/ 25 1 (59), 2011 и. А. БуСЕл, уП «иНжгЕоСтРой», и. Е. оМЕльчЕНко, оАо «Мзоо», л. з. ПиСАРЕНко, уП «иНжгЕоСтРой», В. М. ПРиЕМко, оАо «Мзоо» УДК 621.74 раЗраБотка и освоеНие теХНологии иЗготовлеНия мелющиХ тел в раЗовыХ ПесЧаНо-глиНистыХ ФормаХ В настоящее время весьма актуальными явля- ются решения вопросов импортозамещения и по- лучения конкурентоспособной продукции на пред- приятиях Республики Беларусь. Это касается, в частности, проблем разработки технологических процессов отливки мелющих тел, работающих в условиях интенсивного ударно-абразивного и абразивного износа, в цементной, строительной, горнодобывающей и других отраслях промышлен- ности, связанных с измельчением высокоабразив- ного минерального сырья (руда, песок и др.) в ша- ровых мельницах. К мелющим телам, работающим в условиях ударно-абразивного износа, относятся шары, используемые для грубого помола материалов, а к мелющим телам, работающим в условиях абра- зивного износа, – цилиндры (цильпебсы) и др., ис- пользуемые для тонкого и сверхтонкого помола. Это деление в известной степени условное. Основная масса мелющих шаров изготавлива- ется из стали. ГОСТ 7524-89 [1] распространяется на шары стальные катаные, кованые и штампован- ные и классифицируется по твердости на четыре группы: 1 – нормальной твердости общего назна- чения; 2 – повышенной твердости общего назначе- ния; 3 – высокой твердости для измельчения руд черных металлов; 4 – особо высокой твердости для измельчения руд цветных металлов, цемента и огнеупоров. Вместе с тем, для производства мелющих тел, в том числе и шаров, наиболее часто используются низко- и высоколегированные белые чугуны. Бла- годаря наличию в их структуре большого количе- ства карбидов, прочно связанных с металлической основой, отливки из белых чугунов могут дли- тельно эксплуатироваться в абразивно-активных средах, сохраняя первоначальную форму. При этом сроки работы мелющих тел увеличиваются в несколько раз по сравнению со сталями [2]. Наиболее трудной является проблема обеспе- чения промышленности стройматериалов и горно- обогатительных комбинатов мелющими цилин- драми (цильпебсами) для тонкого и сверхтонкого помола. В настоящее время практически все заво- ды изготавливают цильпебсы из чугуна. Высокую твердость и износостойкость имеют белые чу- гуны, структура которых состоит из цементита и перлита, причем в отдельных случаях доэвтекти- ческий чугун. Эти структурные составляющие мо- гут содержаться в чугуне в форме сохранившейся эвтектики – ледебурита. Производство мелющих цилиндров в СНГ ор- ганизовано на ряде металлургических заводов, где с целью удешевления продукции используют до- менные передельные чугуны первого переплава с заливкой металлических форм на карусельно-ко- кильных и конвейерно-кокильных машинах. К числу производителей мелющих тел по данной техно- логии относятся: ОАО «Гурьевский металлурги- ческий завод»; ОАО «Новокузнецкий металлур- гический комбинат»; ОАО «Нижне-Тагильский металлургический комбинат»; ОАО «Пашийский металлургическо-цементный завод»; ОАО «Косо- горский металлургический завод», а также ряд ли- тейных заводов России, Украины, Германии, Ита- лии и др. И хотя по сравнению с литьем в песчаные фор- мы эти методы более прогрессивные, однако недо- статки в технологии производства не дают воз- можности рекомендовать их для более широкого внедрения из-за большого количества недолитых форм, рыхлот, газовых и усадочных раковин, утя- The carried out experimental and scientific-research works enabled to organize mass production of grinding bodies, which being successfully tested at the enterprises of building industry of the Republic of Belarus now. 26 / 1 (59), 2011 жин. Около 30% отливок составляют «коротыши», получаемые вследствие замораживания форм при заливке [3]. В Республике Беларусь производство мелю- щих тел в металлические формы находится пока в стадии получения небольших эксперименталь- ных партий, созданы опытные кокильные и цен- тробежные машины, которые естественно не мо- гут обеспечить необходимый объем выпуска ме- лющих тел. Научно-производственным частным унитарным предприятием «Инжгеострой» совместно с ОАО «Минский завод отопительного оборудования» разработана технология и освоено производство мелющих тел новых модификаций в песчано-гли- нистые формы. Учитывая опыт СНГ в получении шаров и циль- пебсов, недостатки в получении качественных ме- лющих тел литьем в кокиль, было принято реше- ние для выпуска мелющих тел использовать со- временные высокопроизводительные АФЛ типа «Disamatik» литьем в разовые земляные формы. Предполагалось, что получение высококачествен- ного литья на АФЛ даст возможность компенсиро- вать недостатки, связанные с более медленной скоростью охлаждения отливок в земляных фор- мах по сравнению с металлическими. Более того, предусмотрено в белом чугуне повышение содер- жания хрома, регулирование С и Si, а также созда- ние рациональных конструкций мелющих цилин- дров (цильпебсов) с повышенными площадями контакта при 100%-ном получении годных отли- вок без усадочных раковин и пористости. Поскольку именно установленные малые до- бавки хрома (0,5–1,0%) достаточны для необходи- мого повышения твердости (415–530 НВ) и изно- состойкости цильпебсов, это дает возможность организовать массовый выпуск отливок цильпеб- сов и шаров диаметром 40–60 мм в ОАО «МЗОО» параллельно с серийной продукцией из серого и белого чугуна на АФЛ «Disamatik», снабженной автоматической заливочной станцией с выплавкой чугуна в вагранке. Использование высокопроизводительных АФЛ типа «Disamatik»является в условиях Республики Беларусь практически единственным перспектив- ным альтернативным решением, которое может обеспечить массовый выпуск мелющих тел высо- кого качества в песчано-глинистых формах по срав- нению с другими способами (литье в кокиль, цен- тробежное литье и др.), где наращивание больших объемов выпуска мелющих тел связано с больши- ми капитальными затратами, требует организации новых производств. Трудности при разработке технологии выплав- ки хромистого чугуна заключались в том, что при работе с использованием дуплекс-процесса «ва- гранка-миксер» возможна выплавка только близ- ких по химическому составу чугунов с ограничен- ным содержанием хрома (0,07–0,2%) или же вы- плавка только легированных, в том числе и хроми- стых чугунов. В производственной практике ОАО «МЗОО» наряду с традиционными составами чу- гунов с ограниченным содержанием хрома, из од- ного и того же миксера требуется получение бело- го хромистого чугуна (0,5–1,0% Cr). Однако из-за наличия в миксере всегда остающегося остатка металла предыдущей плавки, так называемое «бо- лото», например обычного белого чугуна, переход на белый чугун с повышенным содержанием хро- ма, а затем на серый чугун с низким содержанием хрома явилось непростой технологической зада- чей, которая была успешно решена и позволила организовать в ОАО «МЗОО» массовое производ- ство высококачественных мелющих тел для нужд предприятий Республики Беларусь с обеспечени- ем в чугунах необходимых пределов по содержа- нию хрома. На шихтовом дворе ЛЦКСЧ ОАО «МЗОО» проведена соответствующая перепланировка, ис- ключающая пересечение потоков возврата белого и серого чугуна с возвратом хромистого. Легиро- ванный лом коррозионностойких и жаропрочных хромистых сталей, используемых для выплавки чугуна для мелющих тел, и возврат хромистого чугуна хранится в отдельных бункерах и приям- ках, исключающих попадания их в шихту для бе- лого или серого чугуна. На способ получения хро- мистого чугуна подана заявка на получение евра- зийского патента. Принималось много попыток найти оптималь- ную форму цилиндров (цильпебсов) [3] с целью повышения производительности мельницы и уве- личения тонины помола. При этом преследова- лась основная цель – увеличить поверхность со- прикосновения, а также поверхность трения меж- ду мелющими телами и размалываемым матери- алом. В традиционных технологиях измельчения природных материалов применяются цилиндриче- ские мелющие тела (цильпебсы), имеющие не- большой литейный уклон. Для них характерен ли- нейчатый контакт, переходящий в точечный при самом незначительном перекосе, вызываемым не- гладким рельефом контактной поверхности футе- ровки или падением в случайном порядке. Недо- статком цилиндров является также то, что при от- ливке такой формы вследствие неравномерного / 27 1 (59), 2011 охлаждения у торца, особенно в верхней части от- ливки, возникают напряжения, вызывающие по- вышенную хрупкость и раскалывание, которые могут быть усугублены наличием усадочных рако- вин и рыхлот. Осколки цилиндров могут попадать в технологическое оборудование. Была поставлена задача – создать форму мелю- щего тела, приближенную к форме естественного износа. За счет отсутствия углов, торцов и граней обеспечиваются повышенная прочность и износо- стойкость. Создано несколько конструкций мелющих тел, для которых изготовлена модельная оснастка для изготовления отливок на АФЛ «Disamatik». Полу- чены патенты на полезные модели. Для обеспечения хороших эксплуатационных свойств мелющих тел необходима технология, исключающая появление усадочной пористости и раковин, которые являются наиболее распро- страненным видом брака шаров и цильпебсов и которые связаны с несовершенством существую- щих литниковых систем. Наличие в тепловых уз- лах мелющих тел усадочной пористости и раковин приводит в процессе их эксплуатации к быстрому износу и разрушению в наиболее слабых сечениях – в области усадки. Ранее использовались различные типы литни- ковых систем, однако все они обладали недостат- ками. Так, например [4], известна литниковая система для получения шаров диаметром от 13 до 50 мм в разовые песчано-глинистые формы с горизонтальным разъемом, содержащая стояк и коллектор, от которого горизонтальными рядами располагаются питающие друг друга мелющие тела. Как показала практика, около 60% отливок имели раковины и рыхлоты. То же можно сказать и о литниковой системе для отливок мелющих тел в металлические формы с вертикальным разъемом [2], где отливки между собой также располагаются последовательно, т. е. питают друг друга. И хотя питание отливок осу- ществляется так, что верхние отливки являются прибылями, не удалось избежать известных недо- статков. Не удалось избежать таких же недостатков и в разработанной фирмой «Disa» специальной литниковой системе для мелющих тел [5]. Тем не менее, перед разработчиками техноло- гии была поставлена задача – получить 100% год- ных отливок без усадочной пористости и раковин с оптимальными сечениями питателей, обеспечи- вающих удовлетворительное отделение отливок от литниковой системы. Было найдено нетрадицион- ное решение, которое впервые позволило решить проблему 100%-ного получения годных отливок. С использованием разработанной литниковой си- стемы изготовлены модельные оснастки, по кото- рым уже произведено более 2500 т качественного литья. На разработанную литниковую систему по- лучен патент. Таким образом, проведенные эксперименталь- ные и научно-исследовательские работы дали воз- можность наладить массовое производство мелю- щих тел, которые проходят успешные испытания на предприятиях стройиндустрии Республики Бе- ларусь. Промышленные испытания опытных партий мелющих тел, изготовленных по разработанной технологии, показали их хорошие эксплуатацион- ные качества при измельчении сырьевых компо- нентов для производства ячеистого бетона и помо- ле цемента. Литература 1. ГОСТ 7524-89 Шары стальные мелющие для шаровых мельниц. 2. П о д д у б н ы й А. Н., Р о м а н о в Л. М. Износостойкие отливки из белых чугунов для металлургии и машинострое- ния. Брянск: Придесенье, 1999. 3. Н е с в и ж с к и й О. А. Долговечность быстроизнашивающихся деталей цементного оборудования. М.: Машинострое- ние, 1968. 4. Г а р б е р М. Е. Отливки из белых износостойких чугунов. М.: Машиностроение, 1972. 5. Технические материалы фирмы «Disamatik» Dansk Indarstry Sindikat ALSLR2730 HERLEY DENMARK, 1974.