RU2006357C1

RU2006357C1 - Ball mill work disk repair method

Info

Publication number: RU2006357C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Дудин; Н.А. Дудина
Original assignee: Дудин Анатолий Иванович
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: repair of grinding and mixing aids for paste-like materials (paint ingredients). SUBSTANCE: wear resistance material is applied on side surface of work members substituting for the worn-off material. Then the work member is balanced. Ceramic ring with metallized surface layer is used in the quality of the said wear resistance material. The ring is made of silicon carbide based materials having porosity of more than 6% . The ring surface is metallized by its dipping into and exposure to the action of an iron based melt. Metallized ring is installed on the worn-off and machined working member and fixed by welding along the contact contour line. EFFECT: increased ceramics contact strength; increased paint adhesion; increased wear resistance of work member. 1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам измельчения и смешивания пастообразных материалов и может быть использовано для ремонта и восстановления рабочих дисков шаровых и бисерных мельниц, предназначенных для изготовления нитрокрасок. The invention relates to means for grinding and mixing pasty materials and can be used for repair and restoration of the working disks of ball and bead mills intended for the manufacture of nitro-paints.

Известен способ ремонта изделий, включающий операции нанесения покрытий на изношенную поверхность изделий до восстановления его исходных размеров. A known method of repairing products, including the operation of coating on the worn surface of the products to restore its original size.

Недостаток описанного способа состоит в том, что толщина наносимых покрытий, как правило, не превышает 0,2 мм. Поэтому описанное решение может быть использовано, например, для восстановления опор скольжения, шеек валов и т. д. Однако оно не может быть использовано для ремонта (восстановления исходных размеров) рабочих дисков шаровых (бисерных) мельниц, износ по ремонту у которых составляет 5-8 мм. The disadvantage of the described method is that the thickness of the applied coatings, as a rule, does not exceed 0.2 mm Therefore, the described solution can be used, for example, to restore sliding bearings, shaft necks, etc. However, it cannot be used to repair (restore the original size) working disks of ball (bead) mills, the repair wear of which is 5- 8 mm.

Наиболее близким к изобретению является способ, где на изношенную (торцовую) поверхность металлического рабочего диска наплавляют слой металла, превышающий износ, затем протачивают диск на токарном станке до полученных исходных размеров и проводят балансировку. Closest to the invention is a method where a metal layer exceeding wear is deposited onto a worn (end) surface of a metal working disk, then the disk is machined on a lathe to the original dimensions obtained and balanced.

Однако отремонтированный описанным способом рабочий диск имеет недостаточный ресурс (продолжительность его работы до следующего ремонта), обусловленный низкой износостойкостью в условиях изготовления красок применяемого для наплавки металлического материала. However, the working disk repaired by the described method has an insufficient resource (the duration of its work until the next repair), due to the low wear resistance in the conditions of the manufacture of paints used for surfacing of metallic material.

Наибольшей износостойкостью из указанных материалов обладают керамические материалы - карбиды кремния. Тем не менее, нанесение керамических покрытий (толщиной до 0,2 мм) практически не сказывается на увеличении ресурса, поскольку покрытия обладают низкой конструкционной прочностью из-за хрупкости, вызванной термическими напряжениями, возникающими как на стадии нанесения, так и охлаждения такого покрытия. The greatest wear resistance of these materials are ceramic materials - silicon carbides. Nevertheless, the application of ceramic coatings (up to 0.2 mm thick) has practically no effect on increasing the resource, since the coatings have low structural strength due to brittleness caused by thermal stresses arising both at the application and cooling stages of such a coating.

Цель изобретения - повышение качества ремонта путем увеличения поверхностей рабочего диска, наиболее подверженных износу при изготовлении нитрокрасок. The purpose of the invention is to improve the quality of repair by increasing the surfaces of the working disk, the most susceptible to wear in the manufacture of nitro paints.

Это достигается тем, что в известном способе ремонта рабочего диска шаровой мельницы, включающем соединение компенсирующего износ слоя с изношенной поверхностью диска и последующую его балансировку, предварительно протачивают диск, компенсирующий износ слой выполняют в виде керамического износостойкого кольца с наружным диаметром, равным наружному диаметру нового рабочего диска, и кольцевой проточкой на его внутренней поверхности, которую подвергают металлизации с заполнением кольцевой проточки металлом, в кольце устанавливают проточенный рабочий диск, а их соединение осуществляют сваркой по контуру прилегания. This is achieved by the fact that in the known method of repairing the working disk of a ball mill, which includes connecting the wear-compensating layer with the worn surface of the disk and its subsequent balancing, the disk is pre-machined, the wear-compensating layer is made in the form of a ceramic wear-resistant ring with an outer diameter equal to the outer diameter of the new working disk, and an annular groove on its inner surface, which is subjected to metallization with filling the annular groove with metal, is installed in the ring turned working disk, and their connection is carried out by welding along the contour of the fit.

Металлизация износостойкого кольца может быть осуществлена посредством химической или электрохимической обработки. Однако, наиболее эффективным оказался метод, включающий следующие операции:
нагрев кольца со скоростью 20. . . 30^оС/мин до температуры 1300. . . 1500^оС; погружение металлического кольца с пористостью > 6% в расплав на основе железа, состав которого указан ниже, с температурой 1450. . . 1500^оС; выдержку кольца в расплаве в течение 0,5. . . 2,5 ч в зависимости от пористости материала (для пористости 6% - 2. . . 2,5 ч, для пористости 10% - 1,5. . . 2,0 ч, 30% - 0,2. . . 0,5 ч); извлечение кольца из расплава и охлаждение его в термостате до комнатной температуры в течение не менее 2-х часов; механическую обработку кольца (проточку его поверхностей).The metallization of the wear-resistant ring can be carried out by chemical or electrochemical treatment. However, the most effective method turned out to include the following operations:
heating the ring at a speed of 20.. . 30 ^about C / min to a temperature of 1300.. . 1500 ^about C; immersion of a metal ring with a porosity> 6% in an iron-based melt, the composition of which is indicated below, with a temperature of 1450.. . 1500 ^about C; the exposure of the ring in the melt for 0.5. . . 2.5 hours depending on the porosity of the material (for porosity 6% - 2... 2.5 hours, for porosity 10% - 1.5... 2.0 hours, 30% - 0.2.. 0 5 h); removing the ring from the melt and cooling it in a thermostat to room temperature for at least 2 hours; machining of the ring (groove of its surfaces).

В качестве керамического материала для износостойкого кольца используют материалы на основе карбида кремния в качестве металлического наполнителя, предназначенного для заполнения пор, после многочисленных экспериментов был выбран состав, содержащий следующие компоненты, мас. % : Углерод 1,5. . . 1,7 Марганец 0,8. . . 1,1 Кремний 1,1. . . 1,6 Хром 2,0. . . 3,0 Железо до 100%
Заполняя поры, этот состав, увеличивая смачиваемость поверхности керамического кольца, исключает, например, в отличие от составов, включающих олово, разрушение керамики при остывании металла из-за увеличения объема последнего при переходе из жидкого состояния в твердое. Легко соединяется посредством сварки с углеродистыми сталями. Расплав указанного состава при погружении в него керамического кольца пористостью 6. . . 10% проникает в него на глубину 0,8. . . 2,0 мм. В процессе остывания объем расплава в проточках и порах керамического кольца уменьшается быстрее, чем объем керамики (пор) из-за различия в значениях температурных коэффициентов линейного расширения расплава (t^о20. . . 1200^оС ; α = (12. . . 16) х 10^-6 град) и керамики (t^о 20. . . 1400^оС ; α (4,1. . . 5,2) х 10^-6 град), поэтому уровень механических напряжений в материале износостойкого керамического кольца после остывания расплава не превышает исходного.As a ceramic material for a wear-resistant ring, materials based on silicon carbide are used as a metal filler designed to fill pores, after numerous experiments, a composition was selected containing the following components, wt. %: Carbon 1.5. . . 1.7 Manganese 0.8. . . 1.1 Silicon 1.1. . . 1.6 Chrome 2.0. . . 3.0 Iron up to 100%
Filling the pores, this composition, increasing the wettability of the surface of the ceramic ring, excludes, for example, in contrast to compositions including tin, the destruction of ceramics upon cooling of the metal due to an increase in the volume of the latter upon transition from a liquid to a solid state. Easily connected by welding with carbon steels. The melt of the specified composition when a ceramic ring is immersed in it with porosity 6.. . 10% penetrates into it to a depth of 0.8. . . 2.0 mm During cooling, the volume of the melt in the grooves and pores of the ceramic ring decreases faster than the volume of ceramics (pores) due to the difference in the temperature coefficients of the linear expansion of the melt (t ^о 20... 1200 ^о С; α = (12... 16 ) x 10 ^-6 deg) and ceramics (t ^о 20... 1400 ^о С; α (4.1... 5.2) x 10 ^-6 deg), therefore the level of mechanical stresses in the material of the wear-resistant ceramic ring after cooling the melt does not exceed the original.

Металл, находящийся в порах керамики, увеличивающий смачиваемость поверхностей кольца, вместе с керамикой образуют армированный высокопрочный материал, устойчивый к воздействию агрессивных сред - компонентов краски, износостойкий в условиях воздействия на рабочий диск твердых включений в краске и стеклянных шариков, которыми выполнен рабочий цилиндр шаровой (бисерной) мельницы и предназначенными для размалывания твердых включений и смешивания компонентов краски. The metal located in the pores of ceramics, which increases the wettability of the surfaces of the ring, together with ceramics form a reinforced high-strength material that is resistant to aggressive media - paint components, wear-resistant when exposed to hard particles in the paint and glass balls that make the ball working cylinder ( bead) mills and designed for grinding solid inclusions and mixing paint components.

Надежность соединений материалов расплава с керамикой обеспечивается за счет затекания расплава в поры и выточки в керамике Si C, а в основном за счет того, что активный углерод (С = 1,5. . . 1,7% ) и кремний (Si = 1,1. . . 1,6), входящие в состав расплава, вступают в химическую реакцию с углеродом (С) и кремнием (Si), тем самым самосвязываются, образуя самосвязанный вторичный карбид кремния SiC. Reliability of the compounds of the melt materials with ceramics is ensured by the flow of the melt into the pores and grooves in the Si C ceramic, and mainly due to the fact that active carbon (C = 1.5... 1.7%) and silicon (Si = 1 , 1. ... 1.6), which are part of the melt, enter into a chemical reaction with carbon (C) and silicon (Si), thereby self-bonding, forming a self-bound secondary silicon carbide SiC.

Износостойкое кольцо изготавливается из керамики с пористостью 6. . . 10% . При более низкой пористости (более высокой плотности) процесс металлизации путем погружения в расплав оказывается малоэффективным, При пористости свыше 10% уменьшается конструкционная прочность износостойкого кольца. Wear ring is made of ceramic with porosity 6.. . 10% . At lower porosity (higher density), the metallization process by immersion in the melt is ineffective. At porosity of more than 10%, the structural strength of the wear-resistant ring decreases.

Кольцо изготавливают равным в пределах минусового допуска диаметру нового рабочего диска, поскольку при этом остается запас для проточки и балансировки. The ring is made equal within the minus tolerance to the diameter of the new working disk, as this leaves a margin for grooving and balancing.

Применение способа соединения изношенного рабочего диска и износостойкого керамического кольца при помощи электросварки наиболее технологично, экономически выгодно и эффективно по сравнению, например, с клееной конструкцией, поскольку позволяет сохранить высокую прочность соединения на весь межремонтный промежуток, а необходимое сварочное оборудование имеется, практически, на каждом предприятии. The application of the method of connecting a worn working disk and a wear-resistant ceramic ring using electric welding is the most technologically advanced, cost-effective and efficient in comparison with, for example, the glued structure, since it allows you to maintain high joint strength for the entire overhaul period, and the necessary welding equipment is available on almost every enterprise.

Сварное соединение устойчиво к термическим и механическим напряжениям, возникающим в процессе эксплуатации, к воздействию агрессивных сред. The welded joint is resistant to thermal and mechanical stresses arising during operation, to the effects of aggressive environments.

Совокупность операций предлагаемого способа позволяет, во-первых, повысить износостойкость отремонтированного рабочего диска за счет применения износостойкого керамического кольца и, во-вторых, сохранить производительность бисерной мельницы при изготовлении нитрокрасок за счет того, что поверхностный слой износостойкого диска металлизирован материалом на основе железа. The set of operations of the proposed method allows, firstly, to increase the wear resistance of the repaired working disk due to the use of a wear-resistant ceramic ring and, secondly, to maintain the performance of a bead mill in the manufacture of nitro-paints due to the fact that the surface layer of the wear-resistant disk is metallized with iron-based material.

На чертеже изображен отремонтированный диск шаровой (бисерной) мельницы. The drawing shows a repaired disk ball (bead) mill.

Отремонтированный рабочий диск шаровой (бисерной) мельницы содержит изношенный диск 1 со ступицей 2, изготовленный из углеродистой стали, к которому посредством электросварки прикреплено износостойкое керамическое кольцо 3 из карбида кремния, наружные поры которого и внутренние проточки заполнены расплавом на основе железа. The repaired working disk of a ball (bead) mill contains a worn disk 1 with a hub 2 made of carbon steel, to which a wear-resistant ceramic ring 3 made of silicon carbide is attached by electric welding, the outer pores of which and the internal grooves are filled with an iron-based melt.

П р и м е р. Изношенный диск 1 очищают от краски, следов коррозии и протачивают на токарном станке, подготавливая кромки диска к сварке. Если диск 1 уже был восстановлен наплавкой электродами с меловым покрытием, то весь неоплавленный металл удаляют. Одновременно изготавливают износостойкое керамическое кольцо 3 путем формования смесей порошков исходных компонентов, основным из которых является карбид кремния, и их последующего обжига. Наружный диаметр изготовленного износостойкого кольца равен в пределах минусового допуска диаметру нового рабочего диска. PRI me R. The worn-out disk 1 is cleaned of paint, traces of corrosion and machined on a lathe, preparing the edges of the disk for welding. If the disk 1 has already been restored by surfacing with chalk coated electrodes, then all the unmelted metal is removed. At the same time, a wear-resistant ceramic ring 3 is made by molding mixtures of the powders of the starting components, the main of which is silicon carbide, and their subsequent firing. The outer diameter of the manufactured wear-resistant ring is equal to the diameter of the new working disk within the minus tolerance.

Износостойкое кольцо 3 размещают в тигеле и нагревают до температуры 1300. . . 1500^оС со скоростью 20. . . 30 мин, чтобы избежать термических напряжений Одновременно в другом тигеле нагружают до получения расплава с температурой 1450. . . 1500^оС состав, содержащий следующие компоненты, мас. % : Углерод 1,5. . . 1,7 Марганец 0,8. . . 1,1 Кремний 1,1. . . 1,6 Хром 2,0. . . 3,0 Железо до 100%
Затем полученным расплавом заливают нагретое до температуры 1300. . . 1500^оС керамическое кольцо, размещенное в первом тигеле. Выдерживают керамическое кольцо 3 в расплаве в течение 0,15. . . 2,2 ч, после чего кольцо 3 совместно с тигелем охлаждают до температуры 1000. . . 1100^оС, затем его извлекают из тигеля и в термостате охлаждают до комнатной температуры в течение 2. . . 3 ч.Wear-resistant ring 3 is placed in a crucible and heated to a temperature of 1300.. . 1500 ^about With a speed of 20.. . 30 min to avoid thermal stresses. At the same time, they are loaded in another crucible until a melt with a temperature of 1450 is obtained. . 1500 ^about With a composition containing the following components, wt. %: Carbon 1.5. . . 1.7 Manganese 0.8. . . 1.1 Silicon 1.1. . . 1.6 Chrome 2.0. . . 3.0 Iron up to 100%
Then the resulting melt is poured heated to a temperature of 1300.. . 1500 ^о С ceramic ring placed in the first crucible. The ceramic ring 3 is held in the melt for 0.15. . . 2.2 hours, after which the ring 3 together with the crucible is cooled to a temperature of 1000.. . 1100 ^about C, then it is removed from the crucible and in a thermostat cooled to room temperature for 2.. . 3 hours

Охлажденное кольцо подвергают механической обpаботке с целью получения требуемых размеров: наружный диаметр - не более наружного диаметра нового рабочего диска; внутренний должен обеспечить надевание кольца на изношенный и проточенный рабочий диск 1 по скользящей посадке. The cooled ring is subjected to mechanical processing in order to obtain the required dimensions: the outer diameter is not more than the outer diameter of the new working disk; the inner one must ensure that the ring is put on the worn and grooved working disk 1 along the sliding fit.

Требований к шероховатости лицевых поверхностей кольца не предъявляют. Requirements for the roughness of the front surfaces of the ring do not show.

В результате обработки расплавом поверхностные поры на глубину до 2,0 мм оказываются заполненными, как показывает изучение шлифов, металлическим материалом на основе железа. Этим же составом заполнены и проточки на внутренней цилиндрической поверхности кольца, т. е. керамическое кольцо получается армированное металлом. As a result of melt treatment, surface pores to a depth of 2.0 mm are filled, as the study of thin sections shows, with metallic material based on iron. The grooves on the inner cylindrical surface of the ring are filled with the same composition, i.e., the ceramic ring is metal-reinforced.

Изготовленное описанным методом износостойкое кольцо надевают на обработанный и очищенный с помощью бензина Б-70 изношенный рабочий диск. Сварку износостойкого кольца и изношенного диска выполняют на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде) по возможности короткой дугой. При сварке длинной дугой материал шва оказывается пористым. The wear-resistant ring made by the described method is put on a worn working disk processed and cleaned with B-70 gasoline. The wear-resistant ring and the worn-out disk are welded with direct current of reverse polarity (plus on the electrode) with the shortest possible arc. When welding with a long arc, the seam material is porous.

Диаметр электрода 4. . . 5 мм; сварочный ток 130. . . 180 А. The diameter of the electrode 4.. . 5 mm; welding current 130.. . 180 A.

Сварку производят по контуру прилегания деталей. Welding is performed along the contour of the fit of the parts.

Отремонтированный рабочий диск подвергают балансировке, после чего устанавливают на рабочем роторе шаровой (бисерной) мельницы. (56) 1. Бисерная мельница. Технические условия на капитальный ремонт. Киев: Киевский завод лаков и красок. 1987. The repaired working disk is subjected to balancing, after which it is installed on the working rotor of a ball (bead) mill. (56) 1. Bead mill. Technical conditions for major repairs. Kiev: Kiev factory of varnishes and paints. 1987.

Claims

METHOD FOR REPAIRING A WORKING DISK OF A BALL MILL, comprising connecting a wear-compensating layer with a worn surface of a disk and its subsequent balancing, characterized in that, in order to improve the repair quality by increasing the durability of the surfaces of the working disk, which are most susceptible to wear during the manufacture of nitro-paints, a disk compensating is preliminarily compensated wear, the layer is made in the form of a ceramic wear-resistant ring with an outer diameter equal to the outer diameter of the new working disk, and an annular groove On its inner surface, which is subjected to metallization with filling the annular groove with metal, a machined working disk is installed in the ring, and their connection is carried out by welding along the contour of the fit.