JP2016190234A - 代替コーンクラッシャー摩耗ライナー - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗ライナーの加工硬化を強化することを可能にする突起部を有する代替コーンクラッシャー摩耗ライナーを提供する。
【解決手段】
本発明は、鉱石、石等の原料（５）を破砕するコーンクラッシャー摩耗ライナーに関し、当該コーンクラッシャー摩耗ライナーは、二重開放端を有する下方湾曲要素であり、上に原料（５）を供給することを可能にし、複数の破砕突起部を有する内周破砕面（１４）を備える固定バウルライナー（１０）と、二重閉塞端を有する下方湾曲要素であり、オフセット角で軸線において旋回し、前記予め設定された隙間（１５）の間の前記原料（５）を前記複数の破砕突起部（３０）によってより小さい部分に破砕することを可能にする旋回式マントルライナー（２０）とを含む。
【選択図】図１−Ａ

Description

本発明は、鉱石や石等の原料を破砕するコーンクラッシャー摩耗ライナーに関し、当該コーンクラッシャー摩耗ライナーは、上に原料を供給することを可能にする、二重開放端（ｄｏｕｂｌｅ ｏｐｅｎ ｅｎｄｓ）を有する湾曲要素である固定バウルライナーで、複数の破砕突起部を有する内周破砕面を備える固定バウルライナーと、二重閉塞端（ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｅｎｄｓ）を有する下方湾曲要素である旋回式マントルライナーで、偏心角で変位した軸線において旋回して前記予め設定された隙間の間の前記原料をバウルライナー及びマントルライナーの円周破砕面によってより小さな部分に破砕することを可能にする旋回式マントルライナーとを有する。これら双方の面は、前記複数の破砕突起部で覆われている。

石、原鉱（ｏｒｅ）（金属性又は非金属性）及び建設廃材は、通常、コーンクラッシャーを使用して破砕され、下流工程のために原料の大きさを小さくする。コーンクラッシャーの破砕チャンバは、マントルライナーとバウルライナーとの間で形成される。マントルライナーは、モータによって偏心駆動される旋回動作を有する可動部である。バウルライナーは、固定部品であり、かつ、通常、縦軸で固定される。破砕物の大きさは、破砕チャンバの出口でマントルライナーとバウルライナーとの間に設定される最小の隙間である閉塞側設定（ＣＳＳ：ｃｌｏｓｅｄ ｓｉｄｅ ｓｅｔｔｉｎｇ）により決められる。マントルライナー及びバウルライナーは、オーステナイト系マンガン鋼により作製されるのが一般的である。標準グレードのオーステナイト系マンガン鋼は、ハッドフィールド鋼としても周知でもあり、通常、マンガン含有量１１−１４重量％を有する（通常、ＢＳ３１００ Ｇｒａｄｅ ＢＷ１０又はＡＳＴＭ Ａ１２８ Ｇｒａｄｅ Ａ／Ｂに準じる）。オーステナイト系マンガン鋼は、破砕チャンバ内部で生成された破砕力からの衝撃の際、加工硬化（ｗｏｒｋ−ｈａｒｄｅｎ）に対する、その優れた靭性及び特異な挙動に起因して、コーンクラッシャー摩耗ライナーのための材料の主要な選択肢である。マンガン摩耗ライナーにおける加工硬化の程度は、通常、マンガン鋼の化学成分及び粒子サイズ、原鉱又は石の地質学的特性及び破砕チャンバ内部の力の動態（ｋｉｎｅｔｉｃｓ）に依存する。オーステナイト状態におけるマンガン鋼の硬度は、通常、１８０−２４０ＢＨＮ（ブリネル硬度数）の間の範囲にある。加工硬化の際、硬度は４００−５００ＢＨＮに達する可能性がある。クラッシャー摩耗ライナーの摩耗寿命は、加工硬化の際の硬度値と、破砕作業中の摩耗ライナーで生じる加工硬化の速度との両方の関数である。破砕産業にとってのマンガン鋼の現在の供給は、マンガン含有量をより高い比率（＞１１−１４％）に変化させ、かつ、マントルライナー及びバウルライナーの摩耗寿命を向上させることを目的として、合金化したクロム、モリブデン、ニッケル、バナジウム等の他の元素を有して、その物理的性質及び機械的性質を変化させることができる。他の方法として、硬化肉盛溶着で摩耗ライナーの破砕面をオーバーレイする方法や、硬い耐摩耗性異物を導入する方法（Ｈａｌｌらによる米国特許出願公報第２００８０４１９９５Ａ１号明細書）や、アーク溶着（Ｄ．Ｒ．Ｇｉｔｔｉｎｇｓによる米国特許第３，５６５，３５４Ａ号明細書）や、破砕面上へのインサートや、ライナーの摩耗寿命を向上させることを意図した摩耗ライナーを予備硬化する爆薬の使用（Ｍａｃｌｅｏｄによる米国特許第２，７０３，２９７Ａ号明細書）や、抵抗板（Ｍａｌｍｑｖｉｓｋらによる国際公開第２０１４０７２１３６Ａ２号明細書）がある。しかしながら、これらの教示は、インサート、硬化肉盛電極、抵抗板、そして、これらの特徴を摩耗ライナーに加える際の人件費構成要素のより高い生産材料費などといった欠点がある。それ故、石又は原鉱の破砕工程中に破砕力によって付与される運動エネルギーによって、より急速に加工硬化する本発明の種々の形状（図３参照）の突起部内に鋳造物（ｃａｓｔ）を組みこんだ摩耗ライナーを有することが有益である。

従って、本発明の主要目的は、摩耗ライナーの加工硬化を強化することを可能にする突起部を有する代替コーンクラッシャー摩耗ライナー（ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｅ ｃｒｕｓｈｅｒ ｗｅａｒ ｌｉｎｅｒ）を提供することである。

本発明の目的は、摩耗ライナーの加工硬化の速度を速めることである。

本発明の目的は、インサートを有するタイプ、摩耗板を有するタイプ、溶接するタイプ等のコーンクラッシャーライナーと比較して、利益を得るより優れたコスト面及びより信頼性のあるオプションを提供することである。

本発明の目的は、爆薬を使用して予備硬化を行うコーンクラッシャーライナーと比較して、より優れた安全性を提供することである。

本発明の目的は、鋳造、熱間鍛造又は成形等の方法により生成することである。

本発明の更なる目的は、本発明の以下の詳細な説明を理解することにより、あるいは、実務において本発明を採用することにより、明らかになるだろう。

本発明の好ましい実施形態によると、以下のような発明が提供される。

二重開放端を有する下方湾曲要素である固定バウルライナー（１０）であり、その上に原料（５）を供給することを可能にし、複数の破砕突起部（３０）を有する内周破砕面（１４）を備える、固定バウルライナー（１０）と；二重閉塞端を有する下方湾曲要素である旋回式マントルライナー（２０）であり、軸線で旋回し、電気モータによって動作駆動される、旋回式マントルライナー（２０）と；を含み、前記旋回式マントルライナー（２０）は、複数の破砕突起部（３０）を有する外周破砕面（２４）を備え；前記固定バウルライナー（１０）は、前記旋回式マントルライナー（２０）の上部に配置され、前記内周破砕面（１４）は、複数の破砕突起部（３０）を有し、前記外周破砕面（２４）は、予め設定された隙間（１５）又は閉塞側設定を形成する複数の破砕突起部（３０）を有し；前記旋回式マントルライナー（２０）は、オフセット角で前記軸線において旋回し、前記予め設定された隙間（１５）の間の前記原料（５）を前記バウルライナー（１０）の前記内周破砕面上及び前記マントルライナー（２０）の前記外周破砕面上の前記複数の破砕突起部（３０）によって、より小さな部分に破砕することができる、代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。

本発明の他の態様及びそれらの利点は、添付の図面と共に発明を実施するための形態を検討することにより理解されるだろう。
本発明の断面図を示す図である。 点線の領域で示された図１−Ａの拡大断面図を示す図である。 本発明の突起部を有する固定バウルライナーの斜視図を示す図である。 本発明の突起部を有する旋回式マントルライナーの斜視図を示す図である。 本発明の別の実施形態の断面図を示す図である。 本発明の突起部を有する固定バウルライナーの斜視図の別の実施形態を示す図である。 本発明の突起部を有する旋回式マントルライナーの斜視図の別の実施形態を示す図である。 短尺チャンバ突起部を有する固定バウルライナー及び長尺チャンバ突起部を有する旋回式マントルライナーの斜視図の別の実施形態を示す図である。 長尺チャンバ突起部を有する固定バウルライナー及び短尺チャンバ突起部を有する旋回式マントルライナーの斜視図の別の実施形態を示す図である。 本発明の突起部の形状のタイプを示す図である。

以下の詳細な説明において、発明を十分に理解するために多くの特定の詳細を明記する。しかし、当業者に理解されるように、発明は、これらの特定の詳細がなくとも実施され得る。他の例において、周知の方法、手順及び／又は構成要素は、発明を曖昧にしないように詳細に記載されていない。

縮尺に合わせていない添付の図面を参照するだけで実施例により、実施形態の以下の説明から発明を明確に理解することができるだろう。

本発明は、より速度が速い加工硬化を誘導することにより、コーンクラッシャー摩耗ライナーの耐摩耗特性／摩耗寿命を向上させ、従って、破砕作業中のライナーにおける加工硬化をより大きく拡大させることを図る。枠組みは、硬化の速度及び加工硬化の程度が、破砕作業中のライナー上に付与された運動エネルギーの一次関数（ｄｉｒｅｃｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であるという事実に基づく。

固溶化処理の際、マンガン鋼は、鋼内のマンガン元素の安定化作用に起因して、オーステナイト組織を保持する。しかし、オーステナイトの状態は、準安定的であり、破砕の動態から組織にエネルギーを付与する際、鋼は「加工硬化」する。しかし、破砕機へ供給される特定の原料は脆いが、高い摩耗性を有する（特に、高含有量のシリカ又は珪岩）。これらの場合、マンガン鋼ライナーにおける加工硬化の程度は低く、加工硬化された容器は非常に浅い。完全に加工硬化される前に、浅くて僅かに硬化した容器は、擦り減ってしまい、その結果、マントルライナー及びバウルライナーの急速な摩耗を生じさせる。加工硬化の仕組みは非常に複雑であり、α−及びε−マルテンサイト（これはオーステナイトよりも構造的に非常に硬い）へのオーステナイトの段階的構造変化、変形誘起機械結合（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｗｉｎｎｉｎｇ）及び動的歪時効（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｒａｉｎ ａｇｅｉｎｇ）の組み合せである。全てのこれら加工硬化の仕組みは、鋼構造物にエネルギーを導入することにより開始されなければならず、このエネルギーは、破砕チャンバ内部の破砕力から生じる。鋼構造物内の変形または歪みの程度は、摩耗ライナー上に導入された応力の量の一次関数である。

応力（σ）は、単位面積当たりの力として定義される。

（数１）
σ＝Ｆ／Ａ

ここで、σ＝応力（Ｎ／ｍ^２）であり、修正すると、ニュートン毎平方メートル（Ｎｅｗｔｏｎ ｐｅｒ Ｍｅｔｅｒ ｓｑｕａｒｅ）では以下のようになる。

Ｆ＝力成分（ｆｏｒｃｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）（Ｎ）、
Ａ＝加えられた力の面積（ｍ^２）

歪み（ε）は、応力に起因する固体の変形として定義される。応力（σ）及び歪み（ε）が、加えられた力の面積に反比例すると、破砕中に作用する力Ｆの規定値で、生成された応力は、表面積が縮小するとより大きくなる。誘起された応力により高い値が与えられると、歪みの量は同様により大きくなる。

生じる機械結合に関し、摩耗ライナーに付与されたエネルギーは、通常、１８−３５ｍＪ／ｍ^２の範囲にある層欠陥エネルギーを超えなければならない。

従って、破砕作業の力と共に、接触表面積を縮小することによって、摩耗ライナーに誘起された応力及び歪みを増加させることを意図する。これは、摩耗ライナー（この場合、マンガン鋼）と同様の母材から形成された、突出したパッド又は突起部を導入することにより達成される。突出したパッド又は突起部は、上面が底面よりも小さくなるように成形される。これらのパッドは、それらの間に隙間又は凹部と共に位置して微細物質の流れを促進し、かつ、その高い可塑性に起因してマンガン鋼の「成長」を調整する。これらの突出したパッド又は突起部を導入することにより、破砕媒体と接触する表面積は、摩耗ライナー上の平滑な破砕面と比較すると縮小されるだろう。例えば、破砕中に接触の表面積を３０％縮小させると、ライナー上に誘起される応力は４２．８％増加するだろう。加工硬化の程度及び速度が、ライナー上に誘起された応力／歪みに直接的に比例するという理解に基づき、ライナー上に誘起されたより高い応力／歪みは、ライナー上でより速い速度の加工硬化を促進させるだろう。加工硬化された容器の深さ及び硬度値は増大し、この結果、マンガン鋼摩耗ライナーの耐摩耗性を向上させることになる。

図１−Ａから図２−Ｃを参照すると、本発明の代替コーンクラッシャー摩耗ライナー（１）があり、固定バウルライナー（１０）は、二重開放端を有する下方湾曲要素であり、上部開部は、石、原鉱、鉱石又は金属材料、有機物、無機物又はそれらの組み合わせなどの原料（５）がブロック矢印で示された、上部に供給される。固定バウルライナー（１０）は、複数の破砕突起部（３０）を更に有する内周破砕面（１４）を備える。旋回式マントルライナー（２０）は、二重閉塞端を有する湾曲要素であり、軸線で旋回し、複数の破砕突起部（３０）を有する外周破砕面（２４）を備える。該マントルライナー（２０）は、電気モータによって駆動され、偏心伝動により軸線に対してオフセットして旋回される。固定バウルライナー（１０）は、前記旋回式マントルライナー（２０）の上部に配置され、前記内周破砕面（１４）は、複数の破砕突起部（３０）を有し、前記外周破砕面（２４）は、破砕チャンバの出口でバウルライナーとマントルライナーとの間の最小間隙である、予め設定した隙間（１５）か、あるいは、閉塞側設定（ＣＳＳ）を形成する、複数の破砕突起部（３０）を有する。

固定バウルライナー（１０）及び旋回式マントルライナー（２０）は、オーステナイト系高マンガン鋼により作製されることが好ましく、マンガン含有量は、１１重量％よりも高い。

図１−Ａ（長尺チャンバ突起部パッドを入れたバージョン）及び図２−Ａ（短尺チャンバ突起部パッドを入れたバージョン）を参照すると、適用のために選択したバージョンは、破砕設計形状、破砕媒体の摩損／摩耗特性及び各破砕作業の特定の動作パラメータに大きく依存する。

代替コーンクラッシャー摩耗ライナー（１）の加工硬化を強化及び加速させる場合、図３−Ａ及び図３−Ｂを参照すると、目的を達成する他の実施形態が示されている。短尺チャンバ突起部（１８）を有する固定バウルライナー（１０）は、長尺チャンバ突起部（２８）を有する旋回式マントルライナー（２０）と連結するか、あるいは、長尺チャンバ突起部（２８）を有する固定バウルライナー（１０）は、短尺チャンバ突起部（１８）有する旋回式マントルライナー（２０）と連結する。固定バウルライナー（１０）は、旋回式マントルライナー（２０）と連結することができ、ライナー（１０、２０）は、短尺チャンバ突起部（１８）、長尺チャンバ突起部（２８）又はそれらの組み合わせを有する。

図４を参照すると、突起部（３０）は、三角形、矩形、平行四辺形、ダイヤモンド形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形、台形などの多角形、星形、円形、楕円形、曲線形、直線形又はそれらの組み合わせである。突起部（３０）は、上面（３１）及び底面（３２）を備え、前記底面（３２）は、前記上面（３１）と同じ形状を有し、かつ、前記上面（３１）よりも大きな表面積を有する。

上記のように、我々の研究結果（ｆｉｎｄｉｎｇｓ）から、小さい表面積を有する小さい上面が、ライナー（１０、２０）の硬度（加工硬化時）及び加工硬化の速度を高める、大きな応力（数１）及び歪みを作り出すということが明らかになった。代替コーンクラッシャー摩耗ライナー（１）は、Ｍｎ含有量が１１重量％よりも高いオーステナイト系高マンガン鋼で作製されることが好ましく、鋳造、成形又は熱間鍛造法によって形成される。

本発明は、その好ましい実施形態であると考えられる形態で本明細書中に示され、かつ、説明され、本発明を介して得た従来技術を上回る結果及び利点を例示してきたが、本発明は、これらの特定の実施形態に限定されない。それ故、本明細書中に示し、かつ、説明した本発明の形態は、例示のみとして捉えられる必要があり、他の実施形態は、本明細書に添付した請求項に明記されように、本発明の範囲から逸脱することなく選択可能である。

１ 代替コーンクラッシャー摩耗ライナー
５ 原料
１０ 固定バウルライナー
１４ 内周破砕面
１５ 隙間
１８ 短尺チャンバ突起部
２０ 旋回式マントルライナー
２４ 外周破砕面
２８ 長尺チャンバ突起部
３０ 破砕突起部
３１ 上面
３２ 底面

Claims (8)

1. 二重開放端を有する下方湾曲要素である固定バウルライナーであり、その上に原料を供給することを可能にし、複数の破砕突起部を有する内周破砕面を備える、固定バウルライナーと、
   二重閉塞端を有する下方湾曲要素である旋回式マントルライナーであり、軸線で旋回し、電気モータによって動作駆動される、旋回式マントルライナーと、
   を含み、
   前記旋回式マントルライナーは、複数の破砕突起部を有する外周破砕面を備え、
   前記固定バウルライナーは、前記旋回式マントルライナーの上部に配置され、前記内周破砕面は、複数の破砕突起部を有し、前記外周破砕面は、予め設定された隙間又は閉塞側設定を形成する複数の破砕突起部を有し、
   前記旋回式マントルライナーは、オフセット角で前記軸線において旋回し、前記予め設定された隙間の間の前記原料を前記固定バウルライナーの前記内周破砕面上及び前記旋回式マントルライナーの前記外周破砕面上の前記複数の破砕突起部によって、より小さな部分に破砕することができる、
   代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。
2. 前記固定バウルライナー及び前記旋回式マントルライナーは、オーステナイト系高マンガン鋼で作製されることが好ましく、マンガン含有量は、１１重量％よりも高い、請求項１に記載の代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。
3. 前記破砕突起部は、オーステナイト系高マンガン鋼で作製されることが好ましく、マンガン含有量は、１１重量％よりも高い、請求項１に記載の代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。
4. 前記破砕突起部は、多角形、星形、曲線形、直線形又はそれらの組み合せである、請求項１又は３に記載の代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。
5. 前記破砕突起部は、上面及び底面を備え、前記底面は、前記上面と同じ形状で、かつ、前記上面よりも大きな表面積を有する、請求項４に記載の代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。
6. 前記代替コーンクラッシャー摩耗ライナーは、鋳造、成形又は熱間鍛造法により形成される、請求項１に記載の代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。
7. 前記原料は、有機物、無機物、石、鉱石、金属材料又はそれらの組み合わせである、請求項１に記載の代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。
8. 前記固定バウルライナーは、前記旋回式マントルライナーと連結し、前記固定バウルライナー及び前記旋回式マントルライナーは、短尺チャンバ突起部、長尺チャンバ突起部又はそれらの組み合わせを有する、請求項１に記載の代替コーンクラッシャー摩耗ライナー。

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