Дослідження процесу охолождення і кристалізації литих мелючих тіл із чавуну еліпсоїдної форми на конвейорно-кокільній машині
Процес здрібнювання сировини і матеріалів широко застосовується в різних переробних галузях промисловості. Технологія дроблення і здрібнювання руд і інших твердих матеріалів – одна з найбільш масштабних і енергоємних, унаслідок цього дорогих. Мелющі тіла є основним видом матеріалів, що використовуються при здрібнюванні залізної руди і руд кольорових металів, цементного клінкера, вугілля, будівельних матеріалів. Щорічне споживання мелющих тіл в Україні - більш 350 тис. тон. Частка мелючи тіл від загальних витрат на здрібнювання сировини досягає 30%.
Для тонкого здрібнювання абразивних і матеріалів, що важко розмелюються, використовуються барабанні (кульового і стрижневі) млина. У них як мелющі тіла застосовують стержні, кулі, циліндри, параболоїди й еліпсоїди. На Макіївському ливарному заводі розроблені і виготовляють чавунні мелющі тіла еліпсоїдної форми. Тіла еліпсоїдної форми, що мелють, забезпечують більш ефективний процес здрібнювання сировини, обумовлений більшою сумарною площею поверхні еліпсоїдів у порівнянні з кульовими при тій же масі, мають підвищену зносостійкість, зв'язаної з більш високою об'ємною твердістю чавунних мелющих тіл дозволяють знизити витрата тіл, що мелють, на тонну матеріалу, що подрібнюється, і знизити витрати при виготовленні. Для мелющих тіл, працюючих в умовах ударно-абразивного, зносу, застосовують переважно білий чавун, легований хромом від 2 до 37%. Зміст вуглецю до 3 – 3,5%.
Службові властивості чавунних мелющих тіл еліпсоїдної форми, що відливаються у відкриті кокілі, залежать від хімічного складу і температури чавуна, що заливається, способу охолодження кокілів, внутрішньої структури виливків, наявність усадочних раковин і інших технологічних факторів.
Одним з недоліків відкритих кокілів є швидке охолодження металу у верхній частині виливка за рахунок випромінювання тепла в навколишній простір. За умовами передачі тепла інтенсивність охолодження відкритого дзеркала рідкого металу пропорційна четвертого ступеня температури, а інтенсивність відводу тепла теплопровідністю від виливка до кокілю пропорційна першого ступеня температури металу. Велика різниця у швидкостях охолодження приводить до того, що на поверхні дзеркала металу з'являється тверда скоринка, у той час як центральна частина виливка залишається рідкою. Це приводить до значного утруднення відводу газів з рідини виробу, що відливається, в атмосферу і сприяє утворенню газових раковин і усадочної крихкості усередині виливка.
Крім того, при низьких температурах (нижче 1300 0C) чавуна, що заливається, порушується симетричність тіла, що меле, тобто збільшення кута нахилу підстави стосовно подовжньої осі за рахунок більш раннього застивання відкритої поверхні металу на похилій ділянці машини.
З метою поліпшення умов газовиделення з рідкого металу в процесі кристалізації запропонований новий конструктивний елемент – дзеркальний відбивач, що забезпечує керування процесом затвердіння і кристалізації виливків у кокілі, зменшення кількості порожнеч і усунення перекосу підстави виливків, що приводить до підвищення їх эксплутаціоних характеристик (ударостійкість, зносостійкість і стабільність форми). Дзеркальний відбивач напівциліндричної форми з добре відбиваючою внутрішньою поверхнею.
При проходженні кокілів під дзеркальним відбивачем зменшується швидкість охолодження відкритої поверхні рідкого металу, що знаходиться в осередках кокілю за рахунок відображення теплового потоку від увігнутої дзеркальної поверхні відбивача назад на усю верхню частину відкритого кокілю з розташованими в ньому осередками з рідким металом. Збільшення тривалості перебування дзеркала металу в рідкому стані сприяє більш повному видаленню газів із всього обсягу металу й усуненню перекосу
підстави виливків.
Для визначення оптимальних розмірів дзеркального відбивача були зроблені розрахунки швидкості затвердіння тіл, що мелють, при установці дзеркального відбивача над кокілями, що рухаються, при виході на горизонтальну ділянку з використанням математичної моделі процесу кристалізації чавунних тіл еліпсоїдної форми, що мелють. Розрахунки виконувалися для тіла типу, що меле, Т9 з діаметром підстави 60 мм при початковій температурі чавуна, що заливається, 1400 0C. Найкращі результати отримані при довжині дзеркального відбивача складової 0,20-0,25 довжини горизонтальної частини конвеєра. Відбивач зроблений рухливим. Його положення на конвеєрі залежить від температури чавуна, що заливається. Ця система автоматизована.
Унаслідок усього цього підвищуються експлутаціонні характеристики виливків (мелющих тіл) за рахунок одержання більш щільної структури металу й усунення перекосу підстави виливків, поліпшується товарний вид чавунних тіл еліпсоїдної форми, що мелють.