RO125587A0 - Procedeu şi material compozit pentru obţinerea pragurilor de retenţie ale concasoarelor centrifugare - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un material metalic compozit, o matrice metalică de infiltrare pe bază de Fe şi un procedeu de realizare a acestuia, materialul metalic compozit fiind utilizat la realizarea pragurilor de retenţie din concasoarele rotative centrifugale. Material metalic compozit, conform invenţiei, cu următoarea compoziţie chimică: C = 0,6-1%, Mn = 1,5-5%, Si = 0,7-1%, Cr = 1-2%, W = 2-5% şi restul Fe. Matrice metalică de infiltrare, conform invenţiei, care conţine elemente formatoare de carburi şi care are următoarea compoziţie chimică: C = 0,6-0,9%, Mn = 1,5-5%, Si = 0,7-1%, Cr = 1-2% şi restul Fe. Procedeul conform invenţiei constă în turnarea peste un amestec mecanic măcinat, format din deşeuri de carburi metalice dure, pe bază de W, având WC = 87-92% şi Co = 13-8%, sau pe bază de Ni, având WC = 87-90% şi Ni = 13-10%, granulaţia fiind cuprinsă între 200-1500 μ m, cu carbură de wolfram topită, cu compoziţia WC = 95%, Ct = 3,81%, Cl = 0,02%, Fe mai mic sau egal 0,21%, Crmai mic sau egal 0,038%, V mai mic sau egal 01%, Ti mai mic sau egal 0,01%, Mo+Co+Ni mai mic 0,045%, amestecul este infiltrat cu o matrice metalică pe bază de Fe, Co sau Ni, într-un cuptor cu arc electric sau cu inducţie la o temperatură de 1600-1675°C, matricea materialului compozit este topită peste punctul de topire al metalului de legătură, din componenţa deşeurilor măcinate de carburi metalice sinterizate, după care se toarnă în forme din amestecuri de formare clasice, în care se află cavitatea care materializează zona activă a viitorului prag de retenţie.

Description

PROCEDEU Șl MATERIAL COMPOZIT PENTRU OBȚINEREA PRAGURILOR DE RETENȚIE ALE CONCASOARELOR

CENTRIFUGALE ______________

ORCIUL DE STAT PENTRU INVENȚII Șl ΜΑΛ?

Cerere de brevet de invenție CV ^;

111 . ι·β··αα·αββββαα«Β·»Ββ·οοβ«βΰ amaetica

SOLICITANT: SC ECONET PROD SRL București Data depozit .,..1.1.:9.^,^

INVENTATORI: Victor GEANTĂ, lonelia VOICULESCU, Radu ȘTEFĂNOIU, Horia BINCHICIU, Radu Mihai NEGRIU

TITULARI: SC SUDOTIM AS SRL Timișoara, SC ECONET PROD SRL București

Prezenta invenție se referă la un procedeu și un material compozit, obținut prin infiltrarea unor deșeuri ranforsante din carburi metalice într-o matrice din oțel slab sau mediu aliat destinate realizării pragurilor de retenție ale concasoarelor centrifugale, caracteristizate printr-o prelucrabilitate facilă și rezistență ridicată în condiții severe de uzare eroziv-abrazivă cu impact, combinată cu oboseală mecanică specifică suprafețelor care sunt în contact cu agregatele naturale (nisip, balast) și piatră spartă în procesul de concasare-măcinare.

Materialul compozit servește realizării pragurilor de retenție, componente ale instalațiilor de concasare-măcinare autogene, care prezintă o geometrie funcțională optimizată, configurată și dimensionată în raport cu suprafețele ce vin în contact cu agregatele naturale și/sau piatra spartă, în scopul obținerii unor zone de egală rezistență, cu durabilitate ridicată.

Pragurile de retenție se află plasate pe blindajul interior al concasoarelor centrifugale rotative, după cum este prezentat în fig. 1, care prezintă o secțiune orizontală printr-un astfel de concasor. în brevetul SUA 3970257/1976 este prezentată o soluție constructivă în variantă monobloc din oțel mediu aliat cu rezistență redusă la uzare a pragurilor de retenție prezente în concasoarele de mari dimensiuni. Un astfel de concasor este alimentat cu agregate naturale de dimensiuni mari printr-o pâlnie plasată la partea superioară, centrată în raport cu rotorul co-axial plasat în interiorul carcasei metalice, proiectând agregatele spre exterior cu viteză mare. Datorită configurației carcasei rotorului, sub acțiunea forțelor centrifuge, roca minerală este mai întâi reținută pe șicanele din interiorul carcasei, care au rol de „căptușeală” minerală pentru protecția pereților, iar apoi este sfărâmată ca urmare a forței de impact a fluxului de roci proiectate sub acțiunea forței centrifuge asupra rocilor aflate în „căptușeală”. La acest tip de concasor, cele mai multe piese componente sunt protejate, grație acestei căptușeli de roci minerale, cu excepția suprafețelor active localizate în apropierea gurilor de descărcare-evacuare (asanumitele praguri de retenție verticale), care sunt expuse eroziunii datorită circulației materialului pe direcția de ieșire dinspre rotor (fig. 2). Efectul eroziv-abraziv exercitat de impactul forțelor centrifugale la valori ridicate ale turației de cca. 3000 rot./min. conduce la sfărâmarea succesivă a conglomeratelor masive de roci minerale. De asemenea, piatra spartă este alcătuită din materiale granulare cu un pronunțat efect eroziv-abraziv localizat la nivelul setului de praguri de retenție.

CV- 2 0 1 0 - 0 0 0 1 2 -1 1 -oi- 2010

O alta soluție de concasor centrifugal este si cea prezentată în brevetul SUA 4940188/1990, în care se abordează suplimentar soluții noi pentru pragurile de retenție, având inserturi din carburi metalice sinterizate cu forme geometrice diverse, de la plachete paralelipipedice la plachete cilindrice, brazate și fixate în suporți metalici. Deși inserturile realizate în cadrul soluțiilor analizate sunt rezistente la abraziune, acestea sunt vulnerabile la impactul produs de către fluxul de rocă și se pot fractura sau ciobi atunci când sunt lovite de bucăți de material nemăcinabil apărut accidental în timpul alimentarii concasorului cu agregate naturale de mari dimensiuni. Atunci când insertul de carbură este lovit de un astfel de material este provocată o fisură care se propagă pe întreaga adâncime a pragului de retenție și care conduce la reducerea treptată a rezistenței suprafeței active ca efect al eroziunii locale și a infiltrațiilor abrazive, inserturile detașându-se din pragurile de retenție în scurt timp. în cazul folosirii unor inserturi rectangulare există numeroase tipuri de îmbinări în care poate avea loc primordial eroziunea, în special a materialului suport al acestora sau al materialului de lipire care, treptat, se cumulează cu efectul infiltrației abrazive a materialului fin granulat și care, este antrenat în direcția de măcinare a fluxului de rocă, provocând uzura prematură a pragului de retenție și ieșirea din cotele de prelucrare. Creșterea gradului de utilizare a inserturilor din carbura de wolfram nu a rezolvat problema uzării pragurilor de retenție de către fluxul de rocă măcinată.

Problema tehnică pe care o rezolvă prezenta invenție constă în proiectarea și realizarea unor materiale compozite cu compoziția chimică C = 0,6 - 1%, Mn = 1,55%, Si = 0,7 - 1%, Cr = 1 - 2 %, W = 2 - 5%, Fe = rest %, cu matrice metalică cu compoziția C = 0,6 - 0.9%, Mn = 1,5 - 5%; Si = 0,7 - 1%; Cr = 1 - 2%, Fe = rest %, cu caracteristici tehnice superioare din punct de vedere al rezistenței în condiții severe de uzură eroziv-abrazivă, impact și oboseală față de abrazivitatea rocilor minerale sfărâmate în concasoarele centrifugale rotative, care să constituie zona activă a pragurilor de retenție.

Obiectivul acestei invenții constă, de asemenea, în realizarea unui procedeu de obținere a unor materiale compozite cu compoziția C = 0,6 - 1%, Mn = 1,5 - 5%, Si = 0,7 - 1%, Cr = 1 - 2 %, W = 2 - 5%, Fe = rest %, îmbunătățite prin infiltrarea particulelor metalice dure (carburi de wolfram, titan) într-o matrice metalică topită. Prin infiltrarea amestecului granular dur în condiții specifice, pe măsură ce matricea metalică se răcește se obține un material compozit cu o structură metalică dură, cu valori ale durității în zona de impact de 65 - 70 HRC.

Pentru realizarea practică a invenției se utilizează un amestec de carburi metalice sinterizate, recuperabile, selectate granulometric, cu temperaturi ridicate de topire. Carburile sunt recuperate din deșeuri rezultate în secțiile de prelucrări mecanice ale industriilor prelucrătoare, fiind apoi măcinate și selectate granulometric la valori de 200 - 1500 pm. Aceste carburi recuperabile se găsesc inițial, înglobate în matrici metalice pe bază de fier, cobalt sau nichel, metale ce au temperaturi de topire în domeniul 1450 - 1550 °C. Ele sunt amestecate în proporții bine determinate cu o carbură de wolfram topită și măcinată, de aceeași dimensiune granulometrică și anume, 200 - 1500 pm.

Matricea noului material compozit proiectat, de asemenea pe bază de fier, cobalt sau nichel este topită peste punctul de topire al metalului de legătură din componența deșeurilor măcinate de carburi metalice sinterizate, după care se toarnă în forme din amestecuri de formare clasice, în care se află cavitatea (negativul) care materializează zona activă a viitorului prag de retenție. Având temperatura de turnare mai mare decât cea a matricei inițiale a amestecului de carburi sinterizate, noua matrice produce dizolvarea matricei de legătură, cel puțin la suprafața frontului de ,_k- 2 010-00012-1 1 -01- 2010 infiltrare și difuzarea treptată în întreaga masă, care prin solidificare duce la obținerea unui prag de retenție cu front de lucru ranforsat cu carburi metalice recuperate și recuperabile, de duritate ridicată. Interstițiile rezultate prin topirea matricei inițiale sunt ocupate parțial de carbura de wolfram topită și măcinată, introdusă în amestecul de carburi, ceea ce îi oferă compactitate și o creștere a rezistenței la uzură.

Amestecul de carburi este depus prin pensulare cu o vopsea refractară penetrantă, într-o grosime de 0,5 - 20 mm în zona de lucru a pragului de retenție (fig. 3). Turnarea matricei metalice se poate face atât direct, cât și indirect în forme din amestecuri de formare clasice, preîncălzite, alimentarea realizându-se pe la capătul de prindere a pragului de retenție de carcasa concasorului, astfel încât amestecul de carburi care asigură valoarea ridicată a durității să nu poată pătrunde în zona de prelucrare mecanică.

Matricea metalica proiectata poate conține alături de Fe (metalul de bază) și alte elemente chimice, precum Mn, Cr, Si, Co, Ni, Al, Cu, P etc., elemente care conduc la reducerea punctului de topire a aliajului metalic, creșterea durității, a capacității de umectare și de solubilizare a metalelor dure (W, Ti, Nb, V).

Compoziția chimică a matricei metalice proiectate trebuie să conțină obligatoriu elemente chimice din care precipită carburi (Mn, Cr, Ti etc.) cu rol de durificare a pragurilor de retenție, dar care să poată permite și prelucrarea mecanică ulterioară (strunjire și filetare), necesare fixării acestora pe carcasa concasorului.

în urma desfășurării procesului tehnologic rezultă un material compozit cu o matrice metalică în care se găsesc înglobate carburi, având o microstructură ca cea prezentată în fig. 4.

Noile materiale metalice compozite și procedeul de obținere, conform prezentei invenții, prezintă următoarele avantaje:

- asigură mărirea durabilității pragurilor de retenție pentru procesarea rocilor minerale din concasoarele centrifugale rotative;

- conduc la scăderea costurilor de exploatare;

- asigură posibilități de recuperare a carburilor provenite din piese uzate înglobate prin sortare, măcinare și topire;

- permit recondiționarea pragurilor de retenție prin sudare sau prin încărcare cu carburi dure.

Materialul compozit realizat prezintă proprietăți fizico-mecanice superioare în raport cu materialele metalice cunoscute și utilizate frecvent în morile de măcinare, de tipul oțelurilor manganoase. Materialul obținut are o rezistență la uzură erozivabrazivă, superioară materialelor metalice cu inserturi brazate din materiale metalice sinterizate, conform altor brevete de invenție. Aceste praguri de retenție au un grad de exploatare mărit cu până la de 10 ori în raport cu soluțiile standard de realizare a acestora din oțeluri manganoase, rezultând astfel, reducerea costurilor de exploatare, întreținere și reparare.

în continuare se prezintă procedeul de realizare a matricei metalice proiectate care conține în proporții egale granule unghiulare de carbură de wolfram obținute prin topire și măcinare și granule obținute prin măcinarea deșeurilor de carbură de wolfram cu metal de legătură Co și/sau Ni. De asemenea, este prezentat un exemplu de realizare a invenției care este pragul de retenție, conform fig. 1 - 4.

c^-2 01 O-O O O 1 2 - 1 1 -01- 2010

Exemplu în calitate de elemente de ranforsare a fost utilizat un amestec de granule unghiulare de carbură de wolfram recuperate (care au în compoziție WC = 87 - 92%, Co = 13 - 8 % sau WC = 87 - 90%, Ni = 13 - 10%), măcinate mecanic și selectate granulometric și carbură de wolfram topită și măcinată (cu compoziția WC = 95%, C_t = 3,81%, Ci = 0,02%, Fe < 0,21%, Cr < 0,038%, V < 0,01% , Ti < 0,01%, Mo+Co+Ni < 0,045%) cu dimensiunile de 200 - 1500 pm.

în calitate de matrice metalică s-a utilizat un oțel cu următoarea compoziție chimică: C = 0,65 %; Mn= 3,24 %; Si= 0,90 %; Cr= 1,18 %; Ni = 0,122 %; Co= 0,215 %; Cu= 0,321 %; Ti= 0,0246 %; V= 0,06; % Fe= 89,5 %, care a fost topită într-un cuptor cu inducție până la o temperatură superioară temperaturii de topire a liantului, de 1550 °C. Topitura se fluidizează prin încălzire până la o temperatură de 1600 1675 °C, apoi se toarnă în forma din amestec de formare clasic, peste amestecul granular alcătuit din carburi unghiulare, depus și liat prin pensulate cu ajutorul unei vopsele refractare penetrante în zona de maximă erodare a pragului de retenție, prezentat în fig. 3. în momentul turnării masei topite fluidizate (cu matrice pe bază de fier), cu temperatura de circa 1625 °C, în forma de turnare clasică are loc curgerea și infiltrarea acesteia printre particulele ranforsante, realizând astfel înglobarea acestora în topitură. Prin răcirea lentă în formă, se formează un prag de retenție a cărei zonă de maximă uzură este alcătuită din material compozit ranforsat cu carburi metalice, cu microstructura prezentată în fig. 4 și cu compoziția chimică: C = 0,6 0,9%, Mn = 1,5 - 5%, Si = 0,7 -1%, Cr = 1 - 2%, W = 2 - 5%, Fe = rest % și cu următoarele proprietăți fizico-mecanice:

• rezistenta la rupere la tracțiune a matricei metalice: 650 - 1000 N/mm²;

• alungirea la rupere A5%: minim 5%;

• energia de rupere la șoc pe matricea metalică la 20°C: minim 28 J;

• duritate pe zona ranforsată cu carburi: 1600 - 2000 HV;

• duritate pe matricea metalică: 350 - 450 HV;

• coeficient de uzură relativă: minim 3,5.

Claims (3)

1 1 -01 2010

Revendicări:

1. Procedeu de realizare a unui material metalic compozit destinat pragurilor de retenție din concasoarele rotative centrifugale, caracterizat prin aceea că un amestec de carburi metalice dure pe bază de W, Ti etc. (WC = 87 - 92%, Co = 13 - 8 % sau WC = 87 - 90%, Ni = 13 - 10%), măcinate mecanic și selectate granulometric și carbură de wolfram topită și măcinată (WC = 95%, C_t = 3,81%, Ci = 0,02%, Fe < 0,21%, Cr < 0,038%, V < 0,01% , Ti < 0,01%, Mo+Co+Ni < 0,045%) este infiltrat întro matrice metalică topită într-un agregat metalurgic de tip cuptor cu arc electric sau cuptor cu inducție la temperaturi de 1600 - 1675 °C. Matricea noului material compozit proiectat, de asemenea pe bază de fier, cobalt sau nichel este topită peste punctul de topire al metalului de legătură din componența deșeurilor măcinate de carburi metalice sinterizate, după care se toarnă în forme din amestecuri de formare clasice, în care se află cavitatea (negativul) care materializează zona activă a viitorului prag de retenție. Având temperatura de turnare mai mare decât cea a matricei inițiale a amestecului din carburi sinterizate, noua matrice produce dizolvarea matricei de legătură, cel puțin la suprafața frontului de infiltrare și difuzarea treptată în întreaga masă, care prin solidificare duce la obținerea unui prag de retenție cu front de lucru ranforsat cu carburi metalice de duritate ridicată. Interstițiile rezultate prin topirea matricei inițiale sunt ocupate parțial de carbura de wolfram topită și măcinată introdusă în amestecul de carburi, ceea ce îi oferă compactitate și rezistență la uzură mărite.

Turnarea matricei metalice se poate face atât direct, cât și indirect în forme din amestecuri de formare clasice, preîncălzite, alimentarea realizându-se pe la capătul de prindere a pragului de retenție de carcasa concasorului, astfel încât amestecul de carburi care asigură valoarea ridicată a durității să nu poată pătrunde în zona de prelucrare mecanică.

2. Matrice metalică de infiltrare pe bază de fier, caracterizată prin aceea că posedă în compoziție elemente formatoare de carburi, cu următoarea compoziție chimică: C = 0,6 - 0,9 %; Mn = 1,5-5 %; Si = 0,7-1 %; Cr = 1 - 2 %; Fe = rest %.

3. Material metalic compozit pentru pragurile de retenție ale concasoarelor rotative centrifugale orizontale, caracterizat prin aceea că este realizat dintr-un amestec de carburi metalice dure pe bază de W, Ti etc. (WC = 87 - 92%, Co = 13 - 8 % sau WC = 87 - 90%, Ni = 13 - 10%), măcinate mecanic și selectate granulometric și carbură de wolfram topită și măcinată (WC = 95%, C_t = 3,81%, Ci = 0,02%, Fe < 0,21%, Cr < 0,038%, V < 0,01% , Ti < 0,01%, Mo+Co+Ni < 0,045%), cu granulații de 200 - 1500 pm, infiltrat cu o matrice metalică pe bază de fier, cobalt sau nichel. Se obține materialul compozit cu compoziția C = 0,6 - 1%, Mn = 1,5 - 5%, Si= 0,7 - 1%, Cr = 1 - 2%, W = 2 - 5%, Fe = rest%.

^-2010-00012-1 1 -01- 2010

Fig. 1. Secțiune orizontală printr-un concasor rotativ centrifugal orizontal: 1 - carcasă; 2 - rotor; 3 - șicane; 4 - praguri de retenție.

Ο— 2 ο 1 0 - 0 0 0 1 2 - 1 1 -01- MO

Fig. 2. Detaliu de funcționare a pragurilor de retenție turnate cu prefigurarea direcțiilor de deplasare a rocilor sfărâmate către evacuare:

1 - prag de retenție; 2 - ansamblu de prindere filetat; 3 - agregate naturale (bulgări, nisip, piatră spartă); 4 - zona activă de uzură.

2010-00012-1 1 -01- 2010

Fig. 3. Prag de retenție cu material de ranforsare turnat din material compozit cu deșeuri de carburi metalice: a - vedere laterală; b - vedere de sus:

1 - matrice metalică baza Fe; 2 - zonă de prelucrare mecanică prin filetare;

3 - zonă activă din material compozit în amestec de carburi infiltrate cu matrice metalică.

²\ΤΛ°«²-edax

4/13/2009 ί HV mag WD I det tilt

11.12:34 AM ! 30 00 kV 5 000 x 10.4mm|ETD -0

20 pm

Fig. 4. Microstructură de material compozit în care se evidențiază prezența carburilor.