<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING behorende bij een
INVOEROCTROOIAANVRAGE ten name van :
MINNEAPOLIS ELECTRIC STEEL CASTINGS COMPANY gevestigd te : Minneapolis, Minnesota, Verenigde Staten van Amerika voor :
Mantelvoeringsamenstel gebaseerd op het Amerikaanse octrooi nr. 4.046. 326 verleend op 6 september 1977 met een duur van 17 jaar vanaf deze datum.
<Desc/Clms Page number 2>
De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een inrichting voor het fijnmaken van erts en is in het bijzonder gericht op een verbeterde voering voor een ertsmaalinrichting zoals wordt gebruikt bij commerciële ontginningswerkzaamheden.
Maalinrichtingen van deze soort kunnen gebruik maken van stangen of kogels die bij draaiende molen bijdragen tot het verkleiningsproces of ook kan het erts zelfmalend zijn in grote autogene maalinrichtingen.
Een voorbeeld van dit laatste type maalinrichting omvat een grote cilindrische trommel die roteerbaar is gelegerd om een in hoofdzaak horizontale as en wordt aangedreven door een sterke motor via conventionele reductiedrijfwerken. De axiale einden van de trommel zijn open en het te verkleinen materiaal wordt continu bij één einde van de maalinrichting. toegevoerd en het verkleinde produkt treedt continu uit het andere einde naar buiten.
Uit economisch oogpunt is het van belang een ertsmaalinrichting van welk type dan ook, zo continu mogelijk in bedrijf te houden en de stilstandtijd voor onderhoud of reparatie tot een minimum te beperken.
Vele ertsen (b. v. taconite) zijn echter uiterst hard en in hoge mate abrasief en om de maalinrichting continu in bedrijf te houden is het noodzakelijk de trommel te voorzien van een voering die in hoge mate bestendig is tegen slijtage en eveneens taai genoeg is om continue stootbelasting door de ertsfragmenten te weerstaan.
Het construeren van slijtvaste voeringen voor ertsmaalinrichtingen roept vele problemen op. Aangezien bijvoorbeeld de openingen van de inrichtingen gewoonlijk beperkte afmetingen hebben is het duidelijk dat de voering uit een groot aantal componenten moet zijn vervaardigd.
De enorme afmetingen van de ertsmaalinrichting zelf vereisen een dergelijke constructie met een groot aantal componenten, aangezien een uit één stuk vervaardigde voering vrijwel niet hanteerbaar zou zijn. Andere overwegingen zoals transporteerbaarheid en de technologische beperking van het met succes vormen van voorwerpen met afmetingen van enige betekenis uit slijtvast materiaal, pleiten eveneens voor de voeringconstructie in segmenten.
Het is vastgesteld dat het rendement van ertsmaalinrichtingen wordt verbeterd indien het vrij liggende oppervlak van de voering niet glad is, maar is voorzien van ruggen die zich axiaal uitstrekken.
<Desc/Clms Page number 3>
Derhalve is de voering samengesteld uit een aantal staafsegmenten die axiaal in lijn liggen en aan de cilindrische trommel zijn bevestigd.
In het Amerikaanse octrooischrift 4.018. 393 is een verbeterde werkwijze en inrichting beschreven voor het bevestigen van slijtvaste voeringsegmenten aan de cilindrische mantel van een autogene ertsmaalinrichting. Volgens deze publikatie zijn de voeringsegmenten uitgevoerd met holten van een specifieke vorm en geplaatst op tevoren bepaalde intervallen en zij worden in de cilindrische mantel vastgehouden door bouten waarvan de koppen in de holten zijn opgenomen en de schroefschachten door de voeringsegmenten en de trommelmantel reiken voor samenwerking met moeren op het buitenoppervlak. De holten en de koppen zijn zodanig gevormd dat een continu plat contactoppervlak van aanmerkelijke afmetingen wordt verschaft ongeacht variaties in hart-op-hart afstanden van de gaten in axiale richting van de trommelmantel.
Deze specifieke wijze van bevestiging van de uit segmenten samengestelde voeringen aan de trommelmantel betekent een aanmerkelijke verbetering ten aanzien van eerder ondervonden moeilijkheden bij het in lijn brengen van de boutgaten in de segmenten en in de trommelmantel en bij het verschaffen van een strokende aangrijping van doorgaande oppervlakken. Het zal ook duidelijk zijn dat het verbeterde systeem vervanging van voeringsegmenten toelaat door de bevestigingsbouten en moeren te verwijderen. De structurele vormgeving van de voeringsegmenten is echter noodzakelijkerwijs ingewikkeld en leent zich niet voor vervaardiging uit materialen die een hoge slijtvastheid hebben. Voorbeelden van ideale materialen voor dit doel zijn martensitisch wit ijzer of martensitisch staal, die beide uiterst slijtvast zijn.
Dergelijke materialen ondergaan echter een aanmerkelijke volumeverandering wanneer zij uit de austenitisch fase naar de martensitisch vorm overgaan en het is uiterst moeilijk uit dergelijke materialen een voorwerp van aanmerkelijke afmetingen te vervaardigen dan wel voorwerpen met een complexe configuratie aangezien de overgang naar martensiet (het gevolg van snelle koeling) barstvorming in het voorwerp kan veroorzaken en dit verder onbruikbaar maken voor toepassing in een ertsmaalinrichting. Om deze reden worden de uit segmenten samengestelde voeringen vaak vervaardigd uit "taai"materiaal dat een relatief goede weerstand biedt tegen stoten hoewel de slijtvastheid enigszins minder is.
<Desc/Clms Page number 4>
De onderhavige uitvinding is het resultaat van een poging materiaal toe te passen dat een hoge slijtvastheid heeft voor het vormen van uit segmenten samengestelde voeringen voor autogene ertsmaalinrichtingen. Het probleem is aanzienlijk aangezien de structurele configuratie van de voeringsegmenten noodzakelijkerwijze ingewikkeld is en elk segment evenals in het voorgaande beschreven, aan de trommelmantel moet worden vastgeschroefd. Dit type bevestiging vergroot het probleem aangezien de bevestiging in hoofdzaak plaatsheeft op een groot aantal specifieke plaatsen en omdat het sterk slijtvaste materiaal zeer bros is kan dit makkelijk leiden tot breukvorming bij een bevestigingsplaats zodat het segment breekt en uitvalt.
Het is gebleken dat het probleem kan worden overwonnen door gebruik te maken van een taai materiaal voor de primaire structuur van de voeringsegmenten en deze aan te vullen met één of meer inzetstukken die uit sterk slijtvast materiaal zijn vervaardigd, zodanig dat het inzetstuk of de inzetstukken in eerste instantie de ertsfragmenten opvangen echter altijd op hun plaats blijven ook indien zij door hun brosheid breken. Dit wordt bereikt door het vormen van een opening die zich volledig door elk voeringsegment uitstrekt en die tapse zijden heeft die naar het vrij liggende oppervlak toe convergeren. Het inzetstuk of de inzetstukken hebben een aangepaste vorm en afmeting, derhalve op dezelfde wijze convergerende zijden die aangrijpen op en zich vastwiggen tegen de convergerende zijden van de opening in het segment.
De inzetstukken worden in de segmentopening aangebracht vanaf de achter-of niet-vrij liggende zijde, reiken door het vrij liggende oppervlak echter worden in deze stand vastgehouden door de wigwerking.
Zodra een voeringsegment aan de mantel is vastgeschroefd is, respectievelijk zijn het inzetstuk of de inzetstukken positief en stijf bevestigd en in staat het erts te verkleinen echter kunnen niet loslaten. Derhalve is het harde, slijtvaste materiaal omgeven door en wordt vastgehouden door het taaie, tegen stoten bestendige materiaal.
Een vulelement of steun uit veerkrachtig materiaal (b. v. urethaan of rubber) kan tussen het achteroppervlak van het inzetstuk en het manteloppervlak worden geplaatst voor het verminderen van de krachten of stoten op de inzetstukken die aan het manteloppervlak worden doorgegeven.
<Desc/Clms Page number 5>
In de voorkeursuitvoeringsvorm is een aantal segmenten aanwezig voor elke segmentopening waarbij de zijden van de respectieve inzetstukken complementair taps en in onderling spieverband zijn uitgevoerd en samen vormen zij een continu slijtvast oppervlak dat in staat is op effectieve wijze erts te verkleinen terwijl slijtage veel langzamer optreedt dan bij in het verleden gebruikte materialen.
KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN
Fig. l is een enigszins schematisch zijaanzicht van een autogene ertsmaalinrichting waarin de verbeterde voering is toegepast ; fig. 2 is een vergrote detaildoorsnede volgens de lijn 2-2 in fig. 1 en toont de uit segmenten bestaande voering van de maalinrichting ; fig. 3 is een vergroot bovenaanzicht van een segment van de voering, waarbij het segment is afgebeeld zonder slijtvaste inzetstukken ; fig. 4 is een langsdoorsnede-aanzicht van een voeringsegment volgens de lijn 4-4 in fig. 3 waarbij het segment is weergegeven zonder op hun plaats gebrachte slijtvaste inzetstukken ; fig. 5 is een dwarsdoorsnede-aanzicht van het voeringsegment volgens de lijn 5-5 in fig. 3 ; fig. 6 is een bovenaanzicht van één van de slijtvaste inzetstukken voor het voeringsegment ;
fig. 7 is een bovenaanzicht van een ander slijtvast inzetstuk voor het voeringsegment ; en fig. 8 is een detailaanzicht van de uit segmenten samengestelde voering voor een maalinrichting volgens de uitvinding in een radiaal buitenwaarts aanzicht gezien vanuit de binnenruimte van de inrichting.
BESCHRIJVING VAN DE VOORKEURSUITVOERINGSVORM
In de eerste plaats verwijzend naar fig. l is een autogene maalinrichting welke is voorzien van de voering volgens de uitvinding in het algemeen aangegeven met het cijfer 10. De inrichting 10 omvat een holle cilindrische trommel of mantel 11 welke is gesloten door eindwanden 12 met een grote centrale axiale opening (niet afgebeeld) en ingericht voor rotatie om een in hoofdzaak horizontale as in geschikte legers 13, door middel van een conventionele aandrijving die is ondergebracht in een huis 14.
Te verkleinen materiaal wordt toegevoerd aan één van de axiale openingen in de eindwand 12 via een glijgoot 15 en het verkleinde materiaal wordt afgevoerd door de tegenoverliggende axiale opening via een uitlaat 16.
<Desc/Clms Page number 6>
De cilindrische trommel 11 is samengesteld uit een aantal cilindrische secties 20,21 die elk zijn samengesteld uit een stel cilindrische kwadranten en bij elkaar worden gehouden door bouten die door axiale flenzen reiken. Bijvoorbeeld bestaat de sectie 21 uit de kwadranten 22-24 (één van deze kwadranten is niet zichtbaar) die onderling bij hun omtrek zijn bevestigd door een groot aantal bouten 25 die door radiaal reikende axiaal in lijn liggende flenzen 26,27 reiken. De cilindrische secties 20,21 zijn axiaal onderling verbonden door een aantal bouten 28 welke door omtreksflenzen 29,30 reiken, welke flenzen zich radiaal van de omtrek van elke zijde uitstrekken. De trommel wordt gecompleteerd door de eindwanden 12 aan de omtreksflenzen 29,30 te bevestigen door middel van bouten 31.
Tevens verwijzend naar fig. 2 is de cilindrische trommel 11 uitgevoerd met een groot aantal voering-bevestigingsgaten 33 die voeringbevestigingsbouten 34 opnemen voor het met behulp van moeren 35 bevestigen van een groot aantal voeringsegmenten of componenten 40. De gaten 33 zijn aangebracht volgens een patroon met axiale rijen, waarbij de rijen op gelijke hoekafstanden van elkaar om de trommel liggen en in omtreksrijen die op onregelmatige wijze axiaal ten opzichte van de trommel op afstand van elkaar liggen. De boutgaten 33 zijn iets groter in diameter dan de bouten 34, bijvoorbeeld in gaten van 5 cm worden bouten met een diameter van 3,75 cm gebruikt.
Refererend aan de fig. 2 en 8 wordt een binnenste omtreksvoering voor de trommel 11 gevormd uit een groot aantal zich in langsrichting uitstrekkende voeringsegmenten 40 die aan de trommel 11 worden bevestigd door middel van bouten, zodanig dat zij vrijwel het gehele cilindrische binnenoppervlak bedekken. Zoals afgebeeld in fig. 8 zijn de segmenten 40 aangebracht in langsrijen die in lijn liggen met de rotatieas van de trommel en tegelijkertijd omtreksrijen bepalen door de plaatsing van de bevestigingsgaten 33 en de bevestigingsbouten 34.
Elk van de voeringsegmenten 40 heeft een bevestigingsoppervlak 41 dat enigszins is gekromd ter aanpassing aan de inwendige kromming van de trommel 11, alsmede een binnenste maaloppervlak 42 van onregelmatige vorm en oppervlakken 43 voor aansluiting op aangrenzende voeringsegmenten 40. Zoals weergegeven in fig. 8 zijn de einden van elk segment 40 enigszins afgeschuind.
<Desc/Clms Page number 7>
Zoals blijkt uit fig. 2 begrenst elk maaloppervlak 42 een opgeheven kantelrand 42a die het meest vooruitgeschoven deel van het segment 40 vormt, gerekend vanaf het binnenoppervlak van de trommel 11. De kantelrand 42a gaat over in een lager gelegen convex oppervlak 42b waaruit een centraal opgestelde hijshaak 45 uitsteekt.
Tevens verwijzend naar fig. 8 is de totale configuratie van het maaloppervlak van de voering gegolfd en wordt bepaald door afwisselend axiaal georiënteerde ruggen en dalen die samen het rendement van het kantel-en maalproces van het erts bevorderen tijdens rotatie van de trommel 11.
Zoals eerder vermeld is elk van de voeringsegmenten 40 aan de trommel 11 vastgeschroefd door middel van bevestigingsbouten 34 die door bevestigingsgaten 33 en moeren 35 reiken. Voor het opnemen van de bevestigingsbouten 11 is elk segment 40 gevormd met een paar gebogen uitsparingen 46 die zich uitstrekken in dat deel van het segmentlijf dat de opgeheven kantelrand 42a vormt. Mede verwijzend naar fig. 3 omgeeft elk van de gebogen uitsparingen 46 een boutopening 47 die in het algemeen een rechthoekige vorm heeft en wordt begrensd door een paar tegenoverliggende rechte wanden 48 die in het algemeen haaks op de hartlijn van de voering zijn geplaatst en die in de richting van de hartlijn van de voering onderling zijn gescheiden over een afstand die iets groter is dan de diameter van de bout 34.
De boutopening heeft een tweede paar tegenoverliggende wanden 49 die vanaf de bodem van de opening divergeren voor het vormen van hellende vlakke oppervlakken (fig. 2) en zich vervolgens over een korte afstand haaks op het binnenoppervlak van de trommel uitstrekken.
Nog steeds verwijzend naar fig. 2 omvat de bout 34 een schroefdraadschacht en een kop die in het algemeen is aangepast aan de boutopening 47. Derhalve heeft de kop van elke bout 34 tapse zijden 34a welke zijn aangepast aan de hellende openingsoppervlakken 49, alsmede tevenoverliggende platte evenwijdige oppervlakken 34b. De afstand tussen de oppervlakken 34b is echter aanzienlijk minder dan de afstand tussen de wanden 48 van de opening 47 en derhalve is een zekere relatieve zijdelingse beweging tussen de bout 34 en het segment 40 mogelijk. Dit maakt het weer mogelijk dat de schroefdraadschacht van de bout 34 zich onder alle omstandigheden haaks op de trommel 11 uitstrekt en de voeringsegmenten
<Desc/Clms Page number 8>
tegen de mantel vasthouden zonder ongewenste vervormingsspanningen.
Tevens maakt deze structurele configuratie een snelle bevestiging van de voeringsegmenten 40 aan de trommel 11 mogelijk als gevolg van de speling in de onderlinge uitlijning van de opening 47 en het gat 33. Verwezen wordt naar het Amerikaanse octrooi 4.018. 393 voor aanvullende details van de structuur en samenwerkingsfunctie van de bouten 34 en de openingen 47.
Als gevolg van de onregelmatigheid en in het algemeen complexe vorm van de voeringsegmenten 40 is het technologisch slechts in beperkte mate mogelijk deze te vervaardigen uit materiaal met een hoge slijtvastheid. Dit probleem houdt verband met de moeilijkheid voorwerpen van aanzienlijke afmetingen en complexe vorm met succes aan een warmtebehandeling te onderwerpen zonder duidelijke afmetingsveranderingen en spanningsbreukvorming. Derhalve wordt gewoonlijk een tussenweg gezocht welke neerkomt op het gebruik van een materiaal dat minder bros en minder slijtvast is, echter een goede weerstand heeft tegen stoten. Door de verminderde slijtvastheid hebben de voeringsegmenten echter de neiging iets sneller dan gewenst te slijten waardoor zij vaak moeten worden vervangen hetgeen resulteert in een lange stilstandtijd, hetgeen nadelig is bij continue ertsmaalbewerkingen.
Het slijtageprobleem wordt in aanzienlijke mate ondervangen door het gebruik van een aantal inzetstukken, in elk van de voeringsegmenten.
De inzetstukken hebben een eenvoudige structurele vorm en maken het derhalve mogelijk dat zij worden vervaardigd uit materiaal met een hoge slijtvastheid. De voeringsegmenten zijn vervaardigd uit taai, stootbestendig materiaal dat moeilijk breekt en derhalve in staat is de segmenten gedurende hun gehele levensduur vast te houden. De inzetstukken zijn in deze voeringsegmenten geplaatst in zones waar de hoogste slijtage gewoonlijk optreedt en zij worden door mechanische wigwerking op hun plaats gehouden, zodat zelfs in het geval er één barst of breekt, deze binnen het voeringsegment wordt vastgehouden en verder kan functioneren.
Verschillende materialen kunnen voor de voeringen en segmenten worden gebruikt. De voorkeur wordt echter voor beide gegeven aan martensitisch staal dat een warmtebehandeling kan ondergaan om dit hetzij taai en stootbestendig of sterk slijtbestendig te maken. De procédé's hiervoor
<Desc/Clms Page number 9>
zijn in de metallurgie welbekend. Een ander geschikt voorbeeld van een slijtvast materiaal voor de inzetstukken is martensitisch wit ijzer.
Mangaanstaal kan eveneens worden gebruikt als taai materiaal waaruit de voeringsegmenten kunnen worden gevormd.
Verwijzend naar de fig. 3-8, is elk van de voeringsegmenten 40 verder voorzien van een langwerpige opening 51 die met uitzondering van een dik centraal plaatdeel 52 zich door het segment 40 in radiale richting uitstrekt, dat wil zeggen vanaf het maaloppervlak 42 naar het bevestigingsoppervlak 41. Zoals in het bijzonder blijkt uit fig. 3 is elk van de langwerpige openingen 51 volledig in het lijf van het segment 40 aangebracht, dat wil zeggen dat het segmentlijf 40 de opening 51 geheel omgeeft. In het bovenaanzicht van fig. 3 zijn de hoeken van de langwerpige opening 51 afgerond voor een betere spanningsverdeling op die plaatsen. Zoals blijkt uit fig. 4 en 5 heeft de langwerpige opening 51 eindwanden 51a die niet evenwijdig zijn en eveneens niet evenwijdige langszijwanden 51b, waarbij de wanden 51a, 51b vanaf het bevestigingsoppervlak 41 naar het maaloppervlak 42 convergeren.
Elk van de langwerpige openingen 51 is voorzien van twee paren inzetstukken 53,54 die afzonderlijk zijn afgebeeld in de fig. 4,6 en 7.
Het inzetstuk 53 omvat een eenvoudig blok met een gebogen onderoppervlak 53a, aangepast aan de vorm van de plaat 52, waarvan de dikte bij benadering de helft bedraagt van de diepte van de langwerpige opening 51.
Het inzetstuk 53 heeft tegenoverliggende convergerende zijwanden 53b die zijn aangepast aan de vorm van de zijwanden 51b van de opening 51. Het inzetstuk 53 is eveneens voorzien van een maaloppervlak 53c, een bodemof bevestigingsoppervlak 53d en een eindwand 53e die gewoonlijk haaks staat op de oppervlakken 53c, 53d. De tegenoverliggende eindwand 53f staat schuin op de oppervlakken 53c, 53d en met twee van de inzetstukken 53 tegen elkaar aan geplaatst zoals afgebeeld in fig. 4, divergeren de twee eindwanden 53f vanaf de bodem naar de top.
Het inzetstuk 54 heeft een iets grotere langsafmeting dan het inzetstuk 53 en omvat zijwanden 54a die convergeren van een bodem of bevestigingsoppervlak 54b naar een plat maaloppervlak 54c voor aanpassende aangrijping op de zijwanden 51b van de opening 51. Het inzetstuk 54 omvat eveneens een eindwand 54d welke is afgerond ter aanpassing aan de eindwand 51a van de opening 51 en een eindwand 54e die rechthoekig is ter aan-
<Desc/Clms Page number 10>
passing aan de eindwand 53f van het inzetstuk 53. Zoals afgebeeld in fig.
4 convergeren de eindwanden 54d, 54e vanaf de bodem 54b naar het maaloppervlak 54c.
Zoals eerder opgemerkt zal het duidelijk zijn dat de inzetstukken 53 en 54 in de langwerpige openingen 51 moeten worden geplaatst vanaf de bodem van het segment 40 (d. w. z. vanaf het bevestigingsoppervlak 41) en dat zij op hun plaats worden gehouden door de wigsamenwerking tussen de zijwanden 51b van de opening 51 en de zijwanden 53b, 54a van de inzetstukken. Zoals blijkt uit fig. 4 bestaat ook een wigsamenwerking tussen de eindwanden 51a, 54d en 54e, 53f. De inzetstukken 53,54 worden in de periode voorafgaande aan het vastschroeven van het voeringsegment 40 aan de trommel 11 op hun plaats gehouden door een vulstuk 55. Zoals weergegeven in fig. 4 is de radiale afstand of hoogte van de inzetstukken 53, 54 iets kleiner dan de corresponderende afmeting van het segment 40 en het vulstuk 55 vult de overblijvende opening.
Het vulstuk 55 is gevormd uit een veerkrachtig materiaal zoals urethaan of rubber en hoewel de aanwezigheid van een vulstuk niet essentieel is, geeft het een beter bevestigingsoppervlak aan de trommel 11 en dient tevens als een buffer die verhindert dat de uiterst harde inzetstukken 53,54 direkt op het trommeloppervlak inwerken onder invloed van stootkrachten.
Het is eveneens van belang dat de diverse maaloppervlakken 53c, 54c gezamenlijk de openingen 51 volledig vullen en daarbij een continu oppervlak vormen dat in hoge mate het slijteffect van het erts vermindert.
Dit geschiedt door het gebruik van de wigwerking en ook door de dikke plaat 52 die een tussensteun verschaft zonder het maaloppervlak te onderbreken.
Hoewel de voorkeursuitvoeringsvorm het inventieve concept weergeeft met een groot aantal inzetstukken die een grotere slijtvastheid hebben dan het bijbehorende voeringsegment met als primair doel de levensduur van het segment te verlengen, is de uitvindingsgedachte eveneens toepasbaar op het gebruik van andere materialen met verschillende eigenschappen teneinde aan verschillende behoeften te voldoen.