МЕЛЮЩИЙ ШАР

Полезная модель относится к технике измельчения руды, клинкера, угля и других материалов и может быть использовано в металлургической, цементной, угольной и других отраслях промышленности, где используются шаровые мельницы, загружаемые мелющими шарами.
Известен мелющий шар, выполненный из углеродистой стали, подвергнутый закалке с температуры его формообразования с последующим самоотпуском, содержащий снаружи закаленный слой, а внутри, сразу после закаленного слоя, упрочненную центральную часть (Ткаченко Ф.К., Ефременко В.Г., Тихонюк С.Л., Дегтярев С.И., Ворона Н.Н. Влияние термической обработки на свойства катанных мелющих шаров высокой прокаливаемости. Металловедение и термическая обработка металлов. М. №8, 2001, с.26-28).
Однако известный мелющий шар, при своем использовании, имеет следующие недостатки:
- обладает недостаточной абразивной износостойкостью, т.е. низким сроком службы при измельчении материалов в шаровой мельнице, т.к. после закалки невозможно получить твердость на поверхности закаленного слоя более 52 HRC;
- обладает высокой склонностью к растрескиванию, а также недостаточной ударостойкостью, при получении твердости на поверхности закаленного слоя более 55 HRC, из-за того, что закаленный слой после закалки имеет микроструктуру в виде крупноигольчатого мартенсита 7 балла и крупнее. Это обусловлено тем, что формообразование шара осуществляется при высокой температуре нагрева под прокатку, после которой, исходный аустенит применяемой рельсовой стали перед закалкой шара имеет очень крупное действительное зерно;
- высокая стоимость применяемой для изготовления шаров стали.
Задачей полезной модели является создание мелющего шара.
Техническим результатом при использовании предложенного мелющего шара является повышение его абразивной износостойкости и ударостойкости, при одновременном обеспечении полного отсутствия закалочных трещин, и увеличении срока его службы, а также, получение одинаковых прочностных характеристик на каждом мелющем шаре одного диаметра с одинаковой глубиной закаленного слоя. Кроме того, техническим результатом при использовании предложенного мелющего шара является снижение стоимости его изготовления.
Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что предложен мелющий шар, выполненный из углеродистой стали, подвергнутый закалке с температуры его формообразования с последующим самоотпуском, содержащий снаружи закаленный слой, а внутри, сразу после закаленного слоя, упрочненную центральную часть, при этом, он выполнен из стали с пониженной или с регламентированной прокаливаемостью, с содержанием углерода от 0,60 до 0,87 мас.%, имеющей идеальный критический диаметр, характеризующий ее прокаливаемость, равный 0,05-0,70 наружного диаметра шара, закаленный слой выполнен во внутренней части шара с твердостью не менее 55 HRC, а на поверхности с твердостью не более 68 HRC, при этом, его микроструктура состоит из мелкоигольчатого мартенсита не грубее 3 балла, кроме того, упрочненная центральная часть выполнена в виде сферы с диаметром не менее 0,25 наружного диаметра шара и с микроструктурой в виде троостомартенсита или троостита с твердостью 45…55 HRC, причем, вся конечная микроструктура шара организована из исходного аустенита стали, имеющего диаметр действительного зерна в пределах 0,003-0,008 мм.
Среди признаков, характеризующих предложенный мелющий шар, существенными являются:
- выполнение из стали с пониженной или с регламентированной прокаливаемостью, с содержанием углерода от 0,60 до 0,87 мас.%;
- выбор идеального критического диаметра стали, характеризующий ее прокаливаемость, в пределах 0,05-0,70 наружного диаметра шара;
- выполнение закаленного слоя во внутренней части шара с твердостью не менее 55 HRC, а на поверхности с твердостью не более 68 HRC;
- выполнение закаленного слоя с микроструктурой в виде мелкоигольчатого мартенсита не грубее 3 балла;
- выполнение упрочненной центральной части в виде сферы с диаметром не менее 0,25 наружного диаметра шара и с микроструктурой в виде троостомартенсита или троостита с твердостью 45…55 HRC;
- организация всей конечной микроструктуры шара из исходного аустенита стали, имеющего диаметр действительного зерна в пределах 0,003-0,008 мм.
Выбор в качестве углеродистой стали сталь с пониженной или с регламентированной прокаливаемостью обеспечивает предложенному мелющему шару снижение стоимости его изготовления.
Выбор нижнего предела содержания углерода 0,60 мас.% в стали с пониженной прокаливаемостью обеспечивает предложенному мелющему шару более высокую ударостойкость.
Выбор верхнего предела содержания углерода 0,87 мас.% в стали с пониженной прокаливаемостью обеспечивает предложенному мелющему шару максимальную твердость на поверхности закаленного слоя шара..
Выбор интервала идеального критического диаметра, характеризующий прокаливаемость стали с пониженной прокаливаемости от 0,05 до 0,70 наружного диаметра шара обеспечивает изготовление предложенного мелющего шара одного диаметра с большим диапазоном глубины закаленного слоя, что позволяет их использовать в работе в зависимости от твердости измельчаемого материала, при этом, шары, выполненные с одинаковой глубиной закаленного слоя имеют одинаковые прочностные характеристики. Идеальный критический диаметр - параметр, характеризующий прокаливаемость стали - диаметр прутка стали, который при закалке с бесконечно быстрым охлаждением поверхности приобретает в центре сечения прутка структуру полумартенсита, а на поверхности прутка - структуру мартенсита.
Выполнение закаленного слоя во внутренней части шара с твердостью не менее 55 HRC, а на поверхности с твердостью не более 68 HRC, и с микроструктурой в виде мелкоигольчатого мартенсита не грубее 3 балла, позволяет обеспечить предложенному мелющему шару более высокую абразивную износостойкость, а следовательно, и более высокий срок его службы при измельчении материалов в шаровой мельнице.
Организация микроструктуры закаленного слоя в виде мелкоигольчатого мартенсита не грубее 3 балла, и микроструктуры упрочненной центральной части в виде троостомартенсита или троостита с твердостью 45…55 HRC, из исходного аустенита стали, имеющего диаметр действительного зерна в пределах 0,003-0,008 мм, позволяет обеспечить предложенному мелющему шару высокую устойчивость против раскалывания при ударах во время его работы в шаровой мельнице, а также обеспечить полное отсутствие закалочных трещин после термообработки.
Предложенное техническое решение применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".
Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации показывает, что совокупность существенных признаков не известна, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "новизна".
Следует отметить, что технология изготовления предложенной конструкции мелющего шара не представляет собой особой сложности, однако, содержание остальных химических элементов в используемой стали с пониженной или с регламентированной прокаливаемостью, а также технология изготовления мелющего шара, является предметом «НОУ-ХАУ» и служит предметом отдельной заявки.
В результате проведения экспериментальных исследований и сравнительных испытаний предложенного и известного мелющих шаров было установлено, что с использованием всех отличительных параметров предложенного мелющего шара был получен следующий положительный результат:
- абразивная износостойкость по сравнению с известным мелющим шаром увеличилась на 25-35%;
- полное отсутствие закалочных трещин при твердости на поверхности закаленного слоя 60...68 HRC;
- ударостойкость по сравнению с известным мелющим шаром увеличилась не менее чем, на 20%;
- срок службы по сравнению с известным мелющим шаром увеличился на 25-35%.
Кроме того, при изготовлении предложенного мелющего шара достигнуто снижение его стоимости по сравнению с известным мелющим шаром не менее чем, в 1,3 раза,
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан разрез по центральной части мелющего шара.
Мелющий шар содержит закаленный слой 1 и упрочненную центральную часть 2.
Эксплуатация предложенного мелющего шара в шаровых мельницах является стандартной и не отличается от существующей в настоящее время. Однако, за счет своих более высоких прочностных характеристик, эксплуатация предложенного мелющего шара может производиться в более тяжелых условиях работы, чем эксплуатация известного мелющего шара.