Utveckling av metallkeramiska slipvalsar

Varför utveckla metallkeramiska slipvalsar?

Kina är ett av länderna med de rikaste mineralreserverna. Med utvecklingen av grundläggande materialvetenskap ökar efterfrågan på malmpulver varje år. Det finns många beredningsprocesser för malmpulver. Det vertikala kvarnsystemet är en typisk malningsprocess idag och används ofta inom cement, byggmaterial, gruvdrift, elkraft, glasfiber och andra industrier. Malmen krossas och mals till pulver i mikronstorlek eller till och med nanostorlek genom den kombinerade verkan av malvalsarna och foderplattorna i den vertikala kvarnen. Under den kontinuerliga kross- och slipprocessen slits slipvalsens yta också av materialets reaktionskraft, vilket inte bara orsakar en stor mängd slitage på metallmaterialet utan också leder till en minskning av slipfunktionen, en minskning i produktion, och en ökning av kostnaden för underhåll och utbyte av slipvalsen. För närvarande är malvalsarna i vertikala kvarnar ofta gjorda av högkromgjutjärn eller översvetsade med högkromgjutjärn. Även om dess driftstabilitet är god finns det fortfarande problem som låg daglig produktion och otillräcklig slitstyrka. Problemet är att det inte uppfyller människors förväntningar på lägre resursförbrukning. Därför är det viktigt att utveckla nya material för att göra nya slipvalsar. Denna artikel introducerar kort utvecklingen av cermetkompositslipvalsar i vertikala kvarnar och analyserar effekterna av deras tillämpning med fallstudier.

Översikt över utveckling och tillämpning av slitstarka metallkeramiska slipvalsar i Kina och utomeuropeiska länder

Som den huvudsakliga slipkomponenten i den vertikala kvarnen kräver malvalsen hög hårdhet och en viss grad av seghet. Utvecklingsprocessen av slitstarka material har genomgått tre steg: stål med hög manganhalt, nickelhårt gjutjärn och gjutjärn med hög kromhalt. Stål med hög manganhalt används ofta i förhållanden med slaglaster, men det kan inte härdas helt och har extremt begränsad slitstyrka. På grund av sin goda härdbarhet kan nickelhårt gjutjärn bilda en hård, slitstark martensit + M³C-karbidstruktur vid gjutning. Denna eutektiska struktur kan mycket väl motstå materialets plöjning av matrisen. , men dess seghet är otillräcklig och dess användningsområde är relativt litet. Högkromgjutjärn är den tredje generationen av slitstarka material som utvecklats efter högmanganstål och nickelhårt gjutjärn. Jämfört med vanligt gjutjärn har högt kromgjutjärn hög seghet, värmebeständighet och slitstyrka.
I industrier som malmslipning, när utrustningens arbetshastighet fortsätter att öka, kommer slitstyrkan hos gjutjärn med högt kromhalt att bli otillräcklig. Utländsk forskning om slitstarka material fokuserar på metallmatriskompositer som använder ZTA-keramiska partiklar och WC-keramiska partiklar som förstärkningsfaser. Bland dem tillverkare av kompositmaterial som representeras av Belgiens Magotteaux och Indiens VEGA Wear Resistant Materials Company använder sådana material för att förbereda cermetkompositsliprullar och foder, och deras arbetsytor har egenskaperna hög hårdhet och hög slitstyrka. Metallkeramiska kompositsliprullar och foder har använts i stor utsträckning i cement, termisk kraft, malm och andra industrier utomlands, vilket avsevärt ökar driftstiden för vertikala kvarnar och minskar onormalt underhåll av vertikala kvarnar. Priset på importerade kermetsliprullar är dock högt och leveranscykeln är lång, så pris/prestandaförhållandet är inte högt. Den inhemska marknaden ser fram emot inhemska kermetsliprullar. Jämförelsen av slipvalsens egenskaper i Kina och andra länder visas i tabellen nedan.

Beredning av cermetkompositmaterial

Beredningsprocess för kompositmaterial

Cermet-kompositmaterial består av keramiska partiklar och metallmatris. Keramiska partiklar i kompositmaterial, som de viktigaste slitstarka bärarna, spelar en viktig roll vid användningen av kompositmaterial, och metallmatrisen kan avlasta kraften som de keramiska partiklarna bär under användningen av kompositmaterial. Framställningen av cermetkompositmaterial genom gjutningsinfiltrationsmetoden kan undvika brister såsom långa produktionscykler, hög energiförbrukning och höga kostnader. Vi använde ProCAST-simuleringsmjukvara för att simulera processen med ZTAp/hög kromgjutjärnsmatriskompositmaterial vid hälltemperaturer på 1350°C, 1450°C, 1550°C och 1650°C, och hällhastigheter på 3.0 kg/s, 3.5 kg/s och 4.0 kg/s. Spänningsförhållanden under olika förhållanden och verifiera simuleringsresultaten genom experiment. Resultaten visar att kompositeffekten är bättre under sandgravitationsgjutning när hällhastigheten är 3.5 kg/s och gjuttemperaturen är 1550°C. Det kan säkerställa att den prefabricerade kroppen har god strukturell integritet under kompositprocessen. Vi använde undertrycksgjutningsinfiltrationen för att förbereda ZTA keramiskt förstärkta gjutjärnsmatriskompositmaterial med högt krom. Genom att plätera Ni och belägga Cr-pulver på den keramiska ZTA-ytan användes elementdiffusion i högtemperatursmältan för att förbättra gränsytans vätbarhet, främja impregneringseffekten och öka bindningsstyrkan. Vi använde en trycklös infiltrationsgjutningsprocess för att förbereda mikronstora zirkoniumoxidhärdade aluminiumoxidpartiklar armerade högkrombaserade gjutjärnsbaserade kompositmaterial, vilket löste problemet med dålig sammansmältning av mikronstora keramiska partikelförformar under sippningsförhållanden och systematiskt studerade ZTAp-förstärkning . Effekten av innehållet av fint pulver i kompositförformar av högkrom gjutjärnsmatris på deras mikrostruktur och mekaniska egenskaper.

Egenskaper för kompositmaterialorganisation

Cermet-kompositmaterial producerar en stor mängd martensit i matrisen genom lämpliga beredningsprocesser, och samtidigt distribueras hexagonala primära M7C3-karbider. Detta saktar ner slitagehastigheten för basmetallen, skyddar de keramiska ZTA-partiklarna i största utsträckning och uppnår hög slitstyrka. Vi använde riktad stelningsteknik för att framställa gjutjärn med hög krom med en hypereutektisk struktur. Vi studerade effekterna av härdning och härdning på matrisstrukturen, hårdhet, seghet och slitstyrka. Under 1050 ℃ härdning + 450 ℃ härdningsprocessen är gjutjärnsstrukturen med hög krom M7C3+ martensit, med en liten mängd kvarhållen austenit. Matrisen har hög slagenergi och hög slitstyrka. Vi karakteriserade mikrostruktur- och prestandatesterna av hypoeutektiskt högkromgjutjärn under olika värmebehandlingsförhållanden. Vi fann att den energi som absorberas av hårdheten och stöten hos hypoeutektiskt gjutjärn med högt kromhalt ökade med härdningstemperaturen och förlängningen av hålltiden. Efter härdning och härdning kan den maximala hårdheten nå 58HRC, och den maximala absorptionen av slagenergi kan nå 15J. Vi studerade effekten av värmebehandlingsprocessen på mikrostrukturen och de mekaniska egenskaperna hos eutektiskt gjutjärn med högt kromhalt. Kolinnehållsintervallet i det eutektiska intervallet minskar med ökat Cr-innehåll, vilket är ungefär ett linjärt samband. Anlöpning vid 400~500℃ kommer att orsaka sekundär härdning. Hårdheten ökar snabbt och slitageförlusten minskar avsevärt.

Design av sammansatta strukturer

Med den fördjupade studien av metallbaserade slitstarka kompositer optimeras och utformas kompositkonfigurationen i enlighet med användningen av produktens arbetsyta och kraven på utgående kraft. För närvarande är det metall-keramiska kompositområdet preparerat som ett tredimensionellt tredimensionellt rutnät, och denna struktur kan effektivt undvika den påkänning som genereras under sammandragningen av metallsmältan. Se till att berednings- och användningsprocessen för metall-keramiskt kompositmaterial inte ger sprickor, sprickor eller andra defekter. Å andra sidan kommer det gallerliknande metall-keramiska kompositområdet att producera en konkav-konvex struktur under slitningsprocessen, som effektivt kan "fånga" malmbitarna i materialkrossområdet mellan malvalsen och fodret. Baserat på analysmjukvaran för finita element, simulerade vi temperaturfältet och termisk stress hos ZTA keramiska partiklar förstärkta högkrom gjutjärnsmatriskompositer under gjutningsprocessen. En termoelastisk-plastmekanikmodell användes för att exakt beskriva den termiska spänningsfördelningen av de prefabricerade kroppsgjutgods med olika strukturer. Det visas slutligen att den termiska spänningen minskar med ökningen av prefabricerade hålsidor, dvs den termiska spänningen minimeras när bikakehålen är cirkulära.
I kombination med brottmekanismen hos material under förhållanden med stötslipande slitage, analyserar vi att förbättringen av slitstyrkan hos strukturella keramiska/stålkompositer under icke-påverkande nötningsförhållanden beror på de keramiska partiklarnas kombinerade prestanda för hårdhet och seghet. hårdheten hos matrisen och gränsytans bindningsstyrka hos keramen/matrisen; under förhållanden med stötslipande slitage beror förbättringen av slitstyrkan hos de strukturella keramik/stålkompositerna huvudsakligen på hårdheten hos de keramiska partiklarna, hårdheten hos matrisen och gränsytans bindningsstyrka hos keramen/matrisen. I fallet med stötslipande slitage beror förbättringen av slitstyrkan hos konstruerade keramiska/stålkompositer huvudsakligen på segheten hos keramiska partiklar, hårdheten hos matrisen och gränsytbindningsstyrkan hos keramen/matrisen.

Tillverkning och applicering av metall-keramiska kompositslipvalsar

Översikt över strukturell design och tillverkningsprocess av cermetkompositslipvals

Först legerades ytan av keramiska partiklar, och de behandlade ZTA-keramiska partiklarna och högkromlegeringspulvret blandades proportionellt och sattes i grafitformar och komprimerades. Den keramiska förformen framställdes genom högtemperaturvakuumsintringsgjutning, och förformens morfologi var som visas i fig., där gallrets por-väggförhållande var (1.5~1.8):1.

Förformarna är sekventiellt arrangerade och fixerade på insidan av kaviteten i metallen på det sätt som visas i figuren nedan. Den högkromhaltiga gjutjärnssmältan hälls genom gravitationsgjutning vid en temperatur av 1550°C. Valsen hålls i 72 timmar och avlägsnas sedan för att erhålla kermetkompositslipvalsen. De metallkeramiska kompositslipvalsarna avlägsnades efter 72 timmars hålltid.

Metall-keramisk komposit slipvalsdrift effekt

Vårt företags metallkeramiska kompositslipvals har framgångsrikt använts i glasfiberindustrin under de arbetsförhållanden som visas i tabell 2: jämförelse av konventionella högkromade gjutjärn och metallkeramiska slipvalsar för slipning av glasfiber. Tidig användning av konventionella gjutningsvalsar av högkrom gjutjärn, produktionen på 11 ton per timme, i den totala produktionen på 12,000 45 ton efter att slitagetjockleken på valsytan är 50 ~ 13 mm. Den här gången kan produktionen av en kraftig nedgång i timmen inte uppfylla produktionskraven. Efter att ha använt metall-keramiska kompositslipvalsar är timeffekten stabil på mer än 18t, vilket är 60,000% högre än konventionella högkromade gjutjärnsslipvalsar. Dubbelsidig användning på upp till 5 2 ton är den totala produktionen av en konventionell högkrom gjutjärnsslipvals XNUMX gånger. Från dataanalysen i tabell XNUMX kan användning av metallkeramiska kompositslipvalsar spara energi, minska energiförbrukningen och minska slöseriet med icke-förnybara resurser.

Fig. 3 visar slitaget av metall-keramiska kompositslipvalsar vid olika arbetssteg. Det kan ses att de keramiska partiklarna är fördelade i en framträdande gallerform, som "fångar" materialet i valsarnas malningsområde under driften och förbättrar pulverutbytet.

Figur 4 är slitagetjockleken på slipvalsens arbetsyta under olika utmatningar; det kan ses att slitagehastigheten på slipvalsens arbetsyta under förkrigstiden är relativt snabb.

Detta beror på "inbrytningsprocessen" (när keramiken inte är i fullt fungerande skick), vilket leder till ökat slitage. När rullarna fortsätter att användas kommer metall-keramiska kompositområdet i full drift och slitagegraden planar gradvis ut. Data i tabell 2 visar att slitstyrkan för de metall-keramiska kompositvalsarna är mycket högre än för konventionella högkromgjutjärnsvalsar.

Analys av ekonomiska fördelar

I samma användningscykel kan användningen av metallkeramiska kompositslipvalsar utan behov av ytbeläggning inte bara minska inköpskostnaden och antalet underhållsbesök utan också minska produktionskostnaderna avsevärt.

Ta den vertikala kvarnen HRM1700 som ett exempel, konventionell hög kromgjutjärnslivslängd på cirka 1000 timmar, den totala produktionen på 12,000 120,000 ton, marknadspriset på cirka 0.32 10.27 yuan per set, demonterings- och underhållskostnader på 40 miljoner yuan, den genomsnittliga kostnaden för slipning rullar per ton pulver 50.27 yuan, per ton pulver kostnaden för 4600 yuan av elförbrukningen, en enda uppsättning av hög krom gjutjärn rullar per ton pulver totalt 60,000 yuan. Ändrad till metall-keramisk sammansatt slipvals och foder livslängd på cirka 250,000h, den totala produktionen på 0.32 ton, marknadspriset på cirka 4.22 yuan per set, demonterings- och underhållskostnader på 38 miljoner yuan, den genomsnittliga mängden slipvalsar pulverkostnad av 42.22 yuan, per ton pulver konsumtion kostnaden för 100,000 yuan, en enda uppsättning av högkrom gjutjärn sliprullar per ton pulver totalt 6.05 yuan. Enda vertikala kvarn enligt den årliga produktionen på 2 ton för att beräkna, varje ton pulver för att spara inköpskostnaden för slipvalsar 605,000 yuan, spara elkostnader 200,000 yuan, kan minska inköpskostnaden på XNUMX yuan per år, spara elkostnader på cirka XNUMX XNUMX yuan.

Slutliga anmärkningar

Qiming Casting har gjort många framsteg inom forskningen av metallkeramiska kompositmaterial, vilket har lagt en teoretisk grund för inhemska metallkeramiska kompositslipvalsar. De metallkeramiska kompositsliprullarna som framställts genom gjutning och infiltrationsmetod appliceras i kunders utrustning för tillverkning av glasfiberpulver, med den uppenbara effekten av energibesparing och förbrukningsminskning:

1. Användningen av metall-keramiska kompositslipvalsar kan öka timproduktionen med upp till 18 % jämfört med monometalliska slitstarka material;
2. Under samma slitageförhållande reduceras volymslitaget på den metallkeramiska kompositslipvalsen med 30%~35%, vilket kan förlänga slipvalsens totala livslängd till 3~5 gånger;
3. Att minska antalet översyner med 6 gånger kommer att minska upphandlingskostnaden med 605,000 200,000 USD per år och spara cirka XNUMX XNUMX USD i elkostnader;
4. Minska energiförbrukningen och användningen av metallkeramiska kompositslipvalsar minskar den genomsnittliga energiförbrukningen per ton pulver med 3 %.