Неліктен металл керамикалық тегістеу орамдарын әзірлеу керек?
Қытай пайдалы қазбалардың ең бай қоры бар елдердің бірі. Іргелі материалтану дамуымен руда ұнтағына сұраныс жыл сайын артып келеді. Кен ұнтағын дайындаудың көптеген процестері бар. Тік диірмен жүйесі бүгінде әдеттегі ұнтақтау процесі болып табылады және цемент, құрылыс материалдары, тау-кен өнеркәсібі, электр энергетикасы, шыны талшық және басқа салаларда кеңінен қолданылады. Тік диірмендегі ұнтақтау роликтері мен төсеу тақталарының бірлескен әрекеті арқылы кен ұсақталып, микрон өлшемді немесе тіпті нано өлшемді ұнтаққа айналады. Үздіксіз ұсату және ұнтақтау процесінде ұнтақтау білікшесінің беті материалдың реакциялық күшімен де тозады, бұл металл материалдың үлкен тозуына әкеліп қана қоймай, сонымен қатар ұнтақтау функциясының төмендеуіне, азаюына әкеледі. шығару көлемі, және тегістеу шығыршығына техникалық қызмет көрсету және ауыстыру құнының артуы. Қазіргі уақытта тік диірмендердегі тегістеу шығыршықтары көбінесе жоғары хромды шойыннан жасалған немесе жоғары хромды шойынмен қабаттастырылған дәнекерленген. Оның жұмыс тұрақтылығы жақсы болғанымен, күнделікті аз өнімділік және жеткіліксіз тозуға төзімділік сияқты мәселелер әлі де бар. Мәселе мынада, ол адамдардың ресурстарды аз тұтынуға деген үмітін қанағаттандырмайды. Сондықтан, жаңа тегістеу роликтерін жасау үшін жаңа материалдарды әзірлеу өте маңызды. Бұл мақалада тік диірмендердегі кермет композитті тегістеу шығыршықтарының дамуы қысқаша таныстырылады және оларды мысалдармен қолдану әсерлері талданады.
Қытайда және шетелде тозуға төзімді металл керамикалық тегістеу орамдарын әзірлеу және қолдану туралы шолу
Тік диірменнің негізгі ұнтақтаушы құрамдас бөлігі ретінде ұнтақтағыш ролик жоғары қаттылықты және белгілі бір қаттылықты қажет етеді. Тозуға төзімді материалдарды әзірлеу процесі үш кезеңнен өтті: жоғары марганецті болат, никельді қатты шойын және жоғары хромды шойын. Жоғары марганецті болат көбінесе соққы жүктемелері бар жағдайларда қолданылады, бірақ оны толығымен қатайту мүмкін емес және тозуға төзімділігі өте шектеулі. Қатты никельді шойын жақсы қатайтылатындықтан, құйылған кезде қатты, тозуға төзімді мартенсит + M³C карбид құрылымын құра алады. Бұл эвтектикалық құрылым матрицаны материалмен жыртуға жақсы қарсы тұра алады. , бірақ оның қаттылығы жеткіліксіз және қолдану ауқымы салыстырмалы түрде аз. Жоғары хромды шойын – жоғары марганецті болат пен никельді қатты шойыннан кейін жасалған тозуға төзімді материалдардың үшінші буыны. Қарапайым шойынмен салыстырғанда жоғары хромды шойын жоғары беріктікке, ыстыққа төзімділікке және тозуға төзімділікке ие.
Кенді ұнтақтау сияқты салаларда жабдықтың жұмыс жылдамдығы артқан сайын жоғары хромды шойынның тозуға төзімділігі жеткіліксіз болады. Тозуға төзімді материалдар бойынша шетелдік зерттеулер ZTA керамикалық бөлшектерін және арматуралық фазалар ретінде WC керамикалық бөлшектерін пайдаланатын металл матрицалық композиттерге бағытталған. Олардың ішінде Бельгияның ұсынатын композиттік материал дайындау өндірушілері Магото және Үндістанның VEGA тозуға төзімді материалдар компаниясы осындай материалдарды кермет композитті тегістеу роликтері мен төсемдерін дайындау үшін пайдаланады және олардың жұмыс беттері жоғары қаттылық пен жоғары тозуға төзімділік сипаттамаларына ие. Металл керамикалық композициялық тегістеу роликтері мен төсемдер цемент, жылу энергетикасы, кен және басқа да салаларда кеңінен қолданылды шетелде тік диірмендердің жұмыс уақытын айтарлықтай арттырады және тік диірмендердің қалыптан тыс қызмет көрсетуін азайтады. Дегенмен, импорттық кермет тегістеу роликтерінің бағасы жоғары және жеткізу циклі ұзақ, сондықтан баға/өнімділік қатынасы жоғары емес. Ішкі нарық отандық кермет тегістеу роликтерін асыға күтуде. Қытайдағы және басқа елдердегі тегістеу роликтерінің сипаттамаларын салыстыру төмендегі кестеде көрсетілген.
Тегістеу білікшесінің түрі | Әртүрлі тегістеу роликтерінің сипаттамасы | ||
басымдық | Қолайсыздық | ||
Қытай нарығы | Легирленген болат | Жоғары беріктік, жоғары қаттылық, жоғары қаттылық, тозуға төзімділік | жоғары құны |
шойын болат | Жақсы күш пен қаттылық | Төмен қаттылық және төмен тозуға төзімділік | |
Сұйық темір | Жақсы қаттылық, жоғары қаттылық, орташа тозуға төзімділік, өңдеуге оңай | Жарылу оңай, беріктігі төмен | |
Қатты қаптайтын жоғары хромды шойын | Жоғары беріктік, жоғары қаттылық, жоғары қаттылық | Жеңіл қабыршақтайды, жиі қабаттасатын дәнекерлеу, суыққа және ыстыққа төзімділік жеткіліксіз | |
Жоғары марганецті болат | Жоғары қаттылық, қаттылық және орташа тозуға төзімділік | Жеңіл жарылып, кішірейеді | |
Төмен легирленген болат | Жоғары беріктік, қаттылық және соққыға төзімділік | Тозуға төзімді емес, қызмет ету мерзімі қысқа | |
Басқа елдер нарығы | Тозуға төзімді жабын | Жоғары беріктік пен қаттылық | Соққыға төзімділігі төмен және қымбат |
Центрифугалық құйылған биметалдық жоғары легирленген болат | Жоғары қаттылық, тозуға төзімді сыртқы қабат, күшті ішкі қабат | Бөлу оңай |
Кермет композициялық материалдарды дайындау
Композиттік материалды дайындау процесі
Кермет композициялық материалдар керамикалық бөлшектерден және металл матрицасынан тұрады. Композиттік материалдардағы керамикалық бөлшектер, негізгі тозуға төзімді тіректер ретінде композиттік материалдарды пайдалануда маңызды рөл атқарады, ал металл матрица композиттік материалдарды пайдалану кезінде керамикалық бөлшектер көтеретін күшті түсіре алады. Кермет композиттік материалдарды құю инфильтрация әдісімен дайындау ұзақ өндірістік циклдар, жоғары энергия тұтыну және жоғары баға сияқты кемшіліктерді болдырмайды. 1350°C, 1450°C, 1550°C және 1650°C құю температураларында және 3.0 кг/с, 3.5 құю жылдамдығында ZTAp/жоғары хромды шойын матрицалық композициялық материалдар процесін модельдеу үшін ProCAST модельдеу бағдарламалық құралын қолдандық. кг/с және 4.0кг/с. Әртүрлі жағдайларда кернеу жағдайлары және эксперименттер арқылы модельдеу нәтижелерін тексеріңіз. Нәтижелер құю жылдамдығы 3.5кг/с, ал құю температурасы 1550°C болғанда құмның гравитациялық құю кезінде композиттік әсер жақсырақ екенін көрсетеді. Ол композиттік процесс кезінде дайын корпустың жақсы құрылымдық тұтастығын қамтамасыз ете алады. Біз ZTA керамикалық күшейтілген жоғары хромды шойын матрицалық композиттік материалдарды дайындау үшін теріс қысымды құю инфильтрациясын қолдандық. ZTA керамикалық бетіне Ni қаптау және Cr ұнтағын жабу арқылы интерфейстің ылғалдануын жақсарту, сіңдіру әсерін жақсарту және байланыстыру беріктігін арттыру үшін жоғары температурадағы балқымада элемент диффузиясы қолданылды. Біз микрон өлшемді циркониймен қатайтылған алюминий тотығы бөлшектерін күшейтілген жоғары хромды шойын негізіндегі композиттік материалдарды дайындау үшін қысымсыз инфильтрациялық құю процесін қолдандық, бұл сүзу жағдайында микрон өлшемді керамикалық бөлшектердің дайындамалары нашар балқыту мәселесін шешті және ZTAp арматурасын жүйелі түрде зерттеді. . Жоғары хромды шойын матрицалық композиттік преформалардағы ұсақ ұнтақ құрамының олардың микроқұрылымы мен механикалық қасиеттеріне әсері.
Композиттік материалды ұйымдастырудың сипаттамасы
Кермет композиттік материалдары сәйкес дайындау процестері арқылы матрицада мартенситтің үлкен мөлшерін шығарады және сонымен бірге алтыбұрышты бастапқы M7C3 карбидтері бөлінеді. Бұл негізгі металдың тозу жылдамдығын бәсеңдетеді, ZTA керамикалық бөлшектерін барынша қорғайды және тозуға жоғары төзімділікке қол жеткізеді. Гиперевтектикалық құрылымы бар жоғары хромды шойын дайындау үшін бағытты қатаю технологиясын қолдандық. Біз сөндірудің және шынықтырудың матрица құрылымына, қаттылыққа, қаттылыққа және тозуға төзімділігіне әсерін зерттедік. 1050 ℃ сөндіру + 450 ℃ шыңдау процесінде жоғары хромды шойын құрылымы M7C3 + мартенсит болып табылады, аздаған аустенит сақталады. Матрица жоғары соққы энергиясы мен жоғары тозуға төзімділікке ие. Біз әртүрлі термиялық өңдеу жағдайларындағы гипоэвтектикалық жоғары хромды шойынның микроқұрылымы мен өнімділік сынақтарын сипаттадық. Гипоэвтектикалық жоғары хромды шойынның қаттылығы мен соғу энергиясының сіңіру энергиясы сөндіру температурасы мен ұстау уақытының ұзаруымен жоғарылайтынын анықтадық. Сөндіру және шынықтырудан кейін максималды қаттылық 58HRC жетуі мүмкін, ал максималды әсер ету энергиясын сіңіру 15Дж жетуі мүмкін. Термиялық өңдеу процесінің эвтектикалық жоғары хромды шойынның микроқұрылымы мен механикалық қасиеттеріне әсерін зерттедік. Эвтектикалық интервалдағы көміртегі мөлшерінің диапазоны Cr мөлшерінің жоғарылауымен азаяды, бұл шамамен сызықтық қатынас. 400~500℃ температурада шыңдау қайталама қатаюды тудырады. Қаттылық тез артады, ал тозу жоғалуы айтарлықтай азаяды.
Композиттік құрылымдарды жобалау
Металл негізіндегі тозуға төзімді композиттерді терең зерттей отырып, композиттік конфигурация өнімнің жұмыс бетін пайдалану мен шығыс күшінің талаптарына сәйкес оңтайландырылған және жобаланған. Қазіргі уақытта металл-керамикалық композициялық аймақ үш өлшемді үш өлшемді тор ретінде дайындалған және бұл құрылым металл балқымасының жиырылуы кезінде пайда болатын кернеуді тиімді болдырмайды. Металл-керамикалық композициялық материалды дайындау және пайдалану процесі жарықтар, сынықтар немесе басқа ақаулар тудырмайтынына көз жеткізіңіз. Екінші жағынан, тор тәрізді металл керамикалық композициялық аймақ тозу процесі кезінде ойыс-дөңес құрылымды жасайды, ол кен бөліктерін ұнтақтау орамы мен төсем арасындағы материалды ұсақтау аймағына тиімді түрде «ұстап» алады. Ақырғы элементтерді талдау бағдарламалық құралына сүйене отырып, құю процесі кезінде жоғары хромды шойын матрицалық композиттерін күшейткен ZTA керамикалық бөлшектерінің температуралық өрісі мен термиялық кернеуін модельдедік. Құрылымы әртүрлі құрама шанақ құймаларының жылу кернеуінің таралуын дәл сипаттау үшін термосерпімді-пластикалық механика моделі қолданылды. Қорытындысында дайындалған корпус саңылауларының бүйірлерінің ұлғаюымен термиялық кернеу азаяды, яғни бал ұялары саңылаулары дөңгелек болған кезде термиялық кернеу барынша азаяды.
Соққыдағы абразивті тозу жағдайында материалдардың бұзылу механизмімен бірге біз соққысыз абразивті тозу жағдайында құрылымдық керамикалық/болат композиттерінің тозуға төзімділігін арттыру керамикалық бөлшектердің қаттылығы мен қаттылығының біріктірілген өнімділігіне байланысты екенін талдаймыз. , матрицаның қаттылығы және керамика/матрицаның фазааралық байланыс беріктігі; соққы абразивті тозу жағдайында құрылымдық керамикалық/болат композиттерінің тозуға төзімділігін арттыру негізінен керамикалық бөлшектердің қаттылығына, матрицаның қаттылығына және керамика/матрицаның фазааралық байланыс беріктігіне байланысты. Соққыға абразивті тозу жағдайында құрастырылған керамикалық/болат композиттерінің тозуға төзімділігін арттыру негізінен керамикалық бөлшектердің қаттылығына, матрицаның қаттылығына және керамика/матрицаның фазааралық байланыс беріктігіне байланысты.
Метал-керамикалық композициялық тегістеу орамдарын жасау және қолдану
Кермет композитті тегістеу білікшесінің құрылымдық дизайны мен өндіріс процесіне шолу
Біріншіден, керамикалық бөлшектердің беті легирленіп, өңделген ZTA керамикалық бөлшектер мен жоғары хром қорытпасының ұнтағы пропорционалды түрде араластырылып, графит қалыптарға салынып, тығыздалған. Керамикалық дайындама жоғары температурада вакуумдық агломерациялық қалыптау арқылы дайындалды және дайындаманың морфологиясы суретте көрсетілгендей болды, онда тордың кеуек-қабырғасының қатынасы (1.5 ~ 1.8):1 болды.
Алдын ала пішіндер төмендегі суретте көрсетілгендей металлдағы қуыстың ішкі жағына дәйекті түрде орналасады және бекітіледі. Жоғары хромды шойын балқымасы гравитациялық құю арқылы 1550°С температурада құйылады. Орам 72 сағат ұсталады, содан кейін кермет композитті тегістеу орамын алу үшін жойылады. Метал-керамикалық композициялық тегістеу орамдары 72 сағат ұстау уақытынан кейін жойылды.
Метал-керамикалық композициялық тегістеу білікшесінің жұмыс әсері
Біздің компанияның металл-керамикалық композициялық тегістеу орамы 2-кестеде көрсетілген жұмыс жағдайында шыны талшық өнеркәсібінде сәтті қолданылған: әдеттегі жоғары хромды шойын және металл керамикалық тегістеу орамы шыны талшық деректерін салыстыру. Кәдімгі құйма жоғары хромды шойын ұнтақтау орамдарын ерте пайдалану, өнімділігі сағатына 11 т, орам бетінің тозу қалыңдығы 12,000 ~ 45 мм болғаннан кейін жалпы өнімділігі 50 13 т. Бұл жолы сағаттың күрт төмендеуінің өнімі өндірістік талаптарды қанағаттандыра алмайды. Металл керамикалық композитті тегістеу орамдарын пайдаланғаннан кейін сағаттық өнімділік 18 т-тан астам тұрақты болып табылады, бұл әдеттегі жоғары хромды шойын тегістеу орамдарына қарағанда 60,000% жоғары. 5 2 т дейін екі жақты пайдалану әдеттегі жоғары хромды шойын тегістеу шығыршығының XNUMX есе жалпы өнімі болып табылады. XNUMX-кестедегі деректерді талдаудан металл керамикалық композициялық тегістеу орамдарын пайдалану энергияны үнемдеуге, энергияны тұтынуды азайтуға және қалпына келмейтін ресурстарды ысырап етуді азайтуға болады.
2-кесте Кәдімгі жоғары хромды шойын мен керметті тегістеу роликтерінің жұмыс деректерін салыстыру | |||||
материал | Орташа ток/А | Тозудың жалпы қалыңдығы/мм | Жалпы жұмыс уақыты/сағ | Орташа бірлік сағаттық өнімділік/(т/сағ) | Жалпы өндіру статистикасы/10,000 XNUMX тонна |
жоғары хромды шойын | 28 | 45-50 | 1000 | 11 | 1.2 |
Металл керамикалық композиттер | 25 | 35-40 | 4600 | 13 | 6 |
3-суретте металл керамикалық композициялық тегістеу орамдарының жұмыстың әртүрлі кезеңдеріндегі тозуы көрсетілген. Керамикалық бөлшектердің көрнекті тор пішінінде таралғанын көруге болады, бұл жұмыс процесінде материалды роликтердің ұнтақтау аймағына «ұстап» алады және ұнтақ шығымын жақсартады.
4-сурет - әр түрлі шығу кезінде тегістеу шығыршығының жұмыс бетінің тозу қалыңдығы; соғысқа дейінгі кезеңде тегістеу шығыршығының жұмыс бетінің тозу жылдамдығы салыстырмалы түрде жылдам екенін көруге болады.
Бұл тозу мен тозудың жоғарылауына әкелетін «бұзу процесі» (керамика толық жұмыс режимінде болмаған кезде) байланысты. Орамдарды пайдалануды жалғастыра отырып, металл-керамикалық композиттік аймақ толықтай жұмыс істей бастайды және тозу жылдамдығы біртіндеп төмендейді. 2-кестедегі деректер металл керамикалық композиттік орамдардың тозуға төзімділігі әдеттегі жоғары хромды шойын орамдарына қарағанда әлдеқайда жоғары екенін көрсетеді.
Экономикалық пайданы талдау
Бірдей пайдалану циклінде металл-керамикалық композициялық тегістеу орамдарын қаптауды қажет етпей пайдалану сатып алу құнын және техникалық қызмет көрсетуге бару санын азайтып қана қоймай, сонымен қатар өндіріс шығындарын айтарлықтай азайтады.
Кесте 3 Метал-керамикалық композитті тегістеу орамдары мен жоғары хромды тегістеу орамдарының экономикалық көрсеткіштерін салыстыру | |||||
БӨЛШЕК | Сатып алу құны/жиынтығы (RMB) | Бір тоннаға ұнтақтау орамдарының орташа құны (RMB) | Электр энергиясын тұтыну/(кВт/т) | Бір тонна электр энергиясының құны (RMB) | Бір тоннаға ұнтақтау орамдарының бір жиынтығының жалпы құны/ RMB |
Жоғары хромды шойыннан тегістеу орамдары мен төсемдер | 120000 | 10.27 | 64 | 40 | 50.27 |
Металл керамикалық композитті тегістеу орамдары мен төсемдер | 250000 | 4.22 | 62 | 38 | 42.22 |
Мысал ретінде HRM1700 тік диірменін алайық, әдеттегі жоғары хромды шойынның жұмыс істеу мерзімі шамамен 1000 сағ, жалпы өнімі 12,000 120,000 тонна, нарықтық бағасы бір жиынтыққа шамамен 0.32 10.27 юань, бөлшектеу және жөндеу шығындары 40 миллион юань, орташа құны ұнтақтың тоннасы 50.27 юань, бір тонна ұнтақтың құны 4600 юань электр тұтыну, бір тонна жоғары хромды шойын орамдарының бір жиынтығы ұнтақтың тоннасына барлығы 60,000 юань. Металл керамикалық композициялық тегістеу шығыршықтары мен төсеніштердің жұмыс істеу мерзімі шамамен 250,000 сағ, жалпы өнімі 0.32 4.22 тонна, нарықтық бағасы бір жиынтыққа шамамен 38 42.22 юань, бөлшектеу және техникалық қызмет көрсету шығындары 100,000 миллион юань, тегістеу роликтерінің орташа тоннасы ұнтақ құнына ауыстырылды. 6.05 юань, бір тонна ұнтақты тұтыну құны 2 юань, бір тонна ұнтақ үшін жоғары хромды шойын ұнтақтау роликтерінің бір жиынтығы 605,000 юань. Жылдық өнімі 200,000 XNUMX тонна болатын жалғыз тік диірмен есептеу үшін, ұнтақтың әр тоннасы ұнтақтау роликтерін сатып алу құнын XNUMX юань, электр энергиясын үнемдеу XNUMX юань, сатып алу құнын жылына XNUMX XNUMX юаньға азайта алады, электр энергиясын үнемдейді. шамамен XNUMX XNUMX юань.
Қорытынды ескертулер
Цимин Кастинг металл-керамикалық композиттік материалдарды зерттеуде көптеген жетістіктерге қол жеткізді, бұл отандық металл керамикалық композиттік тегістеу орамдарының теориялық негізін қалады. Құю және инфильтрация әдісімен дайындалған металл керамикалық композициялық ұнтақтау орамдары тұтынушылардың шыны талшықты ұнтақ жасау жабдықтарында қолданылады, бұл энергияны үнемдеудің және тұтынуды азайтудың айқын әсерімен:
- Металл керамикалық композициялық тегістеу орамдарын пайдалану монометалл тозуға төзімді материалдармен салыстырғанда сағаттық өнімділікті 18% дейін арттыруға мүмкіндік береді;
- Бірдей тозу жағдайында металл-керамикалық композициялық тегістеу орамының көлемді тозуы 30% ~ 35% төмендейді, бұл тегістеу орамының жалпы қызмет ету мерзімін 3 ~ 5 есеге дейін ұзартуы мүмкін;
- Күрделі жөндеулер санын 6 есеге қысқарту сатып алу құнын жылына 605,000 200,000 долларға азайтады және электр энергиясына жұмсалатын шығындарды шамамен XNUMX XNUMX долларға үнемдейді;
- Энергияны тұтынуды азайтыңыз, ал металл-керамикалық композитті ұнтақтау орамдарын пайдалану бір тонна ұнтақтың орташа тұтынылуын 3%-ға азайтады.