Види дробарок

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Дроблення та подрібнення

1.1 Процеси дроблення та подрібнення

Дроблення та подрібнення - це процеси зменшення розмірів кусків або зерен корисних копалин руйнуванням і дією тих зовнішніх сил, які переборюють внутрішні сили зчеплення, що зв'язують між собою частинки твердої речовини.

Принципово процеси дроблення і подрібнення не відрізняються між собою. Умовно вважають, що після дроблення отримують продукти більше 5 мм, а після подрібнення - менше 5 мм. Для дроблення застосовують дробарки, а для подрібнення - млини.

Чим повніше «розкриваються» (відокремлюються один від одного) мінерали під час дроблення та подрібнення, тим успішніше протікає наступне збагачення корисних копалин. Проте, повного «розкриття» мінералів досягнути не вдається, оскільки для цього довелося б дуже сильно подрібнювати руду перед збагаченням, а це здорожує процес і погіршує результати збагачення.

Зростки мінералів, що надходять на збагачення, знижують технологічні показники, оскільки частково потрапляють в концентрат, зменшуючи в ньому вміст цінного компонента, а частково - у хвости, що збільшує втрати металу. Мінеральні зерна розміром менше 10…20 мм при збагаченні вилучаються незадовільно.

Дроблення та подрібнення на гірничо-збагачувальних фабриках слугують підготовчими операціями перед збагаченням і призначені для роз'єднання зерен різних мінералів, які містяться в корисних копалинах.

Ці процеси застосовують не лише на гірничо-збагачувальних фабриках. Дробленню і подрібненню піддають: вугілля або сланець на електростанціях, що спалюють паливо в пилоподібному стані; вугілля на коксохімічних заводах перед коксуванням; вапняки і доломіти, використовувані як флюси на металургійних заводах; камінь з метою виробництва щебеню для промислового і дорожнього будівництва. У цих випадках продукти дроблення та подрібнення використовують безпосередньо і процес дроблення має самостійне значення.

1.2 Ступінь дроблення та подрібнення

Ступінь дроблення (подрібнення) - це відношення розміру максимальних кусків або зерен вихідного матеріалу до розміру максимальних кусків дробленого продукту.

Ступінь дроблення є кількісною характеристикою, яка показує у скільки разів зменшується розмір кусків або зерен матеріалу після дроблення чи подрібнення. Зі ступенем дроблення пов'язані витрати енергії та продуктивність дробарок і млинів.

Ступінь дроблення визначають як відношення діаметрів максимальних по крупності кусків матеріалу до і після дроблення:

(7.1)

Коректніше ступінь дроблення визначати як відношення середніх діаметрів кусків з урахуванням характеристик крупності вихідного матеріалу і продукту дроблення:

(7.2)

Досягти великих ступенів дроблення в одній дробарці, як правило, неможливо. Машини для дроблення та подрібнення ефективно працюють тільки за обмежених ступенів подрібнення, тому дробити матеріали від вихідної крупності до необхідного розміру раціональніше в кількох машинах, що працюють послідовно. У кожній з них виконуватиметься лише частина загального процесу дроблення (подрібнення), яку називають стадією дроблення (подрібнення). Залежно від крупності вихідного матеріалу і потрібної крупності дробленого продукту перед збагаченням матеріал можна подрібнювати в одну, дві або навіть у три послідовні стадії. Першу стадію називають крупне дроблення, другу - середнє дроблення, третю - дрібне дроблення.

На деяких гірничо-збагачувальних фабриках для збагачення залізних руд, які містять значну кількість крупних плоских кусків, застосовують чотири стадійні схеми. У цьому випадку можна вважати, що дві перші стадії - це крупне дроблення, а третя і четверта - відповідно середнє і дрібне дроблення. Матеріал після середнього або дрібного дроблення (куски розміром менше 30 мм) надходить на подрібнення.

Ступінь дроблення, що досягається в кожній окремій стадії, називають окремим, а у всіх стадіях - загальним ступенем дроблення. Загальний ступінь дроблення дорівнює добутку окремих ступенів:

(7.3)

Дроблення та подрібнення - дуже енергоємні операції. На них витрачають близько половини енергії, споживаної гірничо-збагачувальною фабрикою. Тому перед дробленням чи подрібненням доцільно виділити з матеріалу куски (зерна), розмір яких менший за межу дроблення (подрібнення).

Матеріал, який підлягає подрібненню, завжди містить деяку кількість зерен, які вже не є зростками корисних мінералів і пустої породи. Коли вміст таких зерен дуже великий або коли вони є цінними мінералами, які можуть бути втрачені внаслідок пере подрібнення, для їх вилучення вводять проміжні операції збагачення.

1.3 Схеми подрібнення і здрібнювання

Дробарки і млини можуть працювати у відкритому і замкнутому циклах (рисунок 1.1). При відкритому циклі матеріал проходить через дробарку або млин один раз і в подріблюваному продукті завжди є присутнім деяка кількість кусків надлишкового розміру.

Рисунок 1.1 Схеми подрібнення: а) одно стадійна; б) трьох стадійна

При замкнутому циклі матеріал неодноразово проходить через дробарку або млин. Подріблюваний продукт надходить на класифікуючий апарат, що виділяє з нього куски надлишкового розміру, які повертаються для подроблювання в ту ж саму дробарку або млин. Для класифікації продуктів подрібнення застосовують грохоти, а для класифікації продуктів здрібнювання механічні класифікатори або гідро циклони.

1.4 Закони подрібнення

Закони подрібнення визначають роботу, яку роблять зовнішні сили при руйнуванні кусків корисних копалин. Ці роботи витрачаються на подолання сил взаємного зчеплення частинок твердої речовини, які визначаються природою і структурою кристалів, що утворюють куски корисних копалин. Вона залежить також від різноманітних дефектів у кристалічній решітці мінералів, макро- і мікротріщин, що послабляють міцність кусків. При подрібненні міцність матеріалу по мірі зменшення крупності кусків підвищується.

Робота, яка затрачується на подрібнення, частково витрачається на деформацію кусків які руйнуються і розсіюється в навколишній простір у вигляді тепла, а частково витрачається на утворення нових поверхонь, перетворюючись у вільну поверхневу енергію твердого тіла.

Закон Ребіндера має вигляд:

, (7.3)

де А робота подрібнення; А=kV робота деформацій у деформованому обємі; Aп = S - робота утворення нових поверхонь; V - деформований обєм; S - розмір знову утвореної поверхні; k і - коефіцієнти пропорційності.

В процесі подрібнення, коли ступінь подрібнення малий, можна знехтувати роботою утворення нових поверхонь внаслідок незначності її в порівнянні з роботою деформації. У цьому випадку з загального закону Ребіндера отримується окремий закон, закон подрібнення Кірпічьова робота подрібнення пропорційна обєму або вазі подріблюваних тіл.

В процесі подрібнення, коли ступінь подрібнення великий, можна зневажити роботою деформації, тому що в цьому випадку вона мала в порівнянні з роботою утворення нових поверхонь, і з закону Ребіндера утвориться окремий закон подрібнення Риттингера - робота подрібнення пропорційна розміру знову утвореної поверхні. Частіше подрібнення проводиться при середньому ступені подрібнення, а тому при визначенні роботи в законі Ребіндера необхідно враховувати як роботу деформації, так і роботу утворення нових поверхонь, тобто вважати роботу подрібнення пропорційною як обєму, так і поверхні подрібнюваних тіл. Якщо припустити, що робота подрібнення пропорційна середньому геометричному з обєму і поверхні подрібнюваних тіл то отримаєм окремий закон подрібнення Бонда. Відомі чотири основних способи подрібнення: розчавлювання, розколювання, стирання, удар. На гірничо-збагачувальних фабриках дробарки працюють головним чином розчавлюванням і ударом під час додаткових стираючих і вигинаючих впливах на подріблюваний матеріал.

Крупне, середнє і дрібне подрібнення провадиться сухим способом. Мокре подрібнення застосовують тільки в тому випадку, коли подріблюваний матеріал містить глину, яку необхідно відмити одночасно з подрібненням. У деяких випадках воду подають у невеликій кількості з отворів у завалочну воронку дробарки крупного подрібнення для зволоження руди і зменшення пилеутворення.

Здрібнювання проводиться, як правило, із водою. Мокре здрібнювання більш продуктивне, здійснюється без пилеутворення і дозволяє легко транспортувати здрібнені продукти. Сухе здрібнювання застосовується в рідких випадках, коли не можна допускати контакти подріблюваного матеріалу з водою, коли здрібнений продукт оброблюється сухим, а також при само здрібнюванні руд у млинах «Аэрофол».

2. Машини для подрібнення і здрібнювання

2.1 Машини для подрібнення і здрібнювання

Машини, які застосовуються на гірничо-збагачувальних фабриках, розділяються на п'ять основних класів: щокові дробарки, конусні, валкові, молоткові дробарки і дезинтегратори, барабанні млини.

Суттєва відмінність дробарок від млинів полягає в тому, що у дробарок немає зіткнення між їхніми робочими (що подрібнюють) органами. Між ними завжди є проміжок, що заповнюється при роботі подріблюваним матеріалом. Подріблюючі тіла млинів зіштовхуються між собою при холостому ході, а при роботі під навантаженням вони розділяються шаром матеріалу.

Ефективність робіт машин, що бодріблюють, оцінюється витратою електроенергії на подрібнення і виражається в тоннах подріблюваного продукту на 1кВтгод витраченої електроенергії. Зворотня величина (1кВтгод на 1т подрібненого продукту) називається питомою витратою електроенергії.

2.2 Щокові дробарки

У щокових дробарках матеріали розчавлюються між двома щоками, із яких одна нерухома, а інша - рухома, що качається. Рухома щока шарнірно рухома на нерухомій або рухомій осі і поперемінно то наближається до нерухомої щоки, то віддаляється від неї. У разі зближення щок куски, що знаходяться між ними, розчавлюються.

Хитні рухи щоки створюються обертовим ексцентриковим валом через передавальний механізм. В залежності від розташування осі рухомої щоки розрізняють щокові дробарки з верхнім і нижнім підвісом. Крупність максимальних кусків у подріблюваному продукті визначається шириною вихідної щілини між рухомою і нерухомою щоками.

У разі верхнього підвісу рухома щока має найбільший розмах внизу, біля місця подріблюваного продукту, і ширина вихідної щілини змінна. При нижньому підвісі найбільший розмах вгорі, біля місця надходження вихідного матеріалу і ширина вихідної щілини постійна.

Сталість ширини вихідної щілини в дробарок із нижнім підвісом гарантує визначену крупність максимального куска, що є перевагою дробарок цього типу, але обмежує їхню продуктивність. Для них розвантаження ускладнена і дробарка легко забивається при перевантаженнях.

Щокові дробарки з верхнім підвісом призначені для подрібнення корисних копалин із наявністю крупнокусковатих компонентів.

У вітчизняній промисловості щокові дробарки з горизонтальним шатуном не випускаються, тільки за кордоном. Дробарки зі складним рухом рухомої щоки знаходять застосування в будівництві, дорожніх роботах і на гірничо-збагачувальних фабриках малої продуктивності. У останні роки з'явилися щокові дробарки з складним рухом рухомої щоки великих розмірів.

В даний час у порівнянні зі старими конструкціями для збільшення ступеня подрібнення щокові дробарки виготовляють із збільшеною висотою камери подрібнення. Це висота приблизно в 2 - 2,3 рази більше ширини приймального отвору. Крім того, футеровку нерухомої щоки в нижній частині викошують для утворення в місці розвантаження рівнобіжної зони.

Для розчавлювання необхідно, щоб хід щоки був більше відносного пружного стиску кусків. Хід щоки на горизонті приймального отвору робиться рівним приблизно одній сотій ширини приймального отвору. Ширина випускної щоки може регулюватися заміною розпірних плит, а в малих дробарок прокладками і встановлюючими болтами.

Масивність рухомих частин ускладнює запуск дробарок. В останніх конструкціях щокових дробарок введений трьохступінчастий запуск. Перша ступінь приведення в обертання маховика. Друга ступінь передача обертання валу дробарки. Третя ступінь приведення в обертання другого маховика, що за допомогою своєї фрикційної муфти зчіплюється з валом дробарки.

В останніх конструкціях щокових дробарок (завод «Волгоцеммаш»), крім фрикційних муфт передбачається запуск за допомогою муфти обгону і мікроприводу потужністю (10…12) кВт. Муфта обгону з'єднує вал головного клиноремінного шківа головного приводу з вихідним валом редуктора мікроприводу. При запуску дробарки мікропривод повільно обертає муфту обгону, яка заклинюючись, обертає вал головного клиноремінного шківа. Після того, як ексцентриковий вал рушив із витримкою (20…40) с включається головний електропривод і дробарка запускається. За наявності мікропривода з муфтою обгону фрикційні муфти на екцентриковому валу дробарки виконують роль захисного пристрою. Застосування мікропривода дозволяє запускати дробарку під завалом.

Масову продуктивність щокової дробарки можна визначити за формулою:

Q ? 0,1 Lb2, (8.1)

де Q - продуктивність т/год L - довжина мм; b2 - ширина вихідної щілини мм.

2.3 Валкові дробарки

У валкових дробарках матеріал подріблюється двома валками, які обертаються назустріч один одному. Подрібнений продукт випадає з дробарки під дією сили ваги.

Валкові дробарки бувають із гладкими, рифленими і з зубчастими валками. Подріблююча дія дробарок із гладкими валками розчавлювання при обмеженому стиранні. Однократність стиску кусків подріблюваного матеріалу при проходженні між валками обумовлює малий вихід дрібязку в подрібненому продукті. Ці дробарки не перездрібнюють матеріал. Дробарки з гладкими валками застосовуються головним чином для середнього і дрібного подрібнення твердих порід, іноді для дрібного подрібнення вугілля і коксу.

Дробарки з зубчастими валками бувають одно-, двох- і багатовалковими. Останні внаслідок громіздкості і незручності їхньої експлуатації не отримали поширення в практиці збагачення.

Подрібнююча дія валкових дробарок з зубчастими валками відповідає подрібненню крихких і м'яких порід.

Ці дробарки застосовуються винятково для крупного і середнього подрібнення таких матеріалів, як вугілля, кокс, сіль, промивочні марганцеві руди і т.п. Валкові дробарки з зубчастими валками не перездрібнюють матеріал. Подрібнюючі валки виготовляються з чавуна і футеруются по зовнішній поверхні бандажами з марганцовистої або углеродистої сталі. Розміри валкових дробарок визначаються двома величинами діаметром і довжиною валків. Довжина валків завжди в 1,5-3 рази менше їхнього діаметра. Окружна швидкість валків складає (3…6) м/с.

Різновидом дробарок із гладкими валками є двухвалкові дробарки з рифленими валеннями. Виготовляються дробарки з обома рифленими валками і дробарки з гладкими і рифленими валеннями. Ці дробарки застосовуються для подрібнення матеріалів твердих і середньої твердості (межа міцності на стиск - до 2500 МПа. Окружна швидкість рифлених валків на (10…20)% нижче швидкості гладких валків, тобто (2,7…5) м/с.

Масова продуктивність Q, т/год:

Q=60 n D L S k , (8.3)

де n - частота обертання валків, об/хв.;

D - діаметр валка, м;

S - ширина щілини між валками;

k - коефіцієнт розпушення подрібненого продукту в момент виходу з дробарки;

- щільність подріблюваного матеріалу;

2.4 Дробарки ударної дії

У цих дробарках подріблюваний матеріал руйнується ударом за рахунок кінетичної енергії рухомих тіл. Діляться за пристроєм основного подріблюючого органа на молоткові, роторні і дезинтегратори.

Дробарки ударної дії застосовують для подрібнення і здрібнювання матеріалів низкої і середньої міцністі. Їх застосовують при переробці вугілля, вапняків, долмитов, гіпсу, мергелю, азбестових руд, кам'яних солей і т.д. На подібних матеріалах дробарки ударної дії дозволяють досягати великих ступенів подрібнення, а простота конструкції, низька металоємність, можливість виготовлення машини великої продуктивності і зручність обслуговування роблять їхнє застосування ефективним.

На практиці спостерігається тенденція застосовувати дробарки ударної дії.

2.4.1 Молоткові дробарки

У молоткових дробарках матеріал подріблюється головним чином ударом молотків, які підвішені до ротора, обмеженому корпусом, футерованим броньовими плитами. На рисунку 8.4 зображена схема молоткової дробарки.

Молотки вдаряють по кусках і із силою відкидають їх до стінок корпуса на плити. Руйнування кусків, таким чином, визивається ударом молотків, ударом кусків об плити і розчавлювання і стиранням кусків молотками на колосниковій решітці. Подріблюваний продукт розвантажується вниз під дробарку. Молоткові дробарки випускаються з колосниковими решітками і без них.

Дробарки з колосниковими решітками призначені для отримання продукту з визначеною крупністю максимального куска, їх застосовують головним чином для дрібного подрібнення. Молоткові дробарки без колосникових решіток видають продукт потрібної крупності внаслідок підвищеної частоти обертання ротора. Дробарки для подрібнення вологих глинистих матеріалів мають рухому відбійну плиту, що представляє собою важкий пластинчастий конвеєр, вмонтований у дробарку. Подачею вязкого матеріалу до ротора виключається забивання дробарки. Молоткові дробарки роблять з обертанням ротора в одному напрямку і реверсивними. Можливість зміни обертання ротора в реверсивних дробарках дозволяє двостороннє використання молотків без розбирання дробарки для їхнього повороту. В даний час відомий ряд схем молоткових дробарок: однороторна, двухроторна, рівнобіжного подрібнення; двухроторна послідовного подрібнення; однороторна реверсивна.

За числом робочих валів молоткові дробарки розділяють на одно- і двухротрні. Двосторонні мають більші ніж однороторнні розміри завантажувального отвору, що дозволяє подріблювати в них матеріал, який містить куски великих розмірів до 1200 мм.

Окружна швидкість по кінцях молотків (35…65) м/сек іноді до 115 м/с. Згідно з ГОСТ 7090-72 передбачається для кожного типорозміру молоткових дробарок три значення окружних швидкостей: 40, 50 і 65 м/с.

Молоткові дробарки призначені для крупного, середнього і дрібного подрібнення матеріалів. Загальний ступінь подрібнення молоткових дробарок дорівнює 30-40. Вони характерні високою продуктивністю на одиницю маси, питома витрата енергії на подрібнення в них нижче чим у щокових, конусних і валкових.

2.4.2 Роторні дробарки

У роторних дробарках подрібнення здійснюється жорстко закріпленими на роторі билами, а не вільно підвішеним на ньому молотками. Цим роторні дробарки відрізняються від молоткових. Подріблюваний матеріал вільно падає або сковзає по лотку і потрапляє в зону ротора, який швидко обертається, з билами рисунок 8.5. Ударами бил куски руйнуються і їхні частини відкидаються на відбійні плити або колосники, що утворюють камеру подрібнення. Вдаряючись об футеровку кустки руйнуються і знову відскакують на ротор. Це повторюється до тих пір, поки куски, досягнувши визначеної крупності, не вийдуть із дробарки через вихідну щілину або зазори між колосниковими решітками. Таким чином, принцип дії роторних дробарок однаковий із принципом дії молоткових дробарок. Відомі однороторні і двухроторні з послідовним подрібненням кожним ротором або з одночасним подрібненням двома роторами, із нижньою колосникової (контрольної) решіткою і без неї.

Однороторні дробарки бувають реверсивні і з обертанням ротора в одну сторону, тобто роторні дробарки розділяються на ті ж типи, що і молоткові. Відмінною рисою роторних дробарок, яка визначає технологічні властивості цих машин, є те, що в ударах по кусках подріблюваного матеріалу бере участь вся маса ротора. Удари бил потужні і тому роторні дробарки можна застосовувати в першій стадії подрібнення для руйнування крупних кусків порівняно тривких матеріалів. Роторні дробарки застосовують також для середнього і дрібного подрібнення.

2.5 Конусні дробарки

Конусні дробарки по своєму призначенню розділяються на дробарки для крупного, середнього і дрібного подрібнення. У конусних дробарках матеріал подрібнюється в кільцевому просторі, утвореному зовнішньою нерухомою конічною чашею 1 рисунок 8.2 (верхньою частиною станини дробарки) і розташованим усередині цієї чаші рухомим подріблюючим конусом. Камери подрібнення конусних дробарок крупного, середнього і дрібного подрібнення розрізняються конфігурацією. У дробарок для крупного подрібнення усічений конус чаші звернений більшою основою вгору, а в дробарок для середнього і дрібного роздрібнення вниз. Подріблюючі конуси, що у дробарок всіх типів звернені великою вниз, але в дробарках для крупного подрібнення конус крутий, а в дробарок для середнього дрібного подрібнення пологий.

Ширина вихідної щілини в сучасних дробарок складає (0,10,2) В, а максимальний діаметр подріблюючого конуса приблизно 1,5 В (В ширина приймального отвору дробарки). Сучасні конусні дробарки для крупного подрібнення мають футеровку, що надає камері подрібнення криволінійні обриси. Футеровки такого профілю зменшують можливість забивання дробарки рудою.

Конусні дробарки крупного подрібнення відрізняються від дробарок середнього і дрібного подрібнення величиною ексцентриситету стакана, що визначає амплітуду хитань подріблюючого конуса. У дробарок крупного подрібнення ексцентриситет стакана менше 25 мм, а в дробарок середнього і малого тиску більше 100 мм.

Масова продуктивність дробарки Q, т/год можна оцінити за такою формулою:

, (8.2)

де k - коефіцієнт розпушення; - щільність подріблюваного матеріалу, т/м.

Високомарганцева сталь, винайдена в 19 ст. Гадфільдом і сьогодні відіграє важливу роль, як конструкційний матеріал у машинобудуванні. Під час випробувань такої сталі на розрив на діаграмі розтягування не з'являється площадка текучості, а на розривних зразках нема звичайної шийки. Це пояснюється тим, що сталь 110Г13Л надзвичайно сильно зміцнюється (наклепується) при деформації, тому, як тільки під час розтягування на зразку в будь-якому місці починає з'являтись шийка, сталь в цьому місці здобуває сильний наклеп, утворення шийки припиняється і зразки до руйнування розтягуються рівномірно по всій довжині.

Стійкість на стирання сталі 110Г13Л у визначених умовах роботи не поступається стійкості високовуглецевої сталі, загартованої на мартенсит. При цьому вироби з аустенітної високомарганцевої сталі не є крихкими, вони добре витримують динамічні навантаження і не руйнуються від раптових поштовхів та ударів. Високий опір стиранню пояснюється великою схильністю сталі 110Г13Л до зміцнення і наклепування при деформації, тому сталь добре опирається стиранню, якщо вона в процесі роботи підлягає наклепуванню. При цьому вироби з такої сталі в умовах експлуатації, не втрачаючи пружнов'язкісних якостей в загальній своїй масі, отримують високі міцність, твердість та зносостійкість поверхневих шарів, які підлягають зовнішній взаємодії. Для виготовлення багатьох виробів Кривбасу, які працюють в умовах ударно-абразивного зношення, важких статичних та динамічних навантаженнях, при низьких температурах (до-60°) (траки гусеничних машин, зуби та передні стінки ковшів екскаваторів, деталі щокових та конусних дробарок, футеровки мельниць, перевідні хрестовини залізних доріг та ін.) високомарганцева сталь є незамінною.

Незважаючи на те, що сталь 110Г13Л, як конструкційний матеріал відома давно, багато її якостей, які проявляються як в процесі виробництва, так і при експлуатації відливок з неї потребують всебічного вивчення, уточнення та наукового пояснення. Наприклад, до цього часу не вирішені однозначно такі питання, як вибір оптимального хімічного складу сталі в залежності від конкретних умов експлуатації відливок з неї; шлаковий режим процесу виробництва сталі з окисленням домішок і способи переплавлення; якість алюмінія для завершального розкислення металу; модифікування і його оптимальна технологія; необхідність легування сталі карбідо- та некарбідоутворюючими елементами; економічна доцільність і технологія зміцнення робочих поверхонь високомарганцевих сталей вибухом; температура і швидкість нагрівання відливок під закалювання і продовжність їх витримки при температурі закалювання в процесі термічної обробки; вогневе різання; зварюваня; наплавка та механічна обробка сталі. Але однією з головних причин, яка обмежує використання сталі 110Г13Л для виготовлення деталей машин, механізмів та обладнання є надзвичайно утруднена її обробка різанням. Сталь настільки в'язка і здатна під дією сил різання Pz до утворення наклепу в точках стикання різця, що вважалась практично не зовсім придатною для обробки ріжучим інструментом. Тому вивчення забезпечення оброблюваності сталі різними методами розглядалось автором в безпосередньому зв'язку з практичними дослідженнями на підприємствах Кривбасу. На структуру сталі 110ГІЗЛ впливає хімічний склад та термічна обробка. Властивості сталі 110Г13Л в загартованому стані такі: ув - 800-1000 МПа; ут - 400-500 МПа; д5 - 50-60%; б - 20 Дж/см.

Відлита марганцева сталь злегка притягується магнітом, оскільки в литому стані структура її представляє собою зерна аустеніту з карбідом, який виділився по границях зерен, оточеними феромагнітним трооститом. Сталь з такою неоднорідною структурою не має великої в'язкості та погано опирається зношенню. Для підвищення в'язкості і надання більшої схильності до наклепування вироби зі сталі підлягають закалюванню від 1100-1150?С з охолодженням у воді. При такому нагріванні карбіди марганцю переходять у твердий розчин, а при швидкому охолодженні вони не встигають виділитись і мікроструктура сталі стає гомогенною аустенітною, без карбідів і троостита. Твердість сталі 110ГІЗЛ після загартування не перевищує 200 НВ, але в процесі відпускання при 300-600 ?С завдяки перетворенню аустеніту в мартенсит твердість збільшується і при 450?С досягає максимальної 400 НВ. При подальшому нагріванні мартенсит починає розпадатись на феритно-цементитну суміш і твердість знижується. Для поліпшення оброблюваності різанням вироби зі сталі 110ГІЗЛ піддавали довгостроковому нагріванню - «томлению» при 550-600?С. Після такої обробки сталь набувала структури сорбіта, ставала менш в'язкою, менше наклепувалась і піддавалась різанню твердосплавним інструментом. Після необхідної механічної обробки виріб знову загартовували на аустеніт. Але для масивних відливок, які використовуються в гірничому машинобудуванні тривалість витримки при температурах до 600?С складала десятки годин, що неприйнятно в заводських умовах. Ще один досвід: деталь нагрівають киснево-ацетиленовим полум'ям від газового пальника на відстані 100-200 мм від зони різання. У цьому випадку метал у зоні різання має температуру 500-600?С, що дає можливість підвищити швидкість різання і подачу при підвищенні стійкості інструмента у 3-4 рази. Сколювання твердосплавної пластини від державки не відбувається, якщо вона виготовлена навіть зі сплаву марок Т5 та Т15К6. Можна також нагріти деталь струмом високої частоти потужністю 30 кВт, також збільшивши продуктивність різання [2].

Перелічені методи не знайшли використання у промисловості, оскільки з одного боку, їх використання приводить до ускладнення обладнання, а з іншого нагрівання сталі 110Г13Л вище температури 260? С сприяє випадінню карбідів, які перешкоджають вільному переміщенню дислокації і, як наслідок, зменшенню пластичності. Для отримання колишньої структури необхідно провести повторну термообробку. На ЗАТ КЗГО використовують традиційний спосіб обробки відливок з 110ГІЗЛ - токарну та фрезерну обробку напайними різцями та змінними ножами (у випадку фрезерування) з твердосплавними пластинами ВК8 (група вольфрамових сплавів). Хімічний склад сплаву ВК8: 92% карбиду вольфраму і 8% кобальту. Із-за схильності сталі 110Г13Л до наклепування режими різання дуже низькі. Наприклад, при токарно-карусельній обробці броні конусних дробарок O2200 мм на верстаті мод. 1540 режими такі:

число обертів заготовки n = 0,5-1 об/хв.;

подача на 1 оберт S =1,5-2 мм/об;

швидкість різання V =6-8 м/хв.;

глибина різання t=2-6 мм.

Для порівняння швидкість різання при обробці деталей з вуглецевих сталей V =60-200 м/хв. Крім того із-за високих зусиль різання відбувається передчасне зношення обладнання. Широке поширення обробки броні напайними різцями ВК8 з плазмовим підігріванням, що використовується на ЗАТ КЗГО та ВАТ «Арселор Міттал Кривий Ріг» пов'язане з невеликою жорсткістю токарно-карусельних верстатів, що утруднює використання різців з пластинами з твердих сплавів на чорнових операція. Процес плазменно-механічної обробки (ПМО) складається з комплексного роззміцнення поверхні різання перед різцем стиснутою електричною дугою плазмотрона при роботі на токарних і карусельних верстатах. Відмінною особливістю плазмового підігрівання є те, що нагрівається не вся деталь, а тільки зрізуваний шар [1].

Роззміцнення здійснюється в результаті теплового і механічного впливу дуги і струменя нагрітих нею газів. Тепловий вплив призводить до нагрівання зони різання до температури оптимальної для роботи різця, що знижує навантаження на ріжучу кромку. Механічний вплив полягає в утворенні стиснутою дугою на поверхні різання канавки. Канавка може бути утворена в різних зонах поверхні різання. Її глибина, ширина і розташування визнача ються характеристиками оброблюваного матеріалу. Утворення канавки зменшує товщину стружки, що знімається, це знижує навантаження на найбільш напружені зони різця. Відстань між зоною впливу дуги і різцем визначає глибину проникнення тепла в деталь і може бути обрана так, щоб нагрів деталі був мінімальним. Оптимальні режими нагріву броні дробарок з точки зору максимального ресурсу катодів плазмотрона, стійкості різців та продуктивності зняття металу наступні: струм електричної дуги 270-300А, довжина відкритої частини дуги 35-50 мм, діаметр сопла плазмотрона 6 мм. Для вказаних значень струму і діаметра сопла плазмотрона стійкість катода складає 3,5-5,5 годин. Кількість різців, витрачених на обробку однієї броні, складає 2-3 штуки. Режими різання збільшуються до таких значень:

число обертів заготовки n = 1,5-2 об/хв.

подача на 1 оберт S =2-3 мм/об;

швидкість різання V =12-16 м/хв.;

глибина різання t=4-8 мм.

Застосування процесу ПМО при обробці високомарганцевих сталей типу 110Г13Л дозволяє в 8-10 разів підвищити продуктивність процесу, при зниженні в 2 рази витрат на твердосплавний інструмент. Процес широко застосовується при обробці броні конусних дробарок на багатьох підприємствах Кривбасу. Недоліком плазмової обробки є супроводження процесу різання сильним світловим випромінюванням, значним шумом, виділенням шкідливих металічних парів. При вказаних вище режимах ПМО на поверхні обробки немає затверділих крапель від розплавленого металу, прожогів та інших пошкоджень поверхні. У процесі ПМО спостерігається осадження пилу на поверхні броні, яка легко видаляється струменем стисненого повітря або щіткою. Дослідження процесу ПМО є набагато більш складною задачею, ніж різання без підігрівання. Це пов'язано частково з тим, що шар, який підлягає зрізуванню, неізотермічний. Розподілення температури в такому шарі є складною функцією режимів горіння дуги, тобто струму дуги, довжини закритої та відкритої частин її стовпу, витрат газу, діаметра сопла плазмотрона. Крім цих факторів, розподілення температури в шарі залежить від положення плазмотрона відносно деталі, відстані від плазмотрона до різця, швидкості обертання деталі і її форми, а також теплофізичних якостей матеріалу. Вирішенням проблеми ефективності процесу ПМО може бути оптимізація нагрівання при плазмовій обробці, автоматизація керуванням режимом горіння дуги. З метою подальшого підвищення продуктивності і зниження трудомісткості механічної обробки деталей з високомарганцевих сталей освоєна високошвидкісна чистова обробка різцями з механічним кріпленням змінних пластин з кубічного нітриду бора (КНБ). Результати досліджень на ЗАТ КЗГО та ВАТ «Арселор Міттал Кривий Ріг» і досвід праці інструментом з КНБ виявили наступну закономірність - чим вище твердість оброблюваного матеріалу, тим суттєвіше проявляються переваги зі зносостійкості і ріжучим якостям різців з полікристалів КНБ. Лезовий інструмент із полікристалічних надтвердих матеріалів (ПНТМ) на основі нітриду бора BN здатний замінити дефіцитний вольфрамовміщуючий твердий сплав на операціях чорнової, напівчистової та чистової обробки марганцевих сплавів, забезпечуючи високу якість і продуктивність обробки за рахунок використання високих швидкостей різання.

При достатньо жорсткій системі ВПІД інструментом з КНБ можна одержати такі параметри оброблюваної поверхні: шорсткість 1,25-0,08 мкм; овальність 0,002 мм; конусність <0,002 мм. Результати випробувань різноманітних надтвердих матеріалів дають підставу зробити висновок, про те, що інструменти, оснащені полікристалами на основі синтетичних алмазів і нітриду бора, майже не конкурують один з одним - кожний має свою область використання, яка визначається умовами різання, фізико-механічними якостями оброблюваного матеріалу і фізико-механічними якостями інструментального матеріалу. За твердістю синтетичний алмаз має незначні переваги над КНБ, але суттєво поступається йому з теплостійкості (600-700?С і 1100-1300?С відповідно). Дослідження показали що при точінні броні зі сталі 110Г13Л інструментом з КНБ зусилля різання набагато нижче, ніж при обробці різцями ВК8 (майже на порядок), що дозволяє збільшити строк служби унікальних верстатів моделей «BETTS», SC-43, БСД50. Недоліком для широкого впровадження різців з пластинами з КНБ є наявність ливарних раковин при чорновій обробці по кірці та недостатньої жорсткості верстатів різці викрошуються і для подальшої переточки та роботи непридатні.

Існує безліч фірм, які пропонують свої новітні розробки в області обробки матеріалів різанням важкооброблюємих матеріалів, такі як, наприклад, компанії: Mitsubishi, Sandvik Coromant, Tungaloy, Korloy Widia, Dijet та інші. Це змінні багатогранні пластини з твердого сплаву (з покриттями та без покриттів), кермети, композиційні надтверді матеріали на основі щільних модифікацій кубічного нітриду бора (КНБ) та високоміцні тверді сплави. На підприємствах Кривбасу активно проводять випробування інструментів різних фірм з метою визначення стійкості інструментів при обробці конусної броні зі сталі 110Г13Л при різних режимах різання. Установлено, що серед основних причин зниження стійкості використання твердосплавних пластин: 30% - наявність ливарних раковин вище 3-5 мм; 60% - недостатня жорсткість верстатів, недостатньо обґрунтовані режими різання складають всього 7-10%. Після аналізу всіх існуючих та дослідження основних методів були обґрунтовані режими різання при обробці поверхонь деталей гірничого обладнання з високомарганцевих сталей. Очевидно, що всі методи використовуються при обробці високомарганцевої сталі, в залежності від умов та можливостей виробництва. Найбільший інтерес для подальшого дослідження має питання стійкості ріжучого інструменту, яка впливає на термін експлуатації інструменту і на собівартість виготовлення деталей.

подрібнення дроблення машина різання

Список літератури

1. Строшков А.Н., Кунин Н.С., Малинин И.П. Обработка резанием труднообрабатываемых материалов с нагревом. - М. Машиностроение, 1977.

2. Бедрань Н.Г. Машины для обогащения полезных ископаемых. - К., Донецк: Вища шк., 1980. - 426 с.

3. Бедрань Н.Г., Скоробогатова Л.М. Переработка и качество полезных ископаемых. - К., Донецк: Вища шк., 1984. - 189 с.

Размещено на Allbest.ru