Способ производства чугунных мелющих шаров

 

Изобретение относится к металлургии. Способ заключается в том, что выплавляют чугун с одновременным его легированием, отливают из него прутки нужного диаметра, прокатывают из прутков шары и подвергают их закалке и отпуску. Выплавленный чугун модифицируют магнийсодержащей модифицирующей смесью, сфероидизирующей графит. Прутки перед прокаткой нагревают до температуры 950-1080^oC, шары получают прокаткой на стане поперечно-винтовой прокатки, полученные шары подвергают изотермической закалке с температуры прокатки и последующему отпуску при температуре 280-320^oC, при этом используют чугун следующего химического состава, мас.%: углерод 2,5-3,5; кремний 1,3-2,8; марганец 0,3-1; фосфор 0,02-0,08; сера 0,001-0,015; медь 0,15-0,8; хром 0,15-0,5; алюминий 0,15-0,5; магний 0,04-0,08; железо остальное. Способ обеспечивает производство мелющих шаров с твердостью не ниже HRC 55, высокой износостойкостью и ударостойкостью при стоимости на 20% ниже, чем для стальных шаров.

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению мелющих шаров из низколегированного чугуна с шаровидной формой графита.

Известен способ изготовления мелющих шаров из серого и отбеленного чугуна методом литья в песчаные и металлические формы, включающий выплавку чугуна, изготовление форм шаров, заливку чугуна в формы, охлаждение шаров в формах, извлечение их из форм с последующей очисткой и обрубкой (Неевижский О.А. Производство мелющих тел шаровых мельниц, М. Машгиз, 1961, с.149).

Недостатком способа изготовления мелющих шаров из серого чугуна методом литья является то, что они получаются с низкой твердостью и высокой хрупкостью, что является причиной низкой их эксплуатационной стойкости при использовании в шаровых мельницах.

Недостатком способа изготовление мелющих шаров из отбеленного чугуна методом литья является то, что они получаются с неравномерной структурой и твердостью по их объему и высокой хрупкостью, что является причиной пониженной их эксплуатационной стойкости при использовании в шаровых мельницах.

Известен способ получения отливок из белого чугуна (патент Р.Ф. N 2019569, С 21 В 11/10, 1992 ), включающий выплавку чугуна и заливку его в металлическую форму при 1220-1300^oC при следующем соотношении в ней компонентов, мас.

Углерод 2,8-3,8 Кремний 0,5-1,3 Марганец 1,2-2,5 Железо Остальное Указанные отливки могут быть использованы в производстве мелющих шаров.

Недостатком этого способа является то, что отливки шаров получаются с неравномерной структурой по объему и высокой хрупкостью. Из-за высокой хрупкости белого чугуна снижается их ударостойкость и эксплуатационная стойкость при использовании в шаровых мельницах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ производства стальных шаров (авт. св. СССР N 160496, В 21 Н 1/14, 1964), заключающийся в том, что жидкий доменный чугун перерабатывают в конверторе в сталь с одновременным легированием, сталь из конвертера разливают на прутки нужного диаметра, из которых прокатывают на шаропрокатном стане шары, подвергающиеся закалке с температуры прокатки и отпуску. Такие шары в соответствии с ГОСТ 7524-89 "Шары стальные мелющие для шаровых мельниц" должны содержать не менее 0,5% углерода и иметь твердость НРС 35 НРС 55.

Недостатками указанного способа являются: получение неравномерной твердости шаров по объему, что снижает их эксплуатационную стойкость, так как легированная сталь имеет пониженную прокаливаемость; применение конвертерной переработки жидкого чугуна в сталь, влекущей потери 20% металла, увеличение цикла изготовления и стоимости шаров; необходимость применения закалки шаров из легированной стали в масле, что снижает их твердость.

Задачей изобретения является получение мелющих шаров с высокой эксплуатационной стойкостью и низкой стоимостью.

Для решения указанной задачи выплавляют чугун с одновременным его легированием, отливают из него прутки нужного диаметра, прокатывают из прутков шары и подвергают их закалке и отпуску.

Согласно изобретению выплавленный чугун модифицируют магнийсодержащей мелкодисперсной модифицирующей смесью, сфероибизирующей графит прокатки перед прокаткой нагревают до температуры 950-1080^oC и прокатывают на стане поперечно-винтовой прокатки, полученные шары подвергают изотермической закалке с температуры прокатки и последующему отпуску при температуре 280-320^oC, при этом используют чугун следующего химического состава, мас.

Углерод 2,5-3,5 Кремний 1,3-2,8 Марганец 0,3-1
Фосфор 0,02-0,08
Сера 0,001-0,015
Медь 0,15-0,8
Хром 0,15-0,5
Алюминий 0,15-0,5
Магний 0,04-0,08
Железо Остальное
В результате получают мелющие шары из низколегированного чугуна с шаровидной формой графита и мартенситно-бейнитноаустенитной металлической основой. Такая микроструктура обеспечивает их высокую твердость, износостойкость, прочность и вязкость, в результате чего они имеют высокую эксплуатационную стойкость и низкую стоимость.

Такой способ получения мелющих шаров выбран на основе проведенных исследований влияния параметров различных этапов технологического процесса и состава чугуна на их структуру и свойства и выбора их оптимальных значений.

Легирование чугуна наиболее целесообразно производить в печи при его выплавке, так как при этом обеспечиваются наилучшее усвоение легирующих добавок и точное получение заданного химического состава чугуна.

Стабильное получение шаровидной формы графита в прутках достигается при модифицировании чугуна магнийсодержащей мелкодисперсной модифицирующей смесью ЭМДС при следующем содержании элементов, мас.

Углерод 2,5-3,5
Сера 0,001-0,015
Кремний 2,3-2,8
Магний 0,04-0,08
Фосфор 0,02-0,08
При этом обеспечивается полное усвоение магния из модификатора и достигается длительное сохранение эффекта модифицирования чугуна при его разливке.

При снижении содержания указанных элементов ниже нижних или увеличение выше верхних пределов в структуре чугуна образуется пластинчатый графит, что резко снижает его пластичность и исключает возможность его прокатки.

Содержание в чугуне элементов, мас.

Марганец 0,3-1
Хром 0,15-0,5
Медь 0,15-0,8
улучшает прокаливаемость шаров и повышает их твердость и износостойкость.

Содержание этих элементов ниже нижних указанных пределов не оказывает существенного влияния на прокаливаемость шаров, а их содержание выше верхних указанных пределов способствует отбелу чугуна, что резко снижает его пластичность и исключает возможность его прокатки.

Содержание в чугуне 0,15-0,5% алюминия предотвращает его отбел и повышает пластичность, что улучшает условия прокатки.

При содержании в чугуне алюминия ниже указанного нижнего предела он не оказывает существенного влияния на снижение отбела чугуна, а при его содержании выше указанного верхнего предела он не обеспечивает стабильное получение шаровидной формы графита в чугуне и тем самым снижает его пластичность.

Нагрев прутков из чугуна с шаровидной формой графита предлагаемого химического состава до температуры 950-1080^oC обеспечивает хорошее сочетание его механических свойств для прокатки. Снижение температуры нагрева ниже указанного нижнего предела или повышение ее выше верхнего указанного предела ухудшает сочетание механических свойств чугуна для прокатки.

Изотермическая закалка шаров с температуры прокатки и последующий отпуск при температуре 280-320^oC обеспечивает их твердость не менее НРС 55. Такая твердость шаров достигается вследствие образования в их микроструктуре в процессе закалки и отпуска мартенситно-бейнитно-аустенитной металлической основы.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в достижении высокой твердости, износостойкости, ударостойкости и вязкости шаров, что обеспечивает их высокую эксплуатационную стойкость. Это достигается получением шаров из чугуна с шаровидной формой графита и мартенситно-бейнитно-аустенитной металлической основой. Такие шары могут использоваться в шаровых мельницах для помола в них различных материалов, в том числе и обладающих высокой твердостью, например горные породы, клинкер, огнеупоры и другие.

Способ может быть осуществлен с использованием следующих технических средств.

Выплавку чугуна осуществляют в плавильных электропечах, а его модифицирование в разливочных ковшах с помощью МДС.

Прутки различных диаметров изготавливают из модифицированного чугуна на установке непрерывного горизонтального литья.

Прутки перед прокаткой нагревают до температуры 950-1080^oC с помощью установки индукционного нагрева, что обеспечивает высокую скорость нагрева.

Прокатку прутков на шары производят на высокопроизводительном стане поперечно-винтовой прокатки.

Закалку шаров с температуры прокатки и их отпуск осуществляют в закалочно-отпускном проходном агрегате.

Указанные технические средства обеспечивают непрерывность процесса производства шаров.

Пример. В плавильной электропечи расплавляли шихтовые материалы и получали низколегированный чугун. После нагрева расплава в печи его сливали в разливочный ковш, в который предварительно засыпали 2,5% от массы расплава магнийсодержащую мелкодисперсную модифицирующую смесь (МДС), что обеспечило получение после модифицирования шаровидной формы графита в чугуне и следующее содержание в нем элементов, мас.

Углерод 3,35
Кремний 2,68
Марганец 0,64
Фосфор 0,055
Сера 0,0097
Медь 0,66
Хром 0,33
Алюминий 0,27
Магний 0,063
Железо Остальное
Контроль структуры и свойств чугуна после модифицирования осуществляли в соответствии с ГОСТ 3443-86, ГОСТ 7293-85.

Модифицированный чугун разливали в прутки нужных диаметров на установке непрерывного горизонтального литья. Прутки перед прокаткой нагревали в установке индукционного нагрева до температуры 1039^oC. Прокатку шаров осуществляли на стане поперечно-винтовой прокатки.

Полученные шары подвергали изотермической закалке в расплаве солей с температуры прокатки и последующему отпуску при температуре 305^oC в проходном закалочно-отпускном агрегате.

Твердость полученных шаров замеряли на прессе Роквелла. Она оставляла НРС 56. Твердость стальных шаров при испытаниях составляла НРС 43, т.е. полученные шары имели на 30% более высокую твердость по сравнению со стальными шарами.

Выход полученных чугунных шаров от жидкого чугуна составил 95% Выход стальных шаров от жидкого чугуна при применении конверторной переработки его в сталь на 20% ниже по сравнению с заявленным способом.

Стоимость полученных чугунных шаров на 20% ниже стоимости стальных шаров.

Применение модифицирования жидкого чугуна вместо переработки его в конвертере в сталь сокращает и упрощает производственный цикл изготовления шаров, сокращает расход металла на получение шаров и снижает их стоимость на 20% обеспечивает их высокую эксплуатационную стойкость.

Формула изобретения

Способ производства чугунных мелющих шаров, включающий выплавку чугуна с одновременным его легированием, отливку из него прутков заданного диаметра, прокатку из прутков шаров, закалку с температуры прокатки и отпуск, отличающийся тем, что чугун модифицируют магнийсодержащей мелкодисперсной сфероиздезирующей графит смесью, прутки перед прокаткой нагревают до 950 - 1080^oС и прокатывают на стане поперечно-винтовой прокатки, полученные шары подвергают закалке и отпуску при 280 320^oС, при этом используют чугун, содержащий, мас.

Углерод 2,5 3,5
Кремний 1,3 2,8
Марганец 0,3 1,0
Фосфор 0,02 0,08
Сера 0,001 0,015
Медь
0,15 0,8
Хром 0,15 0,5
Алюминий 0,15 0,5
Магний 0,04 0,08
Железо Остальноео