней подъемной частью, которая простирается на первой стороне элемента футеровки и имеет определенную высоту. Футеровка также сконфигурирована с задней подъемной частью, которая простирается к задней стороне указанного элемента вставки, имеющего форму пирамиды, причем как передняя, так и задняя подъемные части имеют определенную высоту. Передняя и задняя части прилегают друг к другу вдоль боковой стороны пирамидальной формы элемента футеровки и имеют переднюю и заднюю опорные пластины под указанными передней и задней подъемными частями для поддержки подъемной пластины и обеспечения прочности и монолитности элемента футеровки. Толщина T вставок может составлять от примерно 25 мм до примерно 150 мм.

Такое расположение стали в защитном элементе позволяет уменьшить поперечную площадь резины, подверженную истиранию, что обеспечивает более равномерный износ, чем в известном уровне техники, поэтому защитный элемент ведет себя скорее как цельный стальной блок, чем как смешанная резинометаллическая матрица типа «пирамида». Кроме того, такое расположение стали в защитном элементе дает возможность разместить под антиабразивными пластинами крепежные средства. Таким образом, защитный элемент имеет бóльшую толщину полезного износа, так как уменьшается толщина, предусмотренная для размещения крепежных средств.

Вставки пирамидальной формы дополнительно имеют противоположные, разнесенные друг от друга поверхности, которые определяют толщину T вставки. Противоположные поверхности, как правило, простираются в перпендикулярном направлении относительно продольной оси элемента футеровки и перпендикулярно ударной поверхности вставки. Каждая вставка также имеет определенную высоту H, как показано на фиг. 2, где высота H вставки больше толщины T вставки. Вставки могут быть сформированы в любом количестве, включая дуплеты и триплеты, как показано на фиг. 3 и 4, соответственно.

Конфигурация поперечного сечения элемента футеровки мельницы, использующего одиночную, двойную или тройную конфигурацию, может варьироваться в зависимости от области применения, в которой будет использоваться мельница. Однако в целом элемент футеровки мельницы имеет конфигурацию, обеспечивающую наличие элементов как корпуса или футеровочной пластины, так и подъемного лифтера. Следовательно, элемент футеровки в форме пирамиды, как показано на Фиг. 1 и 2, в целом простирается по длине удлиненного элемента футеровки и имеет определенную высоту. Кроме того, элемент футеровки имеет множество вставок/элементов, расположенных по длине.

В описанном варианте вставки имеют канал (Фиг. 2(а), 14, 15), как показано на Фиг. 2, в который вводится полимерный резиновый материал, обеспечивая тем самым надежное крепление вставок пирамидальной формы к элементу футеровки. Для изготовления вставок пирамидальной формы для формирования футеровки мельницы могут быть использованы и другие методы, известные специалистам в данной области.

Элемент футеровки мельницы дополнительно снабжен средствами для крепления вставки к корпусу барабана мельницы, как показано на Фиг. 1 и 2. Как показано на чертеже, в элементе футеровки мельницы может быть образовано несколько каналов, в которых могут быть размещены крепежные средства. Указанные каналы проходят через опорную пластину (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А), которая служит анкерным устройством для крепежных средств, и проникают в корпус. Крепежные средства (Фиг. 2(а), 14, 15), могут представлять собой любые подходящие приспособления, например, болты с соответствующими шайбами и гайками.

На Фиг. 4 и 5 показано параллельное или непараллельное расположение множества элементов футеровки мельницы вдоль внутренней окружной стенки корпуса мельницы. Элементы футеровки располагаются рядом друг с другом по всей внутренней стенке корпуса мельницы, при этом продольная ось каждого элемента футеровки ориентирована параллельно оси вращения корпуса мельницы. Из Фиг. 4 и 5 видно, что поверхность корпуса и, соответственно, опорная поверхность каждого элемента футеровки мельницы может быть изогнута в соответствии с кривизной корпуса мельницы.

На фиг. 2(b)-5(b) представлен вид в разрезе мельницы, на котором показаны три элемента футеровки мельницы, расположенные рядом друг с другом. Направление вращения корпуса мельницы показано стрелкой. Следует отметить, что элементы футеровки мельницы предпочтительно располагаются рядом друг с другом таким образом, что зазор между ближайшими элементами футеровки практически отсутствует. Однако возможно как бок о бок, так и встык расположение элементов футеровки вдоль внутренней стенки корпуса таким образом, чтобы элементы футеровки находились на небольшом расстоянии друг от друга.

Конструкция элементов футеровки мельницы, представленная в настоящем описании, обладает особыми преимуществами по сравнению с традиционными футеровками. Во-первых, наличие множества вставок (1, 2, 3, 4), расположенных на расстоянии друг от друга и разделенных на толщину эластомерного материала, снижает частоту отказов, характерную для всех стальных футеровок мельниц. Эластомерный материал амортизирует вставки (1, 2, 3, 4), снижая силу удара по ним. Во-вторых, если вставки треснут или сломаются, они будут удерживаться на месте окружающим эластомерным материалом, что предотвращает опасные ситуации, возникающие при разрушении и падении секций обычных стальных футеровок. В силу своей конфигурации футеровки мельниц, описанные в настоящем документе, могут обеспечивать более длительный срок службы по сравнению с обычными стальными футеровками, тем самым сокращая время простоя мельницы и снижая затраты на ремонт.

Конструкция элемента футеровки мельницы, раскрытая в настоящем документе, обеспечивает меньший вес элемента футеровки мельницы, что снижает транспортные расходы и значительно облегчает транспортировку элементов футеровки по сравнению с традиционными стальными футеровками. Кроме того, уменьшение веса футеровки мельницы приводит к увеличению срока службы мельницы, так как уменьшается вес и износ подшипников мельницы и зубчатой передачи. Эластомерный материал элементов футеровки мельницы также снижает уровень шума при работе мельницы, что благотворно влияет на сохранение слуха операторов мельницы.

Кроме того, в конструкции элемента мельницы предусмотрен как изнашивающийся элемент, так и элемент подъемного лифтера, что исключает необходимость использования двух отдельных элементов, как это принято в данной области техники. Таким образом, футеровка мельницы представляет собой как изнашивающийся элемент, так и подъемный лифтер для создания движения и разрушения, или измельчения твердого материала, обрабатываемого в мельнице. Расположение вставок по всему элементу футеровки мельницы означает сквозное усиление компонентов в виде встроенного подъемного лифтера и изнашиваемого элемента, что является улучшением по сравнению с традиционными схемами. Кроме того, такая схема упрощает замену или ремонт элементов футеровки в барабане или корпусе мельницы.

Как показано на Фиг. 8а, конструкция состоит из множества слоев стали (1, 2, 3, 4), скрепленных между собой полимером. Толщина стальных слоев (1, 2, 3, 4) составляет от 25 мм до 150 мм, а полимерных - от 5 мм до 30 мм. Такое решение позволяет получить подъемный лифтер, обладающий высокой гибкостью для демпфирования внешних сил, но достаточной жесткостью, чтобы избежать чрезмерной деформации резины и не допустить износа резинового связующего слоя. Кроме того, качество стали остается неизменным в течение всего срока службы изделия, а связующий слой внутренних частей (3, 4) защищен от воздействия внешних сил и химических воздействий, которые могут возникнуть в процессе работы.

Наиболее важная часть раскрытого изобретения связана со способностью противостоять ударам за счет низкой жесткости, приобретаемой изделием при изготовлении, которая предусматривает полностью плавающее/трансформируемое решение, в котором сталь способна перемещаться (плавать) по резине при воздействии любого вида внешних сил (F), уменьшая нагрузки на сталь (1) и, следовательно, минимизируя пластическую деформацию на поверхности стали (1), значительно повышая износостойкость и ударную вязкость изделия с самого начала его использования.

Передний угол наклона футеровки пирамидальной формы зависит от скорости вращения мельницы и объема загрузки, находящейся в ней. Матрица жесткости и коэффициент демпфирования являются важнейшими характеристиками материала. Размещение и локализация множества слоев из специальных марок стали внутри резиновой матрицы очень важны при проектировании. Такая пирамидальная форма конструкции и свойства материала позволяют создать конструкцию с оптимальным сочетанием коэффициентов жесткости и демпфирования.

В процессе измельчения (особенно в мельнице SAG) преобладают ударные явления. Продолжительность контакта и площадь контакта при любом ударе являются критерием, определяющим силу контакта и возникновение полос адиабатического сдвига в резиновом материале. Распределение давления в зоне контакта также изменяется в разные моменты времени после удара (это период восстановления). Упругая деформация развивается до момента начала текучести, а затем пластическая деформация изменяет распределение давления. Эти два параметра - продолжительность контакта и площадь контакта - напрямую зависят от коэффициентов демпфирования и жесткости материала. Пирамидальная конструкция из нескольких слоев стальных вставок (1, 2, 3, 4), расположенных между резиной, имеет большое преимущество перед обычными стальными вставками, что снижает силу контакта и, следовательно, вероятность адиабатического сдвига. Результирующие нормальная и тангенциальная составляющие сил меньше по сравнению с обычными вставками (из-за поведения твердого тела) при одинаковых условиях нагрузки. Кроме того, износ является результатом скольжения поверхностей под действием нормальных сил. Следовательно, геометрия, при которой нормальные силы будут меньше, будет иметь и меньший износ. Таким образом, конструкция пирамидальной формы имеет еще одно преимущество - более длительный срок службы по сравнению с обычными вставками при одинаковых условиях нагрузки.

Поскольку конструкция пирамидальной формы имеет более низкую интенсивность износа, она способна дольше сохранять профиль угла атаки футеровки, что обеспечивает преимущество в повышении эффективности измельчения и снижении удельного расхода энергии.

Плавающие характеристики конструкции означают двойную функцию различных сталей, встроенных в полимер:

I) Изоляция внутренней стали

Внешний слой защищает и изолирует второй слой стали (3 и 4) от внешних сил (F) за счет демпфирования резины между сталями 1, 3 и 4. Точно такой же процесс происходит при вращении мельницы в противоположном направлении, когда на сталь 2 действуют внешние силы (P), защищая таким же образом слои 3 и 4. Во время всего этого процесса с внешней стороны можно увидеть одну линию, указывающую на высокий износ.

Внутренняя сталь 3 и 4 остается изолированной от действия любых химических веществ, присутствующих в суспензии, и изолированными от воздействия внутренней температуры мельницы, в течение периода, составляющего общий срок службы изделия, что снижает риск разрушения из-за усталости/коррозии в связующем слое.

II) Предотвращение чрезмерного перемещения стали

Поскольку под действием силы F сталь 1 перемещается в том же направлении, что и сталь 2, 3 и 4, то расположение других сталей 2, 3 и 4, плавающих в резине, позволяет им перемещаться, но при этом не допускается чрезмерное перемещение, которое может привести к разрушению связующего слоя, в результате чего достигается идеальное равновесие демпфирования и жесткости изделия.

На втором этапе, как показано на Фиг. 8(b), как только механизм износа начинает прогрессировать, проявляется сталь 4 и начинает подвергаться воздействию внешних сил так же, как и сталь 1 и 2, но при этом остается изолированной и защищенной сталь 3. На этой стадии процесса с внешней стороны можно увидеть две линии, указывающие на высокий уровень износа (Фиг. 7, линии 3, 4).

Третий и последующие этапы работают аналогично тому, как показано на Фиг. 8(c), и теперь сталь 3 начинает подвергаться воздействию внешних сил наряду со сталями 1, 2 и 4. На этом этапе с внешней стороны можно увидеть три линии, указывающие на высокий износ (Фиг. 7, линии 5, 6).

Для успешной реализации представленного решения очень важен метод изготовления. Полимер должен подаваться единым потоком путем прессования, удерживая сталь на своем месте и поддерживая равномерную температуру в течение всего процесса заполнения промежутков между сталями, не допуская соприкосновения сталей между собой.

Процесс отверждения осуществляется методом нагрева от внешнего источника тепла, передаваемого изделию посредством теплопроводности, начиная снаружи и заканчивая сердцевиной изделия. Равновесная температура должна быть достигнута на связующем слое в сердцевине таким образом, чтобы избежать недостаточного отверждения изделия или чрезмерного отверждения внешних слоев стали.

В качестве исходного сырья в стальной части конструкции, обладающего способностью противостоять ударному и абразивному износу за счет сочетания соответствующей твердости по толщине и превосходной ударной вязкости, может использоваться закаленная и отпущенная сталь с поверхностной твердостью от 280 до 650 HBN (твердость по Бринеллю) в зависимости от условий эксплуатации мельницы; но также может использоваться литая вставка с различной микроструктурой, например, перлитной, мартенситной, бейнитной, аус-ферритной или их комбинацией с аналогичным диапазоном твердости, что и у прокатной стали. Кованая сталь также является еще одной возможной составляющей комбинации, которая может быть использована в мельнице, указанной в настоящем изобретении.

Полимеры, используемые для скрепления/связывания стали, могут быть комбинацией или могут не быть комбинацией различных полимеров, таких как каучук, полиуретан, пластмассы и другие подобные вещества.

Как показано на Фиг. 9, пирамидальная футеровка барабана мельницы была испытана с целью изучения скорости износа. На рисунке слева показан профиль износа в конце испытательного теста, проведенного в мельнице SAG 34x17 с целью сравнения характеристик типичной стальной футеровки и пирамидальной конструкции. На графиках справа показано сравнительное измерение износа по сравнению со стальной футеровкой. Среднее значение для стали и пирамидальной конструкции подъемного лифтера имеет одинаковую среднюю высоту после износа, но пирамидальная конструкция имеет более стабильное качество с узким распределением по высоте. В части корпуса мельницы оставшаяся высота выглядит гораздо лучше, чем у стали.

На Фиг. 10 показано состояние износа после тщательных непрерывных испытаний и окончательного контроля после 6 месяцев работы и переработки около 18 млн т пробной пирамидальной конструкции в SAG 40x24 для сравнения характеристик со стальной футеровкой. В правой части сравнительная оценка высоты износа стального подъемного лифтера по сравнению с пирамидальной конструкцией, отмечается впечатляющая разница и постоянство качества. Также можно заметить, что угол подъема в конце теста остается намного лучше, чем у стали, со значениями 37-47º по сравнению с 42-49º у стали. Этот последний результат означает, что лучшие износостойкие характеристики пирамидальной конструкции по сравнению со сталью помогут сохранить грузоподъемность мельницы, улучшить энергопотребление и, очевидно, повысить производительность.

Хотя вышеизложенное описание настоящего изобретения было показано и описано со ссылкой на конкретные варианты его осуществления и применения, оно было представлено для целей иллюстрации посредством примеров и описания и не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивать изобретение конкретными раскрытыми вариантами осуществления и применения. Конкретные варианты осуществления и применения были выбраны и описаны для наилучшей иллюстрации принципов изобретения и его практического применения, чтобы дать возможность специалистам в данной области использовать изобретение в различных вариантах и с различными изменениями, подходящими для конкретного предполагаемого использования. Таким образом, все такие изменения, модификации, вариации и альтернативы должны рассматриваться как находящиеся в пределах объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения, при толковании в соответствии с той широтой, на которую они имеют право честно, законно и равноправно рассчитывать.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к составной футеровке для мельниц с противоизносным компонентом. Износостойкая составная многослойная вставка футеровки пирамидальной формы для мельничного барабана содержит конструктивное и позиционное формирование пирамидальных вставок, сконфигурированных с передней подъемной частью, которая простирается на первую сторону элемента футеровки, и задней подъемной частью, которая простирается на заднюю сторону. Передняя и задняя подъемные части выполнены примыкающими друг к другу вдоль стороны указанного пирамидообразного элемента футеровки и имеют переднюю и заднюю опорные пластины под указанными передней и задней подъемными частями для поддержки подъемной пластины, а также для обеспечения монолитности элемента футеровки. Опорная поверхность включает опорную пластину, которая представляет собой композитную пластину из полимерного материала со встроенным внутренним элементом, состоящую из множества отрезков, расположенных рядом друг с другом вдоль внутренней поверхности корпуса мельницы. Внутренний элемент изготовлен из материала, включающего нержавеющую сталь, алюминий, сталь или сплав. Конфигурация футеровки обеспечивает высокоэффективный защитный слой, позволяющий определить уровень износа. 23 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Износостойкая составная многослойная вставка футеровки пирамидальной формы для мельничного барабана, включающая в себя:

конструктивное и позиционное формирование пирамидальных вставок, сконфигурированных с передней подъемной частью (1, 2, 3, 4), которая простирается на первую сторону элемента футеровки, и задней подъемной частью (5, 6, 7, 8), которая простирается на заднюю сторону, соответствующее форме пирамиды указанного элемента футеровки;

отличающаяся тем, что передняя и задняя подъемные части имеют высоту; и

указанные передняя (1, 2, 3, 4) и задняя (5, 6, 7, 8) подъемные части выполнены примыкающими друг к другу вдоль стороны указанного пирамидообразного элемента футеровки и имеют переднюю (12, Фиг. 1) и заднюю (11) опорные пластины под указанными передней (1, 2, 3, 4) и задней (5, 6, 7, 8) подъемными частями для поддержки подъемной пластины, а также для обеспечения монолитности элемента футеровки,

при этом указанная опорная поверхность включает опорную пластину (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А), которая представляет собой композитную пластину из полимерного материала с встроенным внутренним элементом, состоящую из множества отрезков, расположенных рядом друг с другом вдоль внутренней поверхности корпуса мельницы; и

указанный внутренний элемент изготовлен из материала, включающего нержавеющую сталь, алюминий, сталь или сплав.

2. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая вставка сформирована в виде многослойной пластины из стального материала (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) толщиной, которая определяет ударную кромку, ориентированную в направлении от опорной поверхности.

3. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что указанные передняя (12, Фиг. 1) и задняя (11) опорные пластины пирамидальной футеровочной вставки структурированы и составлены из комбинации износостойких высокопрочных сталей (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), вставленных в резиновую матрицу в конфигурации, позволяющей получить высокоэффективный защитный элемент, и её конфигурация, в свою очередь, позволяет определить степень износа при визуальном осмотре (Фиг. 7).

4. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная футеровочная вставка имеет длину, простирающуюся от первого конца до второго конца, и продольную ось, параллельную оси вращения корпуса или барабана мельницы и простирающуюся на всю длину барабана или корпуса мельницы (Фиг. 2(b)).

5. Вставка по п. 4, отличающаяся тем, что при этом длина указанной вставки футеровки меньше длины корпуса мельницы (Фиг. 2(b)).

6. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная футеровочная вставка имеет ширину и опорную поверхность с криволинейным контуром, выполненным из стали или алюминия, а его размер зависит от внутреннего диаметра мельницы, и где указанная опорная поверхность простирается практически по всей ширине футеровочной вставки и ориентирована для размещения вдоль внутренней стенки корпуса мельницы (Фиг. 2(a), Фиг. 3 (b), Фиг. 4 (a)).

7. Вставка по п. 6, отличающаяся тем, что опорная поверхность включает опорную пластину (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А), сформированную или продолжающуюся вдоль опорной поверхности пирамидального элемента футеровки;

при этом опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А) может иметь единую непрерывную длину, которая простирается по существу по всей длине элемента футеровки мельницы (Фиг. 2(b)).

8. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что множество указанных пирамидообразных футеровочных вставок предназначены для размещения на корпусе мельницы на расстоянии друг от друга, а полимерный резиновый материал размещен между соседними вставками (Фиг. 1, Фиг. 6 (a)); и

указанное множество элементов предпочтительно расположено вдоль длины элемента футеровки мельницы.

9. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что указанные вставки ориентированы в направлении, перпендикулярном продольной оси элемента футеровки мельницы (Фиг. 2(б)).

10. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что пирамидообразные вставки (Фиг. 1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 – Фиг. 5(a), 1B, 2B, 3B, 4B – Фиг. 6 (a), 1A, 2A, 3A, 4A, 16, 17, 18, 19) расположены последовательно друг от друга по длине футеровки, и указанные вставки расположены на расстоянии друг от друга.

11. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что при этом толщина вставки (Фиг. 1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 – Фиг. 5(a) 1B, 2B, 3B, 4B – Фиг. 6(a), 1A, 2A, 3A, 4A, 16, 17, 18, 19) предпочтительно составляет от около 25 мм до около 150 мм.

12. Вставка по п. 7, отличающаяся тем, что указанные стальные слои (Фиг. 1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 – Фиг. 5(a) 1B, 2B, 3B, 4B – Фиг. 6(a), 1A, 2A, 3A, 4A, 16, 17, 18, 19) во вставке уменьшают поперечную площадь резины, подверженную абразивному износу, а также предусматривают место под антиабразивными пластинами для размещения крепежных средств.

13. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что указанные пирамидальные вставки имеют противоположные, разнесенные друг от друга поверхности, определяющие толщину вставки.

14. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая из указанных вставок также имеет определенную высоту, где высота вставки больше, чем толщина вставки (Фиг. 2 (a), Фиг. 3 (a), Фиг. 4 (a), Фиг. 5 (a), Фиг. 6 (a)).

15. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная вставка футеровки дополнительно включает средства для крепления футеровочной вставки (Фиг. 1, 11, 12 – Фиг. 2 (a), 14, 15 – Фиг. 3 (a), (b) – Фиг. 4 (a), (b) – Фиг. 5 (a), 20 – Фиг. 5 (b), 21, 22 – Фиг. 6 (a), 12A) к корпусу мельницы, через который пропущены крепежные средства; и

указанные крепежные средства пропущены через опорную пластину (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А), которая обеспечивает анкерное устройство для крепежного устройства, и в корпус (Фиг. 1, 11, 12 – Фиг. 6 (a), 10A).

16. Вставка по п. 15, отличающаяся тем, что указанные крепежные устройства представляют собой болты с соответствующими шайбами и гайками (Фиг. 2 (a), Фиг. 3 (б), Фиг. 4 (б), Фиг. 5 (b), 21, 22).

17. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что расположение элементов футеровки мельницы осуществляется вдоль внутренней окружной стенки корпуса мельницы;

указанные элементы футеровки расположены рядом друг с другом по всей внутренней стенке корпуса мельницы, при этом продольная ось каждого элемента футеровки ориентирована параллельно оси вращения корпуса мельницы; и

опорная пластина (Фиг. 1, 10 – Фиг. 5(а), 29 – Фиг. 6(а), 10А) каждого элемента футеровки мельницы изогнута таким образом, чтобы соответствовать кривизне корпуса мельницы.

18. Вставка по п. 11, отличающаяся тем, что эластомерный материал вставок футеровки мельницы также снижает уровень шума при работе мельницы.

19. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная футеровочная вставка включает в себя изнашивающийся элемент, а также элемент подъемника, и обеспечивает как изнашивающийся элемент, так и комбинацию подъемника для создания движения и разрушения или измельчения кусков твердого материала, обрабатываемых в мельнице.

20. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что стальные вставки выполнены толщиной предпочтительно от 25 мм до 150 мм, а минимальное расстояние между полимерами предпочтительно составляет 5 мм.

21. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная вставка мельницы сконфигурирована для сопротивления ударам благодаря полимерному материалу с низкой жесткостью, минимизируя пластическую деформацию на поверхности стали (Фиг. 8(а), 1); и

внешний слой (Фиг. 8 (a), (b), (c), 1, 2) предназначен для защиты и изолирования второго слоя (Фиг. 8(a), (b), (c), 3 и 4) стали от воздействия внешних сил за счет демпфирования резины между сталями.

22. Вставка по п. 21, отличающаяся тем, что внутренняя сталь (Фиг. 8(a), (b), (c), 3 и 4) элемента мельницы изолирована от любого химического агента, присутствующего в суспензии, и изолирована от внутренней температуры мельницы.

23. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что многослойная вставка футеровки мельницы сконфигурирована для визуализации внешнего износа в виде одной, двух или трех прямых линий во время работы мельницы с указанием стадии износа (Фиг. 7, Фиг. 9).

24. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что сырье, используемое в указанной стальной части, сконфигурировано для сопротивления ударному и абразивному износу путем сочетания соответствующей твердости по толщине и ударной вязкости, с поверхностной жесткостью в диапазоне от 280 до 650 HBN; и

полимер, используемый для соединения указанных стальных пластин, представляет собой один или несколько из следующих полимеров: резина, полиуретан, ПВХ, пластмассы.