Miksi kehittää metalli-keraamisia hiomateloja?
Kiina on yksi rikkaimmista mineraalivarannoistaan. Perusmateriaalitieteen kehittyessä malmijauheen kysyntä kasvaa vuosittain. Malmijauhetta varten on monia valmistusmenetelmiä. Pystymyllyjärjestelmä on nykyään tyypillinen jauhatusprosessi, ja sitä käytetään laajasti sementti-, rakennusmateriaali-, kaivos-, sähkö-, lasikuitu- ja muilla teollisuudenaloilla. Malmi murskataan ja jauhetaan mikronikokoiseksi tai jopa nanokokoiseksi jauheeksi jauhatustelojen ja vuorauslevyjen yhteistoiminnalla pystymyllyssä. Jatkuvan murskaus- ja jauhatusprosessin aikana hiomatelan pinta kuluu myös materiaalin reaktiovoiman vaikutuksesta, mikä ei ainoastaan aiheuta suurta metallimateriaalin kulumista, vaan johtaa myös jauhatustoiminnon heikkenemiseen. tuotantoon ja hiomatelan huolto- ja vaihtokustannusten nousuun. Tällä hetkellä pystymyllyjen jauhatustelat on usein valmistettu runsaskromivaluraudasta tai päällehitsattu runsaskromivaluraudalla. Vaikka sen toiminnan vakaus on hyvä, ongelmia on edelleen, kuten alhainen päivittäinen teho ja riittämätön kulutuskestävyys. Ongelmana on, että se ei täytä ihmisten odotuksia resurssien kulutuksen vähenemisestä. Siksi uusien materiaalien kehittäminen uusien hiomatelojen valmistamiseksi on elintärkeää. Tässä artikkelissa esitellään lyhyesti kermettikomposiittihiomatelojen kehitys pystymyllyissä ja analysoidaan niiden käytön vaikutuksia tapaustutkimuksilla.
Yleiskatsaus kulutusta kestävien metalli-keraamisten hiomatelojen kehitykseen ja käyttöön Kiinassa ja ulkomaissa
Pystymyllyn päähiomakomponenttina jauhatustela vaatii suurta kovuutta ja tiettyä sitkeyttä. Kulutuskestävien materiaalien kehitysprosessissa on ollut kolme vaihetta: korkea mangaaniteräs, kova nikkelivalurauta ja korkea kromivalurauta. Runsasmangaanipitoista terästä käytetään usein olosuhteissa, joissa on iskukuormitus, mutta se ei ole täysin karkaistu ja sillä on erittäin rajoitettu kulutuskestävyys. Hyvän karkeutensa ansiosta nikkelikova valurauta voi muodostaa kovan, kulutusta kestävän martensiitti + M³C -karbidirakenteen valettaessa. Tämä eutektinen rakenne kestää hyvin materiaalin aiheuttaman matriisin kyntämisen. , mutta sen sitkeys on riittämätön ja sen käyttöalue on suhteellisen pieni. Runsaasti kromia sisältävä valurauta on kolmannen sukupolven kulutusta kestäviä materiaaleja, jotka on kehitetty korkean mangaanipitoisen teräksen ja nikkelikovan valuraudan jälkeen. Verrattuna tavalliseen valuraudaan korkean kromipitoisella valuraudalla on korkea sitkeys, lämmönkestävyys ja kulutuskestävyys.
Malmin jauhamisen kaltaisilla toimialoilla laitteiden toimintanopeuden kasvaessa runsaskromipitoisen valuraudan kulutuskestävyys tulee riittämättömäksi. Ulkomainen kulutuskestävien materiaalien tutkimus keskittyy metallimatriisikomposiitteihin, joissa käytetään ZTA-keraamisia hiukkasia ja WC-keraamisia hiukkasia lujitefaaseina. Niistä komposiittimateriaalien valmistusvalmistajat, joita edustaa Belgian Magotteaux ja Intian VEGA Wear Resistant Materials Company käyttävät tällaisia materiaaleja kermettikomposiittihiomatelojen ja vuorausten valmistukseen, ja niiden työpinnoilla on korkea kovuus ja korkea kulutuskestävyys. Metalli-keraamisia komposiittihiomateloja ja vuorauksia on käytetty laajalti sementti-, lämpövoima-, malmi- ja muilla teollisuudenaloilla ulkomailla, mikä lisää merkittävästi pystysuorien myllyjen käyttöaikaa ja vähentää pystysuorien myllyjen epänormaalia huoltoa. Tuotujen kermettihiomatelojen hinta on kuitenkin korkea ja toimitusjakso pitkä, joten hinta/suorituskyky-suhde ei ole korkea. Kotimarkkinat odottavat innolla kotimaisia kermettihiomateloja. Hiomatelojen ominaisuuksien vertailu Kiinassa ja muissa maissa on esitetty alla olevassa taulukossa.
Hiomatelan tyyppi | Erilaisten hiomatelojen ominaisuudet | ||
Etu | haitta | ||
Kiinan markkinat | Alloy Steel | Korkea lujuus, korkea sitkeys, korkea kovuus, kulutuskestävyys | kalleus |
valettu teräs | Hyvä lujuus ja sitkeys | Matala kovuus ja alhainen kulutuskestävyys | |
Pehmeä rauta | Hyvä sitkeys, korkea kovuus, keskinkertainen kulutuskestävyys, helppo käsitellä | Helppo murtaa, heikko lujuus | |
Kovapinnoitettu korkea kromivalurauta | Korkea lujuus, korkea sitkeys, korkea kovuus | Helppo irrottaa, toistuva päällyshitsaus, riittämätön kylmä- ja lämpöväsymisen kestävyys | |
Korkea mangaaniteräs | Korkea sitkeys, kovuus ja kohtalainen kulutuskestävyys | Helppo murtaa ja kutistua | |
Vähäseosteinen teräs | Korkea lujuus, sitkeys ja iskunkestävyys | Ei kulutusta kestävä, lyhyt käyttöikä | |
Muiden maiden markkinat | Kulutusta kestävä pinnoite | Korkea lujuus ja sitkeys | Alhainen iskunkestävyys ja kallis |
Keskipakovalettu bimetallinen runsasseosteinen teräs | Korkea kovuus, kulutusta kestävä ulkokerros, vahva sisäkerros | Helppo erottaa |
Kermet-komposiittimateriaalien valmistus
Komposiittimateriaalin valmistusprosessi
Kermet-komposiittimateriaalit koostuvat keraamisista hiukkasista ja metallimatriisista. Komposiittimateriaalien keraamiset hiukkaset, jotka ovat tärkeimpiä kulutusta kestäviä kantajia, ovat tärkeitä komposiittimateriaalien käytössä, ja metallimatriisi voi purkaa keraamihiukkasiin kohdistuvan voiman komposiittimateriaalien käytön aikana. Kermet-komposiittimateriaalien valmistus valuinfiltraatiomenetelmällä voi välttää puutteita, kuten pitkiä tuotantojaksoja, korkeaa energiankulutusta ja korkeita kustannuksia. Käytimme ProCAST-simulointiohjelmistoa simuloidaksemme ZTAp/korkeakromivalurauta-matriisikomposiittimateriaalien prosessia kaatolämpötiloissa 1350°C, 1450°C, 1550°C ja 1650°C ja valunopeuksilla 3.0 kg/s, 3.5 kg/s ja 4.0 kg/s. Stressiolosuhteet erilaisissa olosuhteissa ja tarkista simulaatiotulokset kokein. Tulokset osoittavat, että komposiittivaikutus on parempi hiekkapainovalussa, kun valunopeus on 3.5 kg/s ja kaatolämpötila on 1550 °C. Se voi varmistaa, että esivalmistetulla rungolla on hyvä rakenteellinen eheys komposiittiprosessin aikana. Käytimme alipainevaluinfiltraatiota ZTA-keraamivahvisteisten runsaskromien valurautamatriisikomposiittimateriaalien valmistukseen. Päällystämällä nikkeliä ja pinnoittamalla Cr-jauhetta ZTA-keraamipinnalle, elementtien diffuusiota käytettiin korkean lämpötilan sulassa parantamaan rajapinnan kostuvuutta, edistämään kyllästysvaikutusta ja lisäämään sidoslujuutta. Valmistimme paineetonta infiltraatiovaluprosessia mikronikokoisilla zirkoniumoksidilla karkaistuilla alumiinioksidihiukkasilla vahvistetuilla valurautapohjaisilla komposiittimateriaaleilla, mikä ratkaisi mikronikokoisten keraamisten hiukkasaihioiden huonon sulautumisen ongelman tihkumisolosuhteissa ja tutki systemaattisesti ZTAp-vahviketta. . Hienojakoisen jauhepitoisuuden vaikutus runsaskromipitoisissa valurautamatriisikomposiittiaihioissa niiden mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin.
Komposiittimateriaalien organisaation ominaisuudet
Kermettikomposiittimateriaalit tuottavat suuren määrän martensiittia matriisiin sopivien valmistusprosessien avulla, ja samaan aikaan kuusikulmaiset primaariset M7C3-karbidit jakautuvat. Tämä hidastaa perusmetallin kulumisnopeutta, suojaa ZTA-keraamisia hiukkasia suurimmassa määrin ja saavuttaa korkean kulutuskestävyyden. Käytimme suunnattua jähmettymistekniikkaa korkeakromipitoisen, hypereutektisen rakenteen omaavan valuraudan valmistukseen. Tutkimme karkaisun ja karkaisun vaikutuksia matriisin rakenteeseen, kovuuteen, sitkeyteen ja kulutuskestävyyteen. 1050 ℃ karkaisu + 450 ℃ karkaisuprosessissa runsaskrominen valurautarakenne on M7C3+ martensiittia, jossa on pieni määrä jäljellä olevaa austeniittia. Matriisilla on korkea iskuenergia ja korkea kulutuskestävyys. Karakterisoimme hypoeutektisen runsaan kromipitoisen valuraudan mikrorakenne- ja suorituskykytestejä erilaisissa lämpökäsittelyolosuhteissa. Havaitsimme, että hypoeutektisen runsaan kromivaluraudan kovuus ja iskunvaimennettu energia kasvoivat sammutuslämpötilan ja pitoajan pidentyessä. Karkaisun ja karkaisun jälkeen maksimikovuus voi olla 58HRC ja suurin iskuenergian absorptio voi olla 15J. Tutkimme lämpökäsittelyprosessin vaikutusta eutektisen runsaskromivaluraudan mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Hiilipitoisuuden vaihteluväli eutektisella alueella pienenee Cr-pitoisuuden kasvaessa, mikä on suunnilleen lineaarinen suhde. Karkaisu 400-500 ℃ aiheuttaa toissijaisen kovettumisen. Kovuus kasvaa nopeasti ja kulumishäviö vähenee merkittävästi.
Komposiittirakenteiden suunnittelu
Metallipohjaisten kulutusta kestävien komposiittien perusteellisella tutkimuksella komposiittikokoonpano optimoidaan ja suunnitellaan tuotteen työpinnan käytön ja ulostulovoiman vaatimusten mukaan. Tällä hetkellä metalli-keraamikomposiittialue on valmistettu kolmiulotteisena kolmiulotteisena ruudukkona, ja tällä rakenteella voidaan tehokkaasti välttää metallisulan supistumisen aikana syntyvää jännitystä. Varmista, että metalli-keraamikomposiittimateriaalin valmistus- ja käyttöprosessi ei aiheuta halkeamia, murtumia tai muita vikoja. Toisaalta ristikkomainen metalli-keraaminen komposiittialue tuottaa kulumisprosessin aikana koveran-kuperan rakenteen, joka voi tehokkaasti "tartuttaa" malmipalat jauhatustelan ja vuorauksen väliselle materiaalin murskausalueelle. Elementtianalyysiohjelmiston perusteella simuloimme ZTA-keraamihiukkasilla vahvistettujen korkeakromivalurautamatriisikomposiittien lämpötilakenttää ja lämpöjännitystä valuprosessin aikana. Lämpöelastis-muovimekaniikkamallia sovellettiin kuvaamaan tarkasti erirakenteisten elementtivalojen lämpöjännitysjakaumaa. Lopuksi osoitetaan, että lämpöjännitys pienenee valmiiden runkoreikien sivujen kasvaessa, eli lämpöjännitys minimoituu, kun kennoreiät ovat pyöreitä.
Yhdessä materiaalien vikamekanismin kanssa iskukulumisolosuhteissa analysoimme, että ei-isku-hankaavissa kulumisolosuhteissa rakenteellisten keraamisten/teräskomposiittien kulutuskestävyyden paraneminen riippuu keraamisten hiukkasten kovuuden ja sitkeyden yhdistetystä suorituskyvystä. , matriisin kovuus ja keraamisen/matriisin rajapintojen sidoslujuus; Iskuhiontakulumisolosuhteissa rakenteellisten keraamisten/teräskomposiittien kulutuskestävyyden paraneminen riippuu pääasiassa keraamisten hiukkasten kovuudesta, matriisin kovuudesta ja keramiikan/matriisin rajapinnan sidoslujuudesta. Iskuhiontakulumisen tapauksessa valmistettujen keraamisten/teräskomposiittien kulutuskestävyyden paraneminen riippuu pääasiassa keraamisten hiukkasten sitkeydestä, matriisin kovuudesta ja keraamisen/matriisin rajapinnan sidoslujuudesta.
Metalli-keraamikomposiittihiomatelojen valmistus ja käyttö
Yleiskatsaus kermettikomposiittihiomatelan rakennesuunnitteluun ja valmistusprosessiin
Ensinnäkin keraamisten hiukkasten pinta seostettiin ja käsitellyt ZTA-keraamiset hiukkaset ja runsaskromiseosjauhe sekoitettiin suhteellisesti ja laitettiin grafiittimuotteihin ja tiivistettiin. Keraaminen aihio valmistettiin korkean lämpötilan tyhjösintrausmuovauksella, ja esimuotin morfologia oli kuvan mukainen, jossa ruudukon huokos-seinämäsuhde oli (1.5-1.8):1.
Aihiot on järjestetty peräkkäin ja kiinnitetty metalliontelon sisäpuolelle alla olevan kuvan osoittamalla tavalla. Runsaskrominen valurautasulate kaadetaan painovoimavalulla 1550°C:n lämpötilassa. Telaa pidetään paikallaan 72 tuntia ja poistetaan sitten kermettikomposiittihiomatelan saamiseksi. Metalli-keraamikomposiittihiomatelat poistettiin 72 tunnin pitoajan jälkeen.
Metalli-keraamikomposiittihiomatelan toimintavaikutus
Yrityksemme metalli-keraaminen komposiittihiomatela on ollut menestyksekkäästi käytössä lasikuituteollisuudessa Taulukossa 2 esitetyissä työolosuhteissa: perinteinen runsaskrominen valurauta ja metallikeraaminen hiomatela hionta lasikuitutietovertailu. Perinteisten kromivalurautahiomatelojen varhainen käyttö, tuotto 11t tunnissa, kokonaistuotanto 12,000t telan pinnan kulumispaksuuden jälkeen 45-50mm. Tällä kertaa tuotos jyrkkä lasku tunnissa ei voi täyttää tuotannon vaatimuksia. Metalli-keraami-komposiittihiomatelojen käytön jälkeen tuntituotanto on vakaa yli 13 tonnin kohdalla, mikä on 18 % korkeampi kuin perinteisissä runsaskromivalurautahiomateloissa. Kaksipuolinen käyttö jopa 60,000 5 tonniin on tavanomaisen runsaan kromipitoisen valurautahiomatelan kokonaisteho 2 kertaa. Taulukon XNUMX data-analyysin mukaan metalli-keraamikomposiittihiomatelojen käyttö voi säästää energiaa, vähentää energiankulutusta ja vähentää uusiutumattomien luonnonvarojen hukkaa.
Taulukko 2 Perinteisten runsaasti kromia sisältävien valurauta- ja kermettihiomatelojen käyttötietojen vertailu | |||||
Materiaali | Keskivirta/A | Kokonaiskulumispaksuus/mm | Kokonaiskäyttöaika/h | Keskimääräinen yksikkötuntituotanto/(t/h) | Kokonaistuotantotilastot/10,000 XNUMX tonnia |
korkea kromi valurauta | 28 | 45-50 | 1000 | 11 | 1.2 |
Metalli-keraamiset komposiitit | 25 | 35-40 | 4600 | 13 | 6 |
Kuvassa 3 on esitetty metalli-keraamikomposiittihiomatelojen kuluminen eri toimintavaiheissa. Voidaan nähdä, että keraamiset hiukkaset jakautuvat näkyvään ristikon muotoon, mikä "saattaa" materiaalin telojen hionta-alueelle käytön aikana ja parantaa jauheen saantoa.
kuvio 4 on hiomatelan työpinnan kulumispaksuus eri lähtöjen alla; voidaan nähdä, että hiomatelan työpinnan kulumisnopeus sotaa edeltävällä kaudella on suhteellisen nopeaa.
Tämä johtuu "sisäänajoprosessista" (kun keramiikka ei ole täysin toimintakunnossa), mikä johtaa lisääntyneeseen kulumiseen. Telojen käytön jatkuessa metalli-keramiikka-komposiittialue alkaa toimia täysillä ja kulumisaste tasaantuu vähitellen. Taulukon 2 tiedot osoittavat, että metalli-keraami-komposiittitelojen kulutuskestävyys on paljon suurempi kuin perinteisten runsaskromien valurautatelojen.
Taloudellisen hyödyn analyysi
Samassa käyttösyklissä metalli-keraamikomposiittihiomatelojen käyttö ilman pintakäsittelyä ei pelkästään vähennä hankintakustannuksia ja huoltokäyntien määrää, vaan myös merkittävästi alentaa tuotantokustannuksia.
Taulukko 3 Metallikeramiikkakomposiittihiomatelojen ja runsaskromipitoisten hiomatelojen taloudellisen suorituskyvyn vertailu | |||||
ITEM | Hankintakustannukset/sarja (RMB) | Hiomatelojen keskimääräiset kustannukset tonnia kohden (RMB) | Sähkönkulutus/(kWh/t) | Sähkön hinta tonnia kohden (RMB) | Yhden hiomatelasarjan kokonaiskustannukset tonnia kohden / RMB |
Korkea kromi valurautahiomatelat ja vuoraukset | 120000 | 10.27 | 64 | 40 | 50.27 |
Metalli-keraamiset komposiittihiomatelat ja vuoraukset | 250000 | 4.22 | 62 | 38 | 42.22 |
Otetaan esimerkiksi pystysuora mylly HRM1700, perinteisen korkean kromivaluraudan käyttöikä noin 1000 tuntia, kokonaistuotanto 12,000 120,000 t, markkinahinta noin 0.32 10.27 yuania per sarja, purku- ja ylläpitokustannukset 40 miljoonaa yuania, keskimääräiset kustannukset hionta telat per tonni jauhetta 50.27 yuania, per tonni jauhe kustannukset 4600 yuania sähkönkulutusta, yksi sarja korkea kromi valurauta telat per tonni jauhe yhteensä 60,000 yuania. Vaihdettu metalli-keraamikomposiittihiomatelan ja vuorauksen käyttöikä noin 250,000 tuntia, kokonaistuotanto 0.32 4.22 tonnia, markkinahinta noin 38 42.22 yuania sarjaa kohti, purku- ja ylläpitokustannukset 100,000 miljoonaa yuania, hiomatelojen keskimääräinen tonnimäärä jauhekustannukset 6.05 yuania, per tonni jauhe kulutuskustannukset 2 yuania, yksi sarja korkea-kromi valurauta hionta telat per tonni jauhe yhteensä 605,000 yuania. Yksi pystysuora mylly mukaan vuotuinen tuotanto 200,000 t laskea, jokainen tonni jauhetta säästää ostokustannukset jauhatus telat XNUMX yuania, säästää sähkökustannuksia XNUMX yuania, voi vähentää ostokustannuksia XNUMX yuania vuodessa, säästää sähkökustannuksia noin XNUMX XNUMX yuania.
Päätelmät
Qiming Casting on tehnyt paljon saavutuksia metalli-keraami-komposiittimateriaalien tutkimuksessa, mikä on luonut teoreettisen perustan kotimaisille metalli-keraamikomposiittihiomateloille. Valu- ja tunkeutumismenetelmällä valmistettuja metalli-keraamikomposiittihiomateloja käytetään asiakkaiden lasikuitujauheen valmistuslaitteissa, mikä vaikuttaa selvästi energiansäästöön ja kulutuksen vähentämiseen:
- Metalli-keraamikomposiittihiomatelojen käyttö voi lisätä tuntitehoa jopa 18 % verrattuna monometallisiin kulutusta kestäviin materiaaleihin;
- Samassa kulumistilassa metalli-keraamikomposiittihiomatelan tilavuuskuluminen vähenee 30–35%, mikä voi pidentää hiomatelan kokonaiskäyttöikää 3–5-kertaiseksi;
- Peruskorjausten määrän vähentäminen kuusinkertaiseksi vähentää hankintakustannuksia 6 605,000 dollarilla vuodessa ja säästää noin 200,000 XNUMX dollaria sähkökustannuksissa;
- Vähennä energiankulutusta, ja metalli-keraamikomposiittihiomatelojen käyttö vähentää keskimääräistä tehonkulutusta jauhetonnia kohden 3 %.