Технические науки/1. Металлургия

Гергерт А.В., Мусин С.С., Байшуаков С.М.

ТОО «Металлэкс», г. Павлодар, Республика Казахстан

к.т.н. Богомолов А.В.

Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова

Получение углеразмольных бил для молотковых дробилок с повышенной износостойкостью

Молотковые дробилки и мельницы обусловлены рядом достоинств: компактностью, низкими удельными энергозатратами, способностью в процессе помола активировать кремнеземсодержащие породы. Однако длительная эксплуатация подобных измельчительных машин выявила недостатки, заключающиеся в ограниченном сроке службы рабочих элементов - бил. [1-3]. Одной из причин этого недостатка является высокие ударные и температурные воздействия в процессе помола на рабочие элементы установки. С учетом ударного воздействия на измельчаемом и измельчающем материалах развиваются температуры около 1000 °С [2,3]. Эти явления и провоцируют развитие абразивного износа, которое обусловливается, прежде всего, низкой теплостойкостью материала применяемого для изготовления бил.

Молотковые дробилки и мельницы используются на тепловых электростанциях для размола углей, торфа и горючих сланцев. Ежегодкая потребность энергетики стран СНГ в билах для молотковых дробилок превышает 3,5 млн.штук Из всех нашедших широкое применение типов измельчительного оборудования молотковая мельница конструктивно наиболее проста. Мелющими элементами молотковой мельницы являются била и броня корпуса. Била укрепляются с помощью пальцев на билодержателях, а последние также с помощью пальцев крепятся к дискам, насаженным на вал ротора. Шарнирное (нежесткое) крепление бил и билодержателей позволяет смягчить удары и предотвратить или сократить вероятность поломок при попадании в мельницу посторонних металлических предметов или крупных кусков топлива. Кроме того, шарнирное крепление бил и билодержателей позволяет легко заменять эти элементы.

Схема движения и размола топлива в молотковой мельнице может быть представлена следующим образом: частицы топлива после встречи с билом отбрасываются к броне со скоростью близкой к окружной скорости бил. Отскакивая от брони, крупные фракции и их осколки вновь попадают в зону вращения бил, и процесс повторяется многократно вплоть до выхода топлива из мельницы в сепаратор. При ударе бил по частицам топлива, а также при последующих ударах частиц топлива о броню или о другие частицы происходит их измельчение. Измельчение частиц топлива происходит также за счет трения при их перемещении по поверхности бил и по броне. Это имеет преобладающее значение для относительно мелких частиц, встреча которых с билами происходит при сравнительно малой разнице скоростей.

Срок эксплуатации бил молотковых угольных дробилок зависит от их материала и абразивных свойств топлива. Так, например, срок эксплуатации бил молотковых угольных мельниц при размоле экибастузского угля около 800 часов, канско-ачинских углей и горючих сланцев около 1500 часов, а подмосковного бурого угля всего около 250 часов[2,3]. Для действующих предприятий необходимость сокращения интенсивности износа бил диктуется стремлением уменьшить затраты на приобретение бил и их замену. Предельной величиной допускаемого в эксплуатации износа бил является возможность их разрушения в наиболее изнашиваемых рядах и такое укорочение бил в процессе эксплуатации, при котором диаметр ротора мельницы сокращается на 15%. Такими, как правило, являются крайние ряды, а также ряды бил, куда концентрированно поступает исходное топливо или возврат из сепаратора. Повышенный износ бил в крайних рядах является результатом большей относительной скорости встречи бил с частицами топлива из-за торможения последних о торцевые стенки корпуса, при этом наибольшему износу подвержены боковые стенки бил, а также билодержатели со стороны торцевой стенки.

Анализ литературных данных и условий эксплуатации измельчительного оборудования показывает, что основной причиной выхода бил из строя является абразивный износ их рабочей поверхности. Разрушение или скол бил происходит редко, в случае попадания в мельницу металлических предметов. Механизм износа различен и зависит от условий износа, но в основном он состоит в том, что с поверхности металла вырываются мелкие частицы металла. В случае абразивного износа износостойкость определяется сопротивлением металла хрупкому разрушению и его твердостью. При наличии агрессивных сред сопротивление износу зависит также и от коррозионной стойкости материала. Не следует забывать, что эксплуатация бил происходит в среде топочных газов, которые подаются в мельницу в качестве сушильного агента. Стойкость против абразивного износа возрастает с увеличением твердости изнашиваемого материала. При одинаковой твердости сталь, имеющая крупнокристаллическую структуру, имеет меньшую износостойкость, чем сталь с мелкокристаллической структурой, так как у первой меньше сопротивление хрупкому разрушению.

Наиболее эффективными путями повышения срока службы бил молотковых угольных дробилок и мельниц являются:

- изготовление бил из материала с повышенной стойкостью к абразивному износу;

- наплавка рабочей поверхности бил, изготовленных из вязкой ударостойкой углеродистой стали, твердыми износостойкими сплавами;

- армирование рабочей зоны бил, изготовленных из вязкой ударостойкой углеродистой стали, твердосплавными вставками[4,5].

В ходе выполнения научно-исследовательской работы ТОО «Металлэкс» была разработана технология получения углеразмольных бил для молотковых дробилок с повышенной износостойкостью за счет формирования на рабочей поверхности отливок металлокерамического слоя [6].

На производственной базе ТОО «Металлэкс» было произведено несколько серий опытного производства отливок углеразмольных бил для молотковых дробилок с повышенной износостойкостью за счет формирования на рабочей поверхности отливок металлокерамического слоя и получены следующие результаты:

- установлены характеристики износостойкости бил из стали 25Л в условиях эксплуатации, выбраны технологические решения, способствующие образованию на поверхности высокопрочного абразивостойкого слоя из металлосиликатов, реализован процесс формирования износостойкого слоя в процессе заливки и кристаллизации.

-Установлено, что для получения управляемого пригара на поверхности отливок оптимальной является технология литья по газифицируемым моделям.

- Разработана и запатентована принципиальная технологическая схема получения отливок углеразмольных бил для молотковых дробилок с повышенной износостойкостью и спроектирована технологическая оснастка.

По геометрическим параметрам и физико–механическим свойствам отливки «Било» соответствуют заявленным требованиям согласно чертежа детали, сталь 25Л. Для обеспечения стабильного качества нового вида продукции введены необходимые изменения в технологическую и конструкторскую документацию.

Полученные по данной технологии била были установлены на молотковой дробилке в количестве 108 штук на комплект и были использованы для дробления угля. В результате опытных испытаний были достигнуты следующие результаты:

Стойкость бил до выхода из строя оказалась значительно выше стойкости бил, полученных по классической технологии из стали 110Г13Л или стали 25Л с наплавкой сормайтом.(обычная фактическая норма стойкости примерно 500 часов). Подтверждена высокая эффективность работы на ударное истирание сформированного управляемым пригаром высокопрочного абразивостойкого слоя из металлосиликатов.

Вывод: Разработанная технология получения углеразмольных бил для молотковых дробилок с повышенной износостойкостью за счет формирования на рабочей поверхности отливок металлокерамического слоя. позволяет получать годные изделия и обеспечивает фактическую износостойкость существенно выше обычно применяемых бил в промышленном производстве.

Литература:

1 Тепляшин М.В. Разработка методики определения износостойкости бил углеразмольных молотковых мельниц // Вестник Северо-Восточного государственного университета. 2016. № 25. С. 103-106.

2 Черканов М.В., Гурьев А.М. Анализ условий эксплуатации и материала бил молотковых угольных мельниц //В сборнике: Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств Сборник научных трудов x международной научно-практической конференции. Барнаул, 2009. С. 166-169.

3 Ласьков Н.А. Совершенствование конструкции и технологии изготовления литых бил с целью повышения их эксплуатационных свойств. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Челябинск, 1990

4 Кириченко Г.Н., Петров С.Л., Позин И.А., Уткин Н.С., Бахирева Ю.А. О некоторых направлениях повышения срока службы бил молотковых мельниц // Энергетик. 2008. № 1. С. 17-19.

5 ЗАО "ПРАКСИС ИНЖИНИРИНГ" Биметаллические молотки и била с повышенным эксплуатационным ресурсом для всех типов дробильного оборудования роторного типа // Уголь. 2015. № 5. С. 16.

6 Гергерт А.В. Способ литья по газифицируемым моделям // Инновационный патент Республики Казахстан № 29824. // Промышленная собственность, бюл.№5 от 15.05.2015.