RU2627713C2 - Чугун для мелющих тел - Google Patents

Чугун для мелющих тел Download PDF

Info

Publication number
RU2627713C2
RU2627713C2 RU2015148139A RU2015148139A RU2627713C2 RU 2627713 C2 RU2627713 C2 RU 2627713C2 RU 2015148139 A RU2015148139 A RU 2015148139A RU 2015148139 A RU2015148139 A RU 2015148139A RU 2627713 C2 RU2627713 C2 RU 2627713C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cast iron
composition
wear
resistance
impact
Prior art date
Application number
RU2015148139A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015148139A (ru
Inventor
Александр Аркадьевич Каменских
Олег Петрович Селезнев
Антон Александрович Каменских
Павел Николаевич Миронченко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Пашийский металлургическо-цементный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Пашийский металлургическо-цементный завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Пашийский металлургическо-цементный завод"
Priority to RU2015148139A priority Critical patent/RU2627713C2/ru
Publication of RU2015148139A publication Critical patent/RU2015148139A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2627713C2 publication Critical patent/RU2627713C2/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C37/00Cast-iron alloys

Landscapes

  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Abstract

Изобретение относится к литым чугунным мелющим телам, которые могут быть использованы для дробления и измельчения в шаровых мельницах цемента, горных пород и других материалов. Мелющие тела выполнены из низколегированного белого чугуна, содержащего, мас.%: С 3,2-3,6, Si 1,2-1,8, Cr 0,8-1,2, Mn 0,3-0,8, Ni 0,3-0,4, S <0,15, Р <0,15, Fe - остальное. Изобретение направлено на получение мелющих тел, обладающих одновременно повышенной удароустойчивостью и износостойкостью при работе в условиях ударно-абразивного износа. 3 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии, горно-обогатительной и цементной промышленности, а именно, к изысканию составов белого чугуна с перлитной структурой, низколегированного, обладающего повышенной износостойкостью и удароустойчивостью, предназначенного для изготовления литых чугунных мелющих тел.
Оно может быть использовано для дробления и измельчения в шаровых мельницах цемента, горных пород и других материалов мелющими телами, преимущественно, цильпебсами.
Известен состав чугуна, предназначенный для деталей, работающих в абразивных средах в условиях ударных нагрузок и на изнашивание (а.с. №179474, МПК C22C 37/00, 1966 г.), содержащий 3-4,2 C; 0,3-1,2 Si; 0,2-0,8 Mn; 0,02-0,4 Ni; 0,3-0,8 Cr; 1,0-2,5 Al; 0,002-0,2 Ca; 0,05-0,3 Ti; остальное железо. Твердость НВ - 283 МПа. Состав чугуна обладает недостаточно высокой износостойкостью и ударостойкостью для использования в мелющих телах типа цильпебсов, работающих в жестких условиях ударно-абразивного износа.
Известен состав чугуна, предназначенный для изготовления литых мелющих тел (а.с. №834197 МПК C22C 37/00, от 23.07.79 г.), содержащий, %: 2,8-3,7 C; 0,3-0,7 Si; 0,3-0,7 Mn; 0,005-0,01 Ca; 0,005-0,02 B; 0,001-0,08 Ti; 0,001-0,05 - редкоземельные металлы; остальное - железо. Износ (г/мин.) для мелющих тел первой группы (∅=50÷80 мм) - 0,034÷0,047; второй группы (∅≤40 мм) - 0,026÷0,032. Удароустойчивость 5÷8% и 4,47% соответственно. Состав серого чугуна обладает недостаточно высокой удароустойчивостью для использования в жестких условиях работы - ударно-абразивного износа мелющих тел - цильпебсов.
Известен состав литого белого чугуна (М.Е. Гарбер. Износостойкие белые чугуны. М. Машиностроение, 2010 г. с. 22, 28, табл. 2.1; 2.3), содержащего в мас. %:
С - 2,8
Cr - 1,26
Si - 0,73
Mn - 1,28
S - 0,1
P - 0,1
Состав литой. Структура - карбиды (Fe3C) + перлит. НВ - 360÷370 МПа, HRC - 37÷38 МПа, при этом, HV карбидов - 950÷1100 МПа, HV металлической основы - 310÷402 МПа. K1=2,95. Недостатки: низкая износостойкость и удароустойчивость в литом состоянии из-за низкой твердости перлитной матрицы и, соответственно, неспособностью ее прочно удержать карбиды.
Известен состав чугуна, предназначенный для изготовления деталей, работающих в абразивных средах (а.с. №785375, МПК C22C 37/10, от 26.09.78 г.), содержащий, %: 2,6-3,8 C; 1,8-2,5 Si; 0,3-1,0 Mn; 0,2-1,0 Cr; 0,02-0,25 Ni; 0,05-0,4 Ti; 0,05-0,3 V; 0,001-0,02 Ca; остальное - железо. Относительная износостойкость, %: 121,4+146 (к 100 по прототипу), удароустойчивость (число образцов, %): неповрежденных - 4÷20, сколы - 26÷74, разбитых - 8÷74, в зависимости от времени испытания 100 образцов и количества ванадия в составе. Состав выбран в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и по направлению. Для исследования его в литом состоянии в мелющих телах, преимущественно цильпебсах (имеющих более развитую поверхность, чем шары), он недостаточно износостоек и обладает недостаточным уровнем удароустойчивости.
Задача изобретения - разработка состава низколегированного белого литого чугуна для мелющих тел, преимущественно цильпебсов, обладающего одновременно повышенной удароустойчивостью и износостойкостью при работе мелющих тел в условиях ударно-абразивного износа.
Технический результат направлен на получение низколегированного белого перлитного чугуна в литом состоянии, обладающего повышенными ударно-абразивными свойствами, удовлетворяющими жесткие требования повышения одновременно удароустойчивости и износостойкости, при использовании состава в мелющих телах, преимущественно цильпебсов, подвергающихся в шаровой мельнице ударным действиям и истиранию в связи с значительно более развитой, чем шар, поверхностью.
Технический результат достигается тем, что чугун для мелющих тел, содержащий углерод, кремний, хром, марганец, согласно изобретению он содержит дополнительно серу и фосфор при следующих соотношениях компонентов, в мас. %:
С - 3,2÷3,6
Cr - 0,8÷1,2
Si - 1,2÷1,8
Mn - 0,3÷0,8
Ni - 0,3÷0,4
S - <0,15
Р - <0,15
Fe - остальное
При этом получают литой удароустойчивый белый чугун, используемый для получения мелющих тел шаровых мельниц, преимущественно цильпебсов, со сквозной прокаливаемостью после литья с температуры 1000°C и непрерывного быстрого охлаждения на воздухе.
Для экспериментальной проверки заявляемого состава было подготовлено 6 смесей компонентов (табл. 1), из которых 3 состава показали оптимальные результаты (табл. 1, п.п. 2-4, особенно, п.п. 3). Для введения в сплав необходимых химических элементов использовали следующие материалы. Хром вводился в вагранку в виде среднеуглеродистого феррохрома. Марганец вводился в виде доменного ферромарганца. Кремний вводился в виде ферросилиция ФС - 45. Никель задавался в вагранку в виде никеля или ферроникеля. Чугун выплавляли в газовой вагранке по общепринятой технологии.
Выплавляют сплав усредненный - прототип (плавка 1). Готовят три смеси компонентов заявляемого состава (плавка 2, 3, 4), в которых содержание веществ находится на нижнем пределе (плавка 2), имеет среднее значение (плавка 3) и находится на верхнем пределе (плавка 4). Выплавляют также два сплава, в которых содержание компонентов ниже предельных (плавка 5) и выше предельных (плавка 6). Чугун выпускается с температурой 1400°C в ковш, из которого разливается на кокильную машину. Кокиль вытряхной. Цильпебс при температуре 1000°C из кокиля поступает на транспортер, где охлаждается со скоростью 1 град/сек. С транспортера цильпебс поступает в сортировочный барабан, где отбраковывается несоответствующий по геометрическим размерам. Полученные образцы - цильпебсы (25×25×32 мм) испытывают на твердость - HRC. Твердость по Роквеллу - HRC определяют в соответствии с ГОСТ 9013-59. Готовят шлифы и определяется твердость HV карбидной составляющей и металлической основы состава. Твердость по Виккерсу - HV определяют в соответствии с ГОСТ 2999-75. Определение K1 - коэффициента износостойкости проводят на стенде ЛП-3М методом гидроабразивного изнашивания (М.Е. Гарбер. Износостойкие белые чугуны. М. Машиностроение, 2010 г., с. 27). Удароустойчивость определяют в соответствии с МУ-21-028-91 (методика определения удароустойчивости чугунных мелющих тел, составленная из разработок Днепропетровского химико-технологического института с использованием центробежно-метательной машины). Удароустойчивость цильпебсов определяют процентом числа разрушенных образцов к общему количеству цильпебсов, загружаемых в установку. Износостойкость в сухих условиях испытания для цильпебсов, подверженных ударно-абразивному износу, проводятся согласно Инструкции испытаний мелющих тел на удароустойчивость и ударный износ в центробежно-метательной машине, разработанной на предприятии ОАО «ПМЗ» г. Пашия, Пермского края, утвержденной 02.02.2013 г. По этой методике определяют одновременно удароустойчивость и износостойкость, так как перед испытаниями и после них образцы взвешиваются и испытываются на удароустойчивость 3 раза по 40 мин., и каждый этап сопровождается фиксированием процента целых и поврежденных цильпебсов с последующим взвешиванием испытанных образцов.
Сопоставительный анализ заявляемого состава с прототипом показал, что заявляемый состав существенно отличается сочетанием компонентов, структурой и свойствами. Содержание компонентов обеспечивает благоприятное сочетание для использования состава в мелющих телах в литом состоянии - для цильпебсов. В заявляемом составе чугуна по сравнению с прототипом уменьшен диапазон используемых компонентов по углероду, кремнию, хрому и увеличено содержание никеля, что позволило более эффективно и одновременно оптимизировать его с точки зрения удароустойчивости и износостойкости. По сравнению с прототипом заявляемый состав белого низколегированного перлитного чугуна значительно проще и технологичней по составу (отсутствует титан, ванадий, кальций), что при более высоких данных по удароустойчивости и износоустойчивости является весьма перспективным. По сравнению с оптимальным составом прототипа, заявляемый состав чугуна оптимизирован с увеличением содержания углерода (табл. 1, п. 3), хрома, никеля, что позволило получить структуру - сорбитообразный перлит, увеличить твердость состава (HRC - 52÷55 МПа) и металлической матрицы (HV - 53÷58 МПа), обеспечивающих прочное сцепление матрицы с карбидами (Fe3C) и неожиданно значительно повысить уровень удароустойчивости и износостойкости одновременно. Такой эффект повышения перечисленных свойств тем более неожиданен, что испытания мелющих тел проводились в более жестких условиях и более длительное время (по прототипу -5÷10 мин., заявляемый - 120 мин.) (табл. 2, п.п. 2-4). А дополнительные испытания с определением коэффициента износостойкости K1 в условиях гидроабразивного изнашивания подтвердили, что заявляемый состав стабильно оптимизирован и для использования мелющих тел в жидкой среде, содержащей в качестве абразива песок, например. Таким образом, подтвержден эффект повышения стабильного упрочнения, удароустойчивости, износостойкости мелющих тел, независимо от условий эксплуатации тел, испытывающих ударные или ударно-абразивные нагрузки.
Cr, Mn и Ni в заявляемом составе чугуна способствуют упрочнению металлической основы, повышению твердости ее и прочному удержанию карбидов, препятствуют появлению графита, при быстром охлаждении сплава, снижающего свойства. Si - повышает твердость и прочность состава и трещиностойкость. Mn, Ni - измельчают перлит до сорбитообразного состояния. Р - увеличивает износостойкость и S - препятствует образованию графита, снижающего твердость, в пределах заявляемого содержания. Большее содержание фосфора повышает хрупкость, а сера - понижает прочность изделия из заявляемого состава. Cr - легирует и стабилизирует перлитный цементит и усиливает склонность чугуна к отбелу по всему объему изделия (табл. 3, п.п. 2-4) при оптимальном соотношении C/Si равном 2÷3/1.
Предельное содержание компонентов в заявляемом чугуне нижнее (3.2% C; 1,2% Si; 0,8% Cr; 0,3% Mn; 0,3% Ni; до 0,15% S; до 0,15% Р) - (табл. 1, п. 2), позволяет в большей степени, чем верхнее повысить удароустойчивость, а верхний - в большей степени - износостойкость. Оптимальным является состав с содержанием компонентов: 3,4% C; 1,5% Si; 1,0% Cr; 0,5% Mn; 0,35% Ni; до 0,15% S; до 0,15% P (табл. 1-3, п.п. 2-4). А в целом, заявляемый состав в обозначенных пределах содержания компонентов значительно повышает и удароустойчивость и износостойкость.
Углерод в заявляемых пределах (3,2-3,6 масс. %) при быстром охлаждении (1°C на воздухе с температуры 1000°С охлаждаются мелющие тела из металлических кокилей) быстрее связывает углерод в карбиды, увеличивая значимость никеля (0,3-0,4 масс. %) в заявляемом составе чугуна белого с перлитной структурой. При этом никель упрочняет металлическую основу, измельчая перлит до сорбитообразного, не допуская образования графита, что позволяет значительно увеличить твердость белого чугуна перлитного в литом состоянии (HRC - 52÷55 МПа), обеспечивая мелющим телам в процессе эксплуатации в шаровой мельнице (табл. 2, 3), и особенно цильпебсам, высокую ударно-абразивную устойчивость.
Содержание компонентов за пределами заявляемого (табл. 1, п.п. 5, 6), (табл. 2, 3, п.п. 5, 6) снижает удароустойчивость и износостойкость белого чугуна заявляемого состава.
При этом состав за пределами заявляемого (табл. 2, 3, п. 5). С более низким содержанием, чем заявляемый (п. 2-4), снижают удароустойчивость и износостойкость как и состав за пределами заявляемого (табл. 2, 3, п. 6) - с более высоким содержанием, чем заявляемый.
Как видно из таблиц 2 и 3, наибольшим сопротивлением изнашиванию и ударным нагрузкам отличается чугун заявляемый в качестве изобретения состава с содержанием углерода 3,4 масс. %, никеля - 0,35 масс. % (табл.3, п.3).
Химический состав заявляемого чугуна представлен в табл. 1.
Свойства - представлены в сравнении с прототипом в табл. 2, 3.
Из данных табл. 2, 3 видно, что исследуемые свойства чугуна, влияющие на эксплуатационные характеристики мелющих тел, значительно выше, чем в прототипе. В табл.2 показано, что твердость заявляемого состава (п.п. 2-4) HRC в ~1,5 раза выше, чем у состава - прототипа (п. 1) и за пределами заявляемого (п.п. 5, 6), как и твердость (HV) металлической матрицы, что позволяет белому чугуну в литом состоянии и низколегированному, а по сравнению с прототипом - содержащему значительно меньшее количество дорогих компонентов, повысить ударно-абразивную стойкость мелющих тел. В сумме, за счет измельчения карбидов и металлической основы - до сорбитообразного перлита, равномерного распределения свойств по всему сечению (табл. 3), и повышения твердости металлической основы (табл. 2), значительно повышаются одновременно все испытанные свойства состава. Удароустойчивость в пределах заявленного состава чугуна по сравнению с прототипом и за пределами заявляемого повысилась у мелющих цильпебсов в 5÷60 раз (табл. 3). Износоустойчивость K1 при гидроабразивном изнашивании (табл. 2) цильпебсов повысилась в 2 раза. Износоустойчивость в условиях сухого трения цильпебсов повысилась в 1,5 раза (табл. 3).
Таким образом, заявляемый состав чугуна - белый перлитный в литом состоянии - одновременно и значительно повысил удароустойчивость, и износоустойчивость мелющих тел, преимущественно цильпебсов, эксплуатирующихся в жестких условиях ударных нагрузок и ударно-абразивного износа.
По сравнению с прототипом заявляемый чугун имеет преимущества.
- Состав позволяет значительно увеличить твердость изделий из него (мелющих тел, преимущественно цильпебсов, подвергающихся ударно - абразивному износу, тогда как шары подвергаются ударным воздействиям в процессе измельчения абразивных материалов).
- Наличие никеля в заявляемых пределах неожиданно. Совместно с остальными компонентами состава, активно проявил себя как компонент, способствующий равномерному распределению составляющих в расплаве, а при быстром охлаждении мелющих тел из него на воздухе - 1°/сек, воспрепятствовал образованию графита, что повысило твердость, удароустойчивость и износоустойчивость изделий.
- Небольшое увеличение содержания никеля не приводит к удорожанию состава, так как прототип содержит значительное количество титана, ванадия.
- Состав, значительно улучшив эксплуатационные свойства, позволяет расширить возможности чугуна белого перлитного в литом состоянии, так как считается по многим источникам не износоустойчивым и, тем более, не ударостойким. (М.Е. Гарбер. Износостойкие белые чугуны. М. Машиностроение, 2010 г. с. 21; а.с. №1010152, МПК C22C 37/00, от 12.08.81 г. и т.д.).
- Использование заявляемого состава чугуна для мелющих тел, преимущественно цильпебсов, работающих в жестких условиях ударно - абразивного износа, значительно повышает их долговечность и надежность в эксплуатации, экономит дорогостоящие легирующие металлы.
- Заявляемый состав чугуна обладает одновременно повышенной абразивостойкостью и удароустойчивостью в литом состоянии.
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003

Claims (2)

  1. Мелющие тела из низколегированного белого чугуна, отличающиеся тем, что они выполнены из чугуна, содержащего углерод, кремний, хром, марганец, никель, серу и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
  2. С 3,2-3,6 Si 1,2-1,8 Cr 0,8-1,2 Mn 0,3-0,8 Ni 0,3-0,4 S <0,15 Р <0,15 Fe остальное
RU2015148139A 2015-11-09 2015-11-09 Чугун для мелющих тел RU2627713C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148139A RU2627713C2 (ru) 2015-11-09 2015-11-09 Чугун для мелющих тел

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148139A RU2627713C2 (ru) 2015-11-09 2015-11-09 Чугун для мелющих тел

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015148139A RU2015148139A (ru) 2017-05-15
RU2627713C2 true RU2627713C2 (ru) 2017-08-10

Family

ID=58715357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148139A RU2627713C2 (ru) 2015-11-09 2015-11-09 Чугун для мелющих тел

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2627713C2 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1984458A (en) * 1933-07-28 1934-12-18 Electro Metallurg Co Cast iron alloy articles
US1984474A (en) * 1933-07-05 1934-12-18 Electro Metallurg Co Malleable iron casting
SU179474A1 (ru) * 1964-03-16 1966-02-08 Научно исследовательский институт технологии тракторного , Для отливки гильз тракторныхдвигателей
RU2412780C1 (ru) * 2009-11-23 2011-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения отливок из износостойкого белого чугуна
US20130118652A1 (en) * 2011-11-14 2013-05-16 Lg Electronics Inc. Alloy cast iron and manufacturing method of rolling piston using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1984474A (en) * 1933-07-05 1934-12-18 Electro Metallurg Co Malleable iron casting
US1984458A (en) * 1933-07-28 1934-12-18 Electro Metallurg Co Cast iron alloy articles
SU179474A1 (ru) * 1964-03-16 1966-02-08 Научно исследовательский институт технологии тракторного , Для отливки гильз тракторныхдвигателей
RU2412780C1 (ru) * 2009-11-23 2011-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения отливок из износостойкого белого чугуна
US20130118652A1 (en) * 2011-11-14 2013-05-16 Lg Electronics Inc. Alloy cast iron and manufacturing method of rolling piston using the same

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015148139A (ru) 2017-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3941589A (en) Abrasion-resistant refrigeration-hardenable white cast iron
RU2412272C2 (ru) Износостойкий чугун
KR102218051B1 (ko) 고경도 고인성 내마모 강판 및 그의 제조방법
GB2153846A (en) Cast iron alloy for grinding media
KR20170026220A (ko) 몰드용 강철 및 몰드
US3549430A (en) Bainitic ductile iron having high strength and toughness
FI60241B (fi) Vaermebehandlade gjutjaernslegeringar
RU2384641C1 (ru) Износостойкий чугун
CN101946019A (zh) 具有耐磨性能和滚动接触疲劳抵抗性的优异结合的钢轨钢
JP5753365B2 (ja) 高クロム鋳鉄
TWI651419B (zh) 雙相不銹鋼
JP5348392B2 (ja) 耐磨耗鋼
Kalandyk et al. Effect of high-manganese cast steel strain hardening on the abrasion wear resistance in a mixture of SiC and water
RU2627713C2 (ru) Чугун для мелющих тел
Inthidech et al. Effect of alloying elements on variation of micro-hardness during heat treatment of hypoeutectic high chromium cast iron
RU2401316C1 (ru) Износостойкий чугун
Medyński et al. Effect of Cr, Mo and Al on structure and selected mechanical properties of austenitic cast iron
Kalandyk et al. Cast high-manganese steel–the effect of microstructure on abrasive wear behaviour in Miller test
Rizov Some results from the investigation of effects of heat treatment on properties of ni-hard cast irons
US3042512A (en) Wear resistant cast iron
Nurjaman et al. Effect of molybdenum, vanadium, boron on mechanical properties of high chromium white cast iron in as-cast condition
Stefanescu Mechanical properties of ductile irons
KR960006038B1 (ko) 내마모성이 우수한 크롬탄화물형 합금
US4547221A (en) Abrasion-resistant refrigeration-hardenable ferrous alloy
RU2526507C1 (ru) Износостойкий чугун с шаровидным графитом