Мелющий элемент для мелющего диска

Изобретение предназначено для производства и/или обработки волокнистых масс. Мелющий элемент получен путем литья стального сплава с последующей закалкой и термообработкой, при этом мелющий элемент имеет следующий химический состав, в массовых %: 2,7-3,2 С, 0,5-1,0 Si, 0,7-1,2 Mn, 21,0-26,0 Cr, 3,0-6,0 V, не более 0,5 Ni, не более 0,5 Мо, причем остальное приходится на долю Fe и примесей. Изобретение позволяет повысить срок службы мелющих дисков. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к мелющим элементам для мелющих дисков дисковых мельниц, предназначенных для производства и/или обработки волокнистой массы, причем мелющие элементы получают путем литья стального сплава с последующей закалкой и термообработкой до твердости, по меньшей мере, 55 по шкале С Роквелла.

Предпосылки к созданию изобретения и существующий уровень техники

Дисковые мельницы, предназначенные для измельчения лигноцеллюлозного материала, т.е. для механической выработки или переработки древесной массы, описаны, например, в патентах SE 506822 и 402019. Они включают в себя два круговых мелющих диска, вращающихся относительно друг друга и имеющих мелющие поверхности, составленные из мелющих элементов (которые обычно называют мелющими сегментами), которые содержат гребни и желоба, по которым в процессе операции измельчения целлюлозная масса направляется от центра к периферии. Мелющие поверхности подвергаются сильному абразивному износу в связи с наличием в щепе посторонних твердых частиц, например песка. Кроме того, температура достигает высокого значения порядка 220°С, а из древесины выходит кислотная масса, значение рН которой при производстве газетной бумаги достигает порядка 6,5, а при производстве картона составляет всего 4-5, в связи с чем требуется обеспечение коррозионной стойкости. Для снижения износа применяют сплавы с осажденными карбидами.

Цель изобретения и описание изобретения

Целью изобретения является предложение мелющих элементов описанного выше типа, обладающих улучшенным сроком службы. Этой цели достигают, в принципе, за счет того, что мелющий диск имеет следующий химический состав, в мас.%: 2,7-3,2 С; 0,5-1,0 Si; 0,7-1,2 Mn; 21,0-26,0 Cr; 3,0-6,0 V, не более 0,5 Ni, не более 0,5 Мо, а остальное приходится на долю Fe и примесей.

Ванадий является очень мощным карбидообразующим элементом, сродство которого с углеродом гораздо больше, чем у хрома, причем карбид ванадия обладает твердостью, заметно превышающей твердость карбида хрома. Уже в процессе затвердевания достигается осаждение карбидов ванадия, которое способствует улучшению как износостойкости при абразивном износе, так и коррозионной стойкости. Последняя характеристика подразумевает и объясняется тем, что каждый процент ванадия связывает до 0,23% углерода. В результате этого в соответствующей степени происходит уменьшение содержания углерода в матрице, последствием чего является снижение содержания углерода, который может взаимодействовать с хромом для формирования карбидов. Осажденные карбиды хрома также содержат определенное количество ванадия. Поэтому возрастает доля замещенного растворением хрома в матрице, что способствует повышению коррозионной стойкости. Благодаря адаптированному содержанию углерода, хрома и ванадия первичные осажденные карбиды получают желательные размеры, так что не происходит уменьшения разрывопрочности (связности), вызванной тем, что первичные осажденные карбиды слишком велики. Поверхности излома сплавов, являющихся предметом настоящего изобретения, являются гораздо более мелкозернистыми, чем другие легированные хромом литейные сплавы, предназначенные для изготовления мелющих элементов. Таким образом, получается материал, обладающий как повышенной стойкостью к абразивному износу, так и улучшенной коррозионной стойкостью. Это особенно важно в случае мелющих сегментов, предназначенных для использования при производстве целлюлозной массы для получения картона.

Для достижения достаточной твердости, превышающей 55 по шкале С Роквелла и обычно составляющей после закалки и термообработки 57-63 по шкале С Роквелла, требуется достаточно высокая закаливаемость. Поэтому содержание углерода должно поддерживаться на высоком уровне, и в случае превышения установленного интервала содержания карбидообразующих элементов Сr, Мо и V, а также Ni, нужная твердость не будет достигнута. В случае, если содержание углерода превысит установленный интервал содержания, произойдет рост карбидов и охрупчивание материала.

В случае, если не будут достигнуты нижние предельные значения содержания Сr и V, не удастся получить нужную смесь типов карбидов, необходимых для достижения нужной износостойкости.

Для того чтобы добиться максимальной износостойкости и разрывопрочности, материал должен быть обычным образом подвергнут закалке и отжигу. В процессе этой термообработки происходит осаждение фракции вторичных карбидов, которая диспергирована более тонко, чем фракция, полученная в процессе затвердевания.

Описание предпочтительного варианта реализации

Сплав, являющийся предметом настоящего изобретения, отлили и подвергли термообработке, после чего сопоставили с двумя известными сплавами, применяемыми для изготовления мелющих сегментов. В следующей таблице приведен химический состав, а также показаны результаты испытаний на износ.

Для того чтобы иметь возможность оценить и ранжировать характеристики сплавов, использовали испытания на абразивный износ, при которых образец металла определенной величины в течение заданного периода времени и при постоянном давлении подвергли обработке наждачной бумагой. Испытания проводили в воде при комнатной температуре. Сопротивление абразивному износу измеряли в форме потери массы в миллиграммах. Из каждого сплава изготовили по три образца, и каждый образец подвергли четырем испытаниям. Средние полученные значения приведены выше в таблице. Таким образом, чем ниже потеря массы, тем выше сопротивление абразивному износу. Полученные результаты невозможно непосредственно преобразовать в ожидаемый срок службы, поскольку в условиях эксплуатации определенную роль играют несколько других параметров, таких как рН, температура, частота вращения мельницы и другие. Проведение испытаний в лабораторных условиях обладает тем преимуществом, что не связано со всеми возможными отклонениями, которые возникают в ходе рабочего процесса. В заключение были проведены полномасштабные рабочие испытания с мелющими сегментами из сплава, являющегося предметом настоящего изобретения, и аналогичные испытания с мелющими сегментами из сравнительного сплава №1. Мелющие сегменты имели в точности совпадающий рельеф поверхности. Сплав, являющийся предметом настоящего изобретения, обладает сроком службы, на 80% превышающим срок службы сравнительного сплава.

1. Мелющий элемент для мелющего диска дисковых мельниц, предназначенных для производства и/или обработки волокнистых масс, причем мелющий элемент получен путем литья стального сплава с последующей закалкой и термообработкой до твердости, по меньшей мере, 55 по шкале С. Роквелла, отличающийся тем, что мелющий элемент имеет следующий химический состав, мас.%: 2,7-3,2 С; 0,5-1,0 Si; 0,7-1,2 Mn; 21,0-26,0 Cr; 3,0-6,0 V, не более 0,5 Ni, не более 0,5 Мо, причем остальное приходится на долю Fe и примесей.

2. Мелющий элемент по п.1, отличающийся тем, что содержание С составляет 2,8-3,1 мас.%.

3. Мелющий элемент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что содержание Si составляет 0,7-1,0 мас.%.

4. Мелющий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержание Cr составляет 22,0-25,0%.

5. Мелющий элемент по п.4, отличающийся тем, что содержание Cr составляет 23,0-24,5 мас.%.