1. Введение в футеровку корпуса крупного самозатирочного мельничного барабана

Футеровка корпуса крупного самозатирочного мельничного барабана предназначена для защиты корпуса от прямого удара и трения измельчающих тел и материала, а также для регулирования движения измельчающих тел с помощью различных форм футеровки, что усиливает измельчающее воздействие на материал, способствует повышению эффективности помола, увеличению производительности и снижению расхода металла.

Футеровка корпуса крупного самозатирочного мельничного барабана, помимо защиты корпуса, влияет на закономерности движения измельчающих тел. Для адаптации к различным рабочим состояниям (дробление или тонкий помол) форма и материал футеровки различаются. При преимущественном дроблении требуется высокая способность футеровки поднимать измельчающие тела и хорошая ударопрочность; при преимущественном тонком помоле выступы футеровки меньше, подъем измельчающих тел слабее, удары меньше, а измельчающее действие сильнее, поэтому требуется высокая износостойкость футеровки.

2. Особенности продукта

1. Огромные размеры и большой вес: диаметр корпуса крупного самозатирочного мельничного барабана обычно превышает 8 метров, иногда более 12 метров, поэтому отдельные блоки футеровки имеют большие размеры (длина достигает нескольких метров), значительную толщину (обычно более 100 мм, иногда более 200 мм) и вес в несколько тонн.

2. Выдерживает огромные ударные нагрузки: самозатирочная мельница использует крупные куски руды в качестве измельчающего тела, которые поднимаются на высоту и свободно падают, создавая сильные удары и долбление по футеровке корпуса.

3. Выдерживает сильный абразивный износ: частицы руды постоянно катятся и скользят внутри корпуса, вызывая серьезный абразивный износ поверхности футеровки (преимущественно трехтелочный износ).

4. Выдерживает коррозионный износ: в мокрых самозатирочных мельницах химическая коррозия пульпы усиливает износ. В сухих мельницах также возможна определенная степень окислительной коррозии.

5. Изменения температуры в рабочей среде: в процессе измельчения выделяется тепло, вызывающее повышение температуры футеровки, а при остановке температура снижается, что приводит к тепловым напряжениям.

6. Сложная конструкция: форма футеровки должна обеспечивать двойную функцию — подъем руды (подъемные ребра/волны) и эффективную защиту корпуса (плоские участки). Конструкция подъемных ребер (высота, угол, шаг) напрямую влияет на эффективность мельницы.

7. Высокие требования к сроку службы: замена футеровки требует длительной остановки мельницы и больших затрат, поэтому требуется максимально длительный срок службы футеровки (обычно от 6 до 18 месяцев и более).

8. Крайне высокие требования к надежности: при разрушении футеровки возможны повреждения корпуса или других деталей, что может привести к серьезным авариям и значительным экономическим потерям, поэтому предъявляются очень строгие требования к вязкости материала, усталостной прочности и качеству изготовления.

2. Трудности литья крупногабаритной футеровки

1. Литье толстых сечений:

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

Высокая склонность к усадочной пористости и раковинам: требуется сложная и объемная система усадочных каналов (несколько крупных литников, холодных затворов, подливок) для обеспечения последовательного затвердевания и полного усадки, предотвращая внутренние дефекты.

Большие тепловые напряжения: в процессе затвердевания и охлаждения существует значительная разница температур между внутренними и наружными слоями сечения, что вызывает большие тепловые напряжения и способствует образованию трещин.

Неоднородность структуры: поверхность охлаждается быстро, структура мелкозернистая; сердцевина охлаждается медленно, структура крупнозернистая, свойства (особенно вязкость) хуже, чем на поверхности.

2. Высокие требования к плавке и заливке:

Требуются плавильные печи большой мощности (дуговые печи, индукционные печи и др.).

Строгий контроль химического состава стали, особенно элементов, вредных для вязкости (P, S, O, H, N).

Часто применяется внепечная очистка (например, LF-печь) для удаления кислорода, серы, газов и точной корректировки состава.

Точный контроль температуры заливки (слишком высокая температура вызывает дефекты, слишком низкая ухудшает текучесть).

Плавное ведение заливки, чтобы избежать захвата воздуха и песка.

3. Сложности термообработки:

При закалке крупногабаритной футеровки требуется мощное оборудование для закалки (например, большие водяные ванны, мощные системы распылительной закалки) для обеспечения достаточной скорости охлаждения, достижения необходимой глубины и твердости закаленного слоя. При закалке существует большая разница температур в сечении, тепловые и структурные напряжения суммируются, что легко приводит к трещинам. Необходимо строго контролировать температуру воды, способ охлаждения (например, сначала туманообразное охлаждение, затем водяное) и время переноса. Отпуск должен быть полным для достижения требуемого баланса вязкости и твердости. Температура и время отпуска должны контролироваться точно. Необходимы крупные печи для термообработки (печи с тележками, шахтные печи).

3. Распространенные материалы

Основная задача при выборе материала для футеровки крупного самозатирочного мельничного барабана — обеспечить достаточную вязкость и сопротивление разрушению (устойчивость к сильным ударам) при максимальном повышении твердости и износостойкости. Распространенные системы материалов:

1. Хромомолибденовая легированная сталь для футеровки (основной выбор)

Состав материала

• Основные компоненты: средне-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 (низкозатратный универсальный), ZG30Cr2Mo1 (высокая закаливаемость), ZG30CrNiMo (с никелем для повышения вязкости, экстремальные условия)

Ключевые преимущества

1. Закаливаемость: молибден (Mo) значительно увеличивает глубину закалки толстых сечений (>200 мм), предотвращая мягкие участки в сердцевине.

2. Баланс прочности и вязкости: твердость HB 350-500 (поверхность) + ударная вязкость ≥15 Дж/см² (-20°C).

3. Устойчивость к усталости и ударам: высокая предел текучести (≥650 МПа) противостоит деформациям от ударов руды.

4. Тепловая стабильность: Mo/Cr подавляют размягчение при высокотемпературном отпуске, поддерживая твердость в эксплуатации.

Технология термообработки

Термическая обработка (закалка + отпуск):

◦ Закалка: 880-950℃ водяное или полимерное охлаждение (предотвращение трещин)

◦ Отпуск: 400-600℃ × 20-50 часов (для толстых деталей требуется длительный отжиг для снятия напряжений)

Ключевой контроль:

◦ Скорость охлаждения при закалке ≥30℃/с (чтобы избежать выделения феррита)

◦ Быстрое охлаждение после отпуска (чтобы предотвратить вторичную хрупкость после отпуска)

2. Модифицированная высокомарганцевая сталь (для зон с высокими ударами)

Материал улучшает традиционную высокомарганцевую сталь (ZGMn13) с недостатками: недостаточная наклёпка при низких напряжениях (твёрдость всего HB 200) → плохая износостойкость.

Применимые сценарии

• Подъемные планки на входе: выдерживают удары (падение руды >5 м), после поверхностного упрочнения твёрдость HB 500-600.

• Технологические особенности:

◦ Водяное упрочнение: 1100℃ × водяное охлаждение → получение однородного аустенита.

◦ Запрещён низкотемпературный отпуск (чтобы избежать выделения карбидов и хрупкости).

3. Высокохромистый чугун (используется в ограниченных случаях)

Характеристики материала

• Состав: высокий углерод (2.5-3.2%C) + высокий хром (15-28%Cr) + молибден/медь/никель.

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

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

4. Таблица сравнения выбора материалов