МЕЛЮЩИЕ ТЕЛА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ УРАНОВЫХ РУД
GRINDING BODIES FOR URANIUM ORE CRUSHING

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.
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