Освоение бронефутеровок трубных мельниц помола цементной промышленности

23 августа 2017

 

Более 5 лет назад предприятие ЗЛЗ-Метапласт начало осваивать производство бронефутеровочных плит трубных мельниц помола цементной промышленности. Несмотря на то, что на нашем предприятии до этого основным направлением было производство литых жаропрочных цепей и жаростойких, износостойких деталей по всей необходимой для цементной промышленности номенклатуре, было принято решение о вводе производства деталей внутримельничных устройств (бронефутеровка, перегородки и пр.).

Основной целью нового производства стало получение качественных бронефутеровочных плит и межкамерных перегородок из высокомарганцовистых сплавов. Уровень прочностных и пластических свойств, а также износостойкость высокомарганцовистой стали в значительной мере определяются химическим составом. Необходимый химический состав стали достигается контролем заводской лаборатории по колебанию пределов содержания в металле основных элементов: С, Мn, Si, S, Р. Влияние химического состава, а также примесей на физико-механические свойства высокомарганцовистой стали было исследовано на нашем предприятии. Вопрос об оптимальном соотношении содержания марганца и углерода (Мn:C) в высокомарганцовистой стали до сих пор считается окончательно не решенным.

В ходе освоения марки 110Г13Л мы выяснили, что отношение Мn:C ≥ 10 оптимально для обеспечения высоких показателей ее ударной вязкости, прочности и пластичности, хотя и с ростом отношения улучшается ее ударная вязкость, восприимчивость к наклепу. Отношение Мn:C = 7,5:8,5 после надлежащей термической обработки обеспечивает чистоту стали по карбидам и невосприимчивость к трещинообразованию. Таким образом, свыше 98% всех плавок стали 110Г13Л выплавляется с соотношением Мn:C ≥ 10, но при этом основным направлением для получения износостойкой и ударопрочной стали является термическая обработка высокомарганцовистой стали.

Введение в высокомарганцовистую сталь алюминия сверх количества, необходимого для ее окончательного раскисления, является вредным, так как присадка >0,05% Аl повышает склонность стали к образованию ситовидной пористости, загрязняет металл неметаллическими включениями, снижает его прочность, пластичность, вязкость и хладостойкость.

При отработке стали 110Г13Л введение в металл в ходе разливки 150 гр. на 150 кг металла в ковш показало хорошие результаты, так как легирование алюминием высокомарганцовистого сплава вызывает повышение прочностных и пластических характеристик. При этом необходимо учесть, что это объясняет измельчение зерна аустенита и повышение его стабильности к образованию €- фазы. Абразивная стойкость стали при этом не изменяется.  

Кроме исследований по влиянию Аl проводились исследования на структуру металла: введение титана, который влияет на повышение износостойкости стали, измельчение структуры при первичной кристаллизации. Ведение дополнительных легирующих элементов ведет к улучшению эксплуатационных свойств отливок из высокомарганцовистых сталей, что при этом ведет к повышению стоимости изделия.

Данные из исследований и многолетней практики свидетельствует о том, что трещиноустойчивость высокомарганцовистой стали, а также природа и характер неметаллических включений в ней зависят от способа выплавки. Поэтому на нашем предприятии более дешевый метод переплава вторичного металла высокомарганцовистой стали не считается основным, так как способ выплавки влияет на механические и служебные свойства высокомарганцовистой стали. ЗЛЗ-Метапласт идет на определенные затраты для выплавки стали марки 110Г13Л с ограничением % использования вторичных материалов группы Б-22 до min, основная масса переплавляемого - чистые шихтовые материалы – использование отходов проката, рельсовой стали, ферросплавов и комплексной бескремниевой лигатуры.

Основной характеристикой производства качественной отливки из высокомарганцовистой стали является термическая обработка отливки. В литом состоянии сталь 110Г13Л имеет аустенитную структуру с включением карбидов, которые оказывают отрицательное влияние на ее механические и служебные свойства. Если рассматривать содержание марганца при среднем содержании в стали c 12%Мn наблюдается в карбидах эвтектического происхождения (~27%) и фосфидной эвтектики (~23%), вторичные карбиды содержат около 15% Мn. При отработке режимов термической отработки стали 110Г13Л было выяснено, что при нагреве отливок до 700° С происходит процесс растворения карбидов. Структурные изменения, происходящие в стали при ее нагреве, согласуются с изменением ее твердости. С повышением температуры нагрева и увеличением продолжительности выдержки при этой температуре количество карбидов уменьшается, вследствие чего твердость металла снижается. Процесс изменения микроструктуры высокомарганцовистой стали при ее нагреве происходит в интервале от 700° до 1050°С., основное время при нагреве отливки по сечению зависит от скорости нагрева, которое влияет на образование трещин при превышении скорости нагрева. Для получения качественных отливок скорость нагрева отливки не должна превышать 50° С в час, что делает процесс термической обработки отливок энергоемким. Сам процесс нагрева – скорость нагрева, время выдержки в интервале определенных температур полностью автоматизирован и подвергается строгому контролю. После выравнивания скорости нагрева по сечению отливки и достижения температур выдержки и температуры закалки мы достигли твердости отливок в интервале от 175 до 229 НВ, а показатели по твердости доказали нам, что мы на верном пути.

Освоив производство отливок из высокомарганцовистой стали с необходимыми свойствами по прочностным характеристикам в течение 5 лет ЗЛЗ-Метапласт освоил более 130 наименований сортамента деталей, применяемых в трубных мельницах цементной промышленности.

При освоении отливок для цементной промышленности мы столкнулись с тем, что у каждого предприятия при одинаковых типоразмерах бронеплит, перегородок номера по чертежу и наименования разные. Даже после некоторой унификации, которую провели некоторые заводы, продолжают поступать заказы на плиты и перегородки с различными номерами и наименованиями. Для массового производства с получением качественных свойств по механическим характеристикам и размерным параметрам необходимо прийти к единому типоразмеру по бронеплитам.

Использование единого типоразмера позволит нам перейти от ручного изготовления моделей отливок к пресс-формам для разнообразного сортамента отливок. Изготовление пресс-форм позволит уменьшить затраты на изготовление моделей и сможет гарантировать достижение точности по габаритным размерам.

Необходимо отметить, что изготовление моделей вручную подразумевает склейку отдельных компонентов модели, а это применения клея, который является весьма неблагоприятным фактором в процессе изготовления отливки – повышенный брак, непредсказуемый характер процесса заливки и прочее.

Для повышения качества продукции желательно, чтобы цементные заводы приняли самое активное участие в разработке и унифицировании бронефутеровочных плит как минимум для мельниц диаметрами 2,4; 2,6; 3,0; 3,2 и 4,0м, как для первой камеры, так и для второй камеры мельниц помола.

В процессе реализации плана НИОКР коллективом АООТ «Оргпроектцемент» совместно с ОАО «ЗЛЗ-Метапласт» разработали и освоили броневые плиты со специальным унифицированным профилем, который практически сохраняет постоянным коэффициент сцепления с мелющей загрузкой. Точнее профиль бронеплиты сохраняется постоянным в процессе износа футеровки в ходе эксплуатации мельницы.

В ходе командировки на ОАО «ЦЕМЕНТ» (Алтай) наши специалисты столкнулись с тем, что бронеплиты первой камеры были заменены после эксплуатации в течение 1,5 лет, хотя степень износа плит составила 25-30%. Как оказалось, замену годных к эксплуатации плит произвели только по причине истечения срока гарантии.

Таким образом, подтверждается техническое обоснование ОРГПРОЕКТЦЕМЕНТА по использованию бронеплит с новым профилем рабочей поверхности, которая обеспечивает сохранение формы поверхности, близкой к первоначальной, практической в любой степени износа. Отсюда вытекает, что величина коэффициента сцепления мелющих тел с бронефутеровкой, высота подъема мелющих тел и эффективность процесса измельчения сохраняются практически постоянно.

Применение бронеплит нового профиля позволяет повысить производительность мельниц и качество измельчаемого сырья, снижает удельный расход энергозатрат на помол, срок службы бронеплит увеличивается. В настоящее время гарантированный срок эксплуатации бронефутеровок мельниц помола устанавливается не менее 1,5 лет, со дня ввода в эксплуатацию. В настоящее время на нашем предприятии продолжается поиск материалов, замене классически применяемых высокомарганцовистых сталей различных модификаций по легирующим элементам с целью повышения износостойкости бронефутеровочных плит с гарантирующим сроком эксплуатации не менее 3-х лет.

Мы предлагаем вам опробовать в эксплуатации бронеплиты нового профиля, изготовленные из других материалов, с целью подбора оптимального материала отливок с более длительным сроком эксплуатации бронефутеровок.