Футеровка барабанной мельницы

 

Область применения: горное машиностроение, в частности защита рабочих поверхностей измельчительного оборудования. Сущность изобретения: футеровка содержит чередующиеся наборы эластичных элементов с плавным увеличением их линейных размеров по высоте, при этом угол (α_ф) наклона футеровки составляет 20-30^o, а на рабочей поверхности каждого элемента выполнены углубления прямоугольной формы, в которых размещены и закреплены износостойкие стержни так, что одна их торцевая поверхность находится на уровне рабочей поверхности элемента. Осуществление изобретения позволит получить следующие технические результаты: обеспечить равномерное распределение и снижение степени скольжения материалов мельничной загрузки по элементам футеровки; снизить и более равномерно распределить по площади и массе элементов футеровки ударно-динамические нагрузки; повысить степень демпфирования ударно-динамических нагрузок; обеспечить сохранение оптимального (расчетного) профиля элементов футеровки по мере естественного износа их рабочих поверхностей в процессе эксплуатации. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области горного машиностроения, в частности к измельчительному оборудованию, и может быть использовано для защиты рабочих поверхностей мельниц, контактирующих с измельчаемым материалом при ударно-истирающем характере нагрузок, на предприятиях металлургии, горно-химического сырья, строительных материалов и других отраслей промышленности.

Известна противоизносная футеровка, состоящая из набора резиновых брусьев и плит, прикрепленных к барабану, при этом каждый брус имеет с рабочей стороны выступ криволинейного профиля высотой, равной половине диаметра максимального шара, а с нерабочей стороны прямой срез под углом 30^o к горизонтали от точки сопряжения с верхом плиты (авт.св. СССР N 1369796, М. кл. B 02 C 17/22, заявл. 25.08.86, опубл. 30.01.88).

В известной противоизносной футеровке контактные напряжения в элементах конструкции распределяются неравномерно по их рабочей поверхности и воспринимаются только поверхностным слоем материала бруса и плит. Среди причин, препятствующих получению упомянутого выше технического результата, следует отметить профиль формы одного из элементов бруса, а также перепады линейных размеров плиты и бруса по высоте.

Наиболее близкой к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемым техническим результатам является футеровка SKEGA Poly-Met, выполненная по высоко-низкому варианту системы и содержащая чередующиеся наборы; резиновая плита низкий лифтер резиновая плита высокий лифтер. При этом лифтеры выполнены также из эластичного материала, а к их фронтальной поверхности привулканизована износостойкая (металлическая) накладка (проспект фирмы SKEGA Poly-Met для мельниц полного и частичного самоизмельчения, с. 7, рис 11, представленный на международной выставке "Химия-87", г. Москва, 1987 г.

В рассматриваемой конструкции футеровки неравномерность распределения контактных напряжений в элементах конструкции сохраняется, но фронтальная (рабочая) поверхность лифтеров защищена износостойкой (металлической) пластиной. Этим достигается и некоторое перераспределение по массе материала лифтера воспринимаемых им ударно-динамических нагрузок.

Вместе с тем, рассматриваемая конструкция футеровки не обеспечивает минимального и равномерного скольжения материала мельничной загрузки по всем ее элементам, не обеспечивается также эффективное демпфирование ударно-динамических нагрузок, при этом последние воспринимаются только поверхностными слоями материала элементов футеровки. Кроме того, профиль элементов футеровки в процессе эксплуатации изменяется,что не обеспечивает неизменности расчетных параметров мельницы.

Причины, препятствующие получению требуемых технических результатов, перечисленных выше, следующие.

Профиль чередующихся элементов футеровки при значительном перепаде их линейных размеров по высоте предопределяет неравномерную степень скольжения материала мельничной загрузки по отдельным элементам футеровки. На рабочей поверхности плиты оно минимально, на низком лифтере средней величины и на высоком лифтере максимально. При прочих равных условиях (диаметр мелющих шаров, скорость вращения мельницы, степень ее загрузки и др.) увеличение степени скольжения оказывает негативное влияние на износы, расход энергии, производительность мельницы и другие показатели. По указанной выше причине ударные нагрузки элементами футеровки воспринимаются также неравномерно, что ограничивает возможности их эффективного демпфирования. Так как фронтальная поверхность элементов, в частности лифтеров, защищена привулканизованной к ней износостойкой пластиной, то, следовательно, ударно-динамические нагрузки воспринимаются в основном поверхностными слоями материала последних.

Из изложенного выше следует, что элементы футеровки в процессе эксплуатации изнашиваются неравномерно. Вследствие этого профиль футеровки изменяется также неравномерно, что влечет за собой изменение расчетных параметров мельницы со всеми вытекающими из этого негативными последствиями. Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, связанной с достижением следующих технических результатов: обеспечить равномерное распределение и снижение степени скольжения материалов мельничной загрузки по рабочей поверхности элементов футеровки; снизить и более равномерно распределить по площади и массе элементов футеровки ударно-динамические нагрузки, воспринимаемые последними от мельничной загрузки; повысить степень демпфирования ударно-динамических нагрузок; обеспечить сохранение оптимального (расчетного) профиля элементов футеровки по мере естественного износа их рабочих поверхностей в процессе эксплуатации.

Достижение упомянутых выше технических результатов обеспечивается тем, что в футеровке барабанной мельницы, содержащей выполненные из эластичного материала чередующиеся наборы элементов различной высоты, рабочие поверхности которых оснащены износостойкими вставками, а линейные размеры по высоте увеличиваются в одном направлении, согласно изобретению, элементы выполнены с плавным увеличением их линейных размеров по высоте, при этом угол между нормалью к радиусу мельницы и касательной к рабочей поверхности элемента составляет20-30^o. Кроме того, на рабочей поверхности каждого элемента выполнены углубления, расположенные под углом к оси вращения мельницы, а износостойкие вставки закреплены в последних.

Углубления в элементах выполнены прямоугольной формы, а их глубина равна 0,6-0,75 высоты элемента, при этом угол между продольной осью углубления и осью вращения мельницы составляет 15-25^o.

Износостойкие вставки выполнены в виде стержней, которые размещены в углублениях так, что одна их торцевая поверхность находится на уровне рабочей поверхности элемента футеровки, при этом крепление стержней в углублениях осуществляется за счет упругой деформации материала элементов футеровки.

Выполнение чередующихся наборов элементов с плавным увеличением их линейных размеров по высоте обеспечивает снижение степени скольжения материалов мельничной загрузки по их рабочей поверхности и равномерное ее распределение. Отсутствие резких перепадов по высоте между элементами в чередующихся наборах позволяет придать их поверхности одинаковый профиль. Следовательно, и условия по сцеплению между элементами футеровки и мельничной загрузкой будут одинаковыми (разными). Этим подтверждается тезис о равномерности степени скольжения. Известно, что увеличение воздействия футеровки на предотвращение скольжения мельничной загрузки по рабочей поверхности ее элементов и слоев загрузки относительно друг друга при прочих равных условиях может быть достигнуто за счет придания ее поверхности соответствующего профиля. Степень воздействия профиля футеровки зависит от угла наклона (α_ф) ее рабочей поверхности. При этом расчет оптимальных показателей профиля (угол наклона, шаг футеровки) основывается на условии: отношение действующих на элементы футеровки касательных и нормальных сил не должно превосходить величину коэффициента трения скольжения (сцепления) материалов загрузки (в т.ч и шаров) о рабочую поверхность футеровки (Д.К.Крюков. Футеровки шаровых мельниц. М. Машиностроение. 1965, с. 94-122. Д.К.Крюков. Усовершенствование размольного оборудования горнообогатительных предприятий. М. Недра.1966, с. 49-95).

Выполнение элементов футеровки с плавным увеличением их линейных размеров по высоте так, что угол (α_ф) между нормалью к радиусу мельницы и касательной к рабочей поверхности элемента (см. фиг. 1) в каждой их точке составляет 20-30^o, обеспечивает оптимальные показатели профиля футеровки по углу наклона (α_ф), отвечающие балансу соотношения сил, действующих на футеровку и величины коэффициента сцепления. При этом степень скольжения материалов мельничной загрузки по рабочей поверхности элементов футеровки будет не только равномерной, но и минимальной.

Теоретическими и экспериментальными данными подтверждается, что лучшей формой профиля внутренней поверхности футеровки, с точки зрения более полной реализации коэффициента сцепления, будет криволинейная поверхность, каждый элемент которой составляет определенный угол α_ф с плоскостью, нормалью к радиусу (Д. К. Крюков. Футеровки шаровых мельниц. М. Машиностроение. 1965, с. 94-111).

При выборе интервала угла наклона (α_ф) футеровки в пределах 20-30^o исходили из соображений (при определенных значениях необходимого коэффициента сцепления, коэффициента заполнения и значений относительных скоростей вращения барабана мельницы), с одной стороны, обеспечить минимальную степень скольжения мельничной загрузки по футеровке, а с другой обеспечить расчетный режим работы мельницы в соответствии со стадией дробления.

Углы наклона (α_ф), близкие к 30^o, используются на ранней стадии дробления. Углы наклона (α_ф), близкие к 20^o, используются на второй и третьей стадиях дробления.

Выполнение на рабочей поверхности каждого элемента углублений прямоугольной формы и глубиной, равной 0,6-0,7 высоты элемента, расположенных так, что угол между продольной осью углубления и осью вращения мельницы составляет 25-35^o, расположение и закрепление в них выполненных в виде стержней износостойких вставок за счет упругой деформации материала элементов так, что одна их торцевая поверхность находится на уровне рабочей поверхности элемента, обеспечивает равномерное распределение как по площади последних, так и по глубине воспринимаемых им ударно-динамических нагрузок. Обеспечивается также сохранение оптимального (расчетного) профиля элементов футеровки в процессе эксплуатации.

Подтверждается это следующими соображениями. Стержни, размещенные в углублениях элементов, воспринимают часть нагрузки и передают ее в глубинные слои массы элемента. При этом вертикальная составляющая нагрузки воспринимается дном углубления, а горизонтальная боковыми его частями. Торцевая поверхность стержня, расположенная на уровне поверхности элемента, в процессе эксплуатации будет изнашиваться не более и не ранее, чем будет естественно изнашиваться рабочая поверхность эластичного элемента. Ориентация оси углубления под углом 25-35^o к оси вращения мельницы при вращении последней, за счет горизонтальной составляющей нагрузки, постоянно изменяет траекторию перемещения (в т.ч. и скольжения) элементов мельничной загрузки по рабочей поверхности. За счет этого сглаживается неравномерность износов как рабочей поверхности элементов, так и торцевой поверхности стержней.

При выборе упомянутого выше угла руководствовались соображениями, с одной стороны, обеспечить достаточные усилия для изменения траектории перемещения материала вдоль оси мельницы, а с другой обеспечить минимальную сегрегацию материала в процессе его перемещения. При углах меньших, чем 25^o, усилия для изменения траектории перемещения материала недостаточны, а при углах более чем 35^o будут усиливаться процессы сегрегации материала по крупности.

Заглубление стержней на 0,6-0,7 высоты элементов в сочетании с креплением их в элементах за счет упругой деформации позволяет, с одной стороны, передавать в достаточном объеме нагрузки по массе элемента, а с другой не ослаблять упруго-деформационные свойства эластичных элементов.

При величине глубины менее чем 0,6 высоты элемента площадь передачи усилий от стержней на стенки углублений будет недостаточной, а при величине более чем 0,7 высоты элемента будет наблюдаться ослабление упруго-деформационных свойств элементов. При этом стержни в углублениях надежно удерживаются не только за счет упругой деформации, но также и за счет расклинивания их мелкими частицами перерабатываемого материала.

Вовлечение в процессы демпфирования ударно-динамических нагрузок глубинных (внутренних) слоев массы элементов футеровки повышает степень демпфирования. При этом удельные нагрузки снижаются. Из изложенного выше также следует, что рабочая поверхность элементов и стержни будут в процессе эксплуатации изнашиваться равномерно. Следовательно, расчетный (оптимальный) профиль футеровки будет оставаться неизменным. Этим будет обеспечиваться постоянство основных (расчетных) параметров мельницы.

Изложенным выше подтверждается наличие причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемыми техническими результатами.

Данная совокупность существенных признаков позволяет по сравнению с прототипом получить следующие технические результаты: обеспечить равномерное распределение и снижение степени скольжения материалов мельничной загрузки по рабочей поверхности элементов футеровки; снизить и более равномерно распределить по площади и массе элементов футеровки ударно-динамические нагрузки, воспринимаемые от мельничной загрузки; повысить степень демпфирования ударно-динамических нагрузок; обеспечить сохранение оптимального (расчетного) профиля элементов футеровки по мере естественного износа их рабочих поверхностей в процессе эксплуатации.

По мнению авторов, заявляемое техническое решение соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень", т.к.совокупность существенных признаков, характеризующих данное устройство, является новой и не следует явным образом из известного уровня техники.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена футеровка барабанной мельницы, общий вид, поперечный разрез, на фиг. 2 - развертка чередующихся наборов элементов, вид сверху.

Футеровка содержит выполненные из эластичного материала чередующиеся наборы элементов 1, 2, 3, выполненные с плавным увеличением линейных размеров по высоте от элемента 1 к элементу 3. При этом угол (α_ф) между нормалью к радиусу мельницы и касательной к рабочей поверхности каждого элемента равен 20-30^o. На рабочей поверхности элементов 1, 2, 3 выполнены углубления 4 прямоугольной формы. Их глубина составляет 0,6-0,7 высоты элемента, и расположены они под углом (α_у) к оси мельницы, который равен 25-35^o.

Износостойкие вставки выполнены в виде стержней 5 и размещены в углублениях 4 так, что одна их торцевая поверхность находится на уровне рабочей поверхности соответствующего элемента 1, 2 или 3. Крепление стержней в углублениях осуществляется за счет упругой деформации материала элементов 1, 2, 3.

Футеровка барабанной мельницы работает следующим образом. При вращении барабана мельницы материалы мельничной загрузки перемещаются по рабочей поверхности элементов футеровки и торцевой поверхности стержней 5, размещенных и закрепленных в углублениях 4. При этом истирающие и ударно-динамические нагрузки равномерно распределяются по площади упомянутых элементов, т.к.увеличение их линейных размеров по высоте плавно. При углах наклона (α_ф) футеровки в пределах 20-30^o степень скольжения материалов мельничной загрузки по рабочей поверхности элементов 1, 2, 3 минимальна.

Часть мельничной загрузки, ее слои, прилегающие к рабочей поверхности элементов 1, 2, 3, при перемещении по последним при встрече со стержнями 5, размещенными в углублении 4, которое расположено под углом 25-35^o к оси вращения мельницы, под действием горизонтальной составляющей нагрузки изменяют траекторию перемещения. При этом часть нагрузки, ее тангенциальная составляющая, воздействует на стержни 5, которые передают ее на массу элемента. Последняя за счет своих упруго-деформационных свойств демпфирует ударные нагрузки и распределяет их по массе элемента. При этом вертикальная составляющая нагрузки стержней 5 передается на дно углубления 4. Таким образом, обеспечивается более равномерное распределение нагрузки по массе элемента и за счет этого повышается степень демпфирования.

Поскольку стержни 5 находятся в углублениях 4, а последние выполнены на 0,6-0,7 высоты элементов 1, 2, 3 соответственно, то, с одной стороны, обеспечивается оптимальная величина площади соответственно углубления 4 и стержня 5 для передачи упомянутых выше тангенциальных составляющих нагрузки, а с другой исключаются "пробои" в нижней части углубления 4 при передаче стержнем 5 вертикальных составляющих нагрузки. Кроме того, обеспечивается достаточно надежное крепление стержней 5 в углублении 4 за счет упруго-деформационных свойств материала элементов 1, 2, 3.

Таким образом, из изложенного выше следует, что нагрузки на элементы футеровки распределяются равномерно не только по ее площади, но и по массе материала элементов. За счет этого повышается эффективность демпфирования ударно-динамических нагрузок. Поскольку износы рабочей поверхности элементов конструкции равномерны, то профиль последних сохраняется в процессе эксплуатации.

Соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "промышленная применимость" подтверждается простотой устройства и его составных элементов, которые могут быть и типовыми, например стержни. Элементы футеровки могут быть изготовлены на любом заводе резино-технических изделий, а пресс-формы для них на предприятиях машиностроения.

Формула изобретения

1. Футеровка барабанной мельницы, содержащая выполненные из эластичного материала чередующиеся наборы элементов различной высоты, рабочие поверхности которых оснащены износостойкими вставками, а линейные размеры по высоте увеличиваются в одном направлении, отличающаяся тем, что элементы выполнены с плавным увеличением их линейных размеров по высоте, при этом угол между нормалью к радиусу мельницы и касательной к рабочей поверхности элемента составляет 20 30^o, кроме того на рабочей поверхности каждого элемента выполнены углубления, расположенные под острым углом к оси вращения мельницы, а износостойкие вставки закреплены в последних.

2. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что углубления выполнены прямоугольной формы, а их глубина составляет 0,6 0,7 высоты элемента.

3. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что угол между продольной осью углубления и осью вращения мельницы составляет 25 35^o.

4. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что износостойкие вставки выполнены в виде стержней.

5. Футеровка по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что стержни размещены в углублениях, причем одна их торцевая поверхность находится на уровне рабочей поверхности элемента футеровки.

6. Футеровка по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что крепление стержней в углублениях осуществляется за счет упругой деформации материала элементов футеровки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2