O côncavo do britador cônico, também chamado de revestimento cônico fixo ou revestimento da cuba, é um componente essencial resistente ao desgaste, montado na superfície interna da cuba, formando a parte estacionária da câmara de britagem. Suas principais funções incluem britagem de material (cooperando com o manto rotativo), proteção contra desgaste (protegendo a cuba), direcionamento do fluxo de material (através de seu perfil interno) e controle do tamanho do produto (influenciado pela geometria interna). Ele requer excepcional resistência ao desgaste (dureza superficial ≥HRC 60), tenacidade ao impacto (≥12 J/cm²) e integridade estrutural para suportar impactos contínuos do material.
Estruturalmente, é um componente segmentado (3 a 8 peças para britadores grandes) ou cônico de uma só peça. Consiste em segmentos côncavos/estrutura de uma só peça, um corpo resistente ao desgaste (ferro fundido com alto teor de cromo Cr20–Cr26 ou Ni-Hard 4), um perfil interno de desgaste (design cônico com ângulo de 15°–30°, nervuras/ranhuras, seções paralelas), recursos de montagem (abas em cauda de andorinha, furos de fixação, pinos de localização), suporte externo (em designs bimetálicos) e flanges superior/inferior.
O processo de fundição de côncavos de ferro fundido com alto teor de cromo envolve a seleção do material (Cr20Mo3 com composição controlada), modelagem (padrões segmentados com tolerâncias de contração), moldagem (molde de areia aglomerado com resina e lavagem refratária), fusão e vazamento (forno de indução, temperatura e vazão controladas) e resfriamento e tratamento térmico (recozimento em solução e austêmpera). O processo de usinagem inclui usinagem de desbaste, usinagem de elementos de montagem, acabamento do perfil interno, montagem dos segmentos (para projetos com múltiplas peças) e tratamento de superfície.
Os processos de controle de qualidade abrangem testes de materiais (composição química e análise metalográfica), testes de propriedades mecânicas (dureza e impacto), verificações de precisão dimensional (CMM e scanner a laser), testes não destrutivos (UT e MPT) e validação do desempenho de desgaste (testes acelerados e ensaios de campo). Esses processos garantem que o côncavo atinja a resistência ao desgaste, a precisão e a durabilidade necessárias para um desempenho de britagem eficiente e de longo prazo em mineração, pedreiras e processamento de agregados.
Introdução detalhada ao componente côncavo do britador cônico
1. Função e papel do côncavo
O côncavo do britador cônico (também conhecido como revestimento cônico fixo ou revestimento da cuba) é um componente crítico e resistente ao desgaste, montado na superfície interna da cuba (carcaça cônica fixa), formando a parte estacionária da câmara de britagem. Suas principais funções incluem:
Britagem de materiais: Cooperar com o manto rotativo (revestimento cônico móvel) para aplicar forças de compressão e cisalhamento aos materiais (minérios, rochas), reduzindo-os ao tamanho de partícula desejado por meio de compressão e moagem repetidas.
Proteção contra desgaste: Protege a cuba do contato direto com materiais abrasivos, evitando desgaste prematuro da estrutura e reduzindo custos de manutenção.
Orientação de fluxo de materiais: Guiar os materiais através da câmara de britagem através de seu perfil interno cônico ou escalonado, garantindo distribuição uniforme e redução progressiva do tamanho desde a abertura de alimentação até a descarga.
Controle de tamanho do produto:A geometria interna do côncavo (por exemplo, seções paralelas, raio da curva) influencia diretamente a folga de britagem e a distribuição do tamanho das partículas, determinando a qualidade final do produto.
Operando em ambientes de alto impacto e alta abrasão, o côncavo deve apresentar resistência excepcional ao desgaste (dureza superficial ≥HRC 60), tenacidade ao impacto (≥12 J/cm²) e integridade estrutural para suportar impacto contínuo do material.
2. Composição e Estrutura do Côncavo
O côncavo é normalmente um componente cônico segmentado ou de uma única peça com um perfil de desgaste interno complexo, consistindo nas seguintes peças principais e detalhes estruturais:
Segmentos côncavos (para grandes britadores): Múltiplos segmentos em forma de arco (3 a 8 peças) que formam um cone completo quando montados, permitindo a fácil substituição de segmentos individuais desgastados. Cada segmento tem uma espessura de 50 a 150 mm, dependendo do tamanho do britador.
Côncavo de uma peça (para britadores pequenos): Uma única estrutura cônica sem costuras, oferecendo maior rigidez estrutural para aplicações leves.
Corpo resistente ao desgaste: Feito de ferro fundido com alto teor de cromo (Cr20–Cr26) ou ferro fundido duro com níquel (Ni-Hard 4), com uma matriz martensítica reforçada por carbonetos de cromo duro (M7C3) para resistir à abrasão.
Perfil de desgaste interno:
Design cônico: Um ângulo de cone de 15°–30° (correspondendo à conicidade do manto) para criar uma câmara de britagem gradualmente mais estreita, garantindo a redução progressiva do material.
Costelas ou sulcos: Nervuras transversais ou longitudinais (5–15 mm de altura) na superfície interna para melhorar a aderência do material, evitar deslizamento e promover desgaste uniforme.
Seções paralelas: Segmentos planos próximos à extremidade de descarga para produzir partículas mais finas e uniformes, mantendo uma abertura de britagem consistente.
Características de montagem:
Abas de cauda de andorinha: Saliências na superfície externa que se encaixam em ranhuras de cauda de andorinha correspondentes na tigela, protegendo o côncavo contra forças rotacionais durante o esmagamento.
Furos de fixação: Furos para parafusos no flange externo ou na borda para fixação na cuba, evitando deslocamento axial sob cargas de impacto.
Pinos de localização: Pequenas saliências ou furos que alinham os segmentos durante a montagem, garantindo um perfil interno contínuo com folgas mínimas (≤0,5 mm entre os segmentos).
Revestimento externo: Uma camada de reforço de ferro fundido ou aço (em designs bimetálicos) que melhora a resistência ao impacto ao absorver o choque, com a camada resistente ao desgaste (ferro com alto teor de cromo) fundida no suporte.
Flanges superior e inferior: Bordas radiais nas extremidades de alimentação e descarga que se sobrepõem aos flanges do recipiente, evitando vazamento de material entre o côncavo e o recipiente.
3. Processo de fundição para o côncavo
O ferro fundido com alto teor de cromo, o principal material para côncavos, é fabricado por meio de fundição em areia para atingir perfis de desgaste complexos:
Seleção de materiais:
Ferro fundido com alto teor de cromo (Cr20Mo3) é preferido por sua excelente resistência ao desgaste, com composição química controlada para C 2,5–3,5%, Cr 20–26%, Mo 0,5–1,0%. Isso forma uma rede de carboneto duro (fração volumétrica de 30–40%) em uma matriz martensítica, garantindo dureza ≥HRC 60.
Criação de padrões:
Padrões segmentados (espuma, madeira ou resina impressa em 3D) são criados para cada segmento côncavo, replicando o perfil de desgaste interno, as características de montagem externas e as nervuras. Margens de contração (1,5–2,5%) são adicionadas para compensar a contração por resfriamento.
Moldagem:
Um molde de areia aglomerada com resina é preparado para cada segmento, com um núcleo de areia formando o perfil de desgaste interno. A cavidade do molde é revestida com uma camada refratária (à base de alumina) para evitar a inclusão de areia e melhorar o acabamento da superfície.
Derretendo e Derramando:
O ferro fundido é fundido em um forno de indução a 1450–1500°C, com controle rigoroso de carbono equivalente (CE = C + 0,3(Si + P) ≤4,2%) para evitar defeitos de contração.
O vazamento é realizado a 1380–1420°C usando uma concha, com fluxo lento e constante para preencher a cavidade do molde sem turbulência, garantindo uma estrutura densa em nervuras finas.
Resfriamento e tratamento térmico:
O molde é resfriado por 24 a 48 horas para reduzir o estresse térmico e, em seguida, a peça fundida é removida por meio de desmoldagem. O jateamento com granalha (grão de aço G25) remove os resíduos de areia, alcançando uma rugosidade superficial de Ra50 a 100 μm.
Recozimento de solução: Aquecimento a 950–1050°C por 2–4 horas, seguido de resfriamento ao ar para dissolver carbonetos e homogeneizar a estrutura.
Austêmpera: Têmpera em óleo a 250–350°C, depois revenimento a 200–250°C para transformar a matriz em martensita, alcançando dureza HRC 60–65, mantendo a tenacidade.
4. Processo de Usinagem e Fabricação
Usinagem de desbaste:
Cada segmento côncavo é montado em um torno vertical CNC para usinar a superfície externa, as abas de montagem e as bordas dos flanges, deixando uma margem de acabamento de 1 a 2 mm. As dimensões principais (por exemplo, comprimento do arco do segmento, espessura) são controladas para ±0,5 mm.
Usinagem de recursos de montagem:
As abas em cauda de andorinha são fresadas na superfície externa usando uma fresadora CNC, com tolerância dimensional (±0,1 mm) para garantir um encaixe perfeito com as ranhuras da tigela.
Os furos de fixação são perfurados e rosqueados conforme tolerância de classe 6H, com precisão posicional (±0,2 mm) para alinhamento com os furos dos parafusos da cuba.
Acabamento de Perfil Interno:
A superfície de desgaste interna é inspecionada quanto a defeitos de fundição (por exemplo, poros, rachaduras) e levemente retificada para remover irregularidades da superfície, preservando o perfil projetado. A rugosidade da superfície é controlada para Ra3,2 μm para otimizar o fluxo de material.
Para côncavos segmentados, as bordas de contato dos segmentos adjacentes são usinadas para garantir uma folga ≤0,5 mm quando montadas, evitando vazamento de material e desgaste irregular.
Montagem de segmentos (para projetos de várias peças):
Os segmentos são testados em um dispositivo para verificar a continuidade do perfil interno, com ajustes feitos para garantir uma superfície cônica lisa e contínua.
Os pinos de alinhamento são instalados para manter as posições dos segmentos durante a montagem final no britador.
Tratamento de superfície:
A superfície externa (que se conecta à cuba) é revestida com um composto antigripante para facilitar a instalação e evitar corrosão.
A superfície de desgaste interna pode sofrer granalhamento para induzir estresse compressivo, reduzindo a propagação de rachaduras sob impacto.
5. Processos de Controle de Qualidade
Teste de materiais:
A análise da composição química (espectrometria) confirma que o ferro fundido atende aos padrões (por exemplo, Cr20Mo3: Cr 20–23%, C 2,8–3,2%).
A análise metalográfica verifica a distribuição do carboneto (uniformidade ≥90%) e a estrutura da matriz (martensita com ≤5% de perlita).
Teste de Propriedades Mecânicas:
O teste de dureza (Rockwell C) garante que a superfície interna tenha dureza ≥HRC 60; a dureza do núcleo é ≤HRC 55 para manter a tenacidade.
O teste de impacto (Charpy V-notch) mede a tenacidade à temperatura ambiente, exigindo ≥12 J/cm² para resistir à fratura sob forte impacto.
Verificações de precisão dimensional:
Uma máquina de medição de coordenadas (CMM) inspeciona as principais dimensões: comprimento do arco do segmento, ângulo de conicidade (±0,1°) e tamanho da aba em cauda de andorinha.
Um scanner a laser verifica se o perfil interno corresponde ao modelo CAD, garantindo o alinhamento adequado com o manto para manter a folga de britagem projetada.
Ensaios Não Destrutivos (END):
O teste ultrassônico (UT) detecta defeitos internos (por exemplo, poros de contração >φ3 mm) no corpo côncavo, com áreas críticas (raízes das nervuras, abas de montagem) cuidadosamente inspecionadas.
O teste de partículas magnéticas (MPT) verifica se há rachaduras superficiais em abas de cauda de andorinha e bordas de flange, com qualquer defeito de 0,2 mm de comprimento resultando em rejeição.
Validação de desempenho de desgaste:
O teste de desgaste acelerado (ASTM G65) usa um aparelho de roda de areia seca/borracha para medir a perda de peso, com côncavos de alto cromo exigindo ≤0,5 g/1000 ciclos.
Os testes de campo envolvem a instalação do côncavo em um britador de teste, monitorando as taxas de desgaste ao longo de 500 horas de operação, garantindo desgaste uniforme e nenhuma falha prematura.
Por meio desses processos de fabricação e controle de qualidade, o britador cônico côncavo atinge a resistência ao desgaste, a precisão e a durabilidade necessárias para garantir um desempenho de britagem eficiente e de longo prazo, tornando-o adequado para aplicações de mineração, pedreiras e processamento de agregados.
