Die Kegelbrecher-Schalenauskleidung, auch als feste Kegelauskleidung oder konkave Auskleidung bezeichnet, ist ein verschleißfestes Bauteil, das an der Innenfläche des oberen Rahmens bzw. der Schale montiert ist und den stationären Teil der Brechkammer bildet. Zu ihren Hauptfunktionen gehören die Materialzerkleinerung (Zusammenarbeit mit der beweglichen Kegelauskleidung zur Materialreduzierung), der Verschleißschutz (Abschirmung des oberen Rahmens), die Materialführung (Sicherstellung einer gleichmäßigen Materialverteilung durch das Innenprofil) und die Produktgrößenkontrolle (Beeinflussung der Partikelgrößenverteilung durch das Innenprofil). Sie erfordert außergewöhnliche Verschleißfestigkeit, Schlagzähigkeit und strukturelle Integrität mit einer Lebensdauer von 500–2000 Stunden, abhängig von der Materialhärte.
Strukturell handelt es sich um eine konische oder kegelstumpfförmige Komponente, die aus dem Laufbuchsenkörper (Chromgusseisen mit hohem Chromgehalt wie Cr20–Cr26 oder martensitischer Stahl), dem inneren Verschleißprofil (mit parallelen Abschnitten, gestuften/gerillten Oberflächen und einem Kegelwinkel von 15°–30°), Montagemerkmalen (Schwalbenschwanznuten, Bolzenlöcher, Positionierstifte), Verstärkungsrippen und einem oberen Flansch besteht.
Der Gussprozess der Schüsselauskleidung umfasst die Materialauswahl (Chromguss Cr20Mo3), die Modellherstellung (mit Schrumpfungstoleranzen), das Formen (harzgebundene Sandform), das Schmelzen und Gießen (kontrollierte Temperatur und Durchflussrate), das Abkühlen und Ausschalen sowie die Wärmebehandlung (Lösungsglühen und Bainitisieren). Der Bearbeitungs- und Herstellungsprozess umfasst die Grobbearbeitung, die Bearbeitung der Montageelemente, die Bearbeitung des Innenprofils und die Oberflächenbehandlung.
Die Qualitätskontrollprozesse umfassen Materialprüfungen (chemische Zusammensetzung und metallografische Analyse), Prüfungen der mechanischen Eigenschaften (Härte- und Schlagprüfung), Maßhaltigkeitsprüfungen (mit KMG und Laserscanner), zerstörungsfreie Prüfungen (Ultraschall- und Magnetpulverprüfung) sowie Verschleißprüfungen. Diese Prozesse stellen sicher, dass die Schüsselauskleidung die erforderliche Verschleißfestigkeit, Präzision und Haltbarkeit aufweist.
Detaillierte Einführung in die Kegelbrecher-Schüsselauskleidungskomponente
1. Funktion und Rolle der Schüsselauskleidung
Die Kegelbrecher-Schalenauskleidung (auch Festkegel- oder Konkavauskleidung genannt) ist ein verschleißfestes Bauteil, das an der Innenfläche des oberen Rahmens bzw. der Schale montiert ist und den stationären Teil der Brechkammer bildet. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
Materialzerkleinerung: Arbeitet in Verbindung mit der beweglichen Kegelauskleidung (Mantel), um Druck- und Scherkräfte auf Materialien (Erze, Gesteine) auszuüben und sie auf die gewünschte Partikelgröße zu reduzieren.
Verschleißschutz: Schützt den oberen Rahmen vor direktem Kontakt mit abrasiven Materialien, wodurch die Lebensdauer des Rahmens verlängert und die Wartungskosten gesenkt werden.
Materialberatung: Leiten Sie Materialien über die konische oder abgestufte Innenfläche durch die Brechkammer und sorgen Sie so für eine gleichmäßige Verteilung und effizientes Zerkleinern.
Produktgrößenkontrolle: Das Innenprofil der Auskleidung (z. B. parallele, konvexe oder konkave Abschnitte) beeinflusst direkt den Brechspalt und die Partikelgrößenverteilung des Endprodukts.
Da die Schüsselauskleidung starken Stoß- und Abriebbedingungen ausgesetzt ist, muss sie eine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit, Schlagzähigkeit und strukturelle Integrität aufweisen und je nach Materialhärte in der Regel 500 bis 2.000 Stunden halten.
2. Zusammensetzung und Aufbau der Schüsselauskleidung
Die Schüsselauskleidung ist ein konisches oder kegelstumpfförmiges Bauteil mit einem komplexen Innenprofil, das aus den folgenden Hauptteilen und Strukturmerkmalen besteht:
Liner-Körper: Die Hauptstruktur besteht aus hochchromhaltigem Gusseisen (z. B. Cr20–Cr26) oder martensitischem Stahl (z. B. 12Cr13) und hat eine Dicke von 50–150 mm. Die Außenfläche ist passend zum oberen Rahmen bearbeitet, während die Innenfläche ein verschleißfestes Profil aufweist.
Inneres Verschleißprofil: Mit speziellen Geometrien zur Optimierung der Zerkleinerungseffizienz entwickelt:
Parallele Abschnitte: Zur Herstellung gleichmäßig feiner Partikel durch Beibehaltung eines konstanten Brechspalts.
Gestufte oder geriffelte Oberflächen: Verbessert die Materialhaftung und reduziert das Rutschen, geeignet für grobes Zerkleinern.
Kegelwinkel: Normalerweise 15°–30° relativ zur vertikalen Achse, bestimmt die Materialflussrate und die Zerkleinerungskraftverteilung.
Montagefunktionen:
Schwalbenschwanznuten: Längsrillen auf der Außenfläche, die mit entsprechenden Vorsprüngen am oberen Rahmen zusammenpassen und den Liner gegen Rotationskräfte sichern.
Schraubenlöcher: Umlaufende Löcher im Bereich der Ober-/Unterkante für Schrauben, die den Liner am Rahmen befestigen und so eine axiale Verschiebung verhindern.
Positionierstifte: Kleine Vorsprünge oder Löcher, die den Liner mit dem Rahmen ausrichten und so die richtige Positionierung des Innenprofils gewährleisten.
Verstärkungsrippen: Äußere radiale Rippen (10–30 mm dick), die den Linerkörper verstärken und die Verformung bei Stoßbelastungen reduzieren.
Oberer Flansch: Eine radiale Kante am oberen Ende, die mit dem Einfülltrichter überlappt und so ein Austreten von Material zwischen Auskleidung und Rahmen verhindert.
3. Gießprozess für die Schüsselauskleidung
Hochchromhaltiges Gusseisen, das Hauptmaterial für Schüsselauskleidungen, wird im Sandgussverfahren hergestellt, um komplexe Verschleißprofile zu erreichen:
Materialauswahl:
Hochchromhaltiges Gusseisen (Cr20Mo3) wird aufgrund seiner hervorragenden Verschleißfestigkeit (Härte ≥ HRC 60) und Schlagzähigkeit (≥ 15 J/cm²) bevorzugt. Die chemische Zusammensetzung wird auf 2,5–3,5 % C, 20–26 % Cr und 0,5–1,0 % Mo kontrolliert, um harte Chromkarbide (M7C3) in der Matrix zu bilden.
Musterherstellung:
Aus Holz, Schaumstoff oder 3D-gedrucktem Harz wird ein maßstabsgetreues Muster erstellt, das das Innenprofil, die Außenfläche, die Befestigungselemente und die Rippen der Laufbuchse nachbildet. Schrumpfungszugaben (1,5–2,5 %) werden hinzugefügt, um die Abkühlungskontraktion von Gusseisen zu berücksichtigen.
Formen:
Eine harzgebundene Sandform wird vorbereitet und das Muster so positioniert, dass es die Außenfläche der Auskleidung bildet. Ein Sandkern (mit feuerfester Schlichte beschichtet) erzeugt das innere Verschleißprofil und gewährleistet die Maßgenauigkeit des Kegelwinkels und der Rillen.
Schmelzen und Gießen:
Das Gusseisen wird in einem Induktionsofen bei 1450–1500 °C geschmolzen, wobei der Kohlenstoffäquivalentwert (CE = C + 0,3 (Si + P) ≤ 4,2 %) streng kontrolliert wird, um Schrumpfungsfehler zu vermeiden.
Das Gießen erfolgt bei 1380–1420 °C mit einer Schöpfkelle und einer langsamen, gleichmäßigen Fließgeschwindigkeit, um den Formhohlraum ohne Turbulenzen zu füllen, die zu Porosität im Gussstück führen können.
Abkühlen und Ausschütteln:
Die Form wird 24–48 Stunden gekühlt, um die thermische Spannung zu reduzieren. Anschließend wird das Gussstück durch Vibration entfernt. Sandrückstände werden durch Kugelstrahlen (G25-Stahlkorn) entfernt, wodurch eine Oberflächenrauheit von Ra50–100 μm erreicht wird.
Wärmebehandlung:
Lösungsglühen: Das Gussstück wird auf 950–1050 °C erhitzt, 2–4 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten und dann luftgekühlt, um Karbide aufzulösen und die Struktur zu homogenisieren.
Bainitisieren: Abschrecken in Öl bei 250–350 °C, gefolgt von Anlassen bei 200–250 °C, um die Matrix in Martensit umzuwandeln und eine Härte von HRC 60–65 bei gleichbleibender Zähigkeit zu erreichen.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Schruppbearbeitung:
Die Gussbuchse wird auf einer CNC-Vertikaldrehmaschine montiert, um die Außenfläche, den oberen Flansch und die Bolzenlöcher zu bearbeiten. Dabei wird eine Nachbearbeitungstoleranz von 1–2 mm eingehalten. Wichtige Abmessungen (z. B. Außendurchmesser, Kegelwinkel) werden auf ±0,5 mm kontrolliert.
Bearbeitung von Montagemerkmalen:
Schwalbenschwanznuten werden mit einer CNC-Fräsmaschine in die Außenfläche gefräst, mit Tiefentoleranz (±0,1 mm) und gleichmäßigem Abstand, um einen festen Sitz mit den Vorsprüngen des Rahmens zu gewährleisten.
Die Bolzenlöcher werden mit einer Toleranz der Klasse 6H gebohrt und mit Gewinden versehen, mit einer Positionsgenauigkeit (±0,2 mm) relativ zur Achse der Laufbuchse, wodurch eine Konzentration der Bolzenspannung verhindert wird.
Innenprofilbearbeitung:
Die innere Verschleißfläche wird auf das ungefähre Profil vorgedreht und anschließend mit einer CNC-Schleifmaschine und einem Konturwerkzeug fertiggeschliffen. Die Oberflächenrauheit wird auf Ra3,2 μm kontrolliert, um den Materialfluss zu optimieren und den Verschleiß zu reduzieren.
Der Kegelwinkel wird mithilfe eines Laserscanners überprüft, um sicherzustellen, dass er dem Design entspricht (Toleranz ±0,1°), um den richtigen Brechspalt mit dem beweglichen Kegel einzuhalten.
Oberflächenbehandlung:
Die Außenfläche (die mit dem Rahmen zusammenpasst) ist mit Rostschutzfarbe beschichtet, um Korrosion während der Lagerung zu verhindern.
Die innere Verschleißfläche kann einem Kugelstrahlen (mit Stahlkugeln von 0,3–0,8 mm) unterzogen werden, um Druckspannungen zu erzeugen und so die Ermüdungsbeständigkeit zu verbessern.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Die Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) bestätigt, dass das Gusseisen den Normen entspricht (z. B. Cr20Mo3: Cr 20–23 %, C 2,8–3,2 %).
Durch metallografische Analysen werden die Verteilung der Chromkarbide (Volumenanteil ≥ 30 %) und die Matrixstruktur (Martensit mit ≤ 5 % Perlit) überprüft.
Prüfung mechanischer Eigenschaften:
Durch Härteprüfungen (Rockwell) wird sichergestellt, dass die Innenfläche eine Härte von ≥ HRC 60 aufweist; die Kernhärte wird überprüft, um eine gleichmäßige Wärmebehandlung zu bestätigen (≤ HRC 55 für Zähigkeit).
Der Schlagzähigkeitstest (Charpy-V-Kerbe) misst die Zähigkeit bei Raumtemperatur. Um einem Bruch bei einem Aufprall zu widerstehen, sind ≥12 J/cm² erforderlich.
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft die wichtigsten Abmessungen: Außendurchmesser (±0,2 mm), Innenprofil (±0,1 mm Abweichung vom CAD-Modell) und Kegelwinkel (±0,1°).
Eine Schablonenlehre überprüft, ob das innere Verschleißprofil dem Design entspricht, und stellt so den richtigen Brechspalt mit dem beweglichen Kegel sicher.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDT):
Durch Ultraschallprüfung (UT) werden innere Defekte (z. B. Schrumpfporen, Risse) im Linerkörper mit einer Größenbegrenzung von φ3 mm erkannt.
Bei der Magnetpulverprüfung (MPT) wird nach Oberflächenrissen in Schwalbenschwanznuten und Bolzenlöchern gesucht. Jeder Riss mit einer Länge von weniger als 0,2 mm führt zur Ablehnung.
Verschleißleistungsprüfung:
Durch beschleunigte Verschleißtests mit einem Trockensand-/Gummiradgerät (ASTM G65) wird der Gewichtsverlust gemessen, wobei Cr20-Auskleidungen ≤0,5 g/1000 Zyklen erfordern.
Bei einem Prüfstandtest wird die Auskleidung mit einem beweglichen Kegel versehen, der 10 Tonnen Standarderz zerkleinert. Die Inspektion nach dem Test zeigt einen gleichmäßigen Verschleiß ohne Absplittern oder Abblättern.
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse erreicht die Trommelauskleidung die Verschleißfestigkeit, Präzision und Haltbarkeit, die für eine effiziente, langfristige Brechleistung in Kegelbrechern erforderlich sind und für Anwendungen im Bergbau, Steinbruch und bei der Verarbeitung von Zuschlagstoffen geeignet sind.
