RU207028U1

RU207028U1 - SEDIMENTARY CENTRIFUGE SCREW

Info

Publication number: RU207028U1
Application number: RU2021108769U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Родионов; Ирина Владимировна Перинская; Виталий Игоревич Проскуряков; Любовь Евгеньевна Куц
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2021-10-07

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию для разделения в центробежном поле суспензий, содержащих частицы абразивных твердых материалов. Технический результат полезной модели заключается в повышении стойкости к гидроабразивному изнашиванию поверхностного слоя ленточной спирали шнека осадительной центрифуги в результате лазерного импульсного модифицирования углеродом в слое графитовой обмазки. Шнек осадительной центрифуги содержит барабан и размещенную на его наружной поверхности ленточную спираль, обращенную в сторону противоположную окнам для выгрузки осадка. На поверхности ленточной спирали имеется высокотвердый упрочненный поверхностный слой, обладающий высокой стойкостью к гидроабразивному изнашиванию, полученный в результате лазерного импульсного модифицирования углеродом в слое графитовой обмазки. 1 фиг.The proposed utility model relates to equipment for centrifugal separation of suspensions containing particles of abrasive solid materials. The technical result of the utility model is to increase the resistance to hydroabrasive wear of the surface layer of the tape spiral of the spinning centrifuge screw as a result of laser pulsed modification with carbon in the graphite coating layer. The auger of the settling centrifuge contains a drum and a tape spiral placed on its outer surface, facing opposite to the windows for unloading sediment. On the surface of the tape spiral there is a highly hardened surface layer with high resistance to water-jet wear, obtained as a result of laser pulsed modification with carbon in a layer of graphite coating. 1 fig.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию для разделения в центробежном поле суспензий, содержащих частицы абразивных материалов. Одним из наиболее динамично развивающихся типов разделительного оборудования являются непрерывно действующие осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка, которые широко применяются в химической, гидрометаллургической, горнодобывающей промышленности.The proposed utility model relates to equipment for centrifugal separation of suspensions containing particles of abrasive materials. One of the most dynamically developing types of separation equipment are continuously operating settling centrifuges with screw discharge of sludge, which are widely used in the chemical, hydrometallurgical, and mining industries.

Поверхность любого устройства, взаимодействующая с гидросмесями со значительным количеством твердых частиц, нуждается в эффективной защите от абразива т.к. подвергается абразивному износу. При длительной эксплуатации осадительной центрифуги изнашивание поверхности шнека сопровождается снижением эксплуатационных показателей. Износ поверхности ленточной спирали шнека требует их полной замены, что повышает себестоимость производимой продукции. Важнейшей инженерной задачей является повышение эксплуатационной надежности и работоспособности основного конструктивного элемента осадительной центрифуги - шнека, а именно поверхности ленточной спирали, за счет повышения стойкости к гидроабразивному изнашиванию.The surface of any device that interacts with slurries with a significant amount of solid particles needs effective protection from abrasives. exposed to abrasive wear. With long-term operation of the settling centrifuge, the wear of the screw surface is accompanied by a decrease in performance. The wear of the surface of the tape spiral of the auger requires their complete replacement, which increases the cost of production. The most important engineering task is to increase the operational reliability and performance of the main structural element of the settling centrifuge - the screw, namely the surface of the tape spiral, by increasing the resistance to water-abrasive wear.

Современные технологии располагают достаточным количеством способов защиты от абразивного износа: наплавка износостойким материалом, газоплазменное напыление твердосплавными порошками, приваривание отдельных сегментов с наплавкой композиционным материалом, напайка твердосплавных пластин непосредственно на изнашиваемую поверхность и др.Modern technologies have a sufficient number of ways to protect against abrasive wear: surfacing with wear-resistant material, gas-plasma spraying with hard-alloy powders, welding of individual segments with composite surfacing, brazing of hard-alloy plates directly on the wearing surface, etc.

Известна конструкция шнека осадительной центрифуги [Патент RU №2181075, МПК В04В 1/20, 11/02, 10.04.2002], содержащего барабан, имеющий впускное отверстие для распределяемого материала, укрепленную на нем по меньшей мере одну спираль и между ее витками - направляющую перегородку, расположенную в зоне между впускными отверстиями и выпускными отверстиями тяжелой фракции с зазором относительно ротора и имеющую высоту меньше чем высота витка спирали, и переферийную часть описывающую при вращении шнека огибающую поверхность.Known design of the screw of the settling centrifuge [Patent RU No. 2181075, IPC В04В 1/20, 11/02, 10.04.2002], containing a drum having an inlet for the material to be distributed, fixed on it at least one spiral and between its turns - a guide a baffle located in the area between the inlet and outlet openings of the heavy fraction with a gap relative to the rotor and having a height less than the height of the spiral turn, and a peripheral part that describes an envelope surface during the rotation of the screw.

Недостатком данной конструкции является низкая стойкость к гидроабразивному изнашиванию поверхности ленточной спирали шнека, приводящая к снижению эксплуатационной надежности.The disadvantage of this design is the low resistance to hydroabrasive wear of the surface of the tape spiral of the screw, leading to a decrease in operational reliability.

Известна конструкция высокопроизводительной осадительно-фильтрующей центрифуги американской фирмы «Decanter Machine Inc.», предназначенной для обезвоживания каменноугольной пыли после гидротранспортирования [Борц М.А., Бочков Ю.Н., Зарубин Л.С.«Шнековые осадительные центрифуги для угольной промышленности». Изд-во «Недра», М., 1970]. Она содержит полый цилиндроконический ротор, внутри которого соосно размещен полый барабан с закрепленной на его наружной поверхности ленточной спиралью, соскребающей слой осадка с внутренней поверхности ротора. Ленточная спираль испытывает со стороны абразивного осадка противодействие в основном на наружную кромку и частично на атакующую поверхность, обращенную и сторону выгрузки. Поэтому для упрочнения поверхности шнека центрифуги ленточная спираль с торца и с атакующей стороны защищена керамическими пластинами трапециевидной формы, прикрепленными с помощью водостойкой клеевой композиции.The known design of a high-performance precipitation-filtering centrifuge of the American company "Decanter Machine Inc.", designed for dewatering coal dust after hydrotransportation [MA Borts, Yu.N. Bochkov, LS Zarubin "Screw precipitation centrifuges for the coal industry." Publishing house "Nedra", M., 1970]. It contains a hollow cylindrical-conical rotor, inside which a hollow drum is located coaxially with a tape spiral fixed on its outer surface, scraping off a layer of sediment from the inner surface of the rotor. From the side of the abrasive sludge, the tape spiral experiences counteraction mainly on the outer edge and partly on the attacking surface, which is also facing the discharge side. Therefore, to harden the surface of the centrifuge screw, the tape spiral from the end and from the attacking side is protected by trapezoidal ceramic plates attached with a waterproof adhesive composition.

Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и ненадежность крепления защитных пластин, не обладающих высокой стойкостью к абразивному изнашиванию.The disadvantage of this design is the complexity of the design and the unreliability of fastening the protective plates, which do not have high resistance to abrasive wear.

Известна конструкция шнека центрифуги с упрочненной поверхностью лопастей, подвергаемых абразивному износу в процессе эксплуатации [Патент RU №2718599, МПК В23Р, 6/00, C21D, 1/38 08.04.2020]. Упрочнение осуществляют методом электроэрозионного легирования до достижения заданной твердости. Технический результат заключается в отсутствии коробления, повышении твердости и износостойкости восстановленных и упрочненных деталей в условиях интенсивного абразивного износа, возможности использования в качестве восстановительного материала износостойких металлов с любой степенью свариваемости, небольшой расход электроэнергии и экологическая безопасность.Known design of the centrifuge screw with a hardened surface of the blades, subjected to abrasive wear during operation [Patent RU No. 2718599, IPC В23Р, 6/00, C21D, 1/38 08/04/2020]. Strengthening is carried out by the method of electroerosive alloying until a given hardness is reached. The technical result consists in the absence of warpage, increased hardness and wear resistance of the restored and hardened parts under conditions of intense abrasive wear, the possibility of using wear-resistant metals with any degree of weldability as a reducing material, low power consumption and environmental safety.

Недостатком данной конструкции является дороговизна компонента состава для модифицирования и недостаточная стойкость поверхности лопастей шнека к гидроабразивному изнашиванию.The disadvantage of this design is the high cost of the component of the composition for modification and the insufficient resistance of the surface of the auger blades to hydroabrasive wear.

Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция шнека для транспортировки осадка в составе осадительной центрифуги [Патент SU №1126328 А, МПК В04В 1/20, 30.11.1984], содержащий барабан и укрепленную на нем спираль, поверхность которой обращенная в сторону, противоположную к окнам для выгрузки осадка, покрыта упрочняющим материалом. Применение покрытия позволяет увеличить производительность осадительной центрифуги по осадку.The closest to the proposed solution is the design of the screw for transporting sediment as part of a settling centrifuge [Patent SU No. 1126328 A, IPC B04B 1/20, 30.11.1984], containing a drum and a spiral fixed on it, the surface of which is facing in the direction opposite to the windows for sludge discharge, covered with reinforcing material. The use of the coating allows to increase the productivity of the precipitation centrifuge in terms of sediment.

Задачей полезной модели является упрочнение поверхности ленточной спирали шнека осадительной центрифуги за счет насыщения этой поверхности углеродом и увеличения микротвердости для повышения гидроабразивной стойкости и эксплуатационной надежности.The task of the utility model is to strengthen the surface of the tape spiral of the spinning centrifuge screw by saturating this surface with carbon and increasing the microhardness to increase the water-abrasive resistance and operational reliability.

Технический результат полезной модели заключается в повышении стойкости к гидроабразивному изнашиванию поверхностного слоя ленточной спирали шнека осадительной центрифуги в результате лазерного импульсного модифицирования углеродом в слое графитовой обмазки.The technical result of the utility model is to increase the resistance to hydroabrasive wear of the surface layer of the tape spiral of the spinning centrifuge screw as a result of laser pulsed modification with carbon in the graphite coating layer.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции шнека осадительной центрифуги, содержащей барабан и размещенную на его наружной поверхности ленточную спираль, обращенную в сторону противоположную окнам для выгрузки осадка, и на поверхности которой имеется упрочняющий слой в виде покрытия, согласно новому техническому решению, на поверхности ленточной спирали имеется высокотвердый упрочненный поверхностный слой, обладающий высокой стойкостью к гидроабразивному изнашиванию, полученный в результате лазерного импульсного модифицирования углеродом в слое графитовой обмазки.The problem is solved due to the fact that in the proposed design of the settling centrifuge screw, which contains a drum and a tape spiral placed on its outer surface, facing opposite to the windows for sludge discharge, and on the surface of which there is a reinforcing layer in the form of a coating, according to a new technical solution , on the surface of the tape spiral there is a highly hard hardened surface layer with high resistance to water-jet wear, obtained as a result of laser pulsed modification with carbon in a layer of graphite coating.

Конструкция шнека осадительной центрифуги может быть изготовлена из нержавеющей хромоникелевой стали путем проката, механической обработки и соединения ленточной спирали с барабаном методом сварки. Лазерное импульсное модифицирование поверхностного слоя ленточной спирали шнека осадительной центрифуги осуществляется за счет термодиффузионного насыщения углеродом из графитовой обмазки, предварительно нанесенной на ее поверхность. Описание конструкции.The screw structure of the settling centrifuge can be made of stainless chromium-nickel steel by rolling, machining and welding the tape spiral to the drum. Pulsed laser modification of the surface layer of the tape spiral of the spinning centrifuge screw is carried out due to thermal diffusion saturation with carbon from the graphite coating previously applied to its surface. Description of the structure.

На фигуре приведена предлагаемая конструкция полезной модели, где позициями обозначены: 1 - барабан, 2 - окна для выхода суспензии в ротор (на фигуре не показано), 3 - отверстие внутри барабана для питающей трубы (на фигуре не показана), 4 - ленточная спираль, 5 - кромка ленточной спирали, 6 - упрочненный поверхностный слой.The figure shows the proposed design of the utility model, where the positions are designated: 1 - drum, 2 - windows for suspension into the rotor (not shown in the figure), 3 - hole inside the drum for the feed pipe (not shown in the figure), 4 - tape spiral , 5 - edge of the tape spiral, 6 - hardened surface layer.

Шнек осадительной центрифуги (фиг.) состоит из барабана 1 с окнами 2 для выхода в ротор (на фигуре не показано) суспензии, подаваемой через отверстие 3 внутри барабана 1. Барабан 1 имеет укрепленную на нем ленточную спираль 4 с кромкой 5, обращенную в сторону противоположной окнам для выгрузки осадка (на фигуре не показано). На поверхности ленточной спирали 4 и кромки 5 имеется упрочненный поверхностный слой 6, который нанесен на 1/3 часть ленточной спирали 4 от края кромки в направлении к месту соединения с барабаном 1 и имеет толщину 200-250 мкм.The auger of the settling centrifuge (Fig.) Consists of a drum 1 with windows 2 for entering the rotor (not shown in the figure) of the suspension supplied through hole 3 inside the drum 1. The drum 1 has a tape spiral 4 fixed on it with an edge 5 facing to the side opposite to the windows for unloading sediment (not shown in the figure). On the surface of the tape spiral 4 and the edge 5 there is a hardened surface layer 6, which is applied to 1/3 of the tape spiral 4 from the edge of the edge towards the junction with the drum 1 and has a thickness of 200-250 μm.

Упрочненный поверхностный слой 6 поверхности ленточной спирали 4 получен в результате лазерного импульсного модифицирования углеродом в слое графитовой обмазки имеет высокую микротвердость в диапазоне значений 12-14 ГПа, тем самым обеспечивает стойкость к гидроабразивному изнашиванию и повышенную эксплуатационную надежность. Устройство работает следующим образом.The hardened surface layer 6 of the surface of the tape spiral 4 is obtained as a result of laser pulsed modification with carbon in a layer of graphite coating and has a high microhardness in the range of 12-14 GPa, thereby providing resistance to water-abrasive wear and increased operational reliability. The device works as follows.

Через цилиндрическое отверстие 3 и окна 2 барабана 1 в ротор (на фигуре не показано) подают с заданным расходом исходную суспензию с твердыми частицами, обладающими абразивными свойствами. Под действием центробежной силы суспензия разделяется на твердую и жидкую фазы. Твердые частицы, как более плотные по сравнению с жидкостью, оседают на внутренней поверхности вращающегося ротора (на фигуре не показано), и транспортируются по ленточной спирали 4 к окнам для выгрузки осадка и фугата (на фигуре не показано). Применение упрочненного поверхностного слоя 6 на кромке 5 и поверхности ленточной спирали 4 позволяет увеличить производительность и эксплуатационную надежность шнека осадительной центрифуги за счет повышения стойкости к гидроабразивному изнашиванию.Through the cylindrical opening 3 and the windows 2 of the drum 1, the initial suspension with solid particles with abrasive properties is fed into the rotor (not shown in the figure) at a predetermined rate. Under the action of centrifugal force, the suspension is separated into solid and liquid phases. Solid particles, being denser in comparison with the liquid, settle on the inner surface of the rotating rotor (not shown in the figure), and are transported along the tape spiral 4 to the windows for unloading sediment and centrate (not shown in the figure). The use of a hardened surface layer 6 on the edge 5 and the surface of the tape spiral 4 allows to increase the productivity and operational reliability of the screw of the settling centrifuge by increasing the resistance to hydroabrasive wear.

Исследования показали, что оптимальными значениями параметров проведения процесса термодиффузионного насыщения нержавеющей стали углеродом являются следующие: энергия лазерных импульсов E=0,75-1,12 Дж; диаметр сфокусированного лазерного пятна d=0,7 мм; длительность импульсов t=0,6 мс. При уменьшении значений указанных параметров эффект упрочнения не наблюдается, а при их превышении упрочненный слой, полученный в результате лазерного модифицирования в слое графитовой обмазки, характеризуется повышенной склонностью к трещинообразованию и сильным оплавлением поверхности. В указанном диапазоне параметров лазерного модифицирования в слое графитовой обмазки, предварительно нанесенной на поверхность стальных пластин, происходит формирование равномерно распределенного диффузионно-насыщенного углеродом модифицированного слоя толщиной 200-250 мкм с величиной микротвердости 12-14 ГПа (тогда как микротвердость не модифицированной поверхности нержавеющей хромоникелевой стали не превышает 1,7-1,8 ГПа), что обеспечивает повышение стойкости к гидроабразивному изнашиванию не менее, чем на 30%.Studies have shown that the optimal values of the parameters of the process of thermal diffusion saturation of stainless steel with carbon are the following: laser pulse energy E = 0.75-1.12 J; diameter of the focused laser spot d = 0.7 mm; pulse duration t = 0.6 ms. With a decrease in the values of these parameters, the hardening effect is not observed, and when they are exceeded, the hardened layer obtained as a result of laser modification in the graphite coating layer is characterized by an increased tendency to crack formation and strong surface melting. In the specified range of laser modification parameters in a layer of graphite coating previously applied to the surface of steel plates, a uniformly distributed diffusion-saturated with carbon modified layer 200-250 μm thick with a microhardness value of 12-14 GPa is formed (whereas the microhardness of the unmodified surface of stainless chromium-nickel steel does not exceed 1.7-1.8 GPa), which provides an increase in resistance to water-jet wear by at least 30%.

Таким образом, предложенная конструкция шнека осадительной центрифуги, имеющая на поверхности ленточной спирали упрочненный слой с повышенной стойкостью к гидроабразивному изнашиванию, обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность и позволяет осуществлять разделение суспензии с большим содержанием твердой фазы, не снижая производительности, а также значительно увеличить срок эксплуатации без восстановительного ремонта.Thus, the proposed design of the settling centrifuge screw, which has a hardened layer on the surface of the tape spiral with increased resistance to hydroabrasive wear, provides increased operational reliability and allows the separation of a suspension with a high solids content without reducing productivity, and also significantly increasing the service life without reducing repair.

Claims

The auger of the settling centrifuge, characterized by the fact that it contains a drum with windows for unloading the centrifuge and sediment and a tape spiral with an edge, made of stainless steel, located on its outer surface, facing opposite to the windows for unloading the sediment, on 1/3 of the surface of which, starting from the edge of the edge, towards the junction with the drum, a hardening layer is applied, obtained as a result of laser pulse modification of stainless steel due to its thermal diffusion saturation with carbon from a graphite coating.