Căptușeala bolului concavului conic, cunoscută și sub denumirea de căptușeală conică fixă sau căptușeală concavă, este o componentă rezistentă la uzură montată pe suprafața interioară a cadrului superior sau a bolului, formând partea staționară a camerei de concasare. Funcțiile sale principale includ concasarea materialului (cooperarea cu căptușeala conică mobilă pentru a reduce materialele), protecția la uzură (protejarea cadrului superior), ghidarea materialului (asigurarea distribuției uniforme a materialului prin profilul său interior) și controlul dimensiunii produsului (influențarea distribuției dimensiunii particulelor prin profilul său interior). Necesită o rezistență excepțională la uzură, rezistență la impact și integritate structurală, cu o durată de viață de 500-2000 de ore, în funcție de duritatea materialului.
Din punct de vedere structural, este o componentă conică sau tronconică, formată din corpul căptușelii (fontă cu conținut ridicat de crom, precum Cr20-Cr26 sau oțel martensitic), profilul interior de uzură (cu secțiuni paralele, suprafețe în trepte/canelate și un unghi de conicitate de 15°-30°), elementele de montare (caneluri în coadă de rândunică, găuri pentru șuruburi, știfturi de fixare), nervuri de armare și o flanșă superioară.
Procesul de turnare a căptușelii cuvei implică selecția materialului (fontă cu conținut ridicat de crom Cr20Mo3), realizarea tiparelor (cu toleranțe de contracție), turnarea în matriță (matrie de nisip lipită cu rășină), topirea și turnarea (temperatură și debit controlate), răcirea și dezumflarea, precum și tratamentul termic (recoacere în soluție și revenire). Procesul de prelucrare și fabricație include prelucrarea brută, prelucrarea elementelor de montare, prelucrarea profilelor interioare și tratamentul suprafeței.
Procesele de control al calității acoperă testarea materialelor (compoziția chimică și analiza metalografică), testarea proprietăților mecanice (testarea durității și a impactului), verificări ale preciziei dimensionale (folosind CMM și scaner laser), teste nedistructive (testarea cu ultrasunete și particule magnetice) și testarea performanței la uzură. Aceste procese asigură că căptușeala cuvei are rezistența la uzură, precizia și durabilitatea necesare.
Introducere detaliată a componentei căptușelii bolului concasorului conic
1. Funcția și rolul căptușelii pentru bol
Căptușeala bolului concavului conic (numită și căptușeală conică fixă sau căptușeală concavă) este o componentă rezistentă la uzură montată pe suprafața interioară a cadrului superior sau a bolului, formând partea staționară a camerei de concasare. Funcțiile sale principale includ:
Concasare materialeLucrând împreună cu căptușeala (manta) conului mobil pentru a aplica forțe de compresie și forfecare materialelor (minereuri, roci), reducându-le la dimensiunea dorită a particulelor.
Protecție la uzurăProtejarea cadrului superior de contactul direct cu materiale abrazive, prelungind durata de viață a cadrului și reducând costurile de întreținere.
Îndrumări materialeGhidarea materialelor prin camera de concasare prin intermediul suprafeței sale interioare conice sau în trepte, asigurând o distribuție uniformă și o concasare eficientă.
Controlul dimensiunii produsuluiProfilul interior al căptușelii (de exemplu, secțiuni paralele, convexe sau concave) influențează direct spațiul de concasare și distribuția dimensiunii particulelor produsului final.
Având în vedere expunerea sa la condiții de impact și abraziune ridicată, căptușeala cuvei trebuie să aibă o rezistență excepțională la uzură, tenacitate la impact și integritate structurală, având o durată de obicei de 500-2000 de ore, în funcție de duritatea materialului.
2. Compoziția și structura căptușelii bolului
Căptușeala vasului este o componentă conică sau tronconică cu un profil interior complex, alcătuită din următoarele părți cheie și caracteristici structurale:
Corpul căptușeliiStructura principală, realizată din fontă cu conținut ridicat de crom (de exemplu, Cr20–Cr26) sau oțel martensitic (de exemplu, 12Cr13), cu o grosime cuprinsă între 50 și 150 mm. Suprafața sa exterioară este prelucrată pentru a se potrivi cadrului superior, în timp ce suprafața interioară prezintă un profil rezistent la uzură.
Profilul de uzură interioarăProiectate cu geometrii specifice pentru a optimiza eficiența concasării:
Secțiuni paralelePentru producerea de particule fine uniforme prin menținerea unui spațiu de concasare constant.
Suprafețe în trepte sau canelateÎmbunătățește prinderea materialului și reduce alunecarea, potrivit pentru concasare grosieră.
Unghiul conicDe obicei, 15°–30° față de axa verticală, determinând debitul de material și distribuția forței de concasare.
Caracteristici de montare:
Caneluri în coadă de rândunicăCaneluri longitudinale de pe suprafața exterioară care se îmbină cu proeminențele corespunzătoare de pe cadrul superior, fixând căptușeala împotriva forțelor de rotație.
Găuri pentru șuruburiGăuri circumferențiale în apropierea marginilor superioare/inferioare pentru șuruburi care fixează căptușeala de cadru, prevenind deplasarea axială.
Pini de localizareMici proeminențe sau găuri care aliniază căptușeala cu cadrul, asigurând poziționarea corectă a profilului interior.
nervuri de armareNervuri radiale externe (grosime 10–30 mm) care întăresc corpul căptușelii, reducând deformarea sub sarcini de impact.
Flanșă superioarăO margine radială la capătul superior care se suprapune cu pâlnia de alimentare, prevenind scurgerile de material între căptușeală și cadru.
3. Procesul de turnare pentru căptușeala bolului
Fonta cu conținut ridicat de crom, materialul principal pentru căptușelile cuvelor, este fabricată prin turnare în nisip pentru a obține profile complexe de uzură:
Selecția materialelor:
Fonta cu conținut ridicat de crom (Cr20Mo3) este preferată pentru rezistența sa excelentă la uzură (duritate ≥HRC 60) și tenacitatea la impact (≥15 J/cm²). Compoziția chimică este controlată la C 2,5–3,5%, Cr 20–26%, Mo 0,5–1,0% pentru a forma carburi dure de crom (M7C3) în matrice.
Crearea de modele:
Se creează un model la scară reală folosind lemn, spumă sau rășină imprimată 3D, replicând profilul interior al căptușelii, suprafața exterioară, elementele de montare și nervurile. Se adaugă adaosuri de contracție (1,5–2,5%) pentru a ține cont de contracția la răcire a fontei.
Turnare:
Se prepară o matriță de nisip lipită cu rășină, cu modelul poziționat pentru a forma suprafața exterioară a căptușelii. Un miez de nisip (acoperit cu spălare refractară) creează profilul interior de uzură, asigurând precizia dimensională a unghiului conic și a canelurilor.
Topire și turnare:
Fonta este topită într-un cuptor cu inducție la 1450–1500°C, cu un control strict al echivalentului de carbon (CE = C + 0,3(Si + P) ≤4,2%) pentru a evita defectele de contracție.
Turnarea se efectuează la 1380–1420°C folosind o polonică, cu un debit lent și constant pentru a umple cavitatea matriței fără turbulențe, care pot provoca porozitate în turnare.
Răcire și agitare:
Matrița este răcită timp de 24–48 de ore pentru a reduce stresul termic, apoi piesa turnată este îndepărtată prin vibrare. Reziduurile de nisip sunt curățate prin sablare (granulat de oțel G25), obținându-se o rugozitate a suprafeței de Ra50–100 μm.
Tratament termic:
Recoacere în soluțiePiesa turnată este încălzită la 950–1050°C, menținută timp de 2–4 ore, apoi răcită cu aer pentru a dizolva carburile și a omogeniza structura.
AustemperingCălire în ulei la 250–350°C, urmată de revenire la 200–250°C pentru a transforma matricea în martensită, atingând o duritate HRC 60–65, menținând în același timp tenacitatea.
4. Prelucrare și proces de fabricație
Prelucrare brută:
Căptușeala turnată este montată pe un strung CNC vertical pentru a prelucra suprafața exterioară, flanșa superioară și locațiile găurilor pentru șuruburi, lăsând o adaos de finisare de 1-2 mm. Dimensiunile cheie (de exemplu, diametrul exterior, unghiul conicității) sunt controlate la ±0,5 mm.
Prelucrarea elementelor de montare:
Canalele în coadă de rândunică sunt frezate în suprafața exterioară folosind o mașină de frezat CNC, cu o toleranță de adâncime (±0,1 mm) și o spațiere uniformă pentru a asigura o potrivire strânsă cu proeminențele cadrului.
Găurile pentru șuruburi sunt găurite și filetate la toleranța clasei 6H, cu o precizie pozițională (±0,2 mm) față de axa căptușelii, prevenind concentrarea tensiunii pe șuruburi.
Prelucrarea profilului interior:
Suprafața interioară de uzură este prelucrată grosier până la profilul aproximativ, apoi rectificată fin folosind o mașină de șlefuit CNC cu o unealtă de conturare. Rugozitatea suprafeței este controlată la Ra3,2 μm pentru a optimiza curgerea materialului și a reduce uzura.
Unghiul conicității este verificat cu ajutorul unui scaner laser, asigurându-se că corespunde cu proiectul (toleranță ±0,1°) pentru a menține spațiul de strivire corect cu conul în mișcare.
Tratament de suprafață:
Suprafața exterioară (care se îmbină cu cadrul) este acoperită cu vopsea antirugină pentru a preveni coroziunea în timpul depozitării.
Suprafața interioară de uzură poate fi supusă jet-peening-ului (folosind alice de oțel de 0,3-0,8 mm) pentru a induce solicitări de compresiune, îmbunătățind rezistența la oboseală.
5. Procese de control al calității
Testarea materialelor:
Analiza compoziției chimice (spectrometrie) confirmă că fonta îndeplinește standardele (de exemplu, Cr20Mo3: Cr 20–23%, C 2,8–3,2%).
Analiza metalografică verifică distribuția carburilor de crom (fracție volumică ≥30%) și structura matricei (martensită cu ≤5% perlită).
Testarea proprietăților mecanice:
Testarea durității (Rockwell) asigură o duritate a suprafeței interioare ≥HRC 60; duritatea miezului este verificată pentru a confirma tratamentul termic uniform (≤HRC 55 pentru tenacitate).
Testarea la impact (crestătura Charpy în V) măsoară tenacitatea la temperatura camerei, necesitând ≥12 J/cm² pentru a rezista la fracturare sub impact.
Verificări ale preciziei dimensionale:
O mașină de măsurat în coordonate (CMM) inspectează dimensiunile cheie: diametrul exterior (±0,2 mm), profilul interior (abatere de ±0,1 mm față de modelul CAD) și unghiul conicității (±0,1°).
Un șablon de calibrare verifică dacă profilul interior de uzură corespunde cu designul, asigurând un spațiu de strivire adecvat cu conul în mișcare.
Testare nedistructivă (NDT):
Testarea cu ultrasunete (UT) detectează defecte interne (de exemplu, pori de contracție, fisuri) în corpul căptușelii, cu o limită de dimensiune de φ3 mm.
Testarea cu particule magnetice (MPT) verifică existența fisurilor de suprafață în canelurile în coadă de rândunică și în găurile de șuruburi, orice fisură cu lungimea de 0,2 mm rezultând în respingere.
Testarea performanței la uzură:
Testarea accelerată a uzurii folosind un aparat cu nisip uscat/roată de cauciuc (ASTM G65) măsoară pierderea în greutate, căptușelile din Cr20 necesitând ≤0,5 g/1000 cicluri.
Un test pe banc de testare montează căptușeala cu un con mobil, concasând 10 tone de minereu standard; inspecția post-test arată o uzură uniformă, fără ciobiri sau exfolieri.
Prin aceste procese de fabricație și control al calității, căptușeala bolului atinge rezistența la uzură, precizia și durabilitatea necesare pentru a asigura performanțe eficiente și pe termen lung de concasare în concasoarele conice, potrivite pentru aplicații miniere, de exploatare în cariere și de prelucrare a agregatelor.
