Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор 11
1.1 Конструкция шаровой мельницы и режимы е работы 11
1.2 Использующиеся виды футеровок 18
1.3 Влияние наклепа на износостойкость металлических материалов при различных видах изнашивания 20
1.4 Явления, происходящие при поверхностном механическом упрочнении деталей 32
1.5 Основные виды упрочняющей поверхностной обработки 43
1.6 Выводы по главе 1 56
Глава 2 Разработка режима упрочняющей обработки футеровки шаровой мельницы 57
2.1 Определение доминирующего вида изнашивания футеровки шаровых мельниц в условиях их работы в ОАО «Апатит» 57
2.2 Установление рабочих параметров мельницы для осуществления наиболее эффективного наклепа футеровки шарами 60
2.3 Определение размеров отпечатка на футеровке от многократного удара шарами 63
2.4 Установление вида зависимости, связывающей деформацию поверхностного слоя футеровки с твердостью, получаемую в результате внедрения шара 66
2.5 Определение твердости поверхностного слоя футеровки в результате многократного ударного воздействия шаром 74
2.6 Расчет необходимого времени упрочняющей обработки футеровки 76
2.7 Выводы по главе 2 76
Глава 3 Разработка методики и экспериментального стенда по изучению закономерностей ударно-абразивного изнашивания металлических материалов о горные породы 78
3.1 Существующие методы определения скорости ударно-абразивного изнашивания материалов 78
3.2 Методика испытаний металлических материалов в условиях, моделирующих ударно-абразивное изнашивание футеровок шаровых мельниц 84
3.3 Выводы по главе 3 90
Глава 4 Результаты экспериментального исследования влияния наклепа на скорость ударно-абразивного изнашивания материала футеровок 92
4.1 Определение скорости изнашивания исходных образцов 92
4.2 Результаты испытаний предварительно наклепанных образцов 95
4.3 Выводы по главе 4 98
Глава 5 Разработка технологии упрочнения металлической футеровки в процессе технического обслуживания и ремонта шаровых мельниц 100
5.1 Расчет времени допустимой эксплуатации мельницы между упрочняющими обработками 100
5.2 Технология упрочнения металлической футеровки шаровых мельниц в процессе их технического обслуживания и ремонта 101
5.3 Выводы по главе 5 105
Заключение 106
Список сокращений и условных обозначений 108
Список литературы 112
- Влияние наклепа на износостойкость металлических материалов при различных видах изнашивания
- Определение твердости поверхностного слоя футеровки в результате многократного ударного воздействия шаром
- Методика испытаний металлических материалов в условиях, моделирующих ударно-абразивное изнашивание футеровок шаровых мельниц
- Расчет времени допустимой эксплуатации мельницы между упрочняющими обработками
Введение к работе
Актуальность работы. Дробление и измельчение руд - одна из наиболее энергоемких и дорогостоящих операций. На горнообогатительных фабриках общие капитальные и эксплуатационные расходы на операции дробления и измельчения составляют 50 – 70 %.
Одной из основных статей расходов при измельчении руды являются затраты на мелющие тела и замену футеровки рабочих органов обогатительного оборудования. Так, при эксплуатации барабанных мельниц расходы на воспроизводство мелющих тел и футеровки достигают стоимости энергетических затрат, а иногда и превышают их. Такой высокий расход материалов обогатительного оборудования объясняется их интенсивным износом об абразивные горные породы в процессе дробления и измельчения.
Ежегодно на воспроизводство изношенных деталей горнообогатительного оборудования расходуется более 4 млн. т. металла или более 2,5 % от его производства в России.
Поэтому разработка рациональных и обоснованных решений по повышению ресурса быстро изнашиваемых элементов горнообогатительного оборудования является важной научной и практической задачей.
Степень научной разработанности темы исследования. Вопросами увеличения срока службы быстро изнашиваемых элементов горных машин и обогатительного оборудования, в том числе и футеро-вок (брони) шаровых мельниц, занимались Солод Г.И., Зимин А.И., Андреев Е.Е., Андреев С.Е., Маляров П.В., Перов В.А., Олевский В.А., Крюков Д.К., Дун И.Ф. и др. В результате проведенных ими исследований были предложены различные пути снижения скорости износа футе-ровок, такие как:
применение вместо традиционно используемого материала футеровки - стали 110Г13Л других более износостойких металлических материалов, например, белых износостойких чугунов;
замена металлической брони на футеровку из других материалов;
- оптимизация геометрии футеровки с целью предотвращения
проскальзывания по ее поверхности руды и др.
Тем не менее, как показывает практика эксплуатации, разработанные рекомендации не всегда применимы. По этим и другим причинам срок службы применяемых в настоящее время футеровок шаровых мельниц на большинстве горно-обогатительных фабрик все еще невелик. Так, срок службы футеровки шаровой мельницы МШЦ 55006500 (материал футеровки сталь 110Г13Л) – основного вида измельчительного оборудования на предприятии ОАО «Апатит» - составляет всего около 1 года. С учетом того, что масса одного сегмента футеровки 360 кг, понятно, что замена всей футеровки представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс.
В связи с этим исследования, направленные на повышение срока службы футеровок шаровых мельниц, остаются по-прежнему актуальными.
Цель исследования: повышение износостойкости футеровок шаровых мельниц на основе установления закономерностей изменения твердости их поверхностного слоя в результате наклепа, осуществляемого в режиме упрочняющей обработки.
Основная идея работы заключается в том, что предварительная упрочняющая обработка футеровки шарами снижает скорость ее ударно-абразивного изнашивания в процессе измельчения апатито-нефелиновой руды в шаровых мельницах.
Задачи исследования:
- анализ параметров работы шаровой мельницы
МШЦ 55006500 в стационарном режиме измельчения апатито-
нефелиновой руды и вида дефектов изношенных футеровок на предпри
ятии ОАО «Апатит» для определения доминирующего вида их изнаши
вания;
определение рациональных параметров режима работы шаровой мельницы, при которых упрочняющая обработка футеровки шарами обеспечивает наибольшее приращение твердости ее поверхностного слоя;
установление зависимости приращения твердости поверхностного слоя материала футеровки в результате многократного ударного воздействия шаров от степени пластической деформации металла, достигаемой при работе мельницы в режиме упрочняющей обработки;
- определение зависимости скорости изнашивания материала
футеровки в стационарном режиме измельчения апатито-нефелиновой
руды в шаровой мельнице от твердости поверхностного слоя футеровки,
достигаемой в результате наклепа;
- усовершенствование графика технического обслуживания ша
ровых мельниц включением в него цикла операций периодической уп
рочняющей обработки футеровок.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе был использован комплексный метод, включающий теоретические и экспериментальные исследования, проведенные с использованием разработанного экспериментального стенда.
Основные результаты исследования были получены путем математического моделирования с использованием разработанных методов расчета на основе теории Э.В. Дэвиса о движении шаров в шаровых мельницах. Для обработки экспериментальных данных были использованы методы математической статистики.
Защищаемые научные положения:
-
Приращение твердости материала поверхностного слоя футеровки (стали 110Г13Л) шаровых мельниц, возникающее в результате последовательных ударных воздействий шаров, зависит от степени деформации е поверхностного слоя в соответствии с уравнением вида HВ = Ax, в котором A и x - константы, характеризующие свойства материала футеровки. При работе мельницы МШЦ 55006500 в режиме упрочняющей обработки - частоте вращения барабана n = 0,24 с-1, коэффициенте загрузки шарами 30 %, времени обработки 18 минут, значение составляет 2 %, а твердость поверхностного слоя футеровки в результате обработки возрастает в 1,25 раза.
-
Экспериментально установлено, что наклеп поверхностного слоя футеровки шаровой мельницы МШЦ 55006500, возникающий в результате предлагаемой упрочняющей обработки, повышает в 1,6 раза стойкость материала футеровки - стали 110Г13Л - к ударно-абразивному изнашиванию при стационарном режиме измельчения апатито-нефелиновой руды в мельнице.
Научная новизна:
- установлена зависимость вида HВ = Ax повышения твердости
HВ металлической поверхности дна отпечатка, образующегося в ре-
5
зультате ударного воздействия шаров, от степени пластической деформации металла ;
- обнаружен эффект положительного влияния наклепа поверхно
стного слоя материала футеровок шаровых мельниц стали 110Г13Л на
скорость его ударно-абразивного изнашивания.
Соответствие паспорту специальности.
Работа посвящена повышению ресурса футеровок шаровых мельниц, как элементов оборудования горно-обогатительных предприятий, и соответствует п. 5 области исследований «Повышение долговечности горных машин и оборудования».
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается их согласованностью с общепризнанной теорией движения шаров в барабанной мельнице и методами повышения долговечности деталей машин, а также экспериментальными исследованиями по моделированию процесса ударно-абразивного изнашивания материала футеровок об апатито-нефелиновую руду.
Теоретическая и практическая значимость работы:
на примере основного материала футеровок шаровых мельниц – стали 110Г13Л показано, что упрочняющая обработка поверхностного слоя футеровок снижает скорость их ударно-абразивного изнашивания;
разработан и защищен патентом № 2451591 способ упрочнения поверхностного слоя стальных футеровок шаровых мельниц, который осуществляется наклепом футеровки шарами без ее демонтажа и извлечения из мельницы;
- определены рациональные параметры операции упрочнения
поверхностного слоя футеровок шаровых мельниц путем их ударной об
работки шарами в процессе технического обслуживания, периодическое
применение которой позволит значительно (в 1,6 раза) увеличить срок
службы футеровок;
разработан экспериментальный стенд для моделирования процесса ударно-абразивного изнашивания футеровок шаровых мельниц и изучения влияния наклепа на износостойкость;
результаты работы планируются к внедрению на предприятии ОАО «Апатит».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Всероссийской конференции «Изобретатели в ин-
новационном процессе России», г. Санкт-Петербург, 2013 г.; международной конференции «Научные доклады по проблемам недропользования» Фрайбергская горная академия, г. Фрайберг, Германия, 2012 г.; 10-й международной научно-практической конференции: «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», г. Воркута, 2011 г и др.
Личный вклад автора. Проведен анализ научно-
исследовательских работ по теме диссертации. На предприятии ОАО «Апатит» изучена техническая документация на шаровые мельницы, проанализирован вид износа футеровок и проведены измерения твердости их поверхностного слоя. Сформулированы научные положения, разработана методика ударно-абразивных испытаний материалов, проведены эксперименты по изучению влияния наклепа на износостойкость материала футеровки.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, 3 из них в изданиях из перечня рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Получен 1 патент на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, общим объемом 119 страниц печатного текста, содержит 10 таблиц и 62 рисунка, список литературы из 84 наименований.
Влияние наклепа на износостойкость металлических материалов при различных видах изнашивания
В соответствии с [12, 60] в зависимости от режима работы мельницы, соотношения твердости материала футеровки и породы, вида футеровки можно выделить три основных вида изнашивания брони:
- непосредственно абразивный - при интенсивном движении породы относительно барабана, когда твердость зерен породы превышает твердость материала футеровки и зерна оказывают режущее действие на металл. Проявляется у гладких и волнистых футеровок при работе мельницы в каскадном режиме на твердых породах, например, железной руде с твердостью 1000 НV [60];
- ударно-абразивный – при измельчении породы более твердой, чем материал футеровки, но при работе мельницы в водопадном или каскадно-водопадном режиме без заметного проскальзывания измельчаемой породы, когда зерна породы под действием падающих шаров пластически деформируют металл, не оказывая режущего действия;
- усталостный - при работе мельницы, как в водопадном, так и каскадном режимах на сравнительно мягких породах, например, известняке с твердостью 135 НV. При вдавливании зерен этих пород в футеровку они не способны подвергнуть ее материал пластической деформации, но оказывая многократную упругую деформацию (вместе с шаровой загрузкой), приводят к усталостному разрушению поверхностного слоя футеровки.
Ниже анализируются обнаруженные в литературе и полученные с участием автора сведения о возможном влиянии предварительного наклепа на износостойкость стали 110Г13Л и других металлических конструкционных материалов в случае того или иного вида изнашивания.
При трении твердого абразива о более мягкий металл происходит резание последнего твердыми частицами абразива. В процессе резания на поверхности металла образуются борозды, направленные в сторону направления движения абразивных частиц (рисунок 1.9 [61]), что и является характерным для абразивного изнашивания.
Важным является то обстоятельство, что, наряду с резанием, материал дна и наплывов борозд подвергается наклепу, интенсивность которого превышает уровень, который может быть достигнут при любом пластическом деформировании образца [8]. Об этом, в частности, свидетельствуют результаты [34] замера микротвердости образцов из стали 110Г13Л, подвергнутых абразивному изнашиванию: величина НV на дне бороздок (до 900) превышает предельную твердость материала, достигаемую в результате наклепа (584 [62], 654 [63], 781НV [7]). Поэтому осуществление предварительного наклепа деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания по твердой породе, не может способствовать повышению износостойкости их материала. Такой вывод подтверждается результатами различных эрозионных испытаний, например [7] (таблица 1.1), в том числе и проведенных с участием автора (рисунок 1.10 [60]).
Как можно рассчитать, исходя из угла наклона прямых рисунка для установившейся стадии процесса, скорости эрозионного разрушения стали 110Г13Л для наклепанных ((8,3±0,4)-104 кг/(м2 -с)) и ненаклепанных ((6,7 ±0,4)-10-4 кг/(м2 -с)) образцов весьма близки.
Отсюда можно заключить, что при работе металлической футеровки в условиях абразивного изнашивания предварительный наклеп материала футеровки не приведет к снижению скорости его эрозионного разрушения.
Что касается возможного влияния наклепа на скорость разрушения металлической футеровки в случае наличия других видов ее изнашивания в мельнице, по этому поводу можно отметить следующее. Из опыта многолетней практики известно [31, 32, 64], что поверхностное упрочнение (наклеп) является эффективным средством повышения усталостной прочности деталей, а в определенных условиях, и их износостойкости.
Усталость представляет собой процесс постепенного накопления повреждений в металле под действием переменных напряжений, приводящих к образованию и развитию усталостных трещин. Из-за различной ориентировки зерен и блоков, макро- и микродефектов напряжения в металле распределяются неравномерно. При расчетной нагрузке ниже временного сопротивления в отдельных перенапряженных локальных объемах происходит пластическая деформация и, как следствие ее предельного развития, возникают микротрещины. Микротрещины постепенно сливаются, образуя макротрещину, с течением времени распространяющуюся на все сечение.
Различают три стадии усталостного разрушения: зарождение усталостной трещины на поверхности образца, ее медленный рост до критического размера и быстрый долом оставшегося сечения образца или детали. После зарождения трещины каждый последующий цикл нагружения приводит к ее постепенному подрастанию. Направление роста усталостной трещины зависит от характера нагружения. При циклической нагрузке растяжение – сжатие трещина развивается под прямым углом к направлению приложенного напряжения, а при кручении трещина развивается в плоскости под углом 45 к направлению напряжения [65].
Определение твердости поверхностного слоя футеровки в результате многократного ударного воздействия шаром
Как указывалось в аналитическом обзоре (рисунок 1.27), такие прочностные характеристики металлических материалов, как сопротивление пластической деформации (предел текучести Т) или сопротивление разрушению (предел прочности B) при быстром возрастании нагрузки, т. е. в динамических условиях, существенно превышают значения тех же характеристик, демонстрируемых материалом при медленном нагружении, т. е. в статических условиях.
С другой стороны установлено [32], что при одинаковых удельной нагрузке и кратности ее приложения с помощью ударных методов можно достичь большей степени упрочнения, характеризуемой степенью повышения микротвердости, значениями сжимающих остаточных напряжений и толщиной упрочненного слоя, по сравнению со статическими методами ППД.
В этой связи можно было ожидать, что при одинаковой степени пластической деформации , которой подвергается металл при динамическом и статическом вдавливании шарика, твердость поверхности при динамическом воздействии должна быть существенно выше, чем при статическом вдавливании. Об этом, косвенно, могли свидетельствовать обнаруженные в литературе сведения [79], что приращение твердости НВ поверхности железнодорожных крестовин в результате воздействия взрывной волны до 2 раз превышает величину аналогичного показателя, демонстрируемого в случае обкатки крестовин роликом.
Приращение твердости поверхностного слоя футеровки в результате ударного воздействия на нее шарами определяли экспериментально. По шару, находившемуся на массивном отфрезерованном с 2-х сторон фрагменте футеровки шаровой мельницы МШЦ 5500х6500, наносили удар различной интенсивности с замером диаметра и твердости HV донной части получаемых отпечатков. Рассчитывали степень пластической деформации = (М/М)100 % и приращение твердости материала НВдин относительно начального значения НВ0 с построением соответствующей зависимости.
Оказалось (рисунок 2.8), что приращение твердости НВдин материала футеровки шаровых мельниц - стали 110Г13Л, возникающее в результате последовательных ударных воздействий шаров, зависит от степени деформации є е поверхностного слоя в соответствии с уравнением вида ЛИВ = Аєх, в котором А и х -константы, характеризующие свойства материала футеровки.
Для = 2 % величина НВдин, рассчитанная в соответствии с установленной зависимостью, оказалась равной 750 МПа Соответственно, твердость, приобретаемая поверхностным слоем футеровки в результате упрочняющей обработки (при НВ0 = 2800 МПа), была оценена в 3550 МПа, что в 1,25 раза превышает исходную твердость футеровки. 2.6 Расчет необходимого времени упрочняющей обработки футеровки
При установлении необходимого времени упрочняющей обработки (2.17) предполагали, что места падения шаров на футеровку в каждом поперечном сечении барабана распределены равномерно и для получения непрерывного по длине упрочненного слоя каждый шар внешнего слоя загрузки должен нанести не менее 20 ударов по футеровке (рисунок 2.9). (Согласно [69] большее число ударов не приводит к увеличению размера отпечатка). где Dвшс- диаметр окружности внешнего слоя шаров, ti - время между ударами по футеровке одного и того же шара (2,9 с), N - количество шаров (50 штук) внешнего слоя шаровой загрузки в каждом поперечном сечении барабана при степени заполнения = 30%.
1. По результатам расчетного анализа и визуального осмотра изношенных футеровочных плит сделано заключение, что в условиях работы шаровых мельниц на обогатительных фабриках ОАО «Апатит» не происходит заметного проскальзывания измельчаемого сырья по поверхности футеровки и она подвергается ударно-абразивному воздействию породы.
2. Рассчитаны значения рабочих параметров мельницы МШЦ 5500х6500:
- частота вращения барабана n = 14,2 мин-1;
- коэффициент загрузки шарами 30 %, при которых упрочняющая обработка футеровки шарами наиболее эффективна.
3. Предложена методика расчета, с использованием которой установлены диаметр отпечатка dм = 17,6 мм и глубина наклепанного слоя hн.с 10 мм, образующиеся на футеровке в результате многократного ударного воздействия шара при работе мельницы в предлагаемом режиме упрочняющей обработки.
4. На основании результатов экспериментов, проведенных на 9 марках металлических конструкционных материалов различных классов, сделан вывод, что широко использующееся в литературе выражение степени пластической деформации материала при вдавливании шарика в виде отношения диаметров dID приводит к полному несоответствию вида зависимостей НВ =(), аналогичным зависимостям, полученным при прокатке. В то же время, в случае выражения в виде отношения площади поверхности сферического отпечатка Мк половине площади поверхности параметров шара М указанные сравниваемые зависимости оказываются близкими.
5. Исходя из установленной формы выражения степени пластической деформации ( = М /М), была определена величина , соответствующая диаметру отпечатка dм = 17,6 мм, получаемому в результате упрочняющей обработки: при = 0,1 м, 2 %.
6. Экспериментально установлено, что приращение твердости НВдин материала футеровки шаровых мельниц - стали 110Г13Л, возникающее в результате последовательных ударных воздействий шаров, зависит от степени деформации є е поверхностного слоя в соответствии с уравнением вида НВ = Аєх, в котором А их -константы, характеризующие свойства материала футеровки. При этом, для = 2 % величина ЯЯдин = 750 МПа, а твердость, приобретаемая поверхностным слоем футеровки в результате упрочняющей обработки достигает 3550 МПа, что в 1,25 раза выше исходной твердости футеровки.
Методика испытаний металлических материалов в условиях, моделирующих ударно-абразивное изнашивание футеровок шаровых мельниц
Для моделирования процесса изнашивания футеровки шаровой мельницы МШЦ 4500х5000 при ее работе на обогатительных фабриках ОАО «Апатит» к разрабатываемым условиям испытаний были сформулированы следующие требования:
- доминирующий вид изнашивания – ударно-абразивный;
- материал изнашиваемого образца – материал футеровки сталь 110Г13Л;
- минералогический состав абразива в экспериментах - апатито-нефелиновая руда Кировского месторождения;
- гранулометрический состав абразива – частицы руды размером dср = 0,0001…0,001 м;
- наличие в абразивной массе жидкости (воды) в соотношении Ж : Т 1 : 3;
- кислотность абразивной массы, близкая к кислотности апатито нефелиновой пульпы в мельнице (pH 9,5);
- нанесение удара по породе с удельной энергией близкой к удельной энергии удара, передающейся от падающего на «пяту» шара через породо шаровую загрузку к футеровке.
При разработке методики испытаний за основу был взят метод изнашивания образца при ударе по абразивной массе [33, 80]. Принципиальная схема разработанной установки представлена на рисунке 3.4.
Установка позволяет наносить удар фиксированной энергии с заданными частотой (100 мин-1) и амплитудой (до 0,05 м). Энергия удара регулируется массой и высотой падения бойка 4.
Изнашиваемый образец 3 в экспериментах представлял собой цилиндр диаметром d = 0,007 м, изготовленный литьем из материала футеровки шаровой мельницы, используемой на предприятии ОАО «Апатит». В соответствии с результатами рентгено-флуоресцентного анализа, проведенного с использованием спектрометра XRF-1800, химический состав материала был близок к составу стали 110Г13Л по табличным данным.
Абразивная среда готовилась из фрагментов апатито-нефелиновой руды (рисунки 3.5, 3.6), полученных с рудника «Центральный» ОАО «Апатит». Минералогический состав, установленный по результатам микроскопических исследований (микроскоп Сarl Zeiss), и твердость основных компонентов руды по табличным данным [81] представлены в таблице 3.1.
Как можно заключить из данных таблицы 3.1, все основные компоненты используемой руды имели твердость не ниже 5 единиц по шкале Мооса, то есть величину, превышающую твердость стали Гадфильда по этой шкале ( 4 единицы).
Фрагменты руды измельчали молотком и подвергали просеиванию с отбором фракции (0,0001…0,001мм), близкой, к имеющей место на выходе из шаровой мельницы МШЦ 4500х5000. Навеску рудной массы весом 1 кг помещали в металлическую емкость, заливали водой в пропорции Ж : Т 1 : 3 и выдерживали 1- 3 суток для получения нужной кислотности среды (pH 9,5), которую замеряли pH-метром 673М; Требование о близости удельной энергии удара Qуд в экспериментах к величине буд, имеющей место в шаровой мельнице, обеспечивали необходимой высотой hоб падения бойка с образцом (рисунки 3.7, 3.8), рассчитываемой из равенства удельных энергий
п M-g-H m-g-hоб кДж Qуд = = =7,74, (3.1) где М - масса шара диаметром Dш = О,1 м (М = 4,1 кг), Н - высота падения внешнего слоя шаров до соприкосновения с пульпой при работе мельницы, F - площадь контакта породы с футеровкой, воспринимающая ударное воздействие от удара шара по породе (принималась равной площади сечения шара F = 7,85-10-3 м2), Kосл - коэффициент ослабления удара, показывающий во сколько раз энергия падающего шара ослабляется при передаче ее через слой пульпы к футеровке (в соответствии с опытами [1] по измерению действительной силы удара, испытываемой измельчающей подложкой, минеральная пульпа почти наполовину смягчает ударную силу, откуда принимали Косл = 2), т - суммарная масса груза и образца в экспериментах (т = 2,51 кг), hоб - высота падения груза с образцом до соприкосновения с абразивной массой, Fоб - площадь контакта образца с абразивной массой при ударе (принималась равной площади сечения образца F = 3,85-10"5 м2). Высоту Н устанавливали из расчетной траектории падения внешнего слоя шаров до соприкосновения с шаровой загрузкой и породой («пятой» ВС, рисунок 1,5, а) при работе мельницы в штатном режиме (n = 13,95 мин-1, = 42%). В соответствии с расчетом величина Н была оценена в 3,01 м, а значение hоб, для выполнения равенства (3.1), оказалось равным 12 мм. Опыты проводили по следующей схеме. Исходный образец из стали 110Г13Л после замера твердости HV0 его торцевой поверхности и взвешивания на аналитических весах (точность взвешивания ± 110-7 кг) закрепляли в зажимах бойка установки. Под образец помещали емкость с водоабразивной массой на необходимом расстоянии hоб до торцевой поверхности образца. Включали электродвигатель и осуществляли удары образцом по абразивной массе с частотой = 100 мин-1 в течение заданного времени t (1 – 5 мин). Отключали электродвигатель, извлекали образец из зажимов, очищали от следов абразива, просушивали, подвергали повторному взвешиванию и замеряли твердость изнашиваемой поверхности.
На этом же образце опыт повторяли 3 – 7 раз. Строили зависимость суммарной убыли относительной массы образца (потеря массы металла m отнесенная к площади Fоб его торцевой поверхности, кг/м2) от продолжительности испытаний t. Аналогичную серию испытаний проводили на других образцах, изготовленных из той же отливки стали. На втором этапе испытаний продолжали изнашивание этих же образцов по указанной схеме, но перед изнашиванием образцы подвергали упрочняющей обработке. Причем, для каждого образца обработку проводили с различной интенсивностью. Для этого емкость с рудой под образцом меняли на металлическую наковальню, по которой с помощью бойка установки (рисунок 3.8) осуществляли удары образцом с заданной частотой ( = 100 мин-1). Различную для каждого образца интенсивность ударов обеспечивали последовательным увеличением массы бойка М и высоты его падения h. После нанесения в течении t = 3-5 мин серии ударов замеряли твердость рабочей (наклепанной) поверхности образца (рисунок 3.9) и изучали ее распределение по глубине металла. (Максимальная твердость поверхности, которая была достигнута в результате такой упрочняющей обработки, оказалась близкой к 450 НВ). Изучение распределения твердости по глубине наклепанного образца проводили рентгено-томографическим методом, при обосновании применения которого для указанной цели исходили из следующего. В соответствии с [82], наряду с медициной, способ рентгеноструктурного анализа используется для изучения строения горных пород, различающихся по плотности в различных точках. При этом участкам породы с меньшей плотностью, например имеющим поры, на рентгенограммах соответствует большая интенсивность проходящих рентгеновских лучей (в дальнейшем – плотность излучения). С другой стороны, как сообщалось в аналитическом обзоре (рисунок 1.30 [70, 71]), пластическая деформация, протекающая в металле, приводит к уменьшению его плотности.
В этой связи предполагали, что наличие на наклепанных образцах участков подвергнутых пластической деформации и отличающихся, в результате, повышенной твердостью и пониженной плотностью должно найти свое отражение на соответствующих им рентгенограммах, а способ рентгеновской микротомографии может быть использован для изучения распределения твердости по толщине наклепанного слоя металла.
Расчет времени допустимой эксплуатации мельницы между упрочняющими обработками
Расчет производили, исходя из глубины h наклепанного слоя, возникающего в результате упрочняющей обработки (h 0,01 м).
За допустимую толщину наклепанного слоя /7доп, которая может быть подвергнута истиранию в процессе работы мельницы, была принята величина равная четверти hн.с
При принятии такого допущения исходили из результатов рентгено-томографического анализа о распределении твердости по глубине наклепанного образца, а так же заключения [31] о том, что снятие более 25 % толщины наклепанного слоя приводит к существенной потере положительных свойств деталью, приобретенных в результате наклепа.
В предположении, что реальная скорость изнашивания футеровки уэкспл (2,110"4 м/сут) в результате упрочняющей обработки уменьшится в такой же степени, как и в экспериментах (в 1,6 раза) скорость изнашивания упрочненной брони vэкспл упр может быть оценена в 1,3-10 4 м/сут.
Время, в течение которого упрочненная футеровка износится на допустимую величину /7доп составит Полученную величину tизн и принимали за допустимый период между проведениями упрочняющего наклепа.
С учетом того, что футеровку меняют, как правило, при достижении полного истирания ее волнообразного выступа (толщиной = 0,076 м), время непрерывной эксплуатации футеровки составит
Таким образом, для обеспечения непрерывного наклепанного состояния футеровочных плит из стали Гадфильда требуется периодическая (в течение 18 мин) упрочняющая их обработка шарами с периодом между обработками 20 сут. Проведение упрочняющей обработки с такой периодичностью позволит продлить срок непрерывной службы футеровочных плит до 1,6 года.
Технология упрочнения металлической футеровки шаровых мельниц в процессе их технического обслуживания и ремонта
Для обеспечения работоспособности используемые на ОАО «Апатит» шаровые мельницы подвергаются в процессе эксплуатации непрерывному техническому обслуживанию и периодическим ремонтам, проводимым с остановкой мельницы.
Ремонты подразделяются на текущие, проводимые через 1440 часов (60 дней) эксплуатации мельницы, продолжительностью 84 часа каждый и капитальные, которые проводятся через 8640 часов (360 дней) непрерывной работы шаровой мельницы, продолжительностью 384 часа каждый.
Текущий ремонт включает в себя проверку гидравлической и механической систем шаровой мельницы, подтяжку болтовых соединений, проверку и смазку зубчатого зацепления, проверку подшипников скольжения, замену изношенных и поврежденных сегментов футеровки.
Капитальный ремонт включает в себя мероприятия текущего ремонта, а также замену футеровки, баббитовых вкладышей подшипников скольжения, зубчатого венца, вал-шестерни в зависимости от величины их износа.
Для уменьшения массы и пускового момента на электрическом двигателе при его последующем запуске перед проведением как капитального, так и текущего ремонтов мельницу разгружают от породы. Разгрузка осуществляется следующим образом: за 20 минут до остановки прекращают загрузку породы в барабан мельницы при непрекращающейся подаче воды, за счет чего порода постепенно вымывается из барабана.
Режим запуска мельницы зависит от вида проводимой ремонтной операции. Если проводился текущий ремонт, то после запуска и выхода мельницы на рабочую частоту вращения в нее сразу начинают подавать смесь породы с водой (пульпу). В случае капитального ремонта с заменой футеровки мельница запускается и работает без породы в течение 30 минут. Такая операция называется «подбивкой» [84] и предназначена для проверки болтовых соединений футеровки с корпусом барабана мельницы. После этого мельница останавливается для подтяжки ослабших болтовых соединений и вновь запускается. После выхода скорости вращения мельницы на рабочую частоту в не начинают подавать измельчаемую горную породу с водой.
Как было установлено в гл. 2, для осуществления эффективного наклепа футеровки требуется:
- максимально возможное освобождение барабана мельницы от породы;
- обеспечение коэффициента загрузки шарами на уровне 30%;
- обеспечение скорости вращения барабана во время упрочняющей обработки на уровне 14,2 мин-1;
- проведение упрочняющей обработки в течение 18 минут;
- упрочняющую обработку проводить через каждые 20 суток. Сопоставляя выдвигаемые условия обработки с планограммой технического обслуживания и ремонта шаровых мельниц, логично было заключить, что часть упрочняющих обработок необходимо совместить с проведением текущего ремонта (через 60 суток), а остальные недостающие обработки (по 2 через 20 дней) проводить между указанными ремонтами, прерывая работу мельницы на время упрочняющей операции. Время проведения обработки ( 18 минут) не окажет существенного влияния на производительность мельницы.
