автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Повышение износостойкости дисков валкового грохота для сортировки кокса

На правах рукописи

КУЗУЕВ ДАНИЛ ПЕТРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДИСКОВ ВАЛКОВОГО ГРОХОТА ДЛЯ СОРТИРОВКИ КОКСА

Специальность 05.02.04 - «Трение и износ в машинах»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2009

иа3460Э20

003460920

Работа выполнена в государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов»

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Радкж Александр Германович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Елагина Оксана Юрьевна

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Курапов Павел Анатольевич

Ведущая организация:

ОАО «Уральская сталь»

Защита состоится « 24 » февраля 2009г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д212.200.07 в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д.65, ауд. 612.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65 Российский государственный университет нефти и газа имени И.М, Губкина, Ученый совет.

Автореферат разослан « » января 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук

Гинзбург Э.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гранулометрический состав кокса, определяемый качеством сортировки, влияет на его расход и производительность работы доменных печей. В настоящее время в коксохимическом производстве для разделения кокса на фракции свыше 25 и 40 мм широко используют валковые грохоты различной конструкции. Основной рабочей частью грохотов являются вращающиеся валы с насаженными на них дисками, обеспечивающими движение кокса. Диски перекрывают друг друга в шахматном

Валковые грохоты имеют высокую производительность, обеспечивают хорошее качество сортировки, надежность в работе и поэтому нашли широкое применение. Одним из основных недостатков валковых грохотов является интенсивное изнашивание дисков, которое снижает эффективность их работы. Изнашивание происходит по радиальной и боковой поверхности дисков, при этом максимальные значения износа приходятся на диски, расположенные со стороны подачи кокса. После 3-х месяцев работы грохот останавливают и производят замену дисков.

Попытки применения различных износостойких марок сталей, чугунов, наплавок, каменного литья не привели к существенному повышению износостойкости дисков. Поэтому повышение износостойкости дисков, обеспечивающих увеличение межремонтного срока службы валкового грохота, является актуальной научной задачей.

Цепью работы является исследование закономерностей и механизма изнашивания дисков валкового грохота и на этой основе разработка конструкционно-технологических мероприятий по изготовлению дисков повышенной износостойкости и увеличению межремонтного срока службы валкового грохота.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи.

1. Исследовать условия работы серийных дисков из стали 65Г на валковом грохоте и установить закономерности их изнашивания.

2. Изучить механизм изнашивания дисков, провести его идентификацию соответствующим видам изнашивания и на основании этого выбрать материалы и способы повышения износостойкости дисков.

3. Провести сравнительные испытания дисков повышенной износостойкости в условиях коксохимического производства и выбрать лучший вариант.

4. Установить закономерности изнашивания дисков повышенной износостойкости.

5. Разработать конструкционно-технологические мероприятия по изготовлению дисков повышенной износостойкости и увеличению межремонтного срока службы валкового грохота.

Научная новизна.

1. Установлены закономерности изнашивания дисков по длине и ширине валкового грохота, согласно которым максимальный износ имеют диски, расположенные в центральной части валов со стороны поступления кокса, причем максимум износа по толщине дисков более смещен к началу грохота, чем максимум износа по радиусу.

2. Установлено, что в процессе эксплуатации износ дисков по радиусу превышает износ дисков по толщине, причем разница между ними увеличивается в процессе эксплуатации дисков, достигая трехкратной величины.

3. Выявлена заключительная стадия замедленного изнашивания дисков на валковом грохоте, обусловленная уменьшением контакта изношенных дисков с сортируемым коксом и характеризуемая их запредельным износом.

4. Получены математические зависимости, которые позволяют прогнозировать межремонтный срок службы валкового грохота в процессе эксплуатации в зависимости от величины износа установленных на нем дисков, как по радиусу, так и по толщине, с учетом различных материалов дисков, а также с разным количеством валов и размером сортировочной ячейки.;

Практическая значимость.

1. Разработана технология изготовления дисков повышенной износостойкости, включающая газопламенное напыление покрытия (№-Сг-В-8>С)+40°/1^С с последующим оплавлением.

2. Предложены конструкционно-технологические мероприятия, позволяющие уменьшить неравномерность изнашивания дисков по длине и ширине грохота с сохранением отсева мелких фракций кокса, и увеличивающие межремонтный срок службы валкового грохота.

Реализация результатов работы.

Технология изготовления дисков повышенной износостойкости, направленная на увеличение межремонтного срока службы валкового грохота, принята к внедрению на ОАО «Северсталь» (г. Череповец, Вологодская обл.).

Обоснованность к достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена соблюдением соответствующих методик проведения экспериментов, применением методов математической статистики, необходимым объемом микроструктурных и рентгеновских исследований.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены на 60-62-ой студенческих научных конференциях МИСиС (2005-2007гг.), на 3-й конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века» (Москва, 2007г.), научной конференции молодых ученых (Новотроицк, 2007г.), объединенном научном семинаре кафедры машин и агрегатов металлургического производства и лаборатории процессов пластической деформации и упрочнения МИСиС (2007г.), научном симпозиуме «Неделя горняка» -2008» в МГГУ, объединенном научном семинаре кафедры машин и агрегатов металлургического производства и технологии оборудования трубного производства МИСиС (2008г.), научном семинаре кафедры износостойкости машин и оборудования РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (2008г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в опубликованных 12 научных работах. Получены патенты по заявкам на изобретение и полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений, содержит 61 рисунок, 36 таблиц и список литературы из 94 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведены требования к сортировке кокса. Показано влияние износа дисков грохотов для сортировки кокса на равномерность его гранулометрического состава, от которого зависит производительность доменных печей.

Представлена характеристика валковых грохотов, используемых в настоящее время на коксохимических производствах металлургических заводов. Отмечено, что валковые грохоты применяют для сортировки кокса с размером кусков крупностью свыше 25 или 40мм. Даны схемы расположения дисков валкового грохота (последовательно или в шахматном порядке). Показано, что валковый грохот является высокопроизводительным

агрегатом, для которого даже значительные изменения нагрузки незначительно изменяют эффективность сортировки кокса.

Приведены основные требования к дискам: 1) наибольшая стойкость; 2) простота конструкции и минимальный вес при надлежащей прочности; 3) рациональная технология изготовления и наименьшая себестоимость.

При сопоставлении конструкционных форм дисков в виде блоков и отдельных дисков предпочтение нужно отдать отдельным дискам, т.к. они удовлетворяют выше указанным требованиям.

Согласно литературным источникам, стойкость стальных дисков выше стойкости дисков из чугуна. Так средняя продолжительность работы дисков из серого чугуна до износа - 30 суток, а из стали 65Г- до 90 суток. В то же время стоимость тонны литых дисков из хромоникелевого чугуна (материал, применяемый заводом - поставщиком грохотов) превышает стоимость тонны дисков из стали 65Г (конструкция ОАО «Северсталь»), изготовляемых методом штамповки, а их стойкость соответственно ниже.

Рассмотрены способы повышения износостойкости деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания.

Для повышения износостойкости деталей оборудования используют специальные материалы: износостойкие стали (высокомарганцовистые, мартенситного класса), износостойкие чугуны (белые, высокохромистые), каменное литье и т.д. Наряду с этим широко применяют химико-термическую обработку (цементацию или борирование стали), упрочнение методами лазерного воздействия и электроискровой обработки, использование наплавок. Представлены преимущества и недостатки этих материалов и способов повышения износостойкости.

Отмечено, что к перспективным способам повышения износостойкости деталей относится нанесение на них газотермических покрытий. Среди этих методов следует выделить газопламенное напыление гибкими шнуровыми материалами с последующим оплавлением покрытий, содержащих карбид вольфрама, и нанесением покрытий методом элекгродуговой металлизации.

Приведены материалы, которые в настоящее время непосредственно используются для изготовления дисков валковых грохотов для коксохимического производства на металлургических заводах, среди которых можно выделил» чугуны и стали с соответствующей термообработкой. Также представлены основные способы изготовления таких дисков (литье, штамповка, вырезка) и их конструкция.

На основании литературного обзора сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе исследованы закономерности и механизм изнашивания серийных дисков из стали 65Г. На ОАО «Северсталь» диски из стали 65Г на валах установлены в шахматном порядке. Диск имеет ромашкообразную форму, диаметр диска — 265 мм, толщина диска - 16 мм, между ними находятся по два дистанционных кольца диаметром 150 мм и толщиной 18 мм, которые образуют сортировочную ячейку.

Валковый грохот с дисками в процессе эксплуатации можно условно разделить на три области: максимального износа дисков, включающую приблизительно греть дисков в центральной части валов со стороны поступления кокса, среднего износа, включающую приблизительно еще треть дисков вокруг области максимального износа и выдвинутую по направлению движения кокса и минимального износа, включающую остальные диски. Исходя из качества сортировки кокса и правил эксплуатации валкового грохота, приняты условно допустимые диаметр дисков - до 220 мм, а толщина - до 8 мм.

Математической обработкой результатов измерений с помощью программы «STATISTICA» получены уравнения, описывающие распределение износа по толщине (ЛН) и радиусу (AR) дисков из стали 65Г с коэффициентом детерминации (величина достоверности аппроксимации) г2=0,644 - по толщине диска и 1^=0,736 - по радиусу диска (рисунок 1).

Рисунок 1 (а) - Распределение износа по толщине дисков из стали 65Г 14-валкового грохота после 3 месяцев эксплуатации: 1 - ДН=8мм; 2 - 6мм; 3 - 4мм; 4 - 2мм; 5 - 1мм, АН = 2,124-0,79-Нв+0,396-Мд+0,0072-М1-Кд -0,0188-М,,2 -0,0108-Ыяг, где ]МВ - номер вала на грохоте, отсчитываемый со стороны подачи кокса; Ид - номер диска на соответствующем вале, отсчитываемый с левого края вала по направлению движения кокса

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 N вала

1 2 3 4 5 6 7 В 9 10 11 12 13 14 N вала

Рисунок 1 (б) - Распределение износа по радиусу дисков из стали 65Г 14-валкового грохота после 3 месяцев эксплуатации: 1 - ДЯ=32,5мм; 2 -27,5мм; 3 - 22,5мм; 4- 17,5мм; 5 - 12,5мм, ДК= 13,23+5,688-Кв +3,96->1д -0,014-Кв ■>?„ -0,36-МВ2 -0,108^д2

При этом максимум износа дисков по толщине больше смещен к началу грохота, чем максимум износа по радиусу, что объясняется преимущественным отсевом мелких фракций кокса на первых валах.

Установлено, что при попадании кокса на диски наиболее интенсивно происходит изнашивание их радиальной поверхности, чем боковых (рисунок 2). При этом износ боковых поверхностей, прилегающих к радиальной, приближается к износу радиальной поверхности

О 5 10 15 20 25 30 35

ЛЯ, мм

Рисунок 2 - Изменение толщины и радиуса серийных дисков из стали 65Г, установленных в середине 2-6 валов 14-валкового грохота, в процессе эксплуатации

Значения величины износа по толщине и радиусу, представленные на рисунках 1 и 2, характеризуются повторяемостью при очередном межремонтном сроке службы валкового грохота.

Таким образом, установлено, что наибольшему изнашиванию подвергаются диски в центральной части валов со стороны поступления кокса, а значения абсолютного износа диска по радиусу превышают значения износа по толщине, достигая трехкратной величины. Учитывая то, что абсолютные значения износа определяют эффективность сортировки кокса, в первую очередь надо повышать износостойкость радиальной поверхности диска.

Изучение механизма изнашивания дисков на макроуровне показало, что частицы кокса (абразив) внедряются в боковые поверхности и продвигаются вдоль нее. Вследствие этого происходит пластическое деформирование металла (выдавленная царапина) и отделение микростружки или скол, то есть боковые поверхности дисков подвергаются абразивному изнашиванию при трении скольжения в абразивной массе (рисунок 3 а). Кроме того, кокс поражает радиальную поверхность дисков, подвергая ее ударно-абразивному изнашиванию (в слое абразивной массы), оставляя следы взаимодействия в виде лунок и выступов, что приводит к возникновению усталостного разрушения из-за циклического нагружения микрообъемов поверхностного слоя диска (рисунок 3 б). В результате в поверхностном слое происходит накопление микро- и макроповреждений, приводящих к накоплению сдвиговых деформаций, появлению микро- и макротрещин с постепенной потерей пластичности и переходом в хрупкое состояние. Как показал анализ исследуемых поверхностей дисков грохота, картина изнашивания соответствует, по крайней мере, двум видам абразивного изнашивания.

Следует отметить, что характер изнашивания дисков валкового грохота нисколько не противоречит представлениям о характере изнашивания и других деталей машин, работающих в условиях взаимодействия с абразивом.

В работах, проведенных сотрудниками МИНХ и ГП имени И.М. Губкина (Бородиной E.H., Коротковым В А., Полянской ТА., Шрейбер И.Г. и др.) под руководством проф. Виноградова В.Н. и проф. Сорокина Г.М., посвященных изучению механизма изнашивания породоразрушакяцего инструмента, были разработаны методики исследования, классификация абразивного изнашивания стали и предложены критерии выбора износостойких материалов, соответствующие видам изнашивания.

Для дисков, работающих как в условиях абразивного, так и ударно-абразивного изнашивания, критериями выбора износостойких материалов являются:

- твёрдость материала диска должна быть выше твёрдости компонентов, входящих в сортируемый кокс;

- структурно-фазовый состав материала диска должен характеризоваться матрицей с наибольшей концентрацией твёрдых частиц в ее объёме и расстоянием между ними, не превышающим наименьшего размера частиц твёрдой фазы сортируемого материала

Рисунок 3 (а) - Абразивное изнашивание Рисунок 3 (б) - Ударно-абразивное изнаши-боковой поверхности диска, х10 вание радиальной поверхности диска, х10

Используемые в работе материалы и способы повышения износостойкости дисков с некоторыми характеристиками, выбранными в качестве критериев (таблица 1), обобщены в направления: 1 - изготовление дисков из износостойких материалов; 2 -упрочнение поверхности дисков; 3 - нанесение покрытий.

Наиболее приемлемым диапазоном твердости материалов, из которых изготавливают диски, является 55 - 65 НЯС. Более низкая твердость приводит к быстрому изнашиванию поверхности из-за превосходящей твердости абразивных частиц. Более высокая твердость при ударно-абразивном изнашивании приводит к возникновению внутренних напряжений с последующим охрупчиванием материала и его разрушением.

По структурно-фазовому составу наибольшую износостойкость имеет карбидный класс, представленный следующими способами - электроискровое легирование стали 65Г и напыление материалом, содержащим ШС, а так же мартенситно-аустенитный класс -чугун типа ИЧХ2Н4, 18ХГНМФР, лазерная закалка стали 65Г, цементация стали 65Г, наплавка материала с включениями "ПС, электродуговая металлизация стали 100X13.

Выбранные материалы и способы повышения износостойкости дисков соответствуют предъявляемым критериям и нуждаются в промышленных испытаниях для выявления наиболее приемлемого варианта.

Таблица 1 - Материалы и способы повышения износостойкости дисков

Материал, способ Химический состав Режим обработки Твердость, тс Струггурно-фазовый состав

Использование износостойки материалов

Сталь 65Г С-0.62-0.70, Мп-0,9-1,2 31 - 0,17-0,37, Сг <0,25, №<0,25 Закалка. Нагрев с печью до температуры 800°С, выдержка -1 ч, охлаждение в масле. Отпуск. Нагрев с печью до температуры 450°С, выдержка -1ч, охлаждение на воздухе. 45-50 Троостит отпуска

Чугун типа ИЧХ2Н4 С-2,45-3,35%, й-0,44-1,11%, Мп - 0,71,0%, Сг- 1,2-2,3%, N¡-3,8-4,9%). Закалка Нагрев о печью до температуре 860-880°С, выдержка - 3 ч» охлаждение па воздухе. О туск при температуре 230-250вС в течение 3 ч и охлаждение на воздухе. 57-58 Мартенсит + бепнит+ остаточный аустенит + (Ре, Сг>7 Сз

Сталь 18ХГНМФР 0,16-0,20 С; 0,17-0,37 Э1; 1,2-и Мп; 0,7-1,0 Сг, 0,5-0,8 N1; 0,20-0.35 Мо; 0,07-0,15 V; 0,0010,005 В, не более 0,02 Р, не более 0,015 3 Закалка при текпгрлуре 850-930°С. Отпуск при температуре 230-250°С и охлаждение на воздухе. 55- 57 Мартенсит + бейнит

Упречненве поверхности стали £5Г

Электроискровое легирование электрод (ТШ1-80%, N1-20%). Сечение электрода 4x4мм. 63-65 Твердый раствор боридов

Лазерная закалка СОг-лазер длина волны 10,6 ш, плотность мощности излучения 4-8 МВт/м2, скорость 2Л&3- 3-Ю*2 м/с. 52- 55 Мартенсит + остаточный аустенит

Электродуговое упрочнение (цементация) + эа- Угольный электрод аппарат ЭДУ-1, Ток 1=130-190 А, напряжение и=50-60В. 57-59 Мартенсит +■ остаточный аустенит + карбиды

Нанесение покрытий на сталь 65Г

Наплавка электрод ЦН-29 (2,42 С; 0,42 Мп; 1,59 81; 10,39 Сг, 7,0 Т1; 4,85 V) Сварочный ток - постоянный, полярность - обратная. 1=210-250 А при диаметре электрода 4,0 мм и 1- 240-300 А при диаметре электрода 5,0 мм. 58-62 Мартенсит + остаточный аустенит + карбиды СП, V, Сг)

Электродуговая ивтапци.чятрта 100X13 (0,94-1,05 С; 12-14 Сг) напряжение - 32 В, сила тока -240 А, давление воздуха - 0,7 МПа, дистанция - 120мм. 50- 53 Мартенсит + остаточный аустенит + карбиды

Газопламенное напыление с оплавлением (№-Сг-В-&-С) +40%ЧУС расход ацетилена - бООл/ч, рг -800л/ч. горелка для напыления — ГН-2 с наконечником N4А. 59-63 Твердый раствор на основе № + частицы WC

Третья глава посвящена промышленному эксперименту по испытанию дисков повышенной износостойкости.

Испытание дисков повышенной износостойкости проводили на валковых грохотах в коксохимическом производстве (КХП) ОАО «Северсталь».

В рамках данной работы были проведены 9 экспериментов с использованием материалов и способов, указанных в таблице 1. При этом обрабатывали как только боковые поверхности дисков из стали 65Г, так и боковые и радиальную.

При получении дисков повышенной износостойкости различными способами площадь боковой поверхности, подвергаемую обработке, выбирали из соображений, что-

бы внутренний диаметр зоны обработки не превышал допустимого значения диаметра изношенного диска (220мм). Экспериментальные диски были установлены в центральной части валов со стороны поступления кокса на грохот, т.к. в этом месте происходит их наиболее интенсивное изнашивание. Во время эксплуатации грохота проводили измерения толщины Н и диаметров О экспериментальных и рядом стоящих серийных дисков из стали 65Г.

На рисунке 4 представлено изменение радиуса дисков в процессе эксплуатации, изготовленных из износостойких материалов, с различными видами упрочнения поверхности и нанесения покрытий.

30 ■

40 £0 Время, сутки

Рисунок 4 (а) - Изменение радиуса дисков, изготовленных из износостойких материалов, в процессе эксплуатации: Очугун типа ИЧХ2Н4, *сталь18ХПШФР, ♦ сталь 65Г

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Время, сутки

Рисунок 4 (б) - Изменение радиуса дисков с различными видами упрочнения поверхности _в процессе эксплуатации: '•Электроискровое легирование, "лазерная закалка, (»цементация короткозамкнутой дугой, Ацементация прямой дугой,* сталь 65Г

О 10 20 30 40 50 60 70 00 90 Время, сутки

Рисунок 4 (в) - Изменение радиуса дисков с покрытием на поверхности в процессе эксплуатации: «наплавка ТЮ, - напыление стали100Х13,

■напыление (№-Сг-В-8ьС)+40%\*/С, • сталь 65Г

Видно, что износ дисков из чугуна типа ИЧХ2Н4 соизмерим с износом серийных дисков из стали 65Г, а диски из стали 18ХГНМФР более износостойкие, чем серийные диски из стали 65Г.

Повышенная величина износа дисков с электроискровым легированием объясняется недостаточной глубиной легирования поверхности.

Более глубокая цементация дисков прямой дугой позволила значительно уменьшить износ дисков по радиусу по сравнению с цементацией короткозамкнутой дугой. Напыление боковых поверхностей дисков сталью 100X13 позволило на четверть уменьшить их износ по радиусу.

В результате испытания дисков на валковых грохотах в КХП ОАО «Северсталь» было установлено, что наибольшей износостойкостью обладали диски с газопламенным напылением шнурового материала, содержащего (№-Сг-В-81-С)+40%У/С, и последующим оплавлением. Учитывая неравномерность изнашивания диска по толщине и по радиусу и высокую стоимость покрытия, содержащего (ЫьСг-В-ЗьС^О^С, необходимо дифференцировать толщину наносимого покрытия на боковой и радиальной поверхности.

Исследовано влияние толщины покрытия (№-Сг-В-81-С)+40%\УС на величину износа дисков по толщине и радиусу (таблица 2).

Таблица 2 - Толщина покрытия из напыленного материала (№-Сг-В-81-С)+40%\УС

Вариант Толщина покрытая, мм

На боковой поверхности На радиальной поверхности

1 1,4 -1,5 -

2 0,9-1,0 0,9 -1,0

3 0,9-1,0 1,9-2,0

На рисунке 5 представлены результаты испытания дисков с напылением (№-Сг-В-81-С) н40%^гС различной толщины на боковую и радиальную поверхности в процессе эксплуатации грохота.

Напыление (№Сг-В-81-С)+40°/<^С по 1 варианту (см. таблицу 2) позволило практически исключить изнашивание дисков по толщине. Напыление (№-Сг-В-81-С^О'/о^^С по 2 варианту привело к значительному уменьшению изнашивания по радиусу. Увеличение толщины покрытия из (№-Сг-В-§1-С)+40%\УС на радиальной поверхности по варианту 3 привело к еще меньшему изнашиванию по радиусу и незначительному изнашиванию по толщине.

О 2 4 6 в 10 12 14 16 18 20 ЛЯ, ММ

Рисунок 5 - Величина износа по толщине и радиусу дисков с напылением (№-Сг-В-БьС)+400/<Л№С (см. таблицу 2): а - 1 вариант, □ - 2 вариант, я - 3 вариант

Диски с покрытием (№-Сг-В-81-С)+40°/оЭДС, нанесенным по 3 варианту, успешно отработавшие первый межремонтный срок службы грохота, были установлены еще на два срока. На рисунке 6 представлены результаты первичной и последующей эксплуатации дисков с напылением (№-Сг-В-8ьС)+40%1ЛгС.

' 1 Í СМ i 3

i / / / р

/ У / Л ъ/'

у и t У/

jfU-И—я—в—- у

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Время, сутки

Рисунок 6 - Изменение радиуса дисков в процессе эксплуатации грохота:

В напыление (Ni-Cr-B-Si-C)+40%WC (3 вариант), ♦ сталь 65Г; 1,2,3- межремонтные сроки службы грохота

Из рисунка 6 видно, что диски с напылением (№-Сг-В-81-С)+40%\\гС имеют незначительный износ по радиусу по сравнению со сталью 65Г на первых двух межремонтных сроках службы грохота, а после третьего срока службы имеют износ, близкий к износу серийных дисков.

На рисунке 7, представлены серийные диски из стали 65Г и диски с напылением материала, содержащего(№-Сг-В-81-С)>-40%\*/С, на третьем сроке эксплуатации.

Н=14мм, D^245mm 12,5-245 12^-245 12-243 13-243 13-245 1 мес. 7 мес. 7 мес. 7 мес. 1 мес. 1 мес

Сталь 65Г Покрытие содержи (№-Ci-B-Si-Ç>+40%WC Сталь 65Г Сталь 65Г

Рисунок 7 - Диски с напылением материала, содержащего (Ni-Cr-B-Si-C)+40%WC, на третьем сроке эксплуатации

Видно, что диски, с напылением материала, содержащего (Ni-Cr-B-Si-C)+40%WC, на третьем сроке эксплуатации имеют износ, сопоставимый с остальными серийными дисками из стали 65Г на первом сроке эксплуатации.

Из всех способов повышения износостойкости дисков наиболее рациональным оказалось газопламенное напыление гибких шнуровых материалов порошка (Ni-Cr-B-Si-C)+40%WC с последующим оплавлением. Порошок для газопламенного напыления и последующего оплавления имеет следующий химический состав, %: 0,5 - С; 9,2 - Сг; 2,0 -Si; 1,0 - В; 2,0 - Fe; "Ni-основа; 42 - WC. Размер частиц 16-И00 мкм. Порошок состоит из сфероподобных частиц самофлюсующегося никелевого сплава с мелкодисперсной структурой и частиц с разветвленной формой - карбида вольфрама. Твердость покрытия -59-г 63 HRC. Твердость частиц WC - 75 HRC. Пористость - 1,14-1,5%, прочность сцепления с основой - 400 ч- 500 МПа. Карбид вольфрама имеет наибольшую плотность среди карбидов - 15,6 г/см3 и модуль упругости - 720 ГПа, но при этом невысокую (по сравнению с другими карбидами) микротвердость - до 17,16 ГПа. Структура покрытий - мелкозернистая и однородная. Состоит из дендритных участков твердого раствора на основе никеля и эвтектики. Частицы карбида вольфрама распределены достаточно равномерно и не имеют резкой границы с матрицей, что свидетельствует об их прочной связи.

Четвертая глава посвящена исследованию закономерностей изнашивания дисков повышенной износостойкости: изготовленных из износостойких материалов, с упрочнением поверхности и нанесением покрытия.

Интенсивность изнашивания дисков в каждый момент времени определяли по формулам:

- по толщине 1Н] = (Щ - НнУй - ^), -по радиусу 1$= (1^-1^-1)/^-15.1),

где Н^-1, Н^, _ соответствишо, значения толщины и радиуса дисков для

времени работы грохота и ^ на определенной стадии изнашивания.

Интенсивность изнашивания соответствует стадиям изнашивания (рисунок 8). Известно, что существует три стадии изнашивания деталей в процессе эксплуатации, описанные у Крагельского И.В., Тененбаума М.М., Хрущова М.М., и др.: приработка, установившееся изнашивание и катастрофическое изнашивание, что так же применительно для дисков валкового грохота.

В процессе испытания дисков было установлено, что стадия приработки по времени мала по сравнению со стадией установившегося режима и в дальнейшем эти стадии объединили. Стадия установившегося режима характеризуется незначительной интенсивностью изнашивания, которая даже несколько уменьшается из-за нагартовки поверхности дисков, и составляет не менее 30-40% от полного срока службы дисков. В дальнейшем по мере изнашивания поверхностного слоя, происходит стадия критического изнашивания и почти везде достигается максимум. Достижение максимума можно объяснить тем, что происходит значительное изнашивание рабочей поверхности дисков, а тем самым и увеличение размеров сортировочных ячеек грохота. На последнем этапе работы грохота наблюдается стадия замедленного изнашивания дисков, при которой происходит снижение интенсивности их изнашивания по радиусу и толщине. Это объясняется тем, что диски достигли таких размеров, что значительное количество кокса проваливается, практически не касаясь их. Работа грохота с износом дисков, соответствующей данной стадии, является недопустимой.

О 10 20 50 40 60 60 70 80 90 Время, сутки

Рисунок 8 (а) - Зависимость интенсивности изнашивания по радиусу дисков от времени работы грохота: Очугунтипа ИЧХ2Н4, *сталь18ХГНМФР, ♦ сталь 65Г

Время, сутки

Рисунок 8 (б) - Зависимость интенсивности изнашивания по радиусу дисков от времени работы грохота: •электроискровое легирование, ■лазерная закалка, * цементация короткозамкнутой дугой, ¿.цементация прямой дугой, ♦ сталь 65Г

Время, сутки

Рисунок 8 (в) - Зависимость интенсивности изнашивания по радиусу дисков от времени работы грохота: • наплавка 'ПС, - напыление стали100Х13,

■напыление (№-Сг-В-в1-С)+40?ШС, ♦ сталь 65Г

Характеристикой качества поверхности дисков, подвергшейся различным способам повышения износостойкости, может служить относительная износостойкость, определяемая как отношение интенсивности изнашивания серийных дисков из стали 65Г к интенсивности изнашивания дисков повышенной износостойкости. Результаты расчета относительной износостойкости по радиусу и по толщине дисков на стадии установившегося изнашивания приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Относительная износостойкость поверхности дисков на стадии установившегося изнашивания

Материал, способ повышения износостойкости Относительная изпосостойкость поверхности

по радиусу по толщине

Износостойкие материалы

Чугунные диски (типа ИЧХ2Н4) 1,59 1,16

Диски го стали 18ХГНМФР 1,73 2,29

Упрочнение поверхности стали 65Г

Электроискровое легирование 0,88 1,14

Лазерная закалка 1,25 1,05

Цементация короткозамкнутой дугой 1,15 1,32

Цементация прямой дугой 2,61 2,18

Нанесение покрытий на сталь 65Г

Наплавка материала с 'ПС 2,27 1,65

Напыление 100X13 1,94 2,28

Напыление (№-Сг-В-ЗьС^-40% ШС (1 вариант) 1,41 8,84

Напыление (№-Сг-В-8ьС)М0% WC (2 вариант) 3,32 5.05

Напыление (№-Сг-В-81-С)+40% (3 вариант) ¡2,41 8,41

Чем больше относительная износостойкость, тем эффективнее способ ее повышения.

На основании экспериментальных результатов получены математические зависимости, с помощью которых можно прогнозировать межремонтный срок службы валкового грохота в зависимости от величины износа дисков по радиусу и толщине в процессе эксплуатации, изготовленных из различных материалов, установленных на грохоте с разным количеством валов и размером сортировочной ячейки. Износ дисков по радиусу (ДЯ) в процессе эксплуатации грохота определяется с учетом изнашивания обработанной поверхности и основного материла:

ДБ. _ (ат +аж -к. +аж -И, +а4К -И? +аж -Ы, - Л, +аш «

В„ 2-Т_ ы К,'

где Во - начальный размер сортировочной ячейки, мм;

N,1 - номер вала на грохоте, отсчитываемый со стороны подачи кокса;

- помер диска на соответствующем вале, отсчитываемый с левого края вала по направлению движения кокса;

ТШш - условно принятый максимально допустимый межремонтный срок службы грохота с дисками из стали 65Г, сутки;

у/ - отношение твердости кокса к твердости материала диска; Т1 - время эксплуатации дисков на ¡-ой стадии изнашивания, сутки;

К, - относительная износостойкость поверхности диска, соответствующая ¡-ой стадии изнашивания;

1б5Г - интенсивность изнашивания дисков из стали 65Г, соответствующая стадии установившегося режима, мм/ сут;

11 - интенсивность изнашивания дисков повышенной износостойкости, соответствующая 1-ой стадии изнашивания, мм/ сут;

п - количество стадий изнашивания.

Ниже представлены значения коэффициентов в формуле (1): ат= 0,367, а2я = 0,158, а зя = 0,111, а4Е = -0,01, а5а = -0,0004, а® = -0,003.

Износ дисков по толщине АН в процессе эксплуатации грохота описывается следующим уравнением:

ВТ V

0 ^ШК 1=1

Ниже представлены значения коэффициентов в формуле (2): ащ= 0,059, а2Н = 0,002, азн = 0,011, а^н = -0,0005, а5Н = -0,0002, ад = -0,0003.

Исходя из формул (1), (2), можно методом итераций определить межремонтный срок службы валкового грохота (таблица 4).

Таблица 4 - Износ серийных дисков из стали 65Г и дисков с напылением (№-Сг-В-8г

С)+40% после каждой стадии изнашивания

Стадия установившегося режима Стадия катастрофического изнашивания Стадия замедленного изнашивания

и чэ 1 б 1 Напыление (№-Ст-В-31г С)+40 ы чэ § б и -А О ИЗ* 1Й| Сталь 65Г и .А О 5 <7 5 Расположение диска на грохоте

Время эксплуатации, сутки 30 205 50 225 90 240 Область максимального износа: 4 вал 20 диск

Расчетная величина износа по радиусу, мм 10,6 8,7 22,4 22,8 32,5 26,3

Расчетная величина износа по толщине, ми 3,9 3,6 8,2 8,7 11,9 9,4

Время эксплуатации, сутки 40 220 60 240 90 Область среднего износа: 8 вал 25 диск

Расчетная величина износа по радиусу, мм 10,3 7,4 21,5 22,5 28,7

Расчетная величина износа по толщине, мм 3,5 3,1 7,3 8,2 9,8

Время эксплуатации, сутки 60 240 90 Область минимального износа: б вал 3 диск

Расчетная величина износа по радиусу, мм 8,5 11,4 21,7

Расчетная величина износа по толщине, мм 3,9 4,6 8

Расчеты подтвердили, что величина абсолютного износа диска по радиусу в несколько раз превышает величину износа по толщине. Поэтому определяющим в определении межремонтного срока службы грохота является величина износа дисков по радиусу. Выводить грохот в ремонт при достижении условно принятой предельно допустимой величины, износа дисков по радиусу (22,5 мм), расположенных в области максимального износа, не является эффективным, поскольку большая часть дисков имеют размеры, соответствующие условиям их эксплуатации. Целесообразно выводить грохот в ремонт, когда предельно допустимой величины износа по радиусу достигнут диски, расположенные в области среднего износа. Согласно таблице 4, межремонтный срок службы валкового грохота с дисками из стали 65Г должен составить около 60 суток при соблюдении правил технической эксплуатации, а с дисками после газопламенного напыления (№-Сг-В-8ьС) + 40%\МС - около 240 суток.

В пятой главе разработаны конструкционно-технологические мероприятия, направленные на увеличение межремонтного срока службы валкового грохота, приведена экономическая оценка предложенных мер.

На основе промышленных исследований разработана технология изготовления дисков повышенной износостойкости, включающая газотермическое напыление материала, содержащего (№-Сг-В-81-С)+40%№С, на поверхности дисков. Технология включает подготовку поверхности дисков с использованием дробеструйной обработки и нанесение покрытия с его оплавлением.

В результате исследований разработаны предложения по совершенствованию конструкции грохота. Диски, расположенные на валах со стороны поступления кокса, должны быть выполнены увеличенного размера или повышенной износостойкости. Толщину дисков увеличивают в 1,125 - 1,25 раза, а диаметр дисков - на удвоенную величину их утолщения. Такие диски следует устанавливать на наиболее нагруженные участки грохота - в области максимального и среднего износа. На валах 2-9 их число должно быть не менее 2/3 от всех дисков на вале (рисунок 9).

№ днек«

Рисунок 9 - Изменение износа серийных дисков из стали 65Г по радиусу в зависимости от места их установки на валах после 3 месяцев эксплуатации, (1-14 - номера валов)

Увеличение размеров дисков приводит к перераспределению отсева кокса по фракциям, заключающееся в отсеве более мелких фракций на валах с дисками увеличенного размера и более крупных фракций на валах с серийными дисками, что уменьшает неравномерность изнашивания дисков, установленных на всех валах, в процессе эксплуатации грохота. Диски на валах со стороны подачи кокса, выполненные с износостойкостью, превышающей износостойкость дисков на остальных валах, также уменьшают неравномерность изнашивания дисков по валам. Результатом данных мероприятий является увеличение межремонтного срока службы валкового грохота. Предложенные решения защищены патентом на изобретение и на полезную модель, соответственно.

21

Проведена экономическая оценка изготовления дисков с использованием способов упрощения поверхности и нанесения покрытия. Наибольший экономический эффект получен в случае напыления материала, содержащего (№-Сг-В-81-С)+40%АУС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности изнашивания серийных дисков по длине и ширине 14-валкового грохота, согласно которым максимальный износ имеют диски, расположенные в центральной части валов со стороны поступления кокса, причем максимум износа по толщине дисков более смещен к началу грохота, чем максимум износа по радиусу. При этом выявлены поверхности дисков с максимальным износом -радиальная и боковые, прилегающие к радиальной, причем износ дисков по радиусу превышает их износ по толщине, достигая трехкратной величины.

2. Установлено, что боковые поверхности дисков подвергаются абразивному изнашиванию при трении скольжения в абразивной массе, а радиальная - ударно-абразивному изнашиванию по слою абразивной массы. При выборе материалов и способов повышения износостойкости дисков руководствовались твердостью материала, его структурно-фазовым составом, а в случае нанесения покрытий - наибольшей концентрацией твердых частиц в обработанной части диска.

3. Установлено, что из всех экспериментальных дисков повышенной износостойкости самыми износостойкими оказались диски о напылением (№-Сг-В-81-СУИССИМС. Показано, что стадия установившегося изнашивания дисков с минимальными значениями интенсивности их изнашивания составляет не менее 30-40% от полного срока службы дисков. Установлено наличие заключительной стадии изнашивания дисков на 14-валковом грохоте - замедленного, обусловленной уменьшением контакта изношенных дисков с сортируемым коксом, при наступлении которой снижается эффективность сортировки кокса и необходимо выводить грохот в ремонт.

4. Получены математические зависимости, с помощью которых можно прогнозировать межремонтный срок службы валкового грохота в зависимости от величины износа дисков по радиусу и толщине в процессе эксплуатации, изготовленных из различных материалов, установленных на грохоте с разным количеством валов и размером сортировочной ячейки.

5. Разработана технология изготовления дисков повышенной износостойкости, включающая газопламенное нанесение покрытия (№-Сг-В-81-С)+40%ЭД'С с последующим оплавлением, срок службы которых более чем в 2 раза превышает срок службы серийных

дисков из стали 65Г. Предложены конструкционно-технологические мероприятия, заключающиеся в установке дисков повышенной износостойкости или увеличенного размера на валах со стороны поступления кокса в количестве, не мене 2/3 от общего количества дисков на валу, приводящие к уменьшению неравномерности их изнашивания на грохоте и увеличению межремонтного срока службы валкового грохота.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Кузуев Д.П. Повышение износостойкости дисков 14-валкового грохота для сортировки кокса модификацией поверхностного слоя // Металлургия XXI века. Сборник трудов 3-й международной конференции молодых специалистов. -М.: ВНИИМЕТМАШ, 2007.-С .22-25.

2. Исследование свойств поверхностного слоя, полученного микродуговым оксидированием алюминиевого газотермического покрытия / Д.П. Кузуев, Д.С. Гаврилов, А.Г. Радюк и др. II Упрочняющие технологии и покрытия. -2005. -№8. -С.39-41.

3. Исследование методов, повышающих стойкость дисков 14-валкового грохота системы «Гризли» / Д.П. Кузуев, Д.С. Гаврилов, А.Г. Радюк и др. // Ремонт, восстановление, модернизация. -2007. -№2. -С.9-13.

4. О повышении износостойкости дисков и увеличении срока службы валкового грохота / А.Г. Радюк, Д.П. Кузуев, МА. Гуркин и др. // Кокс и химия. -2007. -№12. -С.40-44.

5. Improving the disk wear resistance and lifetime of roller screens / A.G. Radyuk, D.P. Kuzuev, MA. Gurkin, etc. // Coke and chemistry. -2007. -Vol.50. -No.12. -pp.400-404.

6. Кузуев Д.П., Радюк А.Г. Исследование закономерностей износа дисков валкового грохота и повышение его долговечности // Цветная металлургия. -2008. -№5. -С.20-23.

7. Кузуев Д.П., Радюк А.Г. Повышение межремонтного срока службы валкового грохота// Уголь. -2008. -№5. -С.70.

8. Повышение износостойкости дисков валковых грохотов с помощью газотермического покрытия / Д.С. Гаврилов, Д.П. Кузуев, А.Г. Радюк и др. // Металлургические машины и оборудование: Сб. науч. трудов МИСиС / Под ред. засл. деятеля науки РФ НА. Чиченева. - М.: МИСиС, -2005. - С.5-9.

9. Исследование методов повышения стойкости дисков 14-валкового грохота системы «Гризли» / Д.С. Гаврилов, Д.П. Кузуев, А.Г. Радюк и др. // Металлургические машины

и оборудование: Сб. науч. трудов МИСиС / Под ред. засл. деятеля науки РФ H.A. Чичене-ва. - М.: Учеба, 2006. - С.9-12.

10. Кузуев Д.П. Исследование закономерностей износа дисков 14-валкового грохота с упрочненной поверхностью // 62-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции. - М., -2007. -С.201.

11. Кузуев Д.П., Раднж А.Г., Иванов CA. Повышение износостойкости поверхности дисков 14-валкового грохота для сортировки кокса // Наука и производство Урала. Сборник трудов межрегиональной научной конференции молодых ученых. - Новотроицк.: НФ МИСиС, -2007. -С.26-28.

12. Кузуев Д.П., Радюк А.Г. Конструкторско-технологические методы повышения долговечности валкового грохота / Деп. Рук. №634/06-08,6 стр. - М.: МГГУ, ГИАБ, 2008.

13. Пат. 2329878 РФ, В07В1/16. Валковый грохот для сортировки кокса / А.Г. Радюк, А.Е. Тиглянов, Д.П. Кузуев (РФ). - №2006139924/03; заявлено 14.11.06; опубл.27.07.08, Ею л.№21.

14. Пат. 77184 РФ, B07BI/I6. Валковый грохот для сортировки кокса / А.Г. Радюк, А.Е. Титлянов, Д.П. Кузуев и др. (РФ). -№ 2006146378/22, заявлено 27.12.2006; опубл.20.10.08, Бюл.№29.

Подписано в печать 16.01.2009 Формат 60x90/16

Объем 1,75 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ № 11

Отпечатано отделом печати МГГУ

Введение

1. Условия эксплуатации дисков валкового грохота и основные направления повышения их износостойкости

1.1. Требования к сортировке кокса для доменных печей

1.2. Характеристика грохотов и дисков для сортировки кокса

1.3. Способы повышения износостойкости деталей оборудования, работающего в условиях абразивного изнашивания

1.3.1. Использование износостойких материалов

1.3.1.1. Износостойкие стали

1.3.1.2. Износостойкие чугуны

1.3.1.3. Каменное литье

1.3.2. Химико-термическая обработка

1.3.3. Упрочнение путем лазерного воздействия

1.3.4. Упрочнение путем электроискровой обработки

1.3.5. Использование наплавок

1.3.6. Повышение износостойкости деталей нанесением газотермических покрытий

1.4. Материалы для изготовления дисков валковых грохотов

1.5. Испытания дисков, изготовленных с использованием различных способов повышения износостойкости

1.6. Цель и задачи исследования

2. Обоснование способов повышения износостойкости дисков валкового грохота для сортировки кокса

2.1. Закономерности изнашивания серийных дисков из стали 65Г

2.2. Виды и механизм изнашивания дисков валкового грохота

2.3. Обоснование выбора материалов, вида обработки поверхности и покрытий для повышения износостойкости дисков 59 2.3. Режимы обработки дисков 67 2.5. Выводы по главе

3. Испытание дисков повышенной износостойкости на валковых грохотах в

КХП ОАО «Северсталь»

3.1. Испытание дисков из износостойких материалов

3.2. Испытание дисков с упрочненной поверхностью

3.3. Испытание дисков с нанесением покрытия

3.4. Результаты второго испытания дисков с напылением

-Сг-В-8ьС)+40%\УС

3.5. Результаты третьего испытания дисков с напылением (№-Сг-В-81-С)+40%\УС

3.6. Эксплуатация дисков с напылением материала, содержащего (№-Сг-В-81-С)+40%\УС

3.7. Выводы по главе

4. Установление закономерностей изнашивания дисков повышенной износостойкости

4.1. Изменение интенсивности износа дисков по радиусу и толщине во времени

4.2. Расчет относительной износостойкости поверхности дисков

4.3. Математические зависимости прогнозирования межремонтного срока службы валкового грохота и изменения размеров сортировочной ячейки

4.4. Выводы по главе

5. Технология изготовления дисков повышенной износостойкости и мероприятия, повышающие межремонтный срок службы валкового грохота

5.1. Технология изготовления дисков повышенной износостойкости с использованием материала (Ni-Cr-B-Si-C)+40%WC

5.2. Увеличение размеров дисков

5.3. Изготовление износостойких дисков

5.4. Технико-экономическая оценка применения различных способов повышения износостойкости дисков

5.5. Выводы по главе

ВЫВОДЫ

Достижения в выплавке чугуна в значительной степени определяют развитие металлургического производства в целом. В настоящее время и в ближайшем будущем почти весь чугун будет выплавляться в доменных печах. Одним из основных видов сырья для доменного процесса является кокс, который выполняет роль топлива, восстановителя и разрыхлителя столба материалов /1,2/.

В связи с интенсификацией доменного процесса и увеличением размера доменных печей требования к качеству кокса непрерывно возрастают. Снижение удельного расхода кокса, обусловленное применением в доменном процессе природного газа и других видов топлива (мазут, угольная пыль), увеличением температуры дутья и улучшением качества рудной части шихты, только увеличивает значение физико-механических свойств кокса.

Использование в современном доменном процессе высококачественного офлюсованного агломерата и окатышей снижает роль кокса как разрыхлителя верхних зон шахты доменных печей. Но газопроницаемость шихты в нижней части шахты, в распаре и, особенно, в зоне над фурмами, где единственным твердым материалом является кокс, определяется в основном его гранулометрическим составом. Поэтому большое значение приобретает снабжение доменных печей прочным коксом равномерной кусковатости.

Основная масса кокса производится в периодических камерных печах. Слоевой процесс коксования, происходящий в этих печах, обусловливает получение неравномерных по величине, форме и прочности кусков.

Одним из важнейших средств получения кокса нужной прочности и равномерной кусковатости является его механическая сортировка.

Исследования и практика работы доменных печей показывают, что только за счет изменения схемы сортировки кокса, без каких-либо других приемов, можно достигнуть существенного улучшения технико-экономических показателей доменного процесса.

Таким образом, коксовая сортировка является такой же полноправной частью технологического процесса производства кокса, как и подготовка угольной шихты и собственно сам процесс коксования. В условиях ухудшения сырьевой базы коксования и повышения требований к качеству кокса наряду с совершенствованием всей технологической схемы коксования необходимо совершенствовать также механизмы и схемы сортировки кокса для улучшения его качества.

В практике могут применяться различные схемы сортировки кокса. В зависимости от схемы сортировки выбирается конструкция здания, а также типы и расположение применяемого оборудования.

Кокс, выдаваемый из печей, перед поступлением к потребителю подвергается грохочению для разделения на классы по крупности. Для грохочения используют различное оборудование, классификация которого может быть дана по конструктивным признакам, технологическому назначению, характеру сеющей поверхности и т. п. /3, 4/.

На всех современных коксосортировках для разделения исходного кокса на крупный (доменный или литейный) и мелкий используют валковые грохоты — «Гризли», представляющие собой систему вращающихся валов, на которые насажены диски.

Работа валкового грохота заключается в следующем. Валы расположены по наклонной плоскости, под углом 12-15°. Кокс, высыпаясь с конвейера, попадает на диски, которые приводятся во вращение валами. Кокс, имея фракцию меньше расстояния между дисками, проваливается вниз. Фракция, имеющая больший размер, скатываясь, транспортируется на следующую технологическую линию.

Основной рабочей частью грохотов являются диски, обеспечивающие рассев по фракциям и движение кокса. Чаще всего диски перекрывают друг друга в шахматном порядке. При попадании кокса на диски и его транспортировке происходит износ их радиальной поверхности, а при отсеве мелкой фракции кокса происходит износ боковой поверхности дисков, что приводит к увеличению зазора между ними. Срок службы дисков составляет не более 3 месяцев и при этом износ значительно превышает допустимый.

Применение марганцовистой стали 65Г, износостойких чугунов, наплавок, каменного литья не привело к существенному повышению стойкости дисков. Поэтому повышение износостойкости дисков, обеспечивающих увеличение межремонтного срока службы валкового грохота, является актуальной научной задачей.

Целью работы является исследование закономерностей и механизма изнашивания дисков валкового грохота и на этой основе разработка конструкционно-технологических мероприятий по изготовлению дисков повышенной износостойкости и увеличению межремонтного срока службы валкового грохота.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи.

1. Исследовать условия работы серийных дисков из стали 65Г на валковом грохоте и установить закономерности их изнашивания.

2. Изучить механизм изнашивания дисков, провести его идентификацию соответствующим видам изнашивания и на основании этого выбрать материалы и способы повышения износостойкости дисков.

3. Провести сравнительные испытания дисков повышенной износостойкости в условиях коксохимического производства и выбрать лучший вариант.

4. Установить закономерности изнашивания дисков повышенной износостойкости.

5. Разработать конструкционно-технологические мероприятия по изготовлению дисков повышенной износостойкости и увеличению межремонтного срока службы валкового грохота.

В процессе выполнения работы получены результаты, научная новизна которых заключается в следующем.

1. Установлены закономерности изнашивания дисков по длине и ширине валкового грохота, согласно которым максимальный износ имеют диски, расположенные в центральной части валов со стороны поступления кокса, причем максимум износа по толщине дисков более смещен к началу грохота, чем максимум износа по радиусу.

2. Установлено, что в процессе эксплуатации износ дисков по радиусу превышает износ дисков по толщине, причем разница между ними увеличивается в процессе эксплуатации дисков, достигая трехкратной величины.

3. Выявлена заключительная стадия замедленного изнашивания дисков на валковом грохоте, обусловленная уменьшением контакта изношенных дисков с сортируемым коксом и характеризуемая их запредельным износом.

4. Получены математические зависимости, которые позволяют прогнозировать межремонтный срок службы валкового грохота в процессе эксплуатации в зависимости от величины износа установленных на нем дисков, как по радиусу, так и по толщине, с учетом различных материалов дисков, а также с разным количеством валов и размером сортировочной ячейки.

Практическая значимость заключается в следующем.

1. Разработана технология изготовления дисков повышенной износостойкости, включающая газопламенное напыление покрытия (№-Сг-В-8ьС)+40%\¥С с последующим оплавлением.

2. Предложены конструкционно-технологические мероприятия, позволяющие уменьшить неравномерность изнашивания дисков по длине и ширине грохота с сохранением отсева мелких фракций кокса, и увеличивающие межремонтный срок службы валкового грохота.

Технология изготовления дисков повышенной износостойкости, направленная на увеличение межремонтного срока службы валкового грохота, принята к внедрению на ОАО «Северсталь» (г. Череповец, Вологодская обл.).

Данная диссертация является составной частью комплекса научно-исследовательских работ, выполненных в государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов» в научно-исследовательской лаборатории процессов пластической деформации и упрочнения и на кафедре машин и агрегатов металлургических предприятий в соответствии с планом хоздоговорной работы и по конкурсу грантов в области фундаментальных проблем металлургии и машиностроения.

Основные результаты и положения диссертации доложены на 60-62-ой студенческих научных конференциях МИСиС (2005-2007гг.), на 3-й конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века» (Москва, 2007г.), научной конференции молодых ученых (Новотроицк, 2007г.), объединенном научном семинаре кафедры машин и агрегатов металлургического производства и лаборатории процессов пластической деформации и упрочнения МИСиС (2007г.), научном симпозиуме «Неделя горняка» -2008» в МГГУ, объединенном научном семинаре кафедры машин и агрегатов металлургического производства и технологии оборудования трубного производства МИСиС (2008г.), научном семинаре кафедры износостойкости машин и оборудования РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (2008г.).

Основное содержание диссертационной работы отражено в опубликованных 12 научных работах. Получены патенты по заявкам на изобретение и полезную модель.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений, содержит 61 рисунок, 36 таблиц и список литературы из 94 наименований.

Выводы

1. Установлены закономерности изнашивания серийных дисков по длине и ширине 14—валкового грохота, согласно которым максимальный износ имеют диски, расположенные в середине 2-6-го валов грохота, причем максимум износа по толщине дисков более смещен к началу грохота, чем максимум износа по радиусу. При этом выявлены области максимального износа дисков - радиальная и боковые поверхности, прилегающие к радиальной, причем износ дисков по радиусу превышает их износ по толщине, достигая трехкратной величины.

2. Показано, что стадия установившегося изнашивания дисков с минимальными значениями интенсивности их изнашивания составляет не менее 30-40% от полного срока службы дисков. Установлено наличие заключительной стадии изнашивания дисков из стали 65Г на 14-валковом грохоте - замедленного, обусловленной уменьшением контакта изношенных дисков с сортируемым коксом, при наступлении которой снижается эффективность сортировки и необходимо выводить грохот в ремонт.

3. На основе определенной относительной износостойкости поверхности дисков получены математические зависимости, с помощью которых можно прогнозировать межремонтный срок службы валкового грохота в зависимости от величины износа дисков по радиусу и толщине в процессе эксплуатации, изготовленных из различных материалов, установленных на грохоте с разным количеством валов и размером сортировочной ячейки.

4. Разработана технология изготовления дисков повышенной износостойкости, включающая газопламенное нанесение покрытия (ЪН-Сг-В-81-С)+40%\УС с последующим оплавлением, срок службы которых более чем в 2 раза превышает срок службы серийных дисков из стали 65 Г. Предложены конструкционно-технологические мероприятия, заключающиеся в установке дисков повышенной износостойкости или увеличенного размера иа валах со стороны подачи кокса в количестве, не мене 2/3 от общего количества дисков на валу, приводящие к уменьшению неравномерности их изнашивания на грохоте.

5. Технология изготовления дисков повышенной износостойкости и конструкционно-технологические мероприятия, направленные на увеличение межремонтного срока службы валкового грохота, приняты к внедрению на ОАО «Северсталь» (г. Череповец, Вологодской обл.)

1. Мучник Д. А., Иванов Е. Б. Сортировка кокса. -М.: Металлургия, 1968. -296С.

2. Кауфман A.A., Харлампович Г.Д. Технология коксохимического производства. -Екатеринбург.: 2004. -288С.

3. Левенсон Л.Б. и Прейгерзон Г.И. Дробление и грохочение полезных ископаемых. Гостоптехиздат, 1940.

4. Олевский В.А. Конструкция и расчеты грохотов. —М.: Металлургиздат, 1941.

5. Terlecki Е. Hutnik (Polska), 1964, № 4, s.129.

6. Готлиб А.Д. Доменный процесс. —М.: Гостехиздат, 1958.

7. Улахович В.А. Выплавка чугуна в мощных доменных печах. -М.: Металлургия,1991.

8. Щукин П.А. Исследование свойств металлургического кокса. -М.: Металлургия, 1971.

9. Мучник Д.А. Формирование свойств доменного кокса. -М.: Металлургия,1983.

10. Балон И.Д. //Кокс и химия.-1965,- №10.- С.23.

11. Heynert G. Eindrucke beim Besuch einiger Hochofenwerke in Japan, Stahl und Eisen.-1962.-№11.-S. 17.

12. Котов И.К., Волкова З.А. В сб. Получение доменного кокса постоянного качества; Под ред. В.Е.Диденко; -Харьков, Металлургиздат. 1956.

13. Р. Луазон, П. Фош, А. Буайе. Кокс.- М.: Металлургия, 1975.

14. Сысков К.И. Теоретические основы оценки и улучшения качества доменного кокса. -М.: Металлургия, 1984.

15. Сухое тушение коксав ГДР. ЦИИН 4M, 1961, сер. 7, инф. 4.

16. Справочник коксохимика. В 6 т. Т.2 Производство кокса. / под ред. А.К. Шелкова. -М.: Металлургия, 1965, -288С.

17. Вайсберг Л.А. Просеивающие поверхности грохотов. -СПб.: Металлургиздат, 2005. -252С.

18. Олевский В.А. Конструкции и расчеты грохотов. -М.: Металлургиздат, 2005.

19. Шепелев И.Г. Оборудование коксохимических заводов.- М., Металлургия, 1966, С.43-45.

20. Унификация дисков коксовых грохотов и специализация производства их/ Г.И Шанаренко, А.Д. Гридин, Г.А.Пашков и др. //Кокс и химия-1958. -№5. -С.45-49.

21. Тарасенко A.A., Чижик Е.Ф., Взоров A.A. др. Защитные футеровки и покрытия горно-обогатительного оборудования. -М.: Недра, 1985. -204С.

22. Пенкин Н.С. Повышение износостойкости горно-обогатительного оборудования. -М.: Недра, 1992. -265С.

23. Перкас М.Д., Кардонский В.М. Высокопрочные мартенситно-стареющие стали. -М.: Металлургия. 1990. -ЗОЮ.

24. Бирман С.Р. Экономнолегированные мартенситно стареющие стали. —М.: Металлургия. 1970. -224С.

25. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. —М.: Металлургия. 1986. -272С.

26. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов.- М.: Машиностроение, 1986. -320С.

27. Зуев В.М. Термическая обработка металлов,- М.: Высшая школа, 1986. -287С.

28. Пенкин Н.С. Износ деталей оборудования в абразивных средах и проблемы повышения их износостойкости гумнрованием. Трение и износ, т.З, 1982, -С.459-466.

29. Авдеев Н.В. Металлирование.-М.: Машиностроение, 1978. -184С.

30. Химическая энциклопедия, т.2, -М.; 1990.

31. Косолапова Т.Я. Карбиды, -М.; 1968.

32. Францевич И.Н. и др. Сб. «Карбид кремния»// Наукова думка, Киев, 1966.

33. Поляк М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения. В 2 т. Т. 1. -М.: Машиностроение, 1995. -832С.

34. Износостойкость металлизационных стальных покрытий в масляно— абразивной среде / В.Е. Белащенко, Е.В. Мельников. A.B. Бурякин и др. // Тр. ин-та / ВНИИАВТОГЕНМАШ. -1990. -С.36-42.

35. Исследование антифрикционных свойств стальных газотермических покрытий / А.Е. Титлянов, А.Г. Радюк, А.Е. Глебовский и др. // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1997. —№5. -С.53-54.

36. Создание износостойких слоев на медных изделиях / А.Е. Титлянов, А.Г. Радюк, A.C. Захаров и др. // Материаловедение. —1998. —№12. -С. 42-44.

37. Титлянов А.Е., Радюк А.Г., Глебовский А.Е. Повышение износостойкости медных изделий // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1998. -№3. -С.71.

38. Перлин И.Л., Шапиро В.Я. Механизм и закономерности контактного трения при обработке металлов давлением // Тр. ин-та / ВИЛС. -1965. -С.7—12.

39. Исследование свойств поверхностного слоя, полученного микродуговым оксидированием алюминиевого газотермического покрытия / Д.П. Кузуев, Д.С. Гаврилов, А.Г. Радгок и др. //Упрочняющие технологии и покрытия. —2005. —№8. —С.39-41.

40. Нормализация и унификация запасных частей валковых грохотов/ П.П. Бабин, Ю.П. Коськов, В.И. Любарский и др. // Кокс и химия. -1973. -№3. -С.38-39.

41. Повышение стойкости дисков валкового грохота рассева кокса / Г.О. Нейге-бауэр, Б.А. Фельдман, К.У. Турмагамбетова и др. // Кокс и химия. -1970. -№2. -С.39-41.

42. Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании. -М.: Машиностроение, 1966.

43. Электродуговое упрочнение сменных деталей коксохимического оборудования / В.И. Алимов, В.Н. Крымов, Л.С. Плахов и др. // ОАО «Черметинформация». Бюллетень «Черная металлургия». -2006. —№8. -С.69-71.

44. Бабанский М. И., Трегубен Л. Н. /Износостойкие покрытия для рабочих элементов валковых грохотов // Кокс и химия. -1991. -№10. -С.30- 32.

45. Крагельский И.В., Добытчин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчётов на трение и износ. -М.: Машиностроение, 1977. -526С.

46. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. —М.: Машино-стоение, 1976. -271С.

47. Доменное производство: Справочное издание. В 2-х. Т. 1. Подготовка руд и доменный процесс/ Под ред. Вегмана Е. Ф. М.: Металлургия, 1989. -496С.

48. Абразивная износостойкость литых металлов и сплавов/ В.М. Колокольцев, Н.М. Мулявко, К.Н. Вдовин/ Под ред. проф. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: МГТУ, 2004. -228С.

49. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Колокольников М.Г. Абразивное изнашивание. -М.: Машиностроение. 1990.-224С.

50. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Механическое изнашивание сталей и сплавов. -М.: Недра, 1996. -364С.

51. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания металлов.- М.: Изд-во АН СССР, 1960.-351С.

52. Бородина E.H. Методика и основные закономерности изнашивания закаленной углеродистой стали при ударе о закрепленный абразив:: Дисс. к.т.н. Спец. 05.02.04. /Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. -М., 1970. -125С.

53. Короткое В.А. Методика исследования и закономерности изнашивания при ударе о незакрепленный абразив:: Дисс. к.т.н. Спец. 05.02.04. /Виноградов В.Н., Сорокин Г.М.-М., 1970. -192С.

54. Шрейбер И.Г. Влияние состава, структуры термической обработки на механизм и основные закономерности изнашивания хромистой стали:: Дисс. к.т.н. Спец. 05.02.04. /Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. -М., 1971. -149С.

55. Полянская Т.А. Разработка методики и исследование основных закономерностей изнашивания сталей при ударе:: Дисс. к.т.н. Спец. 05.02.04. /Шрейбер Г.К., Сорокин Г.М.-М., 1971. -138С.

56. Благонравов A.A., Матвеевский P.M. Износостойкость. -М.: Наука, 1975.

57. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. -М.: Машиностроение, 1982. -192С.

58. Плотниченко Н.В., Шагарова О.Н. Требования к конструкционным материалам, способным увеличить межремонтный период оборудования при работе в гидроабразивных средах // Сб. научн. тр. студ. и магистров, М.: МГГУ, вып. 5, 2005, -С.250 — 255.

59. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Износостойкость сталей и сплавов. —М.: Нефть и газ, 1994. -415С.

60. Сорокин Г.М. Трибология сталей и сплавов. -М.: Недра, 2000. -317С.

61. Сорокин Г.М. О критериях выбора износостойких сталей и сплавов // Заводская лаборатория. -1991. -№9. -С.55-59.

62. Norman. «Foundry», 1958, №6.

63. Avery H.S. «A.S.M.», 1954, №3.

64. Винкельман У. Основные предпосылки для расчёта трения на энергетической основе. Теоретическая и практическая задачи трения, износа и смазки. -М.; 1982.

65. Новая высокопрочная свариваемая износостойкая сталь с временным сопротивлением не менее 1050 Н/мм2/ В.Н. Никитин, С.И. Киселев, Т.Н. Попова // Металлург. -2005.-№1.-С.36-37.

66. Кириллов A.A., Белов В.Д., Рожкова Е.В. Структурно и неструктурно чувствительные свойства хромистых чугунов// Черные металлы. -2007. -№9. -С. 7-13.

67. Рожкова Е.В., Романов О.М. Оптимизация составов износостойких хромистых чугунов // Металловедение и термическая обработка металлов. -1984. -№10. -С.45-50.

68. Оптимизация составов износостойких хромистых чугунов / Е.В. Рожкова, Л.Я. Орлов, В.В. Румянцев и др. //Черные металлы. -2005. -№10. -С. 20-25.

69. Кулагин И.Д., Боржов А.П., Краснов Ю.И. /Дуговая цементация рабочих поверхностей стальных деталей// ФХОМ. -1986. -№6. -С.84-88.

70. Литовченко H.H., Юдников A.C., Рыжих Ю.Л. Метод скоростной электродуговой цементации деталей, работающих в условиях абразивного износа // Тр. ГОСНИТИ. -М„ 2006.-Т. 98.-С. 95-98.

71. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. -М.: Машиностроение, 1989.-304С.

72. О влиянии нанокристаллических порошков на процесс формирования, структуру и свойства электроискровых покрытий на основе электродного материала системы Ti-B-Al / Е.А. Левашов, А.Е. Кудряшов, О.В. Малочкин и др. // Цветные металлы. -2002. -№4. -С.62-68.

73. Каховкин О.С., Дарахвелидзе Ю.Д. Особенности легирования наплавленного металла карбида титана при электродуговой износостойкой наплавке // Сварочное производство. -1989. —№5. С.41^2.

74. Сварочное оборудование. Научные труды ФГУП ЦНИИТМАШ. -№1. -1988.

75. Манойло Е.Д., Затока А.Е. Упрочнение быстроизнашивающихся режущих рабочих органов сельхозмашин газопламенным напылением защитных покрытий. Материалы международной конференции, —Минск; 2007. -С. 142—150.

76. Затока А.Е., Борисов В.Н. Использование гибких шнуровых материалов при газопламенном напылении и наплавке покрытий. Материалы 3-й международной конференции, -СПб; 2001. -12С.

77. Хасуй А. Техника напыления. -М.: Машиностроение, 1975. -288С.

78. Бакалюк Я.Х., Проскуркин Е.В. Трубы с металлическими противокоррозионными покрытиями. -М.: Металлургия, 1985. -200С.

79. Исследование методов, повышающих стойкость дисков 14-валкового грохота системы «Гризли» / Д.П. Кузуев, Д.С. Гаврилов, А.Г. Радюк и др. // Ремонт, восстановление, модернизация. -2007. —№2. —С.9-13.

80. Кузуев Д.П. Повышение износостойкости дисков 14-валкового грохота для сортировки кокса модификацией поверхностного слоя // Металлургия XXI века. Сборник трудов 3-й международной конференции молодых специалистов. —М.: ВНИИМЕТМАШ,2007. -С.22-25.

81. Кузуев Д.П. Исследование закономерностей износа дисков 14—валкового грохота с упрочненной поверхностью 11 62-е дни науки студентов МИСиС: международные, межвузовские и институтские научно-технические конференции. —М., -2007. —С.201.

82. О повышении износостойкости дисков и увеличении срока службы валкового грохота / А.Г. Радюк, Д.П. Кузуев, М.А. Гуркин и др. // Кокс и химия. -2007. -№12. -С.40-44.

83. Improving the disk wear resistance and lifetime of roller screens / A.G. Radyuk, D.P. Kuzuev, M.A. Gurkin, etc. // Coke and chemistry. -2007. -Vol.50. -No. 12. -pp.400-404.

84. Кузуев Д.П., Радюк А.Г. Повышение межремонтного срока службы валкового грохота // Уголь. -2008. -№5. -С.70.

85. Кузуев Д.П., Радюк А.Г. Конструкторско-технологические методы повышения долговечности валкового грохота, / Деп. Рук. №634/06-08, 6 стр. М.: МГГУ, ГИАБ,2008.

86. Пат. 2329878 РФ, В07В1/16. Валковый грохот для сортировки кокса / А.Г. Радюк, А.Е. Титлянов, Д.П. Кузуев (РФ). №2006139924/03: заявлено 14.11.06; опубл.27.07.08, Бюл.№21.

87. Пат. 77184 РФ, В07В1/16. Валковый грохот для сортировки кокса / А.Г. Радюк, А.Е. Титлянов, Д.П. Кузуев и др. (РФ). -№ 2006146378/22, заявлено 27.12.2006; опубл.20.10.08, Бюл.№29.

88. Кузуев Д.П., Радюк А.Г. Исследование закономерностей износа дисков валкового грохота и повышение его долговечности // Цветная металлургия. -2008. -№5. С.20-23.

89. Цеков В.И. Основы восстановления деталей металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1984. -328С.^ <,У-1 нерждаю»

90. Зам, начальника коксохими'ЛскоI о прсмгаюдс !на л о техническому о-бслу*и х^п ию.ОАО »Ссиерегляь»1. Германов В,Ц1. АКТиееледскнвм чкспсрич!снтаяьны\ дисков Ы-наякочого грохота <<1 ригл1-? а ког ;о\н'.:!1Чсс»:ом ягонзн^лсчье ОАО « Ол?ерстмьъ

91. Впоу чеде (ьин умсш»г!'«:ние толщины дисьа произошло, по-видимому. его1. ГО«фЬ!ТЛЯ,

92. Нчммеиьшесизменение толщшп; дисков иы.ло чесю потехнолск ш< (чап пика карбидз вольфрама),1. Вь'ииды:

93. Продолжить испытание дисков, поверхкоаь ко!ормч модифицирована пора.1.|(пшюх технологиям с ошэагелькой *к>раии Iкой поверхности торча

94. Менеджер ао логической подготоьке речеппе:-:

95. С! wnj.ua.-ист 1 категории по технической по;и оювче реУч»птоь1. Вцдущк!' сотр\ »ПК

96. Ведущий на} =:н«11 сотручкик1. А~пнрз?гг1. Пкюшгои Л. П. Шп?.к Г.В.1НТДЯП0И /V II.1. Рддюк А Л . Кузугв Д.П.

97. У Те^0ческии директор-главный инженер1. А, Н. Луценко 2008г.1. Акт испытанийдисков 14 валкового грохота в КХП ЧерМК ОАО «Северсталь», изготовленных с использованием различных способов повышения стойкости

98. Нанесение износостойкого покрытия на основе \\'С на диски и путём наплавки электродами производства Бельгии обеспечивают увеличение более, чем в два раза, срока службы грохотов и улучшение качества сортировки кокса.

99. Для покрытия на основе \УС выбраны толщина и зоны его нанесения на дисках.

100. Получены зависимости, связывающие величину износа дисков с их расположением на грохоте. /

101. Зам. технического директора-главного инженера, начальник ЦТРК Менеджер управления качества Начальник КХП Менеджер по технологии Научный руководитель темы Ответственный исполнитель

102. ОАО «Северсталь» Аналитическая лаборатория

103. Протокаи № ПрадсмвкаЛг У///Цд-^с^-С-гг1. Результаты пназюа, "Л1. Материалпробымс?1. Со