CC BY
404
УДК 621.74.043:669.13 Чиж Е.В., Абенова М.Б.
ВЫБОР И АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕЛЮЩИХ ТЕЛ
Аннотация. Рассмотрены вопросы изготовление мелющих шаров из чугуна и стали, выявлены недостатки производства их разными методами. Приведены основные требования к мелющим шарам. Представлены и сравнены различные технологии для производства шаров. Установлен наиболее производительный способ производства шаров - литье в металлические формы.
Ключевые слова: шары, чугун, литье, износостойкость, металлическая форма (кокиль), методы производства.
Одной из основных операций на первоначальном этапе по добыче и переработке рудного материала является измельчение. Наиболее распространенное оборудование для размола - мельницы (барабанные, истирающие, вибрационные, ролико-кольцевые и т.д.), в которых измельчение рудного материала происходит посредством мелющих тел.
Принцип действия шаровых мельниц заключается в измельчении материала посредством удара, с частичным истиранием свободно падающих мелющих тел и руды во вращающемся барабане [6]. При вращении барабана мелющие тела благодаря силе трения, возникающей под действием центробежных сил, поднимаются по стенкам барабана на некоторую высоту. Достигнув эту высоту, мелющие тела падают вниз и при ударах измельчают загруженный в мельницу рудный материал. Длительность измельчения для получения порошка требуемой дисперсности определяют экспериментально.
Мелющие шары являются расходным материалом, они быстро изнашиваются вследствие абразивного действия размалываемого материала. При затратах на переработку сырья возрастает уровень потребления мелющих шаров. Это приводит к снижению показателей эффективности работы размольного оборудования, а также ведет к ухудшению качества производимой продукции. Поэтому необходимо повышение стойкости мелющих шаров при сохранении низкого уровня их стоимости.
Сталь и чугун являются основными материалами для изготовления мелющих тел. Стальные шары в основном получают пластической деформацией на станах поперечно-винтовой прокатки, а также методом штамповки и ковки.
К мелющим шарам предъявляют следующие требования:
- шары изготовляют в соответствии с требованиями существующего стандарта по технологической документации, утвержденной в установленном порядке;
- шары должны иметь высокую ударо- и износостойкость;
- твердость шаров должна соответствовать принятым нормам;
- на поверхности шаров не допускают дефектов,
© Чиж Е.В., Абенова М.Б., 2016
выводящих размеры шаров за предельные отклонения.
Простым методом изготовления стальных шаров является литье, но оно приводит к большому уровню брака изделий (усадочным раковинам) [1]. Вследствие чего изделия имеют низкую износостойкость. Кроме того, способ получения стальных мелющих шаров методом литья энергозатратен. В зависимости от твердости размалываемого материала расход стальных мелющих шаров увеличивается до 2,0 кг/т [2].
Одним из наиболее эффективных способов снижения расхода мелющих тел является замена стальных шаров на мелющие тела из высоколегированных чугунов. В промышленно развитых странах мира доля производства мелющих тел из высоколегированных чугунов, износостойкость которых в 4-5 раз выше стальных, достигает 35% от всего объема и продолжает увеличиваться [3, 4].
Современные марки белых износостойких чугу-нов представляют собой сложнолегированные многокомпонентные сплавы с большим разнообразием структур и широким диапазоном физико-механических свойств. Применение высоколегированных чугунов для отливки шаров с последующей термической обработкой обеспечивает получение по всему сечению мелющего тела мартенситно-карбидной структуры с твердостью HRC 55,0, высокой ударостойкостью, низким удельным расходом (45-50 г/т) мелющих тел в процессе эксплуатации. Износостойкость мелющих шаров из высоколегированного чугуна в 3 раза выше, чем стальных катаных.
Чугунные шары производят методами литья: в кокиль, в песчано-глинистую форму, центробежным литьем или на наклонно-поворотных разливочных машинах.
Чугун обладает хорошими литейными и механическими свойствами, широко применяется для производства отливок в кокили. Чугунные отливки, полученные в кокилях, меньше поражены различными дефектами, которыми сопровождается литье в ПГФ.
В зависимости от расположения поверхности разъема кокили бывают: неразъемные (вытряхные); с вертикальной и горизонтальной плоскостью разъема; со сложной (комбинированной) поверхностью разъема. Неразъемные применяют в тех случаях, когда конструкция отливки позволяет удалять ее вместе с литниками из полости кокиля без его разъема. Обыч-
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
но эти отливки имеют достаточно простую конфигурацию [10]. В случае разъемных кокилей расположение и число разъемов определяются необходимостью реализовать рациональное положение отливки в кокиле при заливке, разместить технологические элементы (литниковую систему, прибыли и др.), собрать форму и извлечь из нее без разрушения готовую отливку заданной конструкции. В свою очередь, разъемы кокиля предопределяют выбор кокильной машины с соответствующим количеством и расположением механизмов, которые обеспечивают перемещение подвижных частей кокиля при его сборке и разборке.
По числу рабочих полостей (гнезд), определяющих возможность одновременного (с одной заливки) изготовления того или иного числа отливок, кокили бывают одноместные и многоместные.
В зависимости от способа охлаждения различают кокили с воздушным (естественным и принудительным), жидкостным (водяным, масляным) и комбинированным (водовоздушным и т.д.) охлаждением [10]. Если воздушное охлаждение используют для мало-теплонагруженных кокилей, то водяное охлаждение обычно применяют для высокотеплонагруженных кокилей, а также для повышения скорости охлаждения отливки или ее отдельных частей. Воду подают раздельно в обе половины кокиля, нижнюю плиту и верхнюю крышку.
В современных литейных цехах процессы литья в кокиль механизируют и автоматизируют, применяя специальные кокильные машины с механическим, пневматическим, гидравлическим и другими устройствами для разъема и сборки кокилей, которые используют индивидуально или в поточных линиях обычно карусельного типа. Различают машины с вертикальным и горизонтальным разъемами кокилей, с одной подвижной и одной неподвижной плитой, с двумя, тремя и более подвесными плитами.
Наиболее высокую производительность обеспечивают карусельные машины, которые обычно состоят из нескольких однопозиционных машин, установленных на вращающемся карусельном столе.
Шары из чугуна, полученные литьем в ПГФ, имеют низкую эксплуатационную стойкость. При их получении в дальнейшем необходима закалка. Наиболее часто литые мелющие тела изготавливают методами, основанными на использовании сил центробежного давления [1], а также литьем в стационарный и вибрационный кокили [5].
Литье мелющих чугунных шаров диаметром 60 мм в ОАО «НОСТА» (г. Новотроицк) осуществлено по технологии литья в кокиль по расплавляемой оснастке. Формирование рабочей полости кокиля осуществляли с помощью расплавляемого стержня из алюминиевого сплава. Получали отливку, имеющую идеальную поверхность, позволяющую использовать кокиль без дополнительной механической обработки. Анализ температурных кривых системы «отливка кокиля - расплавляемый стержень - форма» показал, что при кристаллизации кокиля происходило полное
расплавление алюминиевого стержня, в результате чего рабочая поверхность отливки находилась в расплаве алюминия с температурой в пограничном слое до 850 оС [8]. Оксидная пленка на поверхности алюминия разрушалась вследствие быстрого расплавления стержня при заливке чугуна, и смачиваемость металлической поверхности отливки алюминием увеличивалась вплоть до возможности ее диффузионного насыщения, то есть алитирования [9]. В результате поверхность чугунного кокиля алитированная, что повышает его жаростойкость. Удаляемый из формы расплав стержня многократно использовался в дальнейших экспериментах [7]. Центробежные машины для отливки шаров дороги, наиболее предпочтительны конвейерно-кокильные установки с высокой производительностью и низкой себестоимостью изделий.
Высокая скорость охлаждения и затвердевания при литье в кокиль благоприятно влияет на качество отливок: повышаются их механические свойства, герметичность, плотность, улучшается структура.
Проанализировав требования, предъявляемые к мелющим шарам, стоимость материала для их изготовления, а также технологии получения, можно сказать, что лучше для изготовления применять технологию литья в металлические формы, так как полученная отливка будет иметь высокую стойкость, хорошую структуру и не потребуется термическая обработка.
Список литературы
1. Несвижский О.А. Производство мелющих тел для шаровых мельниц. М.: Машгиз, 1961. 151 с.
2. Carent-Sinonin S., MargerieJ. Caracteristignes mecanic meset resistance in lurure des fontes blanches «Rewue de Metallurgie». 1972. Vol. 69, no. 12. P. 809-823.
3. Лившиц М.И., Семенов О.Г., Сморчков И.В. Повышение производительности помольных мельниц в горнорудной промышленности. М.: МИСИС. 1988. Т. 38. С. 16-18
4. Поддубный А.Н., Кульбовский И.К., Дюков А.В. Мелюшие шары с высокой эксплуатационной стойкостью из белого легированного чугуна // Литейное производство. 1997. № 5. С. 46-47.
5. О механизме воздействия вибрации на кристаллизацию и структурообразование сплавов / Найдек В.Л., Эльдарханов А.С., Нурадинов А.С., Таранов Е.Д. // Литейное производство. 2003. № 9. С. 13-15.
6. Чиж Е.В., Хабибуллин Ш.М., Абенова М.Б. Чугунные износостойкие шары для шаровых мельниц // Материалы X международной научно-практической конференции. Саратов, 2016. С. 58-62.
7. Вдовин К.Н., Шубина М.В. Изготовление отливок по расплавляемой оснастке: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. 118 с.
8. Вдовин К.Н., Шубина М.В., Усатый Д.Ю. Температурный режим формы при литье по расплавляемой оснастке // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольце-ва. Магнитогорск: МГТУ, 2002. Вып. 2. С. 128-133.
9. Вдовин К.Н., Шубина М.В., Понурко И.В. Формирование структуры чугуна при литье по расплавляемой оснастке // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольце-ва. Магнитогорск: МГТУ, 2002. Вып. 2. С. 15-20.
10. Петриченко А.М. Теория и технология кокильного литья. Киев: Техника, 1967. 252 с.
№2 (19). 2016
43
Сведения об авторах
Чиж Елена Викторовна - магистр каф. литейного производства и материаловедения, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: [email protected].
Абенова Маркаба Борановна - ст. преп. каф. литейного производства и материаловедения, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова», Магнитогорск, Россия.
INFORMA TION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
SELECTION AND ANALYSIS OF MANUFACTURING TECHNOLOGY GRINDING BODIES
Chizh Elena Viktorovna - M. Eng., Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Abenova Markaba Boranovna - Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Abstracts: The problems of production of grinding balls of iron and steel production deficiencies identified them by different methods. The basic requirements for the grinding balls. Are presented and compared different technologies for the production of balls. Established the most efficient method of producing balls - casting in metal molds.
Keywords: balls, cast iron castings, wear resistance, metal mold (chill), production methods.
♦ ♦ ♦
