1. Введение в футеровочные плиты цилиндров больших самоизмельчающих мельниц

Корпусные вкладыши для больших самоизмельчающих мельниц предназначены для защиты корпуса от прямого удара и трения измельчающих тел и материала; кроме того, использование вкладышей различных форм позволяет регулировать состояние движения измельчающих тел, усиливая их разрушающее воздействие на материал. Это способствует повышению эффективности измельчения в самоизмельчающей мельнице, увеличению производительности и снижению расхода металла.

Корпусные вкладыши для больших самоизмельчающих мельниц, помимо защиты самого корпуса, также влияют на характер движения измельчающих тел. Чтобы соответствовать различным условиям работы (дробление или тонкое измельчение), форма и материал вкладышей также отличаются. Когда преобладает дробление, от вкладышей требуется сильное усилие по подбрасыванию измельчающих тел, при этом они должны обладать хорошей ударопрочностью. Если же основной процесс — тонкое измельчение, то выступы вкладышей делают меньше, их воздействие на измельчающие тела слабее, удары — незначительные, а измельчение происходит более интенсивно; в этом случае от вкладышей требуется высокая износостойкость.

2. Особенности продукта

1. Огромные и тяжёлые размеры: диаметр корпуса крупных самоизмельчающих мельниц обычно превышает 8 метров, а иногда даже достигает более 12 метров; поэтому размеры отдельных плит футеровки велики (длина может достигать нескольких метров), а их толщина значительна (обычно более 100 мм, а иногда даже превышает 200 мм), при этом вес одной плиты может достигать нескольких тонн.

2. Выдерживание больших ударных нагрузок: в самотёрочных мельницах крупные куски руды используются непосредственно в качестве измельчающего материала; после подъёма руды на высоту она свободно падает, вызывая сильный удар и скалывающее воздействие на футеровку барабана.

3. Сильный абразивный износ: частицы руды постоянно перекатываются и скользят внутри барабана, вызывая серьёзный абразивный износ поверхности футеровки (преимущественно трёхтелесный износ).

4. Сопротивление коррозионному износу: в мокрых самопизмывных мельницах химическое воздействие пульпы усиливает износ. В сухих самопизмывных мельницах также возможно некоторое окислительное разрушение.

5. Изменения температуры окружающей среды во время эксплуатации: в процессе шлифования выделяется тепло, что приводит к повышению температуры подкладки, а при остановке температура снижается, создавая термические напряжения.

6. Сложная конструкция: форма вкладышей должна обеспечивать двойную функцию — подъем руды (с помощью подъёмных полос/рифлений) и эффективную защиту корпуса (плоской части). Конструкция подъёмных полос (высота, угол наклона, шаг) напрямую влияет на эффективность работы мельницы.

7. Высокие требования к сроку службы: замена вкладышей требует длительной остановки оборудования и связана с высокими затратами, поэтому вкладыши должны обладать максимально возможным сроком службы (обычно цель — от 6 до 18 месяцев или даже дольше).

8. Требования к надежности чрезвычайно высоки: в случае разрушения и выхода из строя вкладыша он может повредить корпус или другие компоненты, что приведет к серьезной аварии и значительным экономическим потерям; поэтому к вязкости материала, устойчивости к усталости и качеству изготовления предъявляются крайне строгие требования.

2. Сложности литья больших вкладышей

1. Литые изделия с толстым крупным сечением:

Замедленное затвердевание: в центральной части происходит затвердевание, что способствует образованию крупных зерен и сегрегации.

Тенденция к усадочным раковинам и пористости высока: требуется сложная и масштабная система питания (несколько крупных литников, холодные вставки, подкладки), чтобы обеспечить последовательное затвердевание и достаточную компенсацию усадки, предотвращая внутренние дефекты.

Термальные напряжения огромны: в процессе затвердевания и охлаждения большая разница температур между внутренней и наружной частями сечения создаёт значительные термальные напряжения, что легко приводит к термическим трещинам.

Неравномерность структуры: поверхность охлаждается быстро, её структура мелкозернистая; сердцевина охлаждается медленно, её структура крупная, а свойства (особенно вязкость) ниже, чем на поверхности.

2. Требования к плавке и литью высоки:

Необходимы мощные плавильные печи (электродуговые, среднечастотные и т. д.).

Строго контролировать химический состав расплава стали, особенно элементы, вредные для вязкости (P, S, O, H, N).

Часто используется внешняя рафинировка (например, печь LF) для деоксидации, десульфурации, удаления газов и тонкой корректировки состава.

Контроль температуры литья осуществляется точно (слишком высокая температура приводит к дефектам, слишком низкая — ухудшает текучесть).

Литьё ведётся平稳но, что позволяет избежать завоздушивания и разбрызгивания песка.

3. Сложность термической обработки:

При закалке больших вкладышей требуется мощное закалочное оборудование (например, большие ванны, интенсивные системы струйной закалки), чтобы обеспечить достаточную скорость охлаждения и получить необходимую глубину закалённого слоя и твёрдость. Во время закалки разница температур на сечении значительна, что приводит к叠加нию термических и структурных напряжений, делая материал чрезвычайно уязвимым для трещинообразования. Необходимо строго контролировать температуру воды при погружении, температуру самой воды, способ охлаждения (например, сначала туманное, затем водяное охлаждение) и время переноса. После закалки следует провести отпуск, чтобы достичь необходимого сочетания вязкости и твёрдости. Температура и продолжительность отпуска должны регулироваться с высокой точностью. Для этого обязательно использование крупногабаритных печей термообработки (тележечных или шахтных печей).

3. Распространённые материалы

Основой выбора материала для футеровки больших самотёрочных мельниц является максимально возможное повышение твёрдости и износостойкости при условии обеспечения достаточной вязкости и устойчивости к разрушению (сопротивления значительным ударам). Распространённые системы материалов включают:

1. Хромомолибденовая легированная стальная вставка (основной выбор)

Состав материала

• Основные компоненты: средне- и высокоуглеродистая сталь (0,3 %–0,6 % C) + хром (Cr: 1,5 %–5 %) + молибден (Mo: 0,3 %–1,5 %) + марганец (Mn), кремний (Si) и др.

◦ Типичные марки: ZG42CrMo (универсальная, низкая стоимость), ZG30Cr2Mo1 (высокая прокаливаемость), ZG30CrNiMo (с добавлением никеля для повышения вязкости, экстремальные условия эксплуатации)

Основные преимущества

1. Гасящая способность: молибден (Mo) значительно повышает глубину закалки толстых сечений (>200 мм), предотвращая появление мягких зон в сердцевине.

2. Прочная и равновесная: твердость HB 350–500 (поверхность) + ударная вязкость ≥15 Дж/см² (-20°C).

3. Устойчивость к усталости и ударным нагрузкам: высокая предел текучести (≥650 МПа) обеспечивает сопротивление деформации при ударах руды.

4. Термостойкость: Mo/Cr препятствует размягчению при высокотемпературном отпуске, сохраняя твёрдость в процессе эксплуатации.

Термическая обработка технология

Термическая обработка (закалка + отпуск):

◦ Закалка: 880–950°C, водная закалка / полимерная закалка (предотвращение трещин)

◦ Отпуск: 400–600°C × 20–50 часов (для толстых деталей требуется сверхпродолжительный выдерживаемый отпуск для снятия напряжений)

Ключевые контрольные точки:

◦ Скорость охлаждения при закалке ≥30°C/с (во избежание выделения феррита)

◦ Быстрое охлаждение после отпуска (для предотвращения вторичной хрупкости при отпуске)

2. Модифицированная высокомарганцевая сталь (специально для зоны высоких ударов)

Повышение качества традиционной высокоуглеродистой марганцовистой стали (ZGMn13): недостаточное упрочнение при низких напряжениях (твердость всего 200 HB) → плохая износостойкость.

Применимые сценарии

• Подъёмная планка на подающем конце: выдерживает удары (падение руды >5 м), после поверхностной закалки твердость составляет 500–600 по шкале HB.

• Основные моменты технологии:

◦ Гидротермическая обработка: 1100°C × водное закалка → получение однородной аустенитной структуры.

◦ Недопустимо низкотемпературное отпускание (предотвращает охрупчивание из-за выделения карбидов).

3. Высокохромистый чугун (используется в ограниченных условиях)

Свойства материалов

• Состав: высокое содержание углерода (2,5–3,2% C) + высокое содержание хрома (15–28% Cr) + молибден/медь/никель.

• Твёрдость: HRC 58–65 (очень высокая износостойкость).

• Смертельный дефект: низкая вязкость (ударная вязкость ≤8 Дж/см²), склонность к разрушению.

4. Сравнительная таблица выбора материалов