Мелющие тела для измельчения урановых руд

Авторы патента:

Шивырталов Сергей Михайлович (RU)

Кулешов Сергей Юрьевич (RU)

Грабко Александр Иванович (RU)

Ильенко Евгений Владимирович (RU)

Новоселов Николай Васильевич (RU)

Беляев Анатолий Леонидович (RU)

Веселков Михаил Михайлович (RU)

C22C43 - Сплавы, содержащие радиоактивные материалы

B02C17/20 - измельчающие органы

Владельцы патента RU 2427427:

Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (RU)

Изобретение относится к металлургии, в частности к мелющим телам округлой формы из сплава с высоким сопротивлением истиранию, применяемым для размола урановых руд и других материалов в мельницах. Мелющие тела выполнены из уран-титанового сплава следующего состава, мас.%: титан 0,4-1,2, примеси 0,1-0,41, уран - основа. Сплав получен выплавкой оборотного обедненного урана с легированием титаном. Кроме того, сплав подвергнут термообработке для повышения сопротивления мелющих тел истиранию. В результате обеспечивается снижение себестоимости изготовления мелющих тел и повышение их сопротивления абразивному износу. 1 табл.

Известны шары стальные мелющие для шаровых мельниц из углеродистой стали с содержанием углерода 0,4-0,6% масс. и из низколегированной и легированной конструкционных сталей с содержанием углерода 0,5-0,7% масс. (ГОСТ 7524-89 Шары стальные мелющие для шаровых мельниц).

Известные стальные мелющие тела не позволяют исключить загрязнения железом измельченных с их помощью материалов, например урановых руд, что снижает качество данных материалов и требует дополнительных затрат на их очистку от железа.

Известны мелющие тела из чугуна, содержащего, % масс.: 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 - остальное (Патент РФ № 2082530 C1, B21H 1/14, С22С 37/10, опубл. 27.06.1997 г.).

Известные мелющие тела из чугуна не позволяют исключить загрязнения железом измельченных с их помощью материалов, например урановых руд, что снижает качество данных материалов и требует дополнительных затрат на их очистку от железа.

Известны мелющие тела из высоколегированных чугунов с содержанием хрома 12% и более и с твердостью более 60 HRC (А.Н.Поддубный. Краткий обзор технологий, применяемых в мировой практике при производстве мелющих тел, «Литейщик России», № 2, 2009 г., с.32).

Известные мелющие тела из высоколегированных чугунов не позволяют снизить себестоимость их изготовления из-за использования дорогостоящих легирующих элементов. Кроме того, они не позволяют исключить загрязнения железом измельченных с их помощью материалов, например урановых руд, что снижает качество данных материалов и требует дополнительных затрат на их очистку от железа.

Известны мелющие тела из сплава Cr2828, содержащего, % масс.: углерод 2,6-3,00; кремний 0,30-1,00; марганец 0,80-1,00; фосфор max 0,10; серу max 0,07; хром 26,0-30,0; железо - остальное (А.Н.Поддубный. Краткий обзор технологий, применяемых в мировой практике при производстве мелющих тел, «Литейщик России», № 2, 2009 г., с.35).

Известные мелющие тела из сплава Cr2828 не позволяют снизить себестоимость их изготовления из-за использования дорогостоящих легирующих элементов. Кроме того, они не позволяют исключить загрязнения железом измельченных с их помощью материалов, например урановых руд, что снижает качество данных материалов и требует дополнительных затрат на их очистку от железа.

Известны мелющие тела из сплава 12Cr-Мо, содержащего, % масс.: углерод 3,00-3,50; кремний 0,50-0,80; марганец 0,50-0,80; хром 11,0-14,0; молибден 0,50-1,00; медь max 1; никель 0-1,0; серу max 0,05; фосфор 0,10; железо - остальное (А.Н.Поддубный. Краткий обзор технологий, применяемых в мировой практике при производстве мелющих тел, «Литейщик России», № 2, 2009 г., с.35).

Известные мелющие тела из сплава 12Cr-Мо не позволяют снизить себестоимость их изготовления из-за использования дорогостоящих легирующих элементов. Кроме того, они не позволяют исключить загрязнения железом измельченных с их помощью материалов, например урановых руд, что снижает качество данных материалов и требует дополнительных затрат на их очистку от железа.

Известны мелющие тела из сплава с высоким сопротивлением истиранию, содержащего, % масс.: углерод 3,0-3,2; кремний 0,3-0,6; марганец 0,8-1,0; фосфор max 0,1; серу max 0,05; молибден 2,70-3,30; хром 14-16; железо - остальное. (А.Н.Поддубный. Краткий обзор технологий, применяемых в мировой практике при производстве мелющих тел, «Литейщик России», № 2, 2009 г., с.35).

Известные мелющие тела из сплава с высоким сопротивлением истиранию не позволяют снизить себестоимость их изготовления из-за использования дорогостоящих легирующих элементов. Кроме того, они не позволяют исключить загрязнения железом измельченных с их помощью содержащих радиоактивные элементы материалов, например урановых руд, что снижает качество данных материалов и требует дополнительных затрат на их очистку от железа.

Наиболее близким аналогом заявляемому изобретению являются известные мелющие тела для измельчения содержащих радиоактивные элементы материалов, выполненные из уран-титанового сплава (RU 2172030 С2, 10.08.2001, G21C 3/62, 14 с., с.5).

Известные мелющие тела из уран-титанового сплава имеют высокую себестоимость изготовления из-за использования для выплавки слитка дорогостоящих материалов. Кроме того, они не обеспечивают высокого сопротивления мелющих тел истиранию из-за недостаточно высокой твердости сплава.

Задачей заявляемого изобретения является снижение себестоимости изготовления мелющих тел из уран-титанового сплава, обеспечение высокого сопротивления истиранию мелющих тел при их абразивном износе при исключении загрязнения продуктов размола железом.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известных мелющих тел для измельчения содержащих радиоактивные элементы материалов, по заявляемому изобретению они выполнены из уран-титанового сплава следующего состава, % масс.:

титан 0,4-1,2;

примеси 0,1-0,41;

уран - основа,

полученного выплавкой оборотного обедненного урана с добавлением титанового сплава и подвергнутого термообработке для повышения сопротивления мелющих тел истиранию.

При анализе патентных и научно-технических источников не выявлено технических решений, обладающих всей совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения.

Сравнение заявляемого изобретения не только с наиболее близким аналогом, но и с другими техническими решениями в данной области техники показало, что известно использование оборотного металла для выплавки урановых сплавов (Ю.Н.Сокурский, Я.М.Стерлин, В.А.Федорченко. Уран и его сплавы. М., Атомиздат, 1971 г., с.338). Также известны уран-титановые сплавы (Ю.Н.Сокурский, Я.М.Стерлин, В.А.Федорченко. Уран и его сплавы. М., Атомиздат, 1971 г., с.212).

В заявляемом изобретении только вся совокупность известных и неизвестных существенных признаков позволяет решить поставленную задачу и получить новый, ранее неизвестный положительный эффект, заключающийся в значительном снижении себестоимости изготовления мелющих тел и исключении загрязнения продуктов размола железом при обеспечении высокого сопротивления истиранию мелющих тел при их абразивном износе.

Получение слитка уран-титанового сплава из оборотного обедненного урана и титанового сплава и изготовление мелющих тел из укрупненной заготовки позволяет значительно снизить себестоимость их изготовления.

Использование для изготовления мелющих тел уран-титанового сплава заявленного состава, который подвергается термической обработке для повышения сопротивления мелющих тел истиранию, позволяет значительно снизить процент брака готовой продукции, что, в конечном счете, приводит к дополнительному снижению себестоимости изготовления мелющих тел.

Для проверки заявленного изобретения проводили следующую работу. Изготавливали мелющие тела (шары) диаметром 25 мм.

Пример 1

По заявляемому изобретению изготовление мелющих тел осуществляли следующим образом. Выплавляли слитки диаметром 200 мм из оборотного металла обедненного урана заданного химического состава с одновременным легированием их титаном. В качестве легирующей добавки использовали титановый сплав марки ВТ1-00 по ГОСТ 19807-91. При этом варьировали содержание титана в сплаве в следующем интервале: 0,3; 0,4; 0,8; 1,2; 1,3% масс. Полученные слитки разрезали на мерные заготовки, из которых выдавливали прутки диаметром 29,5 мм и длинной до 12 м. Прутки разрезали на мерные части, подвергали их термической обработке, а затем обрабатывали на станках с ЧПУ с получением мелющих тел заданных размеров и с заданными свойствами.

Пример 2

По наиболее близкому аналогу мелющие тела изготавливали из прутковой заготовки диаметром 28,5 мм из уран-титанового сплава. Пруток разрезали на мерные заготовки, а затем обрабатывали на станках с ЧПУ с получением мелющих тел заданных размеров.

В ходе выполнения данной работы определяли себестоимость изготовления 1 кг мелющих тел и их твердость по стандартным методикам. Результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что заявляемое изобретение отличается от наиболее близкого аналога меньшей себестоимостью изготовления мелющих тел (89,8-91,4% по заявляемому изобретению и 100% по наиболее близкому аналогу) при обеспечении их высокой твердости, а следовательно, высокого сопротивления истиранию при измельчении содержащих радиоактивные элементы материалов, например урановых руд, U- и Pu-содержащего материала для изготовления таблеток ядерного топлива. Так, средняя твердость по Виккерсу заявляемых мелющих тел составляет 513,9-527,1 единиц, а мелющих тел по наиболее близкому аналогу - 300,2.

Оптимальным химическим составом заявляемых мелющих тел является следующий (опыты №№ 2-4, 6, 7), масс.%:

титан - 0,4-1,2;

примеси - 0,1-0,41;

уран - основа.

Уменьшение содержания титана в уран-титановом сплаве менее 0,4% масс. (опыт № 1) приводит к значительному снижению сопротивления истиранию мелющих тел.

Увеличение содержания титана в уран-титановом сплаве более 1,2% масс. (опыт № 5) приводит к значительному повышению себестоимости изготовления мелющих тел без существенного увеличения их сопротивления истиранию.

Заявляемые мелющие тела опробованы с положительным результатом в производственных условиях ОАО ЧМЗ. Изготовлены и отправлены заказчику промышленные партии заявляемых мелющих тел.

Таблица
Сравнительные данные заявляемого изобретения и наиболее близкого аналога
№ опыта	Вариант технического решения	Химический состав материала мелющих тел, % масс.	Результаты испытании
U	Ti	Примеси	С	Si	Mn	P	S	Mo	Cr	Fe	Относительная себестоимость изготовления 1 кг мелющих тел, %	Средняя твердость по Виккерсу (HV), ед.
1	Заявляемое изобретение	Основа	0,3	0,2	-	-	-	-	-	-	-	-	86,3	386,2
2	-«-	-«-	0,4	0,2	-	-	-	-	-	-	-	-	86,6	513,9
3	-«-	-«-	0,8	0,2	-	-	-	-	-	-	-	-	87,8	521,4
4	-«-	-«-	1,2	0,2	-	-	-	-	-	-	-	-	88,3	525,6
5	-«-	-«-	1,3	0,2	-	-	-	-	-	-	-	-	88,5	525,8
6	-«-	-«-	0,4	0,1	-	-	-	-	-	-	-	-	86,7	524,5
7	-«-	-«-	1,2	0,41	-	-	-	-	-	-	-	-	88,4	527,1
8	Наиболее близкий аналог	-	-	-	3,2	0,55	0,85	0,08	0,05	3,2	15,8	Основа	100	513,3

Мелющие тела для измельчения урановых руд, отличающиеся тем, что они выполнены из уран-титанового сплава, следующего состава, мас.%:
титан 0,4-1,2,
примеси 0,1-0,41,
уран - основа,
полученного выплавкой оборотного обедненного урана с легированием титаном и подвергнутого термообработке для повышения сопротивления мелющих тел истиранию.

Изобретение относится к металлическим сплавам и может быть использовано для долгосрочного хранения драгоценных металлов в качестве банковского резерва. .

Имитатор плутония при горении // 2216605

Изобретение относится к изучению процессов горения и распространения в атмосфере радиоактивных материалов при аварийных ситуациях и предназначено для наиболее полного имитирования процесса горения и распространения плутония при пожаре.

Способ плавки веществ повышенной огнеупорности // 2070774

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способам индукционной тигельной плавки шихты с произвольным содержанием огнеупорных материалов, обладающих радиоактивностью и химической агрессивностью.

Патент 349531 // 349531

Устройство для нанесения покрытий на алмазные порошки // 2426623

Изобретение относится к устройству для нанесения покрытий на алмазные порошки. .

Размольное тело // 2425734

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для измельчения порошковых материалов. .

Способ получения мелющих тел // 2422235

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении мелющих тел, применяемых в качестве инструмента для измельчения различных материалов в барабанных мельницах.

Устройство для нанесения покрытий на порошки // 2344902

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройству для нанесения покрытия на порошки, и может найти применение в металлургии при производстве мелкодисперсных и нанопорошков.

Мелющее тело // 2311960

Мелющий элемент барабанной мельницы (варианты) // 2305597

Изобретение относится к технике для тонкого измельчения твердых материалов в различных отраслях промышленности. .

Совокупность мелющих тел, загружаемых в мельницу // 2297280

Изобретение относится к технике измельчения горнорудного сырья и других материалов, а именно - к измельчающим органам барабанных мельниц. .

Мелющая среда из высокоуглеродистой стали или литейного чугуна, а также способ ее изготовления // 2292240

Помольная камера // 2206400

Мелющее тело // 2203138

Способ получения минерального материала с помощью измельчающих шариков из оксида циркония, содержащего оксид церия, полученные продукты и их использование // 2432376

Изобретение относится к способу измельчения по меньшей мере одного минерального материала в присутствии измельчающих бисерных шариков из оксида циркония, содержащего оксид церия, с удельным содержанием оксида церия (между 14 и 20 вес.% относительно общего веса указанных шариков, предпочтительно между 15 и 18% и наиболее предпочтительно примерно 16%) и удельным средним размером зерен после спекания (меньше 1 мкм, предпочтительно меньше 0,5 мкм и наиболее предпочтительно меньше 0,3 мкм)

Шаровая загрузка барабанной мельницы // 2477659

Изобретение относится к цементной, горно-перерабатывающей, металлургической, химической, строительной и другим отраслям, связанным с помолом минерального сырья

Способ получения полупроводниковых наночастиц, заканчивающихся стабильным кислородом // 2513179

Изобретение относится к способу получения неорганических полупроводниковых наночастиц из сыпучего материала. Способ заключается в том, что подготавливают неорганический сыпучий полупроводниковый материал 14, который перемалывают при температуре от 100°С до 200°С в присутствии выбранного восстанавливающего агента. При этом вышеуказанный агент химическим путем восстанавливает оксиды одного или нескольких составных элементов полупроводникового материала, образующиеся при размоле, или предотвращает их образование будучи преимущественно окисленным. В результате получают полупроводниковые наночастицы неорганического сыпучего полупроводникового материала, имеющие стабильную поверхность, обеспечивающую электрический контакт между наночастицами, причем средства размола и/или один или более компонентов мельницы включают выбранный восстанавливающий агент, который представляет собой металл, выбранный из группы, включающей железо, хром, кобальт, никель, олово, титан, вольфрам, ванадий и алюминий, или сплав, содержащий один или более из этих металлов. Способ обеспечивает возможность получения неорганических полупроводниковых наночастиц, имеющих стабильную поверхность, а именно стабильных наночастиц кремния с полупроводниковыми свойствами. 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Шар из кобальтсодержащего твердого сплава для шаровых и вибрационных мельниц // 2539742

Изобретение относится к области горного дела и металлургии, преимущественно к шарам из твердосплавного кобальтсодержащего материала для шаровых и вибрационных мельниц. Шар снабжен износостойким приповерхностным слоем, содержащим соединения кобальта с водородом и кислородом. В качестве указанных соединений приповерхностный слой содержит гидроксид кобальта Со(ОН)2 и гетерогениты. Предлагаемое изобретение направлено на существенное увеличение износостойкости шара. 3 пр.

Мельница для тонкого измельчения материалов // 2603038

Изобретение относится к устройствам для тонкого измельчения хрупких высокотвердых материалов и может быть использовано для получения микропорошков керамических материалов, пигментов, присадок в топливо и других материалов. Мельница содержит закрытый корпус с патрубками 1, 2 соответственно для ввода и вывода продукции, цилиндрическую рабочую камеру 3 с внутренней футеровкой 5 и расположенную в закрытом корпусе и имеющую внешнюю водяную рубашку 4, и соединенный с приводом вращения 7 вертикальный ротор в виде вала 6 и соединенных с ним горизонтальных опорных дисков 8. Вертикальный ротор установлен в рабочей камере 3 по ее оси. На опорных дисках 8 посредством осей вращения 9 закреплены мелющие элементы 10, центр тяжести которых смещен относительно оси вращения. Мелющие элементы 10 состоят из металлического корпуса и закрепленной на нем мелющей вставки, которая при вращении элемента контактирует с поверхностью футеровки 5. При этом мелющие вставки и футеровка рабочей камеры выполнены из керамического композиционного материала, содержащего алмаз - 20-75% об., карбид кремния - 20-75% об., кремний - 3-40% об. Мельница характеризуется повышенным ресурсом работы и более широкой областью применения. 2 ил.

Способ изготовления микропорошков твердых материалов // 2603043

Изобретение относится к способам получения микропорошков твердых материалов, например микропорошков керамических материалов, пигментов. Способ заключается в том, что измельчение частиц твердых материалов производят в роторно-истирающей мельнице, в которой мелющие вставки и футеровка рабочей камеры выполнены из керамического композиционного материала, содержащего алмаз - 20-75 об.%, карбид кремния - 20-75 об.%, кремний - 3-40 об.% Способ обеспечивает получение химически чистых микропорошков твердых материалов.

Нанопорошки органических соединений, способы их получения и их суспензии // 2613109

Настоящее изобретение представляет собой способ получения нанопорошка органического соединения, включающий: смешивание гранулированного органического соединения, гранулированного углеводного соединения, содержащего по меньшей мере какой-либо один из гранулированного сахарида и гранулированного сахароспирта в 0,3-кратном или большем количестве по массе относительно количества органического соединения, и жидкости, в которой органическое соединение не растворяется или плохо растворяется в смесителе; мокрое измельчение органического соединения с использованием гранулированного углеводного соединения в качестве мелющей среды после смешивания таким образом, что средний диаметр частиц органического соединения после измельчения составляет 500 нм или меньше и 90% диаметр составляет менее 1500 нм, причем мокрое измельчение органического соединения производят при размешивании смеси, полученной после смешивания в смесителе. Осуществление изобретения позволяет упростить процесс тонкого измельчения органических соединений за счет уменьшения или исключения необходимости использовать мелющие тела и иные добавки, подлежащие удалению из получаемых нанопорошков. 8 з.п. ф-лы, 15 табл., 107 пр.