Выбор рационального технологического варианта производства стальных мелющих шаров из непрерывнолитой и катанной заготовки

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО «УрФУ им. Первого президента России Б. Н. Ельцина»

Кафедра «Обработка металлов давлением»

 

 

 

Оценка _________________

Члены комиссии:_________

_______________________

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы технологических процессов. Энерго-

и ресурсосбережение».

 

Выбор рационального технологического варианта производства стальных мелющих шаров из непрерывнолитой и катанной заготовки.

 

 

 

 

Руководитель                                                                              Буркин С. П.

Нормоконтролер                                                                       Шварц  Д.Л.

Исполнитель                                                                               Тихонов И.А.

 

 

Екатеринбург 2012

Реферат

Курсовая работа содержит 22с., 3 табл., 4рис., 2 библиогр. наимен.

МЕЛЮЩИЕ ШАРЫ, ПРОИЗВОДСТВО СТАЛЬНЫХ ШАРОВ, ШТАМПОВАНЫЕ ШАРЫ, КАТАНЫЕ ШАРЫ

Объектом исследования являются стальные мелющие шары.

 Цель работы - изучение проблемы производства стальных шаров для шаровых мельниц обогатительных фабрик.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

     Для тонкого измельчения наиболее широко применяют так называемые шаровые мельницы, в которых продукт обрабатывается шарами, находящимися вместе с ним в полом вращающемся барабане.     Принцип действия. В шаровых мельницах измельчение материала происходит под действием ударов падающих стальных или кремниевых шаров и путем истирания его между шарами и внутренней поверхностью корпуса мельницы. Если шаровую мельницу, наполненную шарами, привести во вращение, то вследствие трения между стенкой мельницы и шарами последние поднимаются в направлении вращения до тех пор, пока угол подъема не превысит угла их естественного откоса, после чего они скатываются вниз.С увеличением скорости вращения мельницы будет возрастать центробежная сила и соответственно увеличиваться угол подъема шаров до тех пор, пока составляющая силы веса шаров не станет больше центробежной силы. С этого момента шары начнут падать вниз, описывая при падении некоторую параболическую кривую. При дальнейшем увеличении скорости вращения мельницы центробежная сила может стать настолько большой, что шары будут вращаться вместе с мельницей, не измельчая материала. Размер и вес шаров. Вес шаров должен быть достаточен для того, чтобы они могли измельчать наибольшие куски загружаемого материала. Но поскольку шары падают с разной высоты, весьма трудно выполнить точный расчет производимой ими работы.Для эффективной работы шаровых мельниц необходимо соблюдать правильное соотношение между величиной шаров и кусков загружаемого в мельницу материала.Если в измельчаемом материале много больших кусков, которые в мельнице не размалываются, то они будут постепенно накапливаться между шарами и, наконец, приостановят работу мельницы.В этих случаях необходимо уменьшить размер кусков исходного материала или увеличить размеры шаров, но в последнем случае уменьшается рабочая поверхность мельницы, что ведет к понижению ее производительности.Степень заполнения барабана шарами также влияет на производительность мельницы и эффективность размола, так как при слишком большом заполнении поднимающиеся шары сталкиваются с падающими. Обычно наибольшее заполнение барабана шарами не должно превышать 30-35% его объема.

1 Области  применения стальных мелющих  шаров и требования к их  качеству.

 

1.1 Области применения  стальных мелющих шаров.

    Мелющие литые  шары широко используются в  различных отраслях промышленности. Применяться везде, где трубется  измельчить необходимый материал  до нужной в  дальнейшем производстве  фракции, а именно в мелющих  мельницах в качестве  мелющих  тел. Мелющие мельницы в свою  очередь используются в производстве  цемента, в  производстве строительных  смесей и строительных материалов, в металлургии, при горной добыче, на горно обогатительных комбинатах, в химической промышленности и т.д..

1.2 Требования к качеству стальных мелющих шаров.

Основные параметры и размеры.

Шары разделяются по твердости на группы:

1 - нормальной твердости  общего назначения.

2 - повышенной твердости  общего назначения.

3 - высокой твердости для  измельчения руд черных металлов.

4 - особо высокой твердости  для измельчения руд цветных  металлов, цемента              и огнеупоров.

 

 

 

 

 

 

 

 

Требования к размерам,  предельным отклонениям по ним, расчетные номинальные объемы и  масса шаров приведены в табл. 1.

Таблица 1

Шары изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной в установленном порядке. Шары групп 1 и 2 изготовляют из углеродистой, низколегированной и легированной конструкционной  стали. Шары группы 3 изготавливают из стали марок по ГОСТ 24182, группы 4 - из инструментальной легированной стали  типов Х и ХГС по ГОСТ 5950. Допускается изготовление шаров из стали других марок по ГОСТ 5950 при условии обеспечения требуемой твердости.

Твердость шаров должна соответствовать нормам указанным в табл. 2.

Таблица 2

На поверхности шаров не допускаются дефекты, выводящие размеры шаров за предельные отклонения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Обзор известных технологий  производства мелющих шаров.

Существует два основных способа изготовления стальных мелющих шаров:

1 - на стане поперечно-винтовой прокатки.

2 - методом штамповки.

 

2.1 Производство мелющих  шаров на стане поперечно-винтовой  прокатки.

    Технология заключается в получении мелющих шаров высокопроизводительным методом горячей поперечно-винтовой прокаткой  в валках с однозаходными или многозаходными винтовыми калибрами. Для производства мелющих шаров всего сортамента и объема производства предлагаются шаропрокатные станы ШПС следующего ряда: ШПС 15-30, ШПС 20-60, ШПС 40-100 и ШПС 60-125.

   Технические характеристики  станов представлены в табл. 3.

Таблица 3

    Шаропрокатные станы предназначены для изготовления мелющих шаров диаметром от 15 до 125 мм способом горячей прокатки в винтовых калибрах из углеродистой, низко- и среднелегированной круглой прутковой стали. Шаропрокатные станы и  технология прокатки разработаны на базе изобретений. Процесс прокатки шаров на станах осуществляется из круглой прутковой заготовки с помощью двух валков, имеющих винтовые калибры. При однозаходной калибровке валков за каждый оборот валков прокатывается один  шар.  При  многозаходной калибровке - число шаров, выходящих из валков за один оборот, равно числу заходов винтового калибра. При выходе из валков шары интенсивно охлаждаются в воде и закаливаются, что обеспечивает высокую износостойкость шаров в мельницах для размола руды, угля и цемента. Для повышения точности и качества валков и упрощения их изготовления во ВНИИМЕТМАШе разработаны специальные приспособления для нарезки на токарно-винторезном станке винтовых ручьев шаропрокатных валков, имеющих переменный шаг. На базе шаропрокатных станов созданы технологические комплексы для изготовления высококачественных мелющих шаров, включающие печь для нагрева заготовки, шаропрокатный стан, закалочное оборудование  и транспортные механизмы. Производство шаров на комплексе ШПС осуществляется по следующей технологической схеме. Пакет заготовок укладывается на загрузочное устройство  нагревательной печи. Заготовки поштучно помещаются в печь (газового или индукционного  нагрева), откуда после нагрева до 1050-1100 градусов Цельсия выгружаются внутри печным рольгангом на транспортный рольганг шаропрокатного стана. По решетке она скатывается на передний стол входной стороны стана, по которому заталкиватель  задает заготовку в валки рабочей клети  стана, где осуществляется прокатка шаров. Выходящие из рабочей  клети шары передаются на отводящий желоб, направляющий шары на участок термообработки шаров. На участке термообработки шары охлаждаются на воздухе до температуры закалки на подстуживающем конвейере, а затем поступают в закалочный барабан, где они интенсивно охлаждаются подаваемой водой. Закаленные шары, имеющие температуру самоотпуска, поступают в бункера или большие контейнеры, где происходит их самоотпуск (медленное охлаждение).

  Суть поперечной прокатки - когда ось прокатываемого изделия и проекции осей рабочих валков, на поверхности которых нарезаны винтовые калибры, имеющие обратные (негативный) профиль по отношению к прокатываемому изделию .

      Передний конец прутка захватывается ребордами валков, начинает вращаться и, продвигаясь вдоль оси калибра, постепенно обжимается, приобретая форму требуемого изделия. В конце калибра изделие отделяется и выбрасывается из раствора валков. При этом реборды валков захватывают новую порцию металла и процесс осуществляется непрерывно, пока не прокатывается весь пруток. Деформируемая валками заготовка удерживается в растворе валков точно по оси прокатки с помощью направляющих линеек.

      Калибровка рабочих валков выполняется таким образом, чтобы было обеспечено постепенное внедрение реборд валков в обжимаемую заготовку.

         Исходным металлом для прокатки шаров служат стандартные прутки горячекатанной стали, наиболее ходовых размеров по диаметру: 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 100, 120. При этом диаметр шаров соответствует следующим размерам: 26,3, 31,5, 41,5, 52, 62, 73, 83, 104, 125.Химсостав материала выбирается таким образом, чтобы изготовленные шары, охлаждаясь в воде после выхода их из раствора валков, закаливались с целью их минимального износа. Нагрев прутков осуществляют до 950-105 С с целью уменьшения нагрузки на рабочие валки. Стан настраивают по прутку наибольшего диаметра, в связи с тем, что, если настроить стан по прутку минимального диаметра, то при подаче в раствор валков прутка наибольшего диаметра в калибрах валков произойдет переизбыток металла, что ведет за собой к увеличению разрывающих напряжений и как следствие - вскрытие внутренней полости изделия.

Схема поперечно винтовой прокатки представлена на рис. 1.

 

Схема поперечно винтовой прокатки шаров

Рис. 1.

         При производстве мелющих шаров требования по качеству поверхности менее жесткие, поэтому перемычки, соединяющие отформованные шары, полностью отделяются непосредственно в валках стана, что достигается небольшим смещением калибра одного валка относительно другого в осевом направлении. При такой установке валков отформованный шар начинает вращаться в калибре не только вокруг оси прокатки, но и в перпендикулярном направлении. При этом перемычка срезается ребордой валков и вдавливается в тело шара. Отделенный шар продолжает обкатываться на отделочном участке калибра, остатки перемычек заглаживаются и из раствора валков выходит полностью оформленный, имеющий гладкую поверхность.

       Еще одной отличительной особенностью конструкции рабочих валков для прокатки мелющих шаров является применение многозаходных винтовых калибров, что резко повышает производительность прокатных станов. В настоящее время применяются рабочие валки с четырьмя, тремя и двухзаходными калибрами, производительность стана при этом достигает до 3800 шаров в минуту с диаметром 40 мм. Рабочие валки изготавливают из стали марки 35хГСА диаметром 280-300 мм.

Схема рабочего валка для прокатки мелющих шаров представлена на рис. 2.

 

Рабочий валок

Рис. 2.

 

 

 

 

 

2.2 Производство мелющих  шаров методом штамповки.

      Способ включает резку круглой прутковой длинномерной заготовки на мерные длины, передачу разрезанных заготовок в штамповый блок и штамповку шаров, перед резкой круглую прутковую заготовку обжимают в направлении, перпендикулярном продольной оси, с получением двух плоскостей, затем полученную плоскую заготовку подвергают периодическим пережимам в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, с образованием в этом направлении выпуклых участков поверхности, разрезают полученную полосу на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении, перпендикулярном плоскостям и продольной оси, причем заготовкам придают форму, удлиненную в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, и последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении. Параллельные плоскости на прутковой заготовке получают продольной прокаткой, осадкой или кузнечной протяжкой.

         Получают литой полуфабрикат в форме цилиндра с полусферами на концах штамповкой кристаллизующегося металла в многогнездном штампе на прессе двойного действия. В процессе штамповки сохраняют температуру литого полуфабриката не менее 950°. После отделения прессостатка полученный литой полуфабрикат обжимают в дополнительном штампе для обжима. При этом обеспечивают всестороннее неравномерное сжатие. Диаметр цилиндра литого полуфабриката и его высоту определяют из приведенных математических выражений. Прессостаток отделяют с формированием остаточного выступа для центрирования полуфабриката в штампе для обжима.

     Известен способ производства чугунных мелющих, заключающийся в том, что выплавляют чугун с одновременным его легированием, отливают из него прутки нужного диаметра, прокатывают из прутков шары и подвергают их закалке и отпуску. Выплавленный чугун модифицируют магнийсодержащей модифицирующей смесью, содержащей графит. Прутки перед прокаткой нагревают до 950-1080°С, шары получают прокаткой на стане поперечно-винтовой прокатки. Полученные шары подвергают изотермической закалке и последующему отпуску при 280-320°С. Однако прочность и износостойкость шаров недостаточна и велики энергозатраты.

      Для решения поставленной задачи в известном способе формообразования шаровых мелющих тел из чугуна, включающем получение литого полуфабриката и воздействие на него давлением, в соответствии с изобретением получают литой полуфабрикат в форме цилиндра с полусферами на концах путем штамповки кристаллизующегося металла в многогнездном штампе на прессе двойного действия, производят отделение прессостатка, после чего полученный литой полуфабрикат обжимают в дополнительном штампе для обжима путем всестороннего неравномерного сжатия, при этом в процессе штамповки сохраняют температуру литого полуфабриката не менее 950°.Используют многогнездный штамп по меньшей мере с двумя гнездами.

Формируют литой полуфабрикат, диаметр цилиндра В и высоту А которого определяют из следующих выражений:

В=2r, r=(0,9-0,95)R, A=(1,05-1,1)D, D=2R,

где: R - радиус шара;

D - диаметр шара.

     Отделение прессостатка осуществляют с формированием остаточного выступа для центрирования полуфабриката в штампе для обжима, при этом высота указанного выступа составляет не более 0,1R.

      Преимуществом данного способа является отсутствие промежуточного нагрева металла, необходимого для проведения окончательной формоизменяющей операции, вместо которого используется остаточное тепло неостывшего металла (до 950°С), благодаря чему пластическая деформация происходит непосредственно после отделения штучных полуфабрикатов сдвигом от горячей комплектной поковки. Поэтому предлагаемый способ не требует дополнительного нагрева. Металл шаров, изготовленных в соответствии с данным способом, имеет более измельченную структуру, чем та, которая наблюдается у литых шаров, изготавливаемых в соответствии с ТУ 1173-02984032-402-94, по которым допускаются локальные усадочные раковины диаметром и глубиной до 12% условного диаметра шара. По этим же ТУ на поверхности шара допускается выступ или впадина не более 6 мм.