Разработка научных основ и технологии промышленного производства мелющих шаров из чугуна с высокой эксплуатационной стойкостью

• Автор: Поддубный, Анатолий Никифорович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 55 с.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Перспективы экономического роста России неразрывно связаны с развитием отраслей промышленности, добывающих и перерабатывающих минеральные виды сырья и топлива.
Прежде, чем попасть в сферу промышленного производства, большая часть материалов (руда, стройматериалы, уголь и др.) подвергается тщательному измельчению в шаровых мельницах. До последнего времени в нашей стране в качестве мелющих тел использовали преимущественно шары из различных средне- и высокоуглеродистых марок стали, которые из-за относительно низкой твердости (около 40 НДС) и малого содержания в структуре карбидов обладают недостаточной износостойкостью. Быстрый износ стальных шаров приводит к вынужденным простоям мельничного оборудования, ухудшению качества подготовки сырья и значительным потерям металла. Так, расход стальных шаров при измельчении тонны железной руды может достигать одного килограмма, что при больших объемах переработки исчисляемых миллионами тонн в год составляет огромные потери металла. В зарубежной и отечественной практике наряду со стальными применяют литые шары из белого чугуна, которые благодаря высокой износостойкости пользуются спросом особенно там, где предъявляют высокие требования к чистоте продуктов измельчения по содержанию железа (цемент, минеральные удобрения и др.). Однако применяемые технологические процессы получения чугунных шаров литьем в разовые формы не в состоянии обеспечить потребности массового производства. Они недостаточно экономически эффективны и экологически безопасны. Кроме того, из-за относительно медленного теплоотвода в форме не удается получить структуру, позволяющую в полной мере реализовать высокий уровень эксплуатационных характеристик мелющих тел из чугунов. Поэтому создание новых технологических процессов, обеспечивающих организацию промышленного производства чугунных шаров для размола различных видов минерального сырья является важным этапом повышения качества и конкурентной способности ппплукции, производимой целым рядом отраслей промышленности России..ель работы: разработка научных основ и технологических процессов и
ог.п*узования для изготовления мелющих тел из чугунов с высокой эксплу-:здой стойкостью, организация их промышленного производства. Для шя поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
зоретический анализ и исследования основных механизмов износа " Гения мелющих тел в шаровых мельницах, создание на этой основе -ментальных методов испытаний готовой продукции, воспроизводящих
* а А
£ О
Я-.З*
. г;

условия максимально приближенные к реальным, определение критериев оценки эксплуатационной стойкости шаров и контроля их качества в процессе серийного производства;
- закономерности формирования структуры и свойств различных типов чугунов при литье шаров в кокиль и получении непрерывнолитых заготовок;
- выявление принципиальных возможностей производства мелющих тел методами пластической деформации из белых износостойких и высокопрочных чугунов. Разработка новой комплексной технологии производства шаров и цильпебсов;
- влияние технологических факторов плавки, подготовки металлических расплавов к кристаллизации и температурных условий заливки на качество шаров, их механические и эксплуатационные свойства;
- определение режимов термической обработки, обеспечивающих оптимальное сочетание ударостойкости и износостойкости мелющих шаров, а также проведение пластической деформации непрерывнолитых заготовок из различных типов чугуна;
- анализ условий эксплуатации кокилей (возникающих температурных полей, термических напряжений и деформаций), выявление факторов определяющих стойкость литейной оснастки, и разработка оптимальных составов сплавов для ее изготовления.
Научная новизна работы состоит в решении научно-технической проблемы, заключающейся в установлении закономерностей формирования структуры и свойств мелющих тел из различных типов чугуна при изготовлении их литьем в металлические формы и методами пластической деформации, экологически чистого и высокоэффективного технологического процесса, а так же оборудования для автоматизированного серийного производства.
Основные научные результаты работы следующие:
- разработаны основы теории и технологии производства высококачественных мелющих тел различного диаметра из обычного, высокопрочного и легированных чугунов методом литья в кокиль;
- изучены особенности кристаллизации и структурообразования чугуна при литье в кокиль. На этой основе разработаны эффективные способы воздействия на эти процессы, обеспечивающие получение требуемой для мелющих шаров структуры и свойств чугуна;
- сформулирована новая концепция оценки качества мелющих шаров и разработаны методы определения возникающих в них при соударении в мельницах уровней динамических напряжений, учитывающих значения меха-

тво технологический процесс и отраслевые технические условия "Шары литые чугунные для шаровых мельниц" N ТУ 1173-02884032-402-94.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ШАРОВ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ И БЕЛОГО ЧУГУНА, ПОЛУЧАЕМЫХ ПРОКАТКОЙ ИЗ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК, И РАЗРАБОТКА НА ЭТОЙ ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИХ С ВЫСОКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТЬЮ.
Исследование влияния горячей пластической деформации на свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Исследовали влияние различных способов горячей пластической деформации на свойства ЧШГ.
Ковка осуществлялась на пневматическом молоте слитков из ЧШГ 0 80 мм и со стороной 60 мм на круг 0 32 мм. Температура ковки была 1050° С, а уков составлял 2,6-5, 0. Поковка получалась плотной без видимых трещин при укове до 5, сверх чего на торцах заготовок появлялись трещины, в связи с чем максимальную степень укова приняли 5.
Прокатка на полосу проводились из сутунки из ЧШГ толщиной 25 мм на стане горячей прокатки при температурах 900-1050°С. За 6 проходов их прокатывали до толщины 8 мм. Затем подогревали до 850°С и докатывали до минимальной толщины, при которой появлялись трещины по кромке полосы. В результате за 5-6 проходов полоса докатывалась до толщины 1,5-2,5 мм. Эти данные послужили основой для прокатки ЧШГ.
Горячее прессование было проведено на горизонтальном гидравлическом прессе круглых СЛИТКОВ 0 80 мм с отверстием 32 мм, скорость деформации составила 10 мм/с, температура прессования 1050°С. Таким способом были изготовлены трубы 0 55x14, 0 50x10, 040x5, «38x4 мм
чество полученных труб хорошее, на них легко нарезается резьба.
Прокатка шаров и пильпебсов осуществлялась на шаропрокатных станах. При соответствующих температурно-деформационных условиях они получались удовлетворительного качества.
Исследования проводились с ЧШГ химического состава; 3-3,4% С; 1,7-2,5% 31; о, 6-0,8% Мп; до 0,05% Р, до 0,015% в, до 0,3% Сг, N1, Си; О, 04-0, 06% Мя. В литом состоянии графит имел шаровидную форму с размерами включений до 90 мкм, а металлическая матрица в литом состоянии состояла 50-60% перлита, 30-40% феррита, 3-10% ледебурита. После высокотемпературного отжига заготовок содержание ледебурита уменьшилось до 1-3%, содержание феррита составляло 70-80%, перлита 19-27%. Твердость в литом состоянии составляла 180-340 НВ, после отжига -130-160 НВ. Механические свойства ЧШГ после различных видов горячей пластической деформации приведены в табл. 12.