ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАКРО- И МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛЬНЫХ ПОМОЛЬНЫХ ШАРОВ НА ИХ УДАРНУЮ СТОЙКОСТЬ

На основании анализа литературных и производственных данных показано, что износостойкость стальных помольных шаров, являющихся основной измельчающей средой при дроблении различных видов сырья в мельницах барабанного типа, определяется не только твердостью поверхностного слоя, но и качеством их макро- и микроструктуры. При этом имеет место сложный характер зависимостей ударной стойкости шаров от вышеперечисленных параметров при одновременном их воздействии. Это обуславливает актуальность проведения исследований в данном направлении. С целью получения научно-обоснованных зависимостей ударной стойкости помольных шаров от качества их макро- и микроструктуры проведена серия экспериментальных исследований. В качестве объекта использовали помольные шары диаметром 40, 50 и60 ммпроизводства АО «ЕВРАЗ ЗСМК» (г. Новокузнецк) и ООО «Промышленные системы» (г. Нижний Тагил). Исследования проведены металлографическим, дюрометрическим и фрактографическим методами анализа. Испытания помольных шаров на ударную стойкость проводили на копровой установке. По результатам проведенных металлографических исследований определено, что для объемно-закаленных шаров характерна трехзонная структура. Поверхностный закаленный слой глубиной от 1,9 до7,4 ммпредставляет собой мартенсит. Переходная зона толщиной от 1,0 до1,7 ммимеет структуру мартенсит + троостит. Центральная зона занимает весь оставшийся объем шара и имеет несколько вариантов разновидностей микроструктуры: феррит + перлит, мартенсит + троостит + феррит, мартенсит + троостит. На основании обобщения полученных экспериментальных данных установлено, что при поверхностной твердости шаров в пределах 42 – 52 HRC параметром, определяющим ударную стойкость, является качество макроструктуры (наличие флокенов). Для шаров с высокой (57 – 61 HRC) поверхностной твердостью наиболее значимое влияние на ударную стойкость оказывает неоднородная микроструктура металла, обуславливающая значительный перепад твердости по сечению шаров.

1. Крутилин А.Н., Бестужев Н.И., Бестужев А.Н., Каленкович Д.Н. Мелющие тела. Проблемы. Перспективы // Литье и металлургия. 2009. № 4 (53). С. 26 – 33.

2. Johar R.K., Saravanakumar G., Prasad R.K. Kinetics and sub sieve morphology of ball mill grinding for different grades of Indian coals // International Journal of Oil, Gas and Coal Technology. 2018. Vol. 17. No. 4. P. 458 – 471.

3. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Абенова М.Б., Куликов В.Д., Кондратьев И.С. Качество мелющих шаров, изготовленных различными методами // Теория и технология металлургического производства. 2015. № 1 (16). С. 78 – 81.

4. Рахутин М.Г., Бойко П.Ф. Пути совершенствования методов оценки основных характеристик мелющих шаров // Уголь. 2017. № 12. С. 49 – 53.

5. Shi F., Xie W. A specifc energy-based size reduction model for batch grinding ball mill // Minerals Engineering. 2015. Vol. 70. P. 130 – 140.

6. Chen X.S., Li Q., Fei S.M. Constrained Model Predictive Control in Ball Mill Grinding Process // Powder Technology. 2008. Vol. 186. P. 31 – 39.

7. Найзабеков А.Б., Мухаметкалиев Б.С., Арбуз А.С., Лежнев С.Н. Снижение расхода стальных мелющих шаров путем улучшения технологии их производства // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016. № 4 (46). С. 78 – 86.

8. Филиппова М.В., Климов А.В., Перетятько В.Н. Качество мелющих шаров // Заготовительные производства в машиностроении. 2015. № 12. С. 30 – 35.

9. Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fne particles grinding on kinetic breakage parameters // Inzynieria Mineralna. 2015. Vol. 16. Issue 1. P. 197 – 203.

10. Roux J.D.L., Craig, I.K. Requirements for estimating the volume of rocks and balls in a grinding mill // IFAC-PapersOnLine. 2017. Vol. 50. No. 1. P. 1169 – 1174.

11. Shi F., Xie W. A specifc energy-based ball mill model: From batch grinding to continuous operation // Minerals Engineering. 2016. Vol. 86. P. 66 – 74.

12. Перетятько В.Н., Филиппова М.В., Климов А.С., Котлов Г.С., Федоров А.А. Шаровая заготовка // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 3. С. 17 – 19.

13. Aldrich C. Consumption of steel grinding media in mills – A review // Minerals Engineering. 2013. Vol. 49. P. 77 – 91.

14. Bürger R., Bustamante O., Fulla M.R., Rivera I.E. A population balance model of ball wear in grinding mills: An experimental case study // Minerals Engineering. 2018. Vol. 128. P. 288 – 293.

15. Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Cyganek Z., Andrietti S., Barbelet M. An innovative method for producing balls from scrap rail heads // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 97. No. 1-4. P. 893 – 901.

16. Kotenok V.I., Podobedov S.I. Energy-efcient design of rolls for ball-rolling mills // Metallurgist. 2001. Vol. 45. No. 9-10. P. 363 – 367.

17. Перетятько В.Н., Климов А.В., Филиппова М.В. Калибровка валков шаропрокатного стана. Сообщение 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 4. С. 27 – 30.

18. Tomczak J., Pater Z., Bulzak T. The flat wedge rolling mill for forming balls from heads of scrap railway rails // Archives of Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 63. No. 1. P. 5 – 12.

19. Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear resistant steel ball for large ball mill // Jinshu Rechuli/Heat Treatment of Metals. 2017. Vol. 42. No. 5. P. 193 – 196.

20. Сталинский Д.В., Рудюк А.С., Соленый В.К. Выбор материала и технологий термической обработки мелющих шаров, работающих преимущественно в условиях абразивного износа // Сталь. 2017. № 6. С. 64 – 69.

21. Lam M.M., Serov A.I., Smyrnov Y.N., Ternavskii A.N., Mykheiev V.V. Production of hard (class V) grinding balls at PJSC “DMPZ” // Steel in Translation. 2017. Vol. 47. No. 5. P. 325 – 329.

22. Murthy B.R.N. Effects of two stage austempering heat treatment on microstructure and wear rates of ADI balls used in ball mill for grinding of iron ore // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2018. Vol. 13. No. 9. P. 701 – 708.

23. Chumachenko E.N., Aksenov S.A., Logashina I.V. Mathematical modeling and energy conservation for roling in passes // Metallurgist. 2010. No. 8. P. 498 – 503.

24. Филиппова М.В., Темлянцев М.В., Перетятько В.Н. Прудкий Е.Е. Математическое моделирование прокатки шаров // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 7. С. 516 – 521.

25. Gubanova N.V., Karelin F.R., Choporov V.F., Yusupov V.S. Study of rolling in helical rolls by mathematical simulation with the Deform 3D software package // Russian Metallurgy (Metally). 2011. No. 3. P. 188 – 193.

26. Перетятько В.Н., Климов А.С., Филиппова М.В. Калибровка валков для прокатки шара // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2012. Вып. 30. С. 44 – 50.

27. Ефременко В.Г. Металлографический анализ причин разрушения стальных катаных тел для барабанных мельниц // Вестник Приазовского государственного технического университета. 2000. № 9. С. 89 – 91.

28. Филиппова М.В., Перетятько В.Н., Сметанин С.В. Усилия и напряжения при прокатке шара // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 8. С. 587 – 588.

29. Герасимова Л.П., Ежов А.А., Маресев М.И. Изломы конструкционных сталей: справочное издание. – М.: Металлургия, 1987. – 272 с.