Резиновые вкладыши

Первоначально большинство футеровок мельниц изготавливалось из металлических материалов (таких как высокомарганцевая сталь). Однако благодаря преимуществам резиновых материалов с точки зрения срока службы и экономичности появились резиновые футеровки (как показано на рисунке 5-19). С момента своего появления в 1921 году резиновые футеровки получили широкое применение. Согласно имеющимся данным, впервые резиновые футеровки были использованы в 1921 году, когда первый комплект резиновых футеровок был установлен в вторичном шаровая мельница (1,2 м × 6,1 м, т. е. 4 фута × 20 футов) на золотом руднике «Нипписсинг» в Соединенных Штатах. С тех пор появилось большое количество патентов на резиновые футеровки и было проведено множество промышленных испытаний с использованием резиновых материалов в качестве футеровки мельниц, однако настоящая коммерциализация резиновых футеровок произошла в начале 1960-х годов. Сегодня резиновые футеровки широко применяются на этапах вторичного и повторного измельчения. Хотя в первичных мельницах по-прежнему преобладают металлические (стальные) футеровки, за последние 20 лет резиновые футеровки добились значительного прогресса и в секторе первичных мельниц. Штоковые мельницы особенно не подходят для резиновых вкладышей, поскольку концы штоков могут повредить резиновые вкладыши.

Рисунок 5‑19 Резиновые вкладыши

Износ резиновых футеровок также представляет собой совокупность ударного, абразивного износа и коррозии. Изменение любого из этих факторов существенно влияет на износ резиновой футеровки. Механизм износостойкости резиновых футеровок полностью отличается от механизма износостойкости стальных футеровок; самым значительным и очевидным отличием является твердость. В отличие от стальных футеровок, которые противостоят абразивному износу за счет своей твёрдости, резиновые футеровки при низкой скорости удара подвергаются лишь упругой деформации и отклоняют абразивные частицы. Под действием силы резиновые футеровки деформируются, но после снятия силы восстанавливают свою форму, что позволяет избежать разрыва или стирания, а также поглощает энергию удара. Напротив, стальные материалы подвергаются пластической деформации, что приводит к износу. Однако при слишком большой силе удара или слишком высокой скорости удара (например, > 9 м/с) износ резиновых материалов резко возрастает, что обычно приводит к разрушению в результате разрыва. Еще одно различие заключается в прочности. Резиновые футеровки более подвержены разрыву, чем стальные, при следующих условиях: (1) чрезвычайно высокое давление контакта; (2) концентрация силы в острых точках; (3) чрезмерное выдавливание по краям и в углах резиновой футеровки. Это связано с ограниченной прочностью резиновых материалов, что, в свою очередь, приводит к быстрому износу резиновых футеровок. Угол удара различных стальных шаров также значительно влияет на износ резиновых футеровок. При угле удара 90° износ минимален; когда угол удара уменьшается до 30°, износ увеличивается примерно в 40 раз; при 15° он может даже увеличиться примерно в 130 раз. При углах удара 50°–70° резиновые и стальные футеровки демонстрируют сопоставимые характеристики; при углах 70°–90° резиновые футеровки обладают лучшей ударопрочностью, чем стальные. Прочность на разрыв и сопротивление разрыву резиновых материалов являются решающими факторами для эксплуатационных характеристик резиновых футеровок, поскольку эти два фактора играют ключевую роль в усталостной прочности резиновых футеровок.

Использование резиновых футеровок в процессах первичного измельчения, характеризующихся чрезвычайно высокими силами измельчения, по-прежнему остается проблематичным, поскольку скорость износа резиновых футеровок слишком высока. Даже при использовании более толстой резины по-прежнему сложно обеспечить приемлемый срок службы футеровки. Хотя стоимость материала футеровки на тонну руды для резиновых и стальных футеровок сопоставима, короткий срок службы резиновых футеровок в таких случаях приводит к необходимости частого технического обслуживания, что делает их использование нерентабельным.

Тем не менее, резиновые вкладыши отлично подходят для вторичного измельчения. Даже при использовании относительно тонкой резины их срок службы по-прежнему находится в допустимых пределах. Специально разработанные резиновые материалы с адаптированной молекулярной структурой позволили еще больше повысить износостойкость и сократить время простоя, связанное с техническим обслуживанием. На основе имеющихся данных о конструкции резиновых материалов теперь можно разрабатывать резиновые футеровки специально для конкретных условий и требований каждого рудника, удовлетворяя их потребности и повышая экономическую эффективность.

В случае действующих дробильно-мельных установок, если твердость руды приближается к твердости металлических футеровок мельницы или превышает её, можно рассмотреть возможность применения или опробовать материалы на резиновой основе. Резиновые футеровки могут обеспечить более высокую экономическую эффективность, снижение затрат на футеровочные материалы и повышение коэффициента готовности установки [49].

Качественный каучук или синтетический каучук, используемый для изготовления футеровок мельниц, должен обладать удлинением при разрыве 500%–600%, то есть выдерживать растяжение в 5–6 раз без разрушения. Предел прочности на разрыв должен составлять около 20 МПа (3000 фунтов на квадратный дюйм). Третьим важным свойством является твёрдость, которая должна находиться в диапазоне 55–70 по шкале Шор А. Резина для футеровок мельниц, как правило, представляет собой смесь натурального и синтетического каучука. В некоторых случаях она может быть полностью синтетической. Как правило, состав смеси определяется соотношением натурального каучука, синтетического каучука, добавленных химических веществ и наполнителей. Каждый производитель резиновых футеровок имеет собственный состав смеси и конструкцию.

Резиновые футеровки по-прежнему имеют ряд недостатков: (1) Они не подходят для применения в случаях, когда реагенты для флотации добавляются непосредственно в мельницу, поскольку эти реагенты могут ухудшать свойства резины. (2) Они также не подходят для работы при температурах выше 80 °C; при превышении температуры 85 °C резина постепенно теряет эластичность, что приводит к ускоренному износу. При 100 °C износ резиновых футеровок увеличивается в 5–6 раз по сравнению с износом при 50 °C. Поскольку резина с трудом рассеивает тепло, резиновые футеровки обычно используются в мокрых мельницах. (3) Они, как правило, толще стальных футеровок, что уменьшает эффективный объем измельчения или производительность мельницы. Этот эффект может быть значительным для небольших мельниц. (4) Диаметр стальных шаров не должен превышать 80 мм. (5) Может увеличиться расход измельчающих тел (стальных шаров). Сообщается, что резиновые футеровки увеличивают расход измельчающих тел по сравнению с футеровками из чугуна Ni-Hard. (6) Шаровые мельницы с резиновыми футеровками, как правило, требуют более мелкого размера подаваемого сырья (обычно не более 15 мм, в зависимости от свойств руды). Стоит отметить, что некоторые из этих недостатков можно преодолеть за счет использования специальных составов резины. Резиновые футеровки также отличаются от стальных по конструкции.

Таким образом, резиновые футеровки заменили стальные в большинстве операций по повторной шлифовке. Резиновые футеровки обладают такими преимуществами, как длительный срок службы, механизмы износа, не зависящие от твердости шлифуемого материала, небольшой вес, простота и быстрота монтажа, а также снижение уровня шума. Износостойкость резиновых футеровок зависит от их способности сохранять эластичность, не подвергаясь порезам или разрывам при ударах абразивных частиц или при вдавливании частиц в поверхность. Однако при замене стальных футеровок на резиновые часто обнаруживается, что расход измельчающих тел (стальных шаров) увеличивается, а производительность снижается. Последнее объясняется тем, что резиновые футеровки толще стальных и занимают больше пространства в мельнице.