CN111867733A - 在高速粉碎磨机中使用的冲击工具 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种在高速、高撞击能粉碎磨机中使用的冲击工具。所述冲击工具包括可在第一端附接至粉碎磨机的细长主体，并进一步包括用于改善冲击工具耐磨性的耐磨件，该耐磨件包括多个独立单元。

Description

在高速粉碎磨机中使用的冲击工具
技术领域
本公开涉及一种在高速、高撞击能粉碎磨机中使用的冲击工具。这种磨机通常用于破碎从矿山中提取的岩石和矿物。
背景技术
和高压辊磨机(HPGR)类似，粉碎磨机是用于破碎岩石和矿物的多种方式之一。岩石形成物由进料口进入磨机并由出料口排出磨机。当岩石形成物通过磨机时，会遇到操作用于减小这些形成物的有效直径的转子和/或定子。许多磨机具有设计为冲击并破碎下落岩石的尖齿，从而将颗粒尺寸从一个粒级减小到另一个粒级。转子的叶片因受力巨大而遭受严重的磨损以及产生诸如边缘碎屑等缺陷。
例如，EP2851122B1公开了一种用于机械粉碎由不同密度和/或稠度材料组成的材料聚合物的粉碎设备。该设备包括圆筒形粉碎室，其包含垂直堆叠的可旋转冲击工具。进料口位于粉碎室的上部，而出料口位于粉碎室的底部。聚合物主要在重力作用下通过粉碎室，从进料口向出料口行进并在途中撞击冲击工具。
当各冲击工具受到严重磨损和/或产生严重缺陷时，常会导致灾难性故障，进一步对磨机内的其他冲击工具造成损坏。磨机操作必须停止工作并更换各受损的冲击工具。
发明内容
本发明的一个目的在于提供具有改善的耐磨性和抗断裂性的在粉碎磨机中使用的冲击工具，从而延长磨机的工作寿命和工作效率。
本发明的一个方面提供了一种在高速、高撞击能粉碎磨机中使用的冲击工具，所述冲击工具包括可在第一端附接至所述粉碎磨机的细长主体，并进一步包括用于改善冲击工具耐磨性的耐磨件，所述耐磨件包括多个独立单元。
所述耐磨件可从与所述第一端相对的第二端朝向所述第一端延伸到所述冲击工具的纵向长度的至多90％。
所述耐磨件可以设置为包围所述冲击工具的前缘。
所述耐磨件可以包括并排设置的一系列耐磨齿。
所述耐磨件可以设置在所述冲击工具的第一表面上或第一表面内。
所述耐磨件可以设置在所述冲击工具的第一和第二相邻表面上或第一和第二相邻表面内。
可选地，所述耐磨件包括从所述冲击工具的表面或每个表面向外延伸的多个突出部。
可选地，所述突出部是设置在所述表面或每个表面内的具有对应形状的凹槽内的嵌件。
优选地，所述嵌件在所述冲击工具的所述表面或每个表面处或上方具有圆形轮廓。
所述突出部以有序阵列的方式排列在所述表面或每个表面上。
所述突出部可配置为越靠近所述第二端,装(packed)得越紧凑。
可选地,所述冲击工具进一步包括从所述冲击工具的表面向外延伸的细长肋。
所述耐磨件可以包括并排配置设置并附接至所述冲击工具的所述表面或每个表面上的一系列板。
可选地，所述耐磨件包括多晶金刚石(PCD)材料。
优选地，所述耐磨件包括烧结碳化物材料。
本发明的另一个方面提供了一种在高速粉碎磨机中使用的冲击工具，所述冲击工具包括可在第一端附接至所述高速粉碎磨机的细长主体，并进一步包括用于改善所述冲击工具耐磨性的耐磨件，所述耐磨件包括在所述主体的部分上延伸以形成硬化表面的耐磨层。
所述耐磨层可以具有覆盖所述主体的两个或以上不同区域的预定可变层厚度。
可选地，所述耐磨件包括多晶金刚石(PCD)材料。
优选地，所述耐磨件包括一种或多种烧结碳化物材料。
附图说明
下面将以示例的方式参考附图对本发明进行详细描述，其中：
图1示出了现有技术的转子轴和冲击工具的透视图；
图2示出了第一实施例的冲击工具的透视图；
图3示出了第二实施例的冲击工具的透视图；
图4示出了第三实施例的冲击工具的透视图；
图5示出了第四实施例的冲击工具的透视图；
图6示出了第五实施例的冲击工具的透视图；
图7示出了第六实施例的冲击工具的透视图；
图8示出了第七实施例的冲击工具的透视图；
图9示出了第八实施例的冲击工具的透视图；
图10示出了第八实施例的冲击工具的分解透视图；以及
图11示出了第九实施例的冲击工具的透视图。
具体实施方式
图1示出了如在EP2581122B1中公开的现有技术的转子轴10和多个冲击工具12。冲击工具12绕转子轴10安装，使得它们可围绕延伸穿过转子轴10的旋转轴线转动。转子速度一般为每分钟800-1500转。转子轴10容纳在高速粉碎磨机的圆筒形粉碎室(未示出)内。粉碎磨机一般用于从热废渣和矿石中析出贵金属颗粒和矿物质化合物。待降解或待解聚的示例性起始物料是长度约为300毫米的玄武岩和长度约为150毫米的铁矿石。
粉碎室具有进料口和出料口。转子轴10垂直设置，待降解或待分离的物料形成物或聚合物经由进料口进入粉碎室顶部。多个部分14a、14b和14c沿转子轴10的长度轴向设置。每个部分14a、14b和14c含有多个冲击工具12，用于破碎进入粉碎室的物料。撞击速度可达每秒200米以上。本发明仅涉及冲击工具12。
现在参考图2，根据本发明第一实施例的冲击工具在本文中一般用附图标记16来表示。冲击工具16包括可在第一端20附接至所述高速、高撞击能粉碎磨机转子轴10的细长主体，并进一步包括耐磨件，所述耐磨件包括多个独立单元。
所述主体18与粉碎磨机附接或连接的方式与本发明无关，所以二者之间的任何连接、接合或附接方式都适用于本发明。
冲击工具16的构造是有向性的，因为相对于转子轴10，其在径向上非轴对称。冲击工具16包括前侧22和尾侧24，所述前侧22和尾侧24相对于围绕使用中的转子轴10旋转的预期方向限定。
在本实施例中，所述冲击工具16是长方体，其横向的横截面一般为矩形。但是，也可以想到其他形状或形式的横截面，例如冲击工具16可以大体上为圆筒形，因此其横向的横截面为圆形。可替代地，冲击工具16可以是具有三角形横向的横截面的三棱体。可替代地，冲击工具16可以是具有五角形横向的横截面的五棱体。可替代地，冲击工具16可以是具有六角形横向的横截面的六棱体。也可以为不规则几何三维形状。显然，表面可以是平面的或弧状的。
冲击工具16的主体18包括基底25，该基底25在本实施例中是钢。钢可以进行表面硬化处理。也可以使用非钢材料作为替代，或除钢之外，还可以使用其他材料。可以使用含铁金属或不含铁金属。例如，主体18可以包括金属基质中的孕镶金刚石。
主体18可以是整体的，也可以是替代地包含覆盖由另一种材料制成的芯部的保护层或硬壳。优选地，用作芯部第一材料的材料具有比外层(即保护层)第二材料更大的断裂韧性，而第二材料具有比第一材料更高的硬度和耐磨性。但是，由于冲击工具16包括耐磨件，相反的情况也是可能的，尽管不是优选，即：第二材料具有比第一材料更高的断裂韧性，而第一材料具有比第二材料更高的耐磨性。
冲击工具主体18包括两个连结的主体部分，其中第一主体部分18a在平面图中基本上呈圆锥形(具有圆形顶点),第二主体部分18b在平面图中呈矩形。所述第二部分主体18b在周向(即横向)上比第一主体部分18a窄，使得在第一和第二主体部分18a、18b之间的过渡处存在单个台肩部26。所述台肩部26仅存在于冲击工具16的前侧22，其原因将在下文明释。在尾侧24，冲击工具16从点A开始逐渐横向向内变细，刚好通过第一和第二主体部分18a、18b之间的过渡处。
在第一端20处的通孔28位于第一主体部分18a内，使得冲击工具16可以利用传统方法安装到转子轴10上。所述传统方法例如可以包括机械式铰接。
在该实施例中，耐磨件具有沿着冲击工具16的前侧22并排配置设置的多个耐磨齿30。通过将耐磨齿30沿着前侧定位，保护了冲击工具材料磨损率最高的部位。耐磨齿30从冲击工具16的与所述第一端20相对的第二端32朝向所述第一端20延伸，直至沿冲击工具16纵向范围的大致中间位置。
在这种情况下，提供了六个耐磨齿30，但也可以使用更多或更少的耐磨齿。耐磨齿30的数量和它们沿冲击工具16长度的物理范围取决于预计的由进入聚合物造成的磨痕或损坏，并可进行相应调整。
每个齿30通过接合设置连接到冲击工具16的主体18。在本实施例中，齿30通过钎焊连接到主体18。或者，耐磨齿30以可拆卸地方式安装到主体上以方便更换。
每个齿30通常是带有倒圆前缘34的长方体。该排中的第一齿邻接第一和第二主体部分18a、18b之间的台肩部26。该排中最靠近第二端32的最后一个齿另外朝着第一端20向内弯曲。该最后一个齿具有倒圆外缘36以与该倒圆前缘互补。耐磨齿30相对于前侧22径向向内偏移，使得它们不会在旋转方向上突出超过第二主体部分18b。
圆角或倒角的边缘减轻了与石料撞击的关键区域的应力，从而防止或至少限制了冲击工具16的断裂。如果不使用圆的角，在前侧使用半球形表面也可以奏效。
每个齿30包括耐磨材料，例如烧结碳化物(例如烧结碳化钨)、多晶金刚石(PCD)材料、立方氮化硼(cBN)、多晶立方氮化硼(PCBN)或陶瓷。
多个细长保护肋38从冲击工具的上部平坦表面40向外突出。这些肋38用于保护冲击工具主体18。六个肋38平行设置并从第二端32延伸到第一和第二主体部分18a、18b之间的人工界面。
还可以使用更多或更少的肋38。可选地，肋可以在冲击工具主体18上延伸。
肋38包括低熔点碳化物(LMC)材料，其特征为铁基。其示例性材料见于US8,968,834、US8,846,207和US8,753,755。可选地，肋38可以包括烧结碳化物或多晶金刚石(PCD)材料，或其他耐磨材料。
以下附图示出了冲击工具的变形体。若合适，相似的部分用相似的附图标记表示。为简洁起见，下文仅描述主要区别。
图3示出了冲击工具的另一个实施例，用42标记。在本实施例中，耐磨齿44相对于前侧22不向内偏移。与图2所示的实施例不同，耐磨齿42在旋转方向上突出超过第二主体部分18b。
另一个不同之处在于，每个耐磨齿42的下侧46由冲击工具主体18支撑。该主体18包括短支撑壁48，该支撑壁48从第二主体部分18b的下侧沿周向向外延伸。该支撑壁48降低了当进入岩石从上方撞击冲击工具42时耐磨齿42从主体18上被敲打的风险。使用钎焊使耐磨齿42连接到主体18。增加冲击工具的厚度(轴向测量)以方便该连接。
图4示出了冲击工具的又一实施例，以50标记，其基于图2的实施例，但宽度约为该实施例的一半。
在图5中，冲击工具52的另一实施例的宽度再次减小，约为图4实施例的一半。设置四个耐磨齿34，同样通过接合设置连接到冲击工具52的主体18。
在图6中，冲击工具54包括具有矩形横向的横截面的细长块。在该实施例中，耐磨件设置有从冲击工具54的上部平坦表面40向外延伸的多个突出部或柱钉56。所述突出部56以阵列的方式设置在表面40，它们之间的规则间距是区别特征。但是，它们可以被配置为更紧密地装，具体地但这非必须靠近第二端32。突出部56是位于表面40中具有对应形状的凹槽中的嵌件。
突出部56的目的是充当保护基底25的保护件。它们还提高了冲击工具的切割效率。可以认为，当与进入岩石撞击时，相较于主体18的其他平坦表面，减小的突出部面积(与主体18相比)更大程度地集中岩石中的应力。
如同本说明书中所描述的任何实施例中的耐磨件一样，突出部的材料优选地包括烧结碳化物或多晶金刚石(PCD)材料。也可以使用其他耐磨材料。
在该实施例中，嵌件56在表面40处或上方具有圆形轮廓。可以想到，也可以使用具有其他形状轮廓的嵌件，例如，它们可以是抛物线形的或截头的。同样，突出部可以是球形、半球形、立方体、长方体等形状的嵌件。
使用钎焊使嵌件56固定到主体18上，但是可选地，也可以使用压合、热装、胶合或任何其他接合方式。
在图7中，耐磨件进一步设置有多个突出部56。然而，在本实施例中，冲击工具58包括具有梯形横向的横截面的细长块。最宽的表面形成冲击工具58的最下部表面。除设置在上部平坦表面40外，突出部56还设置在第二平坦表面60上。第二平坦表面60位于冲击工具58的前侧22上。
在图8中，冲击工具62包括具有矩形横向的横截面的细长块。在该实施例中，耐磨件的形式被设置为矩形板64。并排配置的多个板64从第二端32朝向第一端20在冲击工具62的上部平坦表面上延伸。板64延伸至上表面40的纵向长度的大约60％。图8示出了七个板64，但是很明显，可以根据需要设置更多或更少的板。使用钎焊使每个板64连接到冲击工具62的主体18，但也可以使用其他形式的连接。
在图9和10中，冲击工具66包括具有矩形横向的横截面的细长块。耐磨件的形式被设置为覆盖基底25的一部分的碳化物帽68和覆盖邻近第一部分的基底25的第二(不同)部分的套筒70。碳化物帽68从第二端32向第一端20延伸，并且沿着冲击工具66的纵向长度的大约30％延伸。套筒70是表面硬化的钢制套管。套筒70具有与碳化物帽68大致相同的长度，但沿冲击工具66的中间定位，使得耐磨件的总长度约为冲击工具66长度的60％。
在图11中，冲击工具72包括具有矩形横向的横截面的细长块。耐磨件的形式被设置为保护层，该保护层穿过基底25部分地延伸。钢制基底是能承受施加在冲击工具上的撞击和振动的坚固核心材料，而保护层提供抗磨性以减少冲击工具的磨损。
针对保护层，可以使用标准的硬面或(上文所述的)LMC材料。可以使用各种技术在表面或表面附近获得所需的材料性能：渗氮、渗碳、表面硬化和/或激光处理。
保护层设置在两个不同的区域中。第一区域74具有第一预定厚度，而第二区域76具有第二预定厚度，其中第二区域76的厚度大于第一区域74。第二区域76位于冲击工具72的第二端。这种针对性的分层方法确保保护层仅设置在最需抗磨性之处，从而降低材料成本。
尽管已经参照实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
此外，尽管落到冲击工具上的岩石材料被描述为聚合物，但其并非是对本发明的限制。本发明同样可以使用聚合物、聚集块或任何其他类型的具有类似尺寸和粒径的岩石或矿物。
尽管耐磨齿被描述为在冲击工具的部分宽度上延伸，耐磨齿可选择地在冲击工具16的整个宽度上延伸。在这样的实施例中，每个耐磨齿可以包括固定环，锁定销穿过该固定环以将耐磨齿固定到冲击工具的主体上。
在本文描述的任何实施例中，耐磨件可以沿冲击工具的整个长度(即纵向长度的100％)从冲击工具的第二端朝向第一端延伸。可选地，耐磨件可以沿冲击工具的纵向长度的至多90％、至多80％、至多70％、至多60％、至多50％、至多40％、至多30％、至多20％或至多10％从冲击工具的第二端朝向第一端延伸。
各种实施例的特征的任何组合均可想到。例如，突出部56可以与耐磨齿30结合使用，作为保护肋38的替代物(或附加物)。
本文所描述的冲击工具对经由高速、高撞击能粉碎磨机处理的进入岩石和矿物具有优异的耐磨性和抗断裂性。
下面将对本文使用的某些标准术语和概念简要解释。
如本文所用，多晶金刚石(PCD)材料包括多个金刚石颗粒，其中相当多的颗粒彼此直接相互结合，并且金刚石的含量为材料的至少约80体积％。金刚石颗粒之间的间隙可以基本上是空的，或者它们可以至少部分填充有填充材料，或者它们可以基本上是空的。填充材料可以包括烧结催化材料。
PCBN材料包括分散在包含金属、半金属和/或陶瓷材料的基质中的立方氮化硼(cBN)颗粒。例如，PCBN材料可以包括至少约30体积％的分散在粘合剂基质材料中的cBN颗粒，该粘合剂基质材料包括含钛化合物，例如碳氮化钛和/或含铝化合物，例如氮化铝，和/或含金属(例如钴和/或钨)的化合物。某些类型(或“品级”)的PCBN材料可以包括至少约80体积％或甚至至少约85体积％的cBN颗粒。

Claims (19)

1.一种在高速、高撞击能粉碎磨机中使用的冲击工具，所述冲击工具包括可在第一端附接至所述粉碎磨机的细长主体，并进一步包括用于改善冲击工具耐磨性的耐磨件，所述耐磨件包括多个独立单元。
2.根据权利要求1所述的冲击工具，其中所述耐磨件从与所述第一端相对的第二端朝向所述第一端延伸到所述冲击工具的纵向长度的至多90％。
3.根据权利要求1所述的冲击工具，其中所述耐磨件设置为包围所述冲击工具的前缘。
4.根据权利要求3所述的冲击工具，其中所述耐磨件包括并排设置的一系列耐磨齿。
5.根据权利要求1所述的冲击工具，其中所述耐磨件设置在所述冲击工具的第一表面上或第一表面内。
6.根据权利要求5所述的冲击工具，其中所述耐磨件设置在所述冲击工具的第一和第二相邻表面上或第一和第二相邻表面内。
7.根据权利要求5或6所述的冲击工具，其中所述耐磨件包括从所述冲击工具的表面或每个表面向外延伸的多个突出部。
8.根据权利要求7所述的冲击工具，其中所述突出部是设置在所述表面或每个表面内的具有对应形状的凹槽内的嵌件。
9.根据权利要求8所述的冲击工具，其中所述嵌件在所述冲击工具的所述表面或每个表面处或上方具有圆形轮廓。
10.根据权利要求7、8或9所述的冲击工具，其中所述突出部以有序阵列的方式排列在所述表面或每个表面上。
11.根据权利要求7、8或9所述的冲击工具，其中所述突出部配置为越靠近所述第二端，装得越紧凑。
12.根据前述权利要求任一项所述的冲击工具，进一步包括从所述冲击工具的表面向外延伸的细长肋。
13.根据权利要求5或6所述的冲击工具，其中所述耐磨件包括并排配置设置并附接至所述冲击工具的所述表面或每个表面上的一系列板。
14.根据前述权利要求任一项所述的冲击工具，其中所述耐磨件包括多晶金刚石(PCD)材料。
15.根据权利要求1至14任一项所述的冲击工具，其中所述耐磨件包括烧结碳化物材料。
16.一种在高速粉碎磨机中使用的冲击工具，所述冲击工具包括可在第一端附接至所述高速粉碎磨机的细长主体，并进一步包括用于改善所述冲击工具耐磨性的耐磨件，所述耐磨件包括在所述主体的部分上延伸以形成硬化表面的耐磨层。
17.根据权利要求16所述的冲击工具，其中所述耐磨层具有覆盖所述主体的两个或以上不同区域的预定可变层厚度。
18.根据权利要求16或17所述的冲击工具，其中所述耐磨件包括多晶金刚石(PCD)材料。
19.根据权利要求16或17所述的冲击工具，其中所述耐磨件包括一种或多种烧结碳化物材料。
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