Повышение износостойкости наклепом футеровок шаровых мельниц при проведении их технического обслуживания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Бочков, Владимир Сергеевич

• Бочков, Владимир Сергеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Бочков, Владимир Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1 Аналитический обзор

1.1 Конструкция шаровой мельницы и режимы её работы

1.2 Использующиеся виды футеровок

1.3 Влияние наклепа на износостойкость металлических материалов при различных видах изнашивания

1.4 Явления, происходящие при поверхностном механическом упрочнении деталей

1.5 Основные виды упрочняющей поверхностной обработки

1.6 Выводы по главе 1

Глава 2 Разработка режима упрочняющей обработки футеровки шаровой мельницы

2.1 Определение доминирующего вида изнашивания футеровки шаровых мельниц в условиях их работы в ОАО «Апатит»

2.2 Установление рабочих параметров мельницы для осуществления наиболее эффективного наклепа футеровки шарами

2.3 Определение размеров отпечатка на футеровке от многократного удара шарами

2.4 Установление вида зависимости, связывающей деформацию поверхностного слоя футеровки с твердостью, получаемую в результате внедрения шара

2.5 Определение твердости поверхностного слоя футеровки в результате многократного ударного воздействия шаром

2.6 Расчет необходимого времени упрочняющей обработки футеровки

2.7 Выводы по главе 2

Глава 3 Разработка методики и экспериментального стенда по изучению закономерностей ударно-абразивного изнашивания металлических материалов о горные породы

3.1 Существующие методы определения скорости ударно-абразивного

изнашивания материалов

3.2 Методика испытаний металлических материалов в условиях, моделирующих ударно-абразивное изнашивание футеровок шаровых мельниц

3.3 Выводы по главе 3

Глава 4 Результаты экспериментального исследования влияния наклепа на скорость ударно-абразивного изнашивания материала футеровок

4.1 Определение скорости изнашивания исходных образцов

4.2 Результаты испытаний предварительно наклепанных образцов

4.3 Выводы по главе 4

Глава 5 Разработка технологии упрочнения металлической футеровки в процессе технического обслуживания и ремонта шаровых мельниц

5.1 Расчет времени допустимой эксплуатации мельницы между упрочняющими обработками

5.2 Технология упрочнения металлической футеровки шаровых мельниц в процессе их технического обслуживания и ремонта

5.3 Выводы по главе 5

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение износостойкости наклепом футеровок шаровых мельниц при проведении их технического обслуживания»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования.

Дробление и измельчение руд - одна из наиболее энергоемких и дорогостоящих операций. На горно-обогатительных 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 шаров, стержней и футеровки достигают стоимости энергетических затрат, а иногда и превышают их. Такой высокий расход материалов обогатительного оборудования объясняется интенсивным их износом об абразивные горные породы в процессе дробления и измельчения.

Ежегодно на воспроизводство изношенных деталей горно-обогатительного оборудования расходуется более 4 млн. т. металла или более 2,5% от его производетва в России [1,2].

Поэтому разработка рациональных и обоснованных решений по повышению ресурса быстро изнашиваемых элементов горно-обогатительного оборудования является важной научной и практической задачей.

Степень научной разработанности проблемы. Вопросам повышения срока службы быстро изнашивающихся элементов горных машин и оборудования посвящены работы многих исследователей: Солода Г.И., Зимина А.И., Барона Л.И., Кузнецова A.B., ХрущоваМ.М., Бабичева М.А., Тененбаума М.М., Сердитова А.Е. и др. [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]. Их работы по изучению абразивности горных пород и механизма различных видов изнашивания позволили научно обоснованно подходить к выбору конструкционных материалов для той или иной абразивной среды и условий эксплуатации.

Шаровые мельницы являются одним из основных видов горно-обогатительпого оборудования и широко используются на отечественных и

зарубежных горно-обогатительных предприятиях для измельчения руды крупностью до 60 мм [1]. Для защиты корпуса (барабана) мельниц от воздействия породы он изнутри футеруется броней, которая по мере изнашивания периодически требует замены. Ремонт и замена футеровок шаровых мельниц на горно-обогатительных предприятиях сопровождается выводом из эксплуатации основного производственного оборудования технологической цепи машин, что ведет к значительным экономическим потерям.

Вопросами износостойкости и увеличения срока службы футеровок шаровых мельниц занимались Андреев Е.Е., Андреев С.Е., Маляров П.В., Перов В.А., Олевский В.А., Крюков Д.К., Дун И.Ф., Пенкин Н.С. и др. [1, 2, 12, 13, 14, 15, 16, 16, 17]. В результате проведенных ими исследований были предложены различные пути снижения скорости изнашивания материала футеровок, например:

- применение вместо традиционно используемого материала футеровок -стали 110Г13Л других более износостойких металлических материалов, например, белых износостойких чугунов [17];

- замена металлической брони на футеровку из других материалов [12, 18, 19, 20, 21];

- оптимизация геометрии футеровки [22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29] с целыо предотвращения проскальзывания по ее поверхности руды и др.

Тем не менее, как показывает практика эксплуатации, разработанные рекомендации недостаточно эффективны и не всегда применимы для реальных условий работы шаровых мельниц на горно-обогатительных предприятиях. Так, например, оказалось, что белые износостойкие чугуны (легированные чугуны типа ИЧ210Х12Н15Г5, ИЧ2ЮХЗОГЗ, ИЧХ12Г5) показывают высокую работоспособность только при применении шаров диаметром до 50-80 мм, при большем диаметре шаров они раскалываются [15]. Резиновые футеровки, демонстрируя высокую износостойкость, тем не менее, в ряде случаев быстро выходят из строя из-за низкой износостойкости лифтеров, вследствие большого износа их бокового слоя [17].

По этим и другим причинам срок службы применяемых в настоящее время футеровок шаровых мельниц на большинстве горно-обогатительных предприятий все еще недостаточен. Так, например, ресурс футеровки шаровой мельницы МШЦ 5500х6500 (материал футеровки сталь 110Г13Л) - основного вида измельчительного оборудования на предприятии ОАО «Апатит» - составляет всего ~ 8000 часов. С учетом того, что вес одного сегмента (плиты) этой 24-х сегментной брони 360 кг, понятно, что замена всей футеровки представляет собой дорогостоящий и трудоёмкий процесс (-384 человеко-часов для одной мельницы).

В этой связи исследования, направленные на изыскание путей повышения срока службы брони шаровых мельниц, остаются по-прежнему актуальными.

Как следует из результатов исследований Саверина М.М., Ткачева В.Н., Одинцова Л.Г., Виноградова В.Н., Львова П.Н. и др. [30, 31, 32, 33, 34], подтвержденных многолетней практикой эксплуатации, одним из путей увеличения усталостной прочности и снижения скорости изнашивания деталей машин, работающих при «металлическом трении», т.е. при трении двух металлических элементов без присутствия абразива, является предварительное их поверхностное механическое упрочнение (наклеп).

Вместе с тем известно [6, 7, 8, 31], что при трении деталей о твердые абразивные породы предварительный наклеп металлических материалов не повышает их износостойкости.

Сведений о влиянии предварительного наклепа на износостойкость материалов, подвергающихся ударно-абразивному воздействию горных пород, в литературе не обнаружено. Поскольку механизм изнашивания при таком воздействии носит усталостный характер [31, 33] и, следовательно, подобен механизму изнашивания при «металлическом трении», можно было предположить, что предварительный наклеп металлических материалов должен снижать скорость их эрозионного разрушения и для случая ударно-абразивного воздействия измельчаемой среды должен повышать срок службы футеровки.

Цель исследования: повышение износостойкости футеровок шаровых мельниц на основе установления закономерностей изменения величины 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 5500x6500 в стационарном режиме измельчения апатито-нефелиновой руды и вида изношенных футеровок на предприятии ОАО «Апатит» для установления доминирующего вида их изнашивания;

- 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 шаровых мельниц, включением в него цикла операций периодической упрочняющей обработки футеровок.

Научная новизна:

- установлена зависимость вида АНВ = Агх повышения твердости АНВ металлической поверхности дна отпечатка, образующегося в результате ударного воздействия шаров, от степени пластической деформации металла в;

- обнаружен эффект положительного влияния наклепа поверхностного слоя материала футеровок шаровых мельниц стали 110Г13Л на скорость его ударно-абразивного изнашивания.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- на примере основного материала футеровок шаровых мельниц — стали 110Г13Л показано, что упрочняющая обработка поверхностного слоя футеровок снижает скорость их удар но-абразивного изнашивания;

- разработан и защищен патентом № 2451591 [35] способ упрочнения поверхностного слоя стальных футеровок шаровых мельниц, который осуществляется наклепом футеровки шарами без ее демонтажа и извлечения из мельницы;

- определены [36, 37] рациональные параметры операции упрочнения поверхностного слоя футеровок шаровых мельниц путем их ударной обработки 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».

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовался комплексный метод, включающий теоретические и экспериментальные исследования, проведенные с использованием разработанного экспериментального стенда.

Основные результаты исследования получены путем математического моделирования с использованием разработанных методов расчета на основе

теории Э.В. Дэвиеа о движения шаров в шаровых мельницах. Для обработки экспериментальных данных использованы методы математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Приращение твердости материала поверхностного слоя футеровки (стали 1 ЮГ 13Л) шаровых мельниц, возникающее в результате последовательных ударных воздействий шаров, зависит от степени деформации 8 её поверхностного слоя в соответствии с уравнением вида АНВ = Агх, в котором А их - константы, характеризующие свойства материала футеровки. При работе мельницы МШЦ 5500x6500 в режиме упрочняющей обработки - частоте вращения барабана п = 0,24 с"1; коэффициенте загрузки шарами ф~30%, времени обработки 18 минут, значение в составляет ~2 %, а твердость поверхностного слоя футеровки в результате обработки возрастает в 1,25 раза.

2. Экспериментально установлено, что наклеп поверхностного слоя футеровки шаровой мельницы МШЦ 5500x6500, 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.

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 футеровокоб апатито-нефелиновую руду.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на:

- Всероссийской конференции «Изобретатели в инновационном процессе России», г. Санкт-Петербург, 2013 г.;

- международной конференции «Научные доклады по проблемам недропользования» Фрайбергская горная академия, г. Фрайберг, Германия, 2012 г.;

- факультетской научной конференции среди молодых учёных и студентов, Санкт-Петербургский государственный горный университет, г. Санкт-Петербург, 2012 г.;

- 10-й международной научно-практической конференции: «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», г. Воркута, 2012 г.;

международном форуме-конкурсе молодых учёных «Проблемы недропользования», Санкт-Петербургский государственный горный университет, г. Санкт-Петербург, 2011 г.;

- международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее», г. Тула, 2011 г.;

- VI международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения», г. Томск, 2011 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 3 в изданиях из перечня рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. 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.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Конструкция шаровой мельницы и режимы её работы

Конструкция шаровой мельницы и режимы её работы рассмотрены на примере мельницы МШЦ 5500x6500, широко использующейся на предприятии ОАО «Апатит».

Шаровая мельница с центральной разгрузкой МШЦ 5500x6500 (рисунок 1.1) состоит из цилиндрического барабана 1 с торцовыми крышками 2, имеющими пустотелые цапфы 4, 5, посредством которых барабан опирается на коренные подшипники 3. Барабан и крышки защищены от воздействия породы футеровкой (броней) 8, состоящей из отдельных сегментов (плит). В барабан загружают стальные или чугунные шары, диаметр которых (от 40 до 120 мм) определяется размером фрагментов измельчаемой породы. Вращение барабана осуществляется от привода 7.

5500

Рисунок 1.1 — Общий вид шаровой мельницы МШЦ 5500x6500 Исходный материал загружается в мельницу через левую загрузочную цапфу 4. Измельченный материал попадает в правую разгрузочную цапфу 5 и разгружается через бутару 6.

Барабан изготовляется сварным или клепаным из толстой листовой стали. На оба конца барабана приклепывают или приваривают стальные обработанные

фланцы для прикрепления торцовых крышек. Иногда барабан изготовляют литым из стали и чугуна или стали с фланцами на концах.

Торцовые крышки 2 с пустотелыми цапфами отливают из чугуна или стали в зависимости от размеров мельницы. Торцовые крышки к фланцам барабана мельницы крепят болтами. Для уплотнения соединения болтами и уменьшения нагрузки на крышках предусмотрен кольцевой выступ. Снаружи на разгрузочных цапфах 4, 5 устраивается кольцевой выступ для предотвращения попадания пульпы в подшипник. Коренные подшипники делаются с большой опорной поверхностью. Часто применяют самоустанавливающиеся подшипники с баббитовыми вкладышами, имеющими шаровую опору в корпусе подшипника.

Мельница данной конструкции устанавливается в горизонтальном положении. Создание уклона пульпы и, тем самым, ее движение от входа к выходу в мельнице достигается использованием несколько большего внутреннего диаметра разгрузочной цапфы 5 по сравнению с загрузочной 4.

Режим работы шаровой мельницы зависит от скорости вращения её барабана. Теории движения загрузки (шаров и измельчаемого материал) в барабанных мельницах посвящены работы ряда ученых: ДэвисаЭ.В. [38], Левенсона Л.Б. [39], Олевского В.А. [13, 40, 41, 42], ТаггартаА.Ф. [43, 44], Канторовича3.Б. [45], Андреева С.Е. [2, 46, 47], Андреева Е.Е. [1] и др. [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55].

При низкой скорости вращения мельницы вся шаровая нагрузка делает поворот в сторону вращения на некоторый угол и при постоянной скорости вращения остаётся в таком положении. Шары непрерывно циркулируют, поднимаясь с проскальзыванием по концентрическим круговым траекториям и скатываясь параллельными слоями каскадом вниз. Такой режим работы мельницы называется каскадным (рисунок 1.2). Измельчение материала при каскадном режиме происходит главным образом его раздавливанием и истиранием перекатывающимися шарами [1, 2, 9].

Рисунок 1.2 - Каскадный режим работы шаровой мельницы Каскадный режим работы мельницы характеризуется тонким измельчением с увеличенным выходом шламов и повышенным износом футеровки из-за проскальзывания породошаровой загрузки по стенке барабана и, как следствие, абразивного характера изнашивания [1, 2, 13].

По мере повышения скорости вращения барабана угол поворота шаровой загрузки увеличивается, шары по круговым траекториям поднимаются всё выше, но режим работы остается еще каскадным. Когда, наконец, шары поднимутся до известной, ещё большей высоты, определяемой частота вращения мельницы, они сходят с круговых траекторий и, как тела, брошенные под углом к горизонту, по параболическим траекториям падают водопадом обратно на круговые траектории. Такой режим работы мельницы называется водопадным (рисунок 1.3). Измельчение материала при водопадном режиме происходит главным образом ударом падающих шаров и отчасти истиранием.

Рисунок 1.3 - Водопадный режим работы шаровой мельницы

При водопадном режиме вся траектория движения шара в каком-либо слое делится на два участка (рисунок 1.4) [1, 2, 9]. При подъёме шара от точки падения Ах до точки отрыва А5 шар движется по круговой траектории А\А5 и от точки отрыва А5 до точки падения А1 падает по параболической кривой А5А1.

Рисунок 1.4 — Траектория движения шара при водопадном режиме работы мельницы и

силы, действующие на шар

Положение шара на круговой траектории определяется углом отрыва а (рисунок 1.4), образуемым радиусом барабана мельницы, проходящим через центр шара, с вертикальным диаметром барабана.

В любой точке круговой траектории радиуса Я шар находится под

действием силы тяжести С и центробежной силы С = ту2/я, где V - линейная скорость шара на круговой траектории. Силу тяжести О можно разложить на составляющие: радиальную N = О собо, и тангенциальную Т = С-ята.

При постоянной угловой скорости вращения барабана центробежная сила С сохраняет постоянную величину на всех участках круговой траектории и постоянное направление от оси мельницы к периферии. Величина же и направление радиальной силы N меняются и зависят от положения шара на круговой траектории.

Шаровая нагрузка увлекается в движение по круговым траекториям силами трения, возникающими между футеровкой барабана и прилегающим к ней внешним слоем шаров, и, вследствие трения между смежными слоями шаров,

г

стремится вращаться как сплошное тело вместе с барабаном. Величина сил трения зависит от коэффициента трения и нормального давления на внутреннюю поверхность барабана, оказываемого радиальными составляющими силы тяжести N и центробежными силами С. Тангенциальные составляющие силы тяжести Т стремяться повернуть шаровую нагрузку против направления вращения. Для того чтобы нагрузка не скользила по футеровке, момент сил трения относительно оси мельницы должен уравновешивать момент тангенциальных составляющих сил тяжести относительно той же оси [2, 15].

Наибольшее давление на поверхность барабана шары оказывают в нижних квадрантах, где радиальные силы N и С действуют в одну сторону. Здесь и возникает наибольшее трение, создающее «подпор», обеспечивающий вращение шаровой нагрузки. В верхнем квадранте радиальная сила Л^, действуя в противоположную сторону, уменьшает давление, оказываемое центробежной силой С, уменьшая тем самым и силу трения.

Шар какого-либо слоя движется по круговой траектории и переходит из нижнего квадранта в верхний не как единичный изолированный шар, в силу индивидуально вызываемого им трения, а за счёт трения всей шаровой нагрузки, как её составная часть, увлекаемый в движение всей вращающейся массой шаров и «подпираемый» последующим рядом шаров того же слоя [1, 2, 13, 15].

Сила трения зависит, главным образом, от коэффициента заполнения барабана мельницы шарами ф (отношения объема шаров к свободному объему барабана) и характера поверхности футеровки, в меньшей - от свойств измельчаемой породы и консистенции пульпы (отношения Ж : Т). При небольших шаровых загрузках, гладкой поверхности футеровочных плит и малой скорости вращения мельницы давление шаров оказывается недостаточным и наблюдается скольжение внешнего слоя шаров по поверхности барабана и одного слоя шаров по другому. С увеличением шаровой загрузки силы трения между футеровкой и шарами внешнего слоя возрастают и, при значениях ф выше 30%, скольжение шаров по футеровке практически отсутствует [2].

Можно также выделить ещё один режим работы шаровой мельницы -критический. Он возникает при достижении критической скорости вращения мельницы, определяемой [2] по формуле

42 3

«кр =7==> О-1)

V вше

где /7Кр - критическая угловая частота вращения барабана, об/мин, 7?)Ш1С - радиус окружности внешнего шарового слоя барабана мельницы, м.

При критической частоте вращения барабана начинает центрифугировать только внешний слой шаров (около брони) и работа измельчения продолжается.

По мере увеличения частоты вращения выше критической в центрифугирование постепенно вступают шары слоев, расположенных ближе к оси мельницы. При некоторой сверхкритической частоте все слои шаров начинают центрифугировать и падение шаров прекращается. Мельница в этот момент уподобляется маховому колесу: расход полезной энергии при этом равен нулю, но и работа измельчения также равна нулю.

Переход от каскадного режима к водопадному происходит постепенно. При промежуточных частотах вращения в мельницах реализуется смешанный режим. Незначительное повышение частоты вращения барабана по сравнению с частотой при каскадном режиме обусловливает переход на параболические траектории сначала только внешнего слоя загрузки. Экспериментальные исследования, выполненные на модели шаровой мельницы с прозрачным торцом и различными типами футеровок, показали [2, 12, 13, 17], что в диапазоне параметров, при которых работают промышленные рудоразмольные мельницы, реализуется смешанный режим движения шаров.

При этом режиме шары вместе с барабаном движутся по части окружности, одновременно происходит скольжение между слоями шаровой загрузки, интенсивность которого зависит от параметров работы мельницы \|/ и ф (у отношение скорости вращения барабана мельницы п к и,ф), а также типа профиля футеровочных плит. При обычно используемых в рудоразмольных мельницах частотах вращения барабана (\|/ = 65-80%) и степенях заполнения его шарами ср >

30% реализуется трехфазный цикл движения шаров внешнего слоя загрузки [13] (рисунок 1.5, а): I - подъем по круговой траектории CDA; II - движение по параболической траектории AB; III - откатка на «пяте» ВС.

Каскадная зона

а) б)

Рисунок 1.5 — Движение шаровой загрузки («) и эпюра (б) заполнения мелюпцши телами барабана мельницы при смешанном трехфазном цикле движения шаров

Важно отметить, что в мельницах с фасонной футеровкой любого профиля скольжение внешнего слоя шаровой загрузки на большей части дуги СШ подъема отсутствует [17].

Футеровки, составленные из плит с большими углами подъема рабочих поверхностей, поднимают загрузку па большую высоту и позволяют ей накопить значительную потенциальную энергию. При падении шаров на пяту потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию измельчения. Таким образом, зона пяты является зоной наиболее активного измельчения при смешанном режиме, а подвижность слоев шаровой загрузки в этой зоне в известной мере зависит от профиля футеровочных плит. На рисунке 1.5, б представлена эшора заполнения мелющими телами барабана мельницы при смешанном режиме. Относительное проскальзывание между внутренними слоями шаровой загрузки обусловливает образование каскадной зоны. Шары этих слоев при этом движутся вокруг неподвижной точки 0\ [17].

Для расчёта и определения траекторий движений шаров различных слоёв загрузки обычно используют [2, 15] параметр К, зависящий от относительной

скорости вращения мельницы \|/ и коэффициента заполнения барабана мельницы шарами ф, при превышении предельных значений которого (кривая АВ на рисунке 1.6 [15]) начинает реализовываться чисто водопадный режим.

к

Рисунок 1.6 - Предельные значения параметра А!" для различных относительных скоростей вращения \[/ и коэффициентов заполнения барабана мельницы ф

В областях ниже кривой АВ реализуются смешанные режимы, т.е. часть шаровой загрузки движется в каскадном режиме, а часть в водопадном (рисунок 1.5).

1.2 Использующиеся виды футеровок

Для предохранения барабана мельницы от износа используют футеровочные плиты или, как их еще называют, броню. По мере изнашивания плиты подлежат замене, для чего мельницу останавливают на ремонт.

Футеровочные плиты различаются в зависимости от материала, профиля и метода монтажа. Они должны легко устанавливаться и заменяться. Обычно плиты для шаровых мельниц, в которых используются шары диаметром более 80 мм, изготовляют из марганцовистой стали 110Г13Л (стали Гадфильда) [57, 58, 59], гораздо реже из резины [1, 12, 18, 19, 20, 21] или керамики. Толщина футеровочных плит колеблется от 50 мм для малых мельниц и до 130-160 мм -для больших.

Заметное влияние на работу мельницы оказывает форма футеровочной плиты [12, 15, 17].

Для грубого измельчения (крупность исходного продукта 10-30 мм, измельченного 1-5 мм) применяют футеровки, имеющие ребра (поз. 5, 6, 9, 12-15

рисунок 1.7). Для тонкого (крупность исходного продукта 1-5 мм, измельченного 0,074-1 мм) - используют гладкие (поз. 10, 11) или волнистые (поз. 1- 4, 7, 8) конструкции футеровок.

Рисунок 1.7 - Типы футеровок цилиндрической части барабана мельниц 1-15 - стальные футеровки; 16 - резиновая футеровка с лифтером; 17-18 — футеровка мельниц самоизмельчения; 4 и 15 - с безболтовым креплением; остальные — с болтовым

креплением к барабану

Как показывает практика [1, 17], резиновые футеровки (вида 16 рисунка 1.7) рационально применять в шаровых мельницах в основном для тонкого измельчения, в которых используют шары диаметром менее 80 мм. В этом случае применение резиновой футеровки снижает эксплуатационные расходы. В случае использования шаров диаметром 80 и 100 мм (стадия грубого измельчения), применять металлическую футеровку становится более рационально (рисунок 1.8), что и осуществляется на мельницах МШЦ 5500x6500 в ОАО «Апатит».

25

100

50 75

Крупность шара, мм

Рисунок 1.8 - Расходы на замену изнашиваемых стальной (1) и резиновой (2) футеровок шаровых мельниц в зависимости от диаметра используемых шаров [1]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бочков, Владимир Сергеевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев, Е.Е. Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению: Учебник / Е.Е. Андреев, О.Н. Тихонов. - СПб: СПГГИ (ТУ), 2007. -439 с.

2. Андреев, С.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / С.Е.Андреев, В.В.Зверевич, В.А.Перов. - М.: Недра, 1966. - 396 с.

3. Солод, Г.И. Повышение долговечности горных машин / Г.И. Солод, К.И. Шахова, В.И. Русихин. - М.: Машиностроение, 1979. - 184 с.

4. Зимин, А.И. Повышение износостойкости молотковых мельниц и дробилок / А.И. Зимин, В.П. Шабанов, Б.В. Фаддеев — Свердловск: Б.и., 1982. -57 с.

5. Барон, Л.И. Абразивность горных пород при добывании. / Л.И. Барон, А.В. Кузнецов. - М.: изд. АН СССР, 1961. - 168 с.

6. Хрущов, М.М. Трение, износ и микротвердость материалов: Избранные работы (к 120-летию со дня рождения) / Отв. ред. И.Г. Горячева; Предисл. И.Г.Горячевой; Вступ. ст. И.А. Буяновского, М.М. Хрущова (мл.). - М.: КРАСАНД, 2012. - 512 с.

7. Хрущов, М.М. Исследования изнашивания металлов. /М.М. Хрущов, М.А. Бабичев. - М.: изд-во АН СССР, 1960. - 352 с.

8. Хрущов, М.М. Закономерности абразивного изнашивания // Износостойкость. М.: изд-во «Наука», 1975. - 192 с.

9. Тененбаум, М.М. Износостойкость деталей и долговечность горных машин. - М.: ГН-ТИЛ по ГД, 1960. - 247 с.

10. Тененбаум, М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании. М., изд. «Машиностроение», 1966. - 320 с.

11. Сердитова, А.Е. Литые хладо- и износостойкие стали для горнодобывающей техники: дис. ... канд. тех. наук: 05.16.01/Сердитов Антон Евгеньевич. - СПб, 2008. - 141 с.

12. Маляров, П.В. Основы интенсификации процессов рудо подготовки: Монография. - Ростов-на-Дону: ООО «Ростиздат», 2004. - 320 с.

13. Перов, В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых: Учеб. пособие для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. / В.А.Перов, Е.Е.Андреев, Л.Ф.Биленко. М.: Недра, 1990. - 301 с.

14. Олевский, В.А. Размольное оборудование обогатительных фабрик. М.: Госгортехиздат, 1963. - 447 с.

15. Крюков, Д.К. Футеровки шаровых мельниц. М.: Машиностроение, 1965.

- 184 с.

16. Дун, И.Ф. Влияние профиля футеровки барабана на процесс измельчения и износа в шаровой мельницы / И.Ф. Дун, В.А. Цукерман // Обогащение руд. - 1974. - № 3. - С. 30-35.

17. Пенкин, Н.С. Повышение износостойкости горно-обогатительного оборудования / Н.С. Пенкин. - М.: Недра, 1992. - 265 с.

18. Пенкин, Н.С. Гуммированные детали машин / Н.С. Пенкин. - М.: Машиностроение, 1977. - 200 с.

19. Beebe, R.R. Rubber Versus steel in Ball mill Liners / R.R. Beebe, K.E. Merklin // Mining Congress Journal. - 1969. - vol. 55, № 12. - P. 54-58.

20. Diel Costa, W. Design as peets of rubber mill linings / W. Diel Costa, G.A. Criffinths // Can. Mining J. - 1970, - № 6. - P. 76-79.

21. Tord Andren. Appraisal of the use of Rubber Linings in grinding mills / Tord Andren, Gustav Nilsson // London: Tenth International Mineral. Prognosing Congress.

- 1973.-P. 47.

22. Арефьев, В.А. Увеличение срока службы деталей мельницы и дробилок / В.А. Арефьев // Цемент. - 1965. - № 2. - С. 14-15.

23. Барышев, Н.П. Повышение износостойкости футеровки загрузочной части шаровой мельницы / Н.П. Барышев и др. // Горный журнал. - 1970. - № 5. -С. 74-75.

24. Быков, В.И. Сроки службы футеровок барабанных мельниц / В.И. Быков, А.Г. Дербас // Бюллетень, ЦНИИЧМ. - 1969. - № 6. - С. 27-29.

25. Данилов, Л.И. Промышленные испытания унифицированной футеровки шаровых мельниц / Л.И. Данилов и др. // Обогащение руд. - 1973. - № 4. - С. 1719.

26. Егерман, У.Ф. Ремонт и замена брони шаровых мельниц / Х.Ф. Егерман // Энергетик. - 1960. - № 4. - 35 с.

27. Зеленов, НИ. Промышленные испытания резиновой футеровки шаровой мельницы / Н.И. Зеленов, Н.И. Просвиряков, Ю.А. Рухлов // Горный журнал. —

1970. - № 8. - С. 50-52.

28. Сафрай, В.А. Унификация футеровок шаровых мельниц / В.А. Сафрай, Н.Ф. Дун, Н.В. Белевич // Цветная металлургия. - 1970. — № 21. - С. 16-23.

29. Хватов, Ю.А. Новые износостойкие профили футеровочных плит рудоразмольных мельниц / Ю.А. Хватов, Д.М. Виленкин, С. А. Княжицкий // Горный журнал. - 1963. - № 12. - С. 31-35.

30. Саверин, М.М. Дробеструйный наклеп. М.: Машгиз, 1955. — 312 с.

31. Ткачев, В.Н. Методы повышения долговечности деталей машин. / В.Н.Ткачев, Б.М.Фиштейн, В.Д.Власенко, В.А.Уланов. М.: Машиностроение,

1971.-272 с.

32. Одинцов, Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987. — 328 с.

33. Виноградов, В.Н. Изнашивание при ударе / В.Н. Виноградов, Г.М. Сорокин, А.Ю. Албагачиев. — М.: Машиностроение, 1982. - 192 с.

34. Львов, П.Н. Износостойкость деталей строительных и дорожных машин. - М.: Машгиз, 1962. - 89 с.

35. Пат. 2451591 Российская Федерация, МШС В24С1/10. Способ поверхностного упрочнения стальных футеровок шаровых мельниц [Текст] / Болобов В.И., Бочков B.C., Баталов А.П., Бойцов Ю.П.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ)». №2010133477/02; заявл. 09.08.10; Опубл. 27.05.2012, Бюл. № 15 -4 с.

36. Болобов, В.И. Обоснование возможности эффективного наклепа стали Гадфильда в условиях работы футеровок шаровых мельниц. / В.И. Болобов, B.C. Бочков, А.П. Баталов // Горное оборудование и электромеханика. - 2012. -№1.-С. 38-42.

37. Болобов, В.И. О возможности эффективного наклепа стали Гадфильда в условиях работы футеровок шаровых мельниц. / В.И. Болобов, B.C. Бочков, А.П. Баталов, Ю.П. Бойцов //Записки Горного института. - 2012. - т. 196. - С. 226-230.

38. Дэвис, Э.В. Тонкое измельчение в шаровых мельницах: сборник института «Механобр». Теория и практика дробления и тонкого измельчения / Э.В. Дэвис. - М.: Гостехиздат, 1932. - С. 194-234.

39. Левенсон, Л.Б. Дробление и грохочение полезных ископаемых / Л.Б. Левенсон, Г.И. Прейгерзон. - М.: Гостехиздат, 1940 - 771 с.

40. Олевский, В.А. Наивыгоднейший размер шаров для шаровых мельниц / В.А. Олевский // Горный журнал. - 1948. - № 1. - С. 30-33.

41. Олевский, В.А. Размольное оборудование обогатительных фабрик / В.А. Олевский. - М.: Недра, 1963. - 447 с.

42. Олевский, В.А. Графические методы определения производительности шаровых мельниц / В.А. Олевский // Обогащение руд. - 1964. - № 2. - С. 37-44.

43. Таггарт, А.Ф. Справочник по обогащению полезных ископаемых / А.Ф. Таггарт. - М.: Металлургиздат, 1950. - 2 т. - 955 с.

44. Таггарт, А.Ф. Основы обогащения / А. Ф. Таггарт. - М.: Металлургиздат, 1958. - 566 с.

45. Канторович, З.Б. Размольно-дробильные машины и грохоты / З.Б. Канторович. - М.: ОНТИ, 1937. - 178 с.

46. Андреев, С.Е. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава / С.Е. Андреев и др. - M.: Металлургиздат, 1959. -437 с.

47. Андреев, С.Е. Законы дробления // Горный журнал. — 1952. - №7. -С. 36-38.

48. Жуде, Э.К. Измельчение при каскадном режиме работы шаровой мельницы / Э.К. Жуде, В.А. Перов // Горный журнал. - 1965. - № 4. - С. 60-61.

49. Загустин, A.M. Теория измельчения в шаровой мельнице: сборник института «Механобр» / A.M. Загустин. - JI., 1985. - 245 с.

50. Казеннов, М.Н. Измельчение и классификация руд цветных металлов (Обзор материалов Всесоюз. школы по обмену опытом измельчения и классификации руд на обогат. Фабриках предприятий цвет, металлургии) / М.Н. Казенов, В.П. Яшин. - М.: Металлургиздат, 1963. - 140 с.

51. Перов, В.А. Измельчение руд / В.А. Перов, В.Ю. Бранд. — М.: Металлургиздат, 1950. - 220 с.

52. Рыжов, A.B. Об условиях устойчивого режима работы дробящей загрузки в шаровой мельнице / A.B. Рыжов, A.M. Иванов, М.Н. Гайворонский // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1968. — № 6. — С. 10-15.

53. Хуки, Р.Т. Новые закономерности тонкого измельчения / Р.Т. Хукки // Цветные металлы. - 1958. - № 10. - С. 3-16.

54. Яшин, В.В Влияние длины барабанных мельниц на их производительность / В.В. Яшин, В.А. Туманян, Л.Ф. Белепко // Обогащение руд. - 1973. -№3.- С. 17-19.

55. Dunn, D.J. Build a better mill liner / David Dunn // Mining Year Book. -Denver, Colo, 1973. - Pp. 29-30.

56. Андреев, С.Е. Наивыгоднейшее число оборотов шаровой мельницы / С.Е. Андреев // Горный журнал. - 1964. -№10. - С. 44-49.

57. Крюков, Д.К. Усовершенствование размольного оборудования гор но-обогатительных предприятий / Д.К. Крюков. - М.: «Недра», 1966. - 174 с.

58. Михельсоы, Н.Г. Требование к материалу футеровки барабана мельницы / Н.Г. Михельсон // Цветные металлы. - 1972. -№ 11. - С. 74-78.

59. Тененбаум, М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании / М.М. Тененбаум. — М.: Машиностроение, 1966. -331 с.

60. Болобов, В.И. О возможности повышения износостойкости стали Гадфильда наклепом в условиях работы футеровок шаровых мельниц. /

B.И. Болобов, B.C. Бочков // Современные проблемы машиностроения: труды VI Международной научно-технической конференции / Томский политехнический университет. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета. - 2011. -

C. 42-46.

61. Болобов, В.И. О целесообразности изготовления зубьев ковшей экскаваторов из стали 110Г13Л / В.И. Болобов, B.C. Бочков, Ю.В. Лыков, А.П. Баталов // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решеия: Труды 10-ой международной научно-практической конференции 11-13 апреля 2012 г. / Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». - Воркута. - 2012. - С. 319-322.

62. Марганцовистая сталь. Пер. с англ. Б.А. Белоуса под ред. М.Е. Блантера. М.: Металлургиздат, 1959. - 94 с.

63. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / A.C. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др. Под общей ред. A.C. Зубченко - М.: Машиностроение, 2003. - 784 с.

64. Натчук, А.И. Износ обкатанных поверхностей / А.И. Натчук // Упрочнение деталей машин механическим наклепыванием. - М.: Наука, 1965 -С. 151-156.

65. Солнцев, Ю.П. Металловедение и технология металлов: Учебник для вузов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Демянцевич. - М.: Металлургия, 1988. -512 с.

66. Дерягин, Г.А. Упрочнение наклепом замковой части турбинных лопаток / Г.А. Дерягин // Упрочнение деталей машин механическим наклепыванием. — М.: Наука. - 1965. - С. 93-99.

67. Жук, Е.И. Обкатка коленчатых валов вибрирующими роликами / Е.И. Жук // Упрочнение деталей машин механическим наклепыванием. - М.: Наука. - 1965 - С. 204-205.

68. Виноградов, В.Н. Ударно-абразивный износ буровых долот / В.Н. Виноградов, Г.К. Шрейбер, Г.М. Сорокин - М.: Недра, 1975. - 166 с.

69. Кудрявцев, И.В. Влияние кривизны соприкосающихся поверхностей на глубину пластической деформации при упрочнении деталей поверхностным наклепом / И.В.Кудрявцев, Г.Е.Петушков // Повышение прочности деталей машин поверхностным деформированием: материалы II научно-технической конференции. Пермский политехнический институт. Пермь. — 1967. — С 40-52.

70. Гуляев, А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. / А.П. Гуляев - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

71. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник том I. Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. - М.: ГН-ТИЛ по Ч и ЦМ, 1961. - 747 с.

72. Саверин, М.М. Дробеструйный наклеп / М.М. Саверин. - М.: Машгиз, 1955.-312 с.

73. Шапошников, H.A. Механические испытания металлов / H.A. Шапошников. -М.-Л.: Машгиз, 1954. - 443 с.

74. Третьяков, A.B. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением / A.B. Третьяков, В.И. Зюзин. — М.: Металлургия, 1973. -224 с.

75. Третьяков, A.B. Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании. Справочник / A.B. Третьяков, Г.К. Трофимов, М.К. Гурьянова. -М.: Машиностроение, 1971. - 250 с.

76. Марковец, М.П. Построение диаграмм истинных напряжений по твердости и технологической пробе / М.П. Марковец // ЖТФ. - 1949. - Т. XIX, вып. 3. - С. 371-382

77. Матюнин, В.М. Деформационные характеристики и константы материалов при испытаниях ступенчатым и непрерывным вдавливанием индентора / В.М. Матюнин // Заводская лаборатория. - 1992. - № 11. - С. 56-58

78. Матюнин, В.М. Оперативная диагностика механических свойств конструкционных материалов / В.М. Матюнин - М.: Издательский дом МЭИ, 2006.-216 с.

79. Кац, Р.З. Упрочнение стали Г13Л взрывом / Р.З. Кац, Ф.П. Заманская, М.В. Генце, В.П. Хорошко, С.Т. Кашкина // Вестник машиностроения. - 1966. -№3 - С. 67-69.

80. Виноградов, В.Н. Износостойкость сталей и сплавов: Учебное пособие для вузов. / В.Н. Виноградов, Г.М. Сорокин - М.: Нефть и газ, 1994. - 417 с.

81. Бетехтин, А.Г. Курс минералогии. — М.: Государственное Издательство геологической литературы, 1951. - 542 с.

82. Еременко, М.Н. Применение методов рентгеновской микротомографии для определения пористости в керне скважин [Электронный ресурс] / М.Н. Еременко, Ю.А. Муравьева // Нефтегазовая геология. Теория и практика. — 2012. - Т.7. -№3. - Режим доступа: ЬирУ/п^р.ги/гиЬ/2/35_2012.pdf.

83. Воробьева, Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-е пер. и доп. / Г.Я. Воробьева - М.: «Химия», 1975. - 816 с.

84. Горбачевский, В.В. Эксплуатация и ремонт шаровых барабанных мельниц. - Киев, 1967. - 40 с.