Исследование процесса охлаждения и кристаллизации чугунных мелющих тел эллипсоидной формы на конвейерно-кокильной машине
Процесс измельчения сырья и материалов широко применяется в различных перерабатывающих отраслях промышленности. Технология дробления и измельчения руд и других твердых материалов – одна из наиболее масштабных и энергоемких, вследствии этого дорогостоящих. Мелющие тела являются основным видом материалов, которые используются при измельчении железной руды и руд цветных металлов, цементного клинкера, угля, строительных материалов. Ежегодное потребление мелющих тел в Украине - более 35О тыс. тонн. Доля мелющих тел от общих затрат на измельчение сырья достигает 30%.
Для тонкого измельчения абразивных и трудно размалываемых материалов используются барабанные (шаровые и стержневые) мельницы. В них в качестве мелющих тел применяют стержни, шары, цилиндры, параболоиды и эллипсоиды. На Макеевском литейном заводе разработаны и изготовляют чугунные мелющие тела эллипсоидной формы. Мелющие тела эллипсоидной формы обеспечивают более эффективный процесс измельчения сырья, обусловленный большей суммарной площадью поверхности эллипсоидов по сравнению с шаровыми при той же массе, обладают повышенной износостойкостью, связанной с более высокой объемной твердостью чугунных мелющих тел, позволяют снизить расход мелющих тел на тонну измельчаемого материала и снизить затраты при изготовлении. Для мелющих тел, работающих в условиях ударно-абразивного, износа, применяют преимущественно белый чугун, легированный хромом от 2 до 37%. Содержание углерода до 3 – 3,5%.
Служебные свойства чугунных мелющих тел эллипсоидной формы, отливаемых в открытые кокили, зависят от химического состава и температуры заливаемого чугуна, способа охлаждения кокилей, внутренней структуры отливок, наличие усадочных раковин и других технологических факторов.
Одним из недостатков открытых кокилей является быстрое охлаждение металла в верхней части отливки за счет излучения тепла в окружающее пространство. По условиям передачи тепла интенсивность охлаждения открытого зеркала жидкого металла пропорциональна четвертой степени температуры, а интенсивность отвода тепла теплопроводностью от отливки к кокилю пропорциональна первой степени температуры металла. Большая разница в скоростях охлаждения приводит к тому, что на поверхности зеркала металла появляется твердая корочка, в то время как центральная часть отливки остается жидкой. Это приводит к значительному затруднению отвода газов из жидкости отливаемого изделия в атмосферу и способствует образованию газовых раковин и усадочной рыхлости внутри отливки.
Кроме того, при низких температурах (ниже 1300 0C) заливаемого чугуна нарушается симметричность мелющего тела, т.е. увеличение угла наклона основания по отношению к продольной оси за счет более раннего застывания открытой поверхности металла на наклонном участке машины.
С целью улучшения условий газовыделения из жидкого металла в процессе кристаллизации предложен новый конструктивный элемент – зеркальный отражатель, который обеспечивает управление процессом затвердевания и кристаллизации отливок в кокиле, уменьшение количества пустот и устранения перекоса основания отливок, что приводит к повышению их эксплутационных характеристик (ударостойкость, износостойкость и стабильность формы). Зеркальный отражатель полуцилиндрической формы с хорошо отражающей внутренней поверхностью.
При прохождении кокилей под зеркальным отражателем уменьшается скорость охлаждения открытой поверхности жидкого металла, находящегося в ячейках кокиля за счет отражения теплового потока от вогнутой зеркальной поверхности отражателя обратно на всю верхнюю часть открытого кокиля с расположенными в нем ячейками с жидким металлом. Увеличение длительности пребывания зеркала металла в жидком состоянии способствует более полному удалению газов из всего объема металла и устранению перекоса
основания отливок.
Для определения оптимальных размеров зеркального отражателя были произведены расчеты скорости затвердевания мелющих тел при установке зеркального отражателя над движущимися кокилями при выходе на горизонтальный участок с использованием математической модели процесса кристаллизации чугунных мелющих тел эллипсоидной формы. Расчеты выполнялись для мелющего тела типа Т9 с диаметром основания 60 мм при начальной температуре заливаемого чугуна 1400 0C. Наилучшие результаты получены при длине зеркального отражателя составляющей 0,20-0,25 длины горизонтальной части конвейера. Отражатель сделан подвижным. Его положение на конвейере зависит от температуры заливаемого чугуна. Эта система автоматизирована.
Вследствие всего этого повышаются эксплутационные характеристики отливок (мелющих тел) за счет получения более плотной структуры металла и устранения перекоса основания отливок, улучшается товарный вид чугунных мелющих тел эллипсоидной формы.