Мелющее тело

Полезная модель относится к технике измельчения минерального сырья, а именно к мелющим телам для барабанных мельниц, и может быть использована в горнорудной, цементной и других отраслях промышленности при переработке рудных и нерудных ископаемых.
Барабанно-шаровая мельница — устройство для измельчения твёрдых материалов, применяется в основном в горнорудной промышленности. В барабанных мельницах материал измельчается внутри полого вращающегося барабана. При вращении барабана мельницы, мелющие тела (шары) и измельчаемый материал - «загрузка», передвигаются относительно друг друга, «загрузка» измельчается в результате истирания при относительном перемещении мелющих тел и частиц материала, а также вследствие удара.
Известно «Мелющее тело» по патенту на полезную модель № 36774, в котором описано мелющее тело различной конфигурации, изготовленное из утилизированных материалов, отличающееся тем, что оно изготавливается из утилизированных железнодорожных рельсов.
Так же известно «Мелющее тело» по патенту на полезную модель № 158624, в котором мелющее тело выполнено в форме стального шара. В состав тела входят углерод, кремний, марганец, ванадий и/или титан, и/или любые другие химические элементы, которые могут входить в состав старопригодных рельсов из рельсовой стали. В качестве заготовки для изготовления молольного тела использованы фрагменты старопригодных рельсов из рельсовой стали. Для формирования тела деформацией избирают по меньшей мере один из методов: поперечно-винтовой прокатки, штампования, ковки или литье.
Необходимо отметить, что для изготовления рельсовых конструкций применяют в основном высокоуглеродистые сплавы, так как необходимо чтобы они имели такие свойства как: сниженная истираемость, износостойкость к поверхностному скольжению колёс. При этом при использовании рельсовой стали или утилизированных железнодорожных рельсов для изготовления мелющих тел, отрицательно сказывается на использовании мелющего тела, в частности при ударах о породу, и друг о друга, и приводит к отрицательному износу футеровки, а в итоге и к непригодности тела и мельницы. Так как в процессе дальнейшей переработки рельсов происходит характерное нарушение кристаллической решётки, что в последствии в других изделиях вызывает раскрашиваемости, колкость, хрупкость образца, а при частичной раскрашиваемости  увеличивается износ футеровочных листов это отрицательно сказывается на помоле сырьевой породы и соответственно конечного результата использования мелющего тела из рельсовой стали. Такой  процесс неоднократно наблюдался на заводах осуществляющих помол, как на цементных, так и производящих строительные смеси.
Для эффективного измельчения, сохранения работоспособности мельницы и размалывающей способности мелющих тел, необходимо использовать для помола мелющие тела, обладающие определенными характеристиками, такими как твёрдость и отсутствие колкости, раскрашиваемости и рассыпчатости.
Технической проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание такого мелющего тела, физические свойства которого позволят использовать мелющее тело несколько раз, не будут оказывать негативное влияние на состояние футеровки барабана мельницы и тем самым сохранят ее работоспособность.
Технический результат заключается в создании стального мелющего тела, обладающего пластичностью при сохранении достаточной твердости и ударопрочности.
Для достижения технического результата мелющее тело, выполненное в виде стального шара и изготовленное из утилизированных материалов, согласно полезной модели, изготовлено из отработавшей эксплуатационный срок насосной нефтяной штанги.
Отличительной особенностью стального шара, изготовленного из насосной нефтяной штанги, бывшей в употреблении, является правильная форма, которую можно достичь, не нарушая кристаллическую решетку металла, а так же уплотненная структура, что делает шар пластичным и не подверженным раскрашиваемости при помоле.
Для изготовления  насосных нефтяных штанг применяют следующие марки стали: 40ХМН ,40ХМН, 15Х2НМФ, 15Х2ГМФ, 30ХМА. На сегодняшний день, чаще всего для изготовления насосной нефтяной штанги применяют сталь марки 30ХМ. При изготовлении стального круга для производства насосной нефтяной штанги используют сложный комплекс добавок, ферросплавов, так же добавляют  компоненты хрома, никеля, молибдена в особых пропорциях, соблюдая ГОСТ на марочник сталей. Наличие определенных микроэлементов в структуре металла и других добавок, позволяет достичь пластичности металла при сохранении хорошей твёрдости и ударопрочности.
До настоящего времени для производства мелющего шара данные марки сталей не применялись вследствие их сложного изготовления и, соответственно, цены готового проката. Экономически неэффективно изготовление мелющих шаров из готового проката, в отличие от использования для изготовления отработавшей эксплуатационный срок насосной нефтяной штанги. В ходе работы штанга растягивается незначительно, не нарушая кристаллической решетки, а при изготовлении шара путём нагрева металла, возвращается в обратное положение, сохраняя свои положительные свойства.
Таблица: химический состав сталей марок 30ХМ и 30ХМА
Марка стали
Массовая доля элементов, %
С
Si
Mn
Cr
Ni
Мо
Al
Ti
V
B
30ХМ
0,26-0,34
0,17-0,37
0,40-0,70
0,80-1,10
—
0,15-0,25
—
—
—
—
30ХМА
0,26-0,33
0,17-0,37
0,40-0,70
0,80-1,10
—
0,15-0,25
—
—
—
—
Стали используемые в производстве насосной нефтяной штанги оптимально подходят для изготовления мелющих тел. Формирование сталей на стадии металлургического производства насосной нефтяной штанги достигается добавлением легированных элементов, способствующих пластичности изделия, так как штанга должна обладать возможностью планомерного растяжения, без разрывов и сколов во время качания насоса в агрессивной среде. Кроме того, штанга должна обладать достаточным запасом прочности, что так же положительно сказывается при дальнейшей ее переработке и наделяет изготовленные мелющие тела такими свойствами как ударопрочность при необходимой твёрдости и отсутствие раскрашиваемости, колкости и рассыпчатости.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает достижение технического результата: создание стального мелющего тела, обладающего пластичностью при сохранении достаточной твердости и ударопрочности.
Патентные исследования не выявили технических решений, характеризующихся заявляемой совокупностью существенных признаков, следовательно, можно предположить, что указанная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Кроме того, предлагаемая полезная модель может быть изготовлена в промышленных масштабах с использованием стандартного оборудования и найдет применение горнорудной, цементной и других отраслях промышленности при переработке рудных и нерудных ископаемых, т.е. характеризуется критерием «промышленная применимость»
Мелющее тело может быть изготовлено различными способами, в частности: штамповкой, ковкой, винтовой прокаткой, при этом соблюдают процедуру предварительного нагрева и охлаждения (закалку). Так как при термической обработке не происходит нарушение кристаллической решетки металла, его внутренней структуры, а происходит качественное уплотнение образца, что положительно влияет на  сохранение  положительных свойств.
Преимущественный способ изготовления мелющего тела:
Для изготовления мелющего тела в производство берут отработавшие свой срок насосные нефтяные штанги диаметрами ∅19мм, ∅22мм, ∅25мм, ∅31мм. Бывшие в употреблении насосные нефтяные штанги подвергают технической обработке от ржавчины, налета, нефтяных остатков, затем обрезают концевые штоки (муфты соединения), убирают пластиковые центраторы.
Предварительные заготовки обрезают под мерную длину (6 м) и замеряют сходство диаметров (+/-2мм). В чистом виде предварительные заготовки, представляющие собой металлический пруток, поступают в цех формовки изделий. В цехе формовки изделий из предварительных заготовок изготавливают круги. Для каждого типоразмера мелющего тела используют свой диаметр стального круга: для шара ∅33мм, используют круги из предварительной заготовки ∅22мм, а для для шара ∅40мм, используют круги из предварительной заготовки ∅25мм.
Для достижения требуемой твердости, углеродный эквивалент, легированной, конструкционной стали должен быть не менее 0,50% и заготовки из насосных нефтяных штанг отвечают этим требованиям.
Для достижения необходимой формы мелющего тела, изделие подвергают предварительным нагревам (накалам) для увеличения твердости шара (45-55 HRC), применяют метод закалки или быстрого остывания.
Для производства заготовки цилиндрической формы используют подготовленный круг мерной длины, предварительно очищенный от грязи, ржавчины и нефтяных остатков (механическим или химическим способом). При производстве цилиндра, круг подвергают предварительному нагреву в специализированной печи до видимого нагрева, покраснения, т.е. состояния предварительного расплава. Далее из круга в состоянии предварительного расплава формуют, рубят заготовку для шара (возможно использования резку различных видов), так как без нагрева заготовка испытывает внутренние микротрещины и сколы, что недопустимо при дальнейшем производстве.
Цилиндрическую заготовку определенной длины (для разного диаметра шара подбирается разная длина заготовки) подвергают повторному накаливанию, то есть нагреву до красна и помещают в штамп, установленный в кузнечнопрессовом оборудовании и путем нескольких сжатий и переворачиваний формуют изделие до получения характерной формы шара.
После этого шары в нагретом виде отправляют в водно-соленой раствор для быстрого остывания и формирования закалки, как на поверхности, так и на глубине изделия. Для закалки используют промышленное масло (закалочное), мыльно-водный раствор или специальные химические средства.