Sumário
Com base no agravamento do desgaste das placas do britador de mandíbulas do britador de mandíbulas de pêndulo composto na mina de Xinkaiyuan, os modos de falha de desgaste das placas de mandíbula foram analisados, as principais razões para o sério desgaste das placas do britador de mandíbulas foram reveladas, este artigo analisou ainda mais as leis de desgaste das placas de mandíbula de o britador de mandíbula simulando minérios de britagem de placas de mandíbula com software de elemento discreto EDEM, e para explorar a influência do ângulo de aperto do britador, taxa de enchimento e teor de umidade do minério no desgaste da placa de mandíbula.
Os resultados da análise da morfologia da superfície das placas de garras de resíduos usando microscópio óptico mostram que o mecanismo de desgaste das placas do britador de mandíbulas são desgaste por corte de cinzel, desgaste por fadiga e coexistência de desgaste por corrosão. As placas do britador de mandíbula são impactadas e extrudadas fortemente por minérios, a superfície das placas de mandíbula é cinzelada e cortada fortemente. As placas de mandíbula apresentam deformação plástica séria, incluindo arranhões muito profundos, ranhuras compactas e poços de grande área. O desgaste do corte com cinzel é o principal modo de desgaste das placas de mandíbula. As placas da mandíbula são impactadas e extrudadas repetidamente a longo prazo, causando fadiga de contato, aparecendo trinca por fadiga e propagação de rachaduras, resultando em fratura frágil, o desgaste por fadiga é um modo de modos de desgaste da placa da mandíbula. Além disso, a água nos minérios para supressão no local do sprinkler de poeira entra em contato com as placas da mandíbula, apresentando reações químicas complexas no ar, causando corrosão por oxidação, resultando em material da superfície da mandíbula revirado e esfregado, a nova corrosão da superfície de metal continua, agravando o desgaste das placas da mandíbula.
Usando o espectrômetro de raios OBLF-1000-ⅡX para detectar a composição química das placas de garras móveis e fixas, o conteúdo de Mn dos elementos de liga é maior que 10%, o que significa que as placas de garras são de aço com alto teor de manganês. O teste de dureza de peças de desgaste de placas de mandíbula em diferentes profundidades pelo testador de microdureza HV-1000 mostra que as placas de mandíbula têm uma alta dureza na superfície e gradiente de endurecimento evidente em profundidade, o que significa que as placas de mandíbula têm um bom efeito de endurecimento e alta resistência ao desgaste .
De acordo com GB / T 17412.1-1998 e GB / T23561.7-2009, este documento detectou a composição mineralógica e a resistência à compressão de minérios de duas minas, que são antes e depois da mudança do local de mineração na mina de Xinkaiyuan. Combinado com a vida útil das placas da mandíbula, os minérios que contêm a fase mais dura têm maior resistência à compressão, sendo mais difícil de quebrar, causando desgaste da placa da mandíbula mais rápido e com vida mais curta, revelando que o principal motivo do sério desgaste das placas da mandíbula em Xinkaiyuan são as mudanças de composição e natureza dos minérios de alimentação.
Estabelecendo modelo de geometria de britador e modelo de minério Pelo método de elemento discreto e software EDEM, de acordo com o britador de mandíbula de pêndulo composto PE900 × 1200 e propriedades de minérios de Xinkaiyuan, simulando o britador de mandíbula para quebrar minérios, obteve distribuição de força normal e distribuição de força tangencial do placa de mandíbula móvel em 1s, 1.5s, 2s, 2.5s no tempo de simulação. Com base nas características da força em diferentes distritos da superfície móvel da placa da mandíbula, a placa da mandíbula é dividida em quatro regiões como H, M, ML e L: H é a zona de contato da alimentação de minérios, que é principalmente impactada por minérios com um certo velocidade inicial. M e ML é a área em que os minérios são esmagados, o minério é quebrado principalmente nesta área, sendo espremido e cortando juntos. L é a zona de descarga, esta área não é apenas extrudada, mas também existe atrito deslizante.
Os resultados da simulação mostram a força normal máxima em diferentes regiões na placa da mandíbula móvel: H 1.53 × 104N, M 6.21 × 106N, ML 6.65 × 106N, L 6.33 × 106N, a força tangencial máxima: H9.2 × 102N, M 4.53 × 106N, ML 5.78 × 106N, L 5.98 × 106N. Comparando a força normal máxima e a força tangencial máxima, combinada com a análise da morfologia da superfície das peças de desgaste da placa da mandíbula, o H é submetido a uma grande força normal, o que indica que essa região é normalmente impactada pelo minério a longo prazo, é fácil de formar fissuras de fadiga e parecer desgaste de fadiga. M, ML e L são a principal região de britagem na placa da mandíbula móvel, os minérios são esmagados tanto pela tensão de compressão quanto pela tensão de cisalhamento das placas da mandíbula. Esta força normal regional é maior do que a força tangencial, indicando que o britador de mandíbulas se baseia principalmente na compressão para esmagar os minérios e na moagem como uma função subsidiária. O principal modo de desgaste das placas de mandíbula é o desgaste por corte com cinzel.
Simulação da influência do ângulo de estreitamento do britador, taxa de enchimento, teor de umidade dos minérios sobre a força da placa da mandíbula móvel, H é submetido a maior força tangencial com o ângulo de estreitamento se tornando menor, existindo ação de corte significativa, enquanto M e ML estão sujeitos à maior força normal, existindo o desgaste por lascamento mais sério. Com o aumento da taxa de enchimento, ML e L das placas da mandíbula em movimento são submetidos a maior força tangencial, existindo sério desgaste de corte. O teor de umidade do minério dificilmente influencia a força da placa da mandíbula móvel. Porém, o desgaste por corrosão causado pela água é um fator importante na promoção do desgaste do desenvolvimento das placas das mandíbulas.
Através dos programas de análise acima propostos para aumentar a resistência ao desgaste das placas de mandíbula: placa de mandíbula modular em desenvolvimento, combinada com placa H, placa M, placa ML e placa L quatro placas, cada placa foi determinada pela lei das características de força em diferentes regiões, como diferentes materiais resistentes ao desgaste. Ele pode melhorar o desgaste do corte do cinzel das placas da mandíbula, diminuindo o ângulo de aperto, o que reduz a força tangencial das placas da mandíbula. O ângulo de aperto no britador de mandíbula é alterado ajustando a largura da descarga. Para reduzir o ângulo de estreitamento, deve-se aumentar a largura da descarga na premissa de atender ao requisito de tamanho de partícula. A seleção da taxa de enchimento do britador de mandíbula deve diminuir o valor na premissa do britador sujeito a choques e vibrações razoáveis. Para melhorar o desgaste por corrosão das placas das mandíbulas, é necessário diminuir o consumo de água na produção. No ponto de queima e no ponto de esmagamento dos minérios pelo martelo de impacto novamente, deve-se usar a névoa em substituição à água pulverizada diretamente para suprimir a poeira, que tem como premissa a remoção eficaz da poeira minimizando o consumo de água. Recomenda-se que o ponto de supressão de poeira seja definido como cego para garantir a britagem a seco no britador de mandíbulas.
1.0 Introdução
1.1 Histórico e significância da pesquisa
Com a expansão contínua da escala de desenvolvimento econômico da China, o rápido desenvolvimento da conservação da água, transporte, imóveis e outras indústrias, promover a construção da indústria de areia e pedra para alcançar o desenvolvimento avançado, produção de areia e pedra em falta. O consumo de areia e pedra para construção na China foi inferior a 500 milhões de toneladas em 1981 e 18.3 bilhões de toneladas em 2014. Estima-se que o consumo continuará a crescer a uma taxa de mais de 20% ao ano no futuro.
A areia e a pedra para construção incluem areia natural e areia e pedra feitas à máquina, e a proporção de areia e pedra feitas à máquina atingiu 60% em 2013. Com o esgotamento dos recursos naturais de areia e pedra e a crise ambiental ecológica cada vez mais grave, é uma tendência inevitável para o desenvolvimento da indústria de areia e pedra para substituir areia e pedra naturais por areia e pedra de mecanismo. No futuro, sua participação ultrapassará 80% e, em algumas áreas, ultrapassará 90%. O rápido crescimento do consumo de areia e pedra feita por máquinas promove o rápido aumento da produção do equipamento de britagem, o que leva à crescente investigação de peças de desgaste do triturador. Estima-se que, em 2014, os materiais resistentes ao desgaste do liner consumidos pelos britadores na indústria de extração da China são mais de 800000 toneladas, e as placas do britador de mandíbula sozinhas são cerca de 150000 T / A, resultando em uma perda econômica direta de 1 bilhão de yuans. Tomando a mina Xinkaiyuan como exemplo, a mina tem uma produção anual de mais de 4 milhões de toneladas de areia e cascalho. As matérias-primas extraídas por detonação são inicialmente quebradas por martelo de impacto, em seguida, quebradas grosseiramente pelo britador de mandíbulas e quebradas médias e finas pelo britador de cone. Após a britagem em três estágios, os produtos são classificados em agregados de construção e areia feita à máquina com diferentes tamanhos de partículas.
Tabela1-1 Situação de abrasão das placas do britador de mandíbula | ||||
Planta Não | Nome parte | Tipos | Vida útil / dia | Produção / 10000 toneladas |
2-E-1 | Placa de mandíbula fixa | Antes da transferência do rosto de trabalho | 150 | 75 |
Após a transferência da face de trabalho | 63 | 42 | ||
2-E-1 | Placa de mandíbula móvel | Antes da transferência do rosto de trabalho | 180 | 97 |
Após a transferência da face de trabalho | 150 | 87 |
No início de 2014, os recursos da antiga mina de Xinkaiyuan foram exauridos e as faces de mineração foram transferidas para as minas adjacentes. Conforme mostrado na Figura 1-2, a área de mineração a leste é uma mina antiga e a área de mineração a oeste é uma nova. Os dados estatísticos mostram que a perda de placa de mandíbula do britador de mandíbula aumenta significativamente após a transferência da face de trabalho (ver Tabela 1-1), o que tem um impacto negativo na produção e gestão da empresa. Está incorporado nos seguintes aspectos:
- O desgaste das placas do britador de mandíbulas é agravado, a vida útil das placas do britador de mandíbula é reduzida e o custo de produção aumenta. Após a transferência da face de trabalho, sob a condição de equipamento de produção estável, gerenciamento de processo e operação, a quantidade de minério quebrado por placa de mandíbula fixa diminuiu de 750,000 t para 420,000 t, e a vida útil foi reduzida de 150 dias para 63 dias ; a quantidade de minério quebrado por placa de mandíbula móvel diminuiu de 970,000 t para 870,000 t, e a vida útil foi reduzida de 180 dias para 150 dias. O preço de mercado das placas do britador de mandíbulas é de cerca de 40000 yuan. Como a vida útil das placas do britador de mandíbulas é reduzida, a perda econômica direta para a empresa é de 160000 yuans todos os anos, e o custo da placa de mandíbula por unidade de produção aumenta em 40%.
- O desgaste do placas de mandíbula do triturador aumenta, o que leva ao aumento do tamanho das partículas de descarga e afeta a qualidade do produto e operação subsequente. As placas do britador de mandíbulas são constantemente desgastadas e consumidas no processo de uso, e a largura da porta de descarga é gradualmente aumentada, o que leva ao minério descarregado do britador antes da britagem para o tamanho de partícula qualificado, altera as condições de operação subsequentes, reduz a qualidade do produto e afeta o preço do produto.
- O desgaste das placas do britador de mandíbulas aumenta, a frequência de substituição das placas de mandíbula aumenta e a segurança da produção é afetada. O britador de mandíbula da Xinkaiyuan tem peso próprio de 50 toneladas, comprimento, largura, altura, dimensão de 3500 × 2900 × 3000 e o peso das placas do britador de mandíbula é de quase 1 tonelada. A desmontagem e montagem das placas da mandíbula exigem a cooperação estreita de equipamentos mecânicos em grande escala e da equipe, e há um grande risco potencial à segurança, que pode facilmente levar a acidentes com o equipamento ou pessoais.
O desgaste das placas do britador de mandíbulas não apenas consome energia, desperdiça materiais, aumenta o custo de produção, mas também afeta a qualidade do produto e causa um risco potencial à segurança. Portanto, estudar a lei do desgaste da placa de mandíbula do britador de mandíbulas e explorar o esquema de melhorar a resistência ao desgaste da placa de mandíbula pode reduzir o consumo de material, melhorar a taxa de utilização de energia, controlar estritamente a qualidade do produto do britador, reduzir o custo de produção, reduzir o risco potencial de segurança e melhorar o benefício econômico da empresa. Por outro lado, pode enriquecer a teoria do desgaste e fornecer suporte teórico para o estudo de materiais antidesgaste e orientação de projetos mecânicos.
1.2 Suporte de Assunto
A britagem de minério no britador de mandíbulas é um processo físico complexo e as características de desgaste das placas do britador de mandíbula são afetadas pelas propriedades de alimentação, materiais de revestimento, parâmetros estruturais do britador, parâmetros do processo de produção, condições operacionais e outros fatores.
Neste trabalho, o britador de mandíbulas de pêndulo composto PE 900 × 1200 usado na Mina de Xinkaiyuan é selecionado como um exemplo para analisar a macro e micromorfologia da superfície desgastada da placa de mandíbula de falha, para estudar o principal modo de falha por desgaste da placa de mandíbula; para analisar o grau de endurecimento da superfície da placa de mandíbula, para estudar o desempenho antidesgaste da placa de mandíbula; analisar a influência de diferentes minerais no desgaste da placa da mandíbula e explorar as características do minério. Com base nisso, o esquema técnico para aumentar a resistência ao desgaste da placa da mandíbula é apresentado.
2.0 Estudo sobre a teoria do desgaste de placas britadoras de mandíbula
O desgaste é um fenômeno físico de perda de material causado pela fricção de objetos em movimento relativo. O desgaste não só faz com que a superfície do material seja continuamente consumida, provoca a alteração do tamanho do material, mas também afeta a vida útil dos componentes do equipamento. Como um importante ramo da tribologia, a pesquisa do desgaste cobriu metalurgia, mineração, materiais de construção, indústria química e outras indústrias. De acordo com o mecanismo de desgaste, ele pode ser dividido em desgaste adesivo, desgaste abrasivo, desgaste por fadiga e desgaste por corrosão. A pesquisa sobre a resistência ao desgaste das placas de mandíbulas do britador de mandíbulas é a premissa e a base para analisar o modo de falha do desgaste da placa de mandíbulas e melhorar a resistência ao desgaste das placas do britador de mandíbulas.
2.1 Pesquisa Teórica do Vestuário
2.1.1 Teoria básica de desgaste
A pesquisa sobre desgaste foi realizada na década de 1950. Com base na pesquisa de Holm em 1953, JF Archard, dos Estados Unidos, apresentou a teoria do desgaste adesivo Archard. A teoria sustenta que quando a superfície do par de fricção está relativamente deslizando, o ponto de adesão será cisalhado e quebrado devido ao efeito de adesão, resultando em muitos derramamentos de microvolume no material. O Sr. Arcard assume que as partículas de desgaste são hemisféricas e seu raio é o raio do ponto de contato. A fórmula de cálculo da perda de desgaste, fórmula de Archard, é obtida, conforme mostrado na fórmula 2-1. Embora o modelo de desgaste de Archard seja usado para analisar o mecanismo de desgaste do adesivo, outros modelos de desgaste são baseados no modelo de Archard.
Avisos: Na fórmula de Archard, volume de desgaste V, distância de desgaste L, coeficiente de desgaste K, carga P, dureza do material H.
Em 1957, Krajewski, da antiga União Soviética, apresentou a teoria da fadiga sólida. De acordo com a teoria, a superfície de contato real é áspera e descontínua, e a soma dos pontos de contato constitui a área de contato real; Sob a ação da força normal, a tensão local e a deformação local ocorrerão no ponto de contato real; o atrito causado pelo deslizamento relativo da superfície de atrito altera as propriedades do material da superfície da área de contato, ao mesmo tempo, o volume fixo do material da superfície é afetado pela força de atrito. A ação repetida de tensões alternadas leva a danos e acúmulo, o que leva a uma rachadura de fadiga em microvolume, e a rachadura continua a se expandir e, finalmente, forma resíduos de desgaste e cai. Esta teoria não é apenas adequada para desgaste por fadiga, mas também pode ser usada para analisar desgaste abrasivo e desgaste adesivo. Ele pode ser usado não apenas para materiais metálicos, mas também para alguns materiais não metálicos (como grafite, borracha, etc.).
Em 1973, o NPSuh dos Estados Unidos apresentou a teoria do desgaste e delaminação. Acredita-se que o acúmulo de deformação por cisalhamento no processo de atrito seja o acúmulo de deslocamentos a uma determinada profundidade abaixo da superfície, o que leva a fissuras ou orifícios. Devido à estrutura de tensão normal na superfície paralela, as rachaduras se estendem ao longo da direção da superfície paralela em uma certa profundidade, resultando na formação de fragmentos de flocos. Moore no Reino Unido e o MIT nos Estados Unidos apresentaram a teoria de descamação da fadiga e migração do material, acúmulo de deslocamento e mecanismo de formação de orifícios, respectivamente, e enfatizou a importância da tenacidade do material para a resistência ao desgaste. Moore e Iwasaki também propuseram os efeitos da formação de trincas subterrâneas e inclusões na iniciação de trincas, bem como na delaminação e fratura do material.
Na década de 1970, G. Fleisher propôs pela primeira vez a teoria do desgaste de energia. Ele acha que a conversão de energia é a principal causa do desgaste. Para materiais metálicos, a maior parte do trabalho realizado por fricção é consumida na deformação plástica e dissipada na forma de calor. Uma pequena parte do trabalho de fricção (cerca de 9 ~ 16% do trabalho de atrito total) é acumulada na forma de energia interna potencial na forma de deslocamentos cristalinos. Para separar os detritos do material da matriz, energia interna suficiente deve ser acumulada em um determinado volume do material. Quando a energia atinge o valor crítico, ocorrerá fluxo de plástico ou trinca no material no volume, e a energia interna diminuirá. Após várias vezes em tais ciclos críticos, quando a energia acumulada excede a energia da ligação de ligação, a superfície do material será destruída e os detritos de desgaste serão gerados e cairão. A energia absorvida no processo de formação de detritos é chamada de energia de fratura. Na verdade, a energia de fratura não ultrapassa 10% da energia total absorvida.
Nossos engenheiros acreditam que o desgaste não é inerente ao material, mas ao sistema. A perda relativa do material da superfície relativa é causada pelo movimento relativo de dois objetos e os três intermediários. A camada superficial, a película superficial e o meio intermediário mudam e finalmente destroem. Ele também pensa que existem muitos fatores que afetam as características de desgaste e que influenciam e dependem uns dos outros, e as características de desgaste são o resultado abrangente da interação desses fatores. Portanto, qualquer pequena alteração de qualquer fator pode causar a alteração das características de desgaste (quantidade de desgaste, até mesmo forma de desgaste).
A curva típica de desgaste do material com o tempo é mostrada na Figura 2-1, que pode ser dividida em três estágios: estágio de execução (OA), estágio estável (AB) e estágio de desgaste severo (BC). No estágio de amaciamento, a superfície do material é retificada, a área de contato real aumenta, o endurecimento de deformação superficial e a taxa de desgaste são reduzidos; no estágio estável, o desgaste tende a ser estável, e a taxa de desgaste é um valor constante, o que é uma etapa importante para caracterizar a resistência ao desgaste dos materiais; no estágio de desgaste severo, a perda de material é intensificada, a qualidade da superfície se deteriora e o material falha rapidamente.
Veja a seguir o modo de falha e as características básicas do desgaste da superfície do material. De acordo com os diferentes mecanismos de desgaste, o desgaste do material é dividido principalmente em desgaste adesivo, desgaste abrasivo, desgaste por fadiga, além de desgaste por descamação, desgaste por corrosão e assim por diante. O desgaste do adesivo é geralmente causado pelo desgaste do adesivo. O principal modo de falha do desgaste abrasivo é o desgaste por escarificação. O desgaste por delaminação é causado principalmente por desgaste por atrito. O desgaste por fadiga é causado por corrosão.
- Desgaste de desgaste. Existem marcas de adesão na superfície desgastada e os resíduos de metal de ferro são oxidados em óxido marrom-avermelhado, que geralmente é usado como abrasivo para intensificar o desgaste.
- Delaminação. A falha ocorre primeiro na camada subsuperficial, onde os deslocamentos se acumulam, as rachaduras se nucleadas e se propagam para a superfície. Finalmente, o material cai em forma de folha e forma fragmentos em flocos.
- Colagem. Sob alta velocidade e carga pesada, uma grande quantidade de calor de atrito torna a superfície soldada e deixa uma depressão de adesão da folha após o rasgo.
- Convulsão. Devido ao poço de aderência, a migração do material é séria, um grande número de pares de fricção são soldados e o desgaste aumenta rapidamente e o movimento relativo dos pares de fricção é impedido ou interrompido.
- Picadas corrosivas. Existem muitas cavidades lenticulares na superfície do material.
- Moer. A superfície macro é lisa, e riscos abrasivos finos podem ser observados em alta ampliação.
- Coçar, arranhão. Arranhões podem ser observados a olho nu ou em baixa ampliação, causados por corte ou aração abrasivos.
- Cinzelar. Existem poços de pressão e, ocasionalmente, riscos ásperos e curtos, que são causados por impactos abrasivos.