Раздел 2
выбор химического состава и структурного состояния
материала мелющих тел для эксплуатации
в различных условиях помола
2.1. Особенности характера изнашивания мелющих тел
Проблема выбора материала и технологии термической обработки мелющих тел
является весьма актуальной, до сих пор не нашедшей своего комплексного решения.
Выбор материала мелющих тел должен основываться на анализе условий работы
изделий и определении превалирующего механизма изнашивания. Поскольку
измельчаемый материал обладает определенной абразивностью, существует
сложившееся мнение о том, что именно абразивный механизм является ведущим в
изнашивании мелющих тел [5, 8, 18]. Вместе с тем, в литературе отсутствуют
систематические данные по изучению поверхностей износа рабочих органов мельниц,
которые смогли бы подтвердить или опровергнуть предположение об «абразивном»
характере их разрушения. В связи с этим нами были исследованы мелющие шары
разного диаметра, в различной степени износившиеся в процессе эксплуатации
[85].
Исследовали катаные шары производства МК «Азовсталь», извлеченные из мельниц
шлакопомольного отделения комбината. Шары были изготовлены из стали М76 и
термоупрочнены по действующей на комбинате технологии. Отделение перерабатывает
мартеновский шлак состава (в мас.%): 22-25 SiO2; 2-6 Al2O3; 38-40 CaO; 9-14
MgO; 2-4 Fe2O3; 5-12 FeO; 6-9 MnO [86]. Таким образом, шлак содержит большое
количество вкраплений кварца и корунда, способных активно изнашивать мелющие
тела. Шлак перерабатывается в две стадии с получением конечного продукта
диаметром менее 1 мм. Размеры мельниц: диаметр - 2,5м (внутренний радиус (Rб)
1,18 м), длина - 2,5 м; скорость вращения (n) 22мин-1. На первой стадии
измельчения (мельница № 1) шаровая загрузка состояла из шаров Ж 120 мм, на
второй стадии (мельница № 2) - из шаров Ж 60 и 80 мм. Коме того, исследовали
аналогичные шары из мельницы (№ 3) отделения шихтоподготовки
кислородно-конверторного цеха МК «Азовсталь», имевшей такие же размеры и n=15
мин-1. Ее загружали шарами Ж 60 мм и использовали при помоле ферросплавов и
плавикового шпата. Для мельницы указанного диаметра критическая скорость
вращения составляет = 27,6 мин-1 [5]. Таким образом, при n=15 и 22 мин-1
барабан вращается со скоростью, составляющей 54 % и 80 % от критической,
соответственно. При таких скоростях мельницы № 1 и № 2 работают в «водопадном»,
а мельница № 3 - в «каскадном» режимах [5, 10].
Из всех трех мельниц было извлечено по 30 шаров диаметром: от 79 до 121мм - из
мельницы № 1, от 40 до 79 мм - из мельницы № 2, и от 48 до 59 мм - из мельницы
№ 3. Поскольку агрегаты периодически догружают новыми шарами, шаровая масса в
любой момент времени состоит из тел, износившихся в разной степени. И если в
агрегатах № 1 и 3 все шары имели одинаковый исходный диаметр (), то о начальных
размерах шаров из мельницы № 2 можно было судить лишь по их твердости.
Исследование поверхности шаров методами световой («Epiquant») и электронной
сканирующей (РЭММА-202М) микроскопии, показало (рис.2.1, 2.2), что по характеру
износа шары условно подразделяются на четыре группы, первые три из которых
соответствуют «водопадному» режиму:
а) 1-я группа - шары имеют темно-серую, шероховатую поверхность (см. рис.2.1,
а, б;2.3, а). Рельеф образован большим количеством глубоких лунок, а также
участками сильно деформированного металла в виде «размазанных» светлых язычков
площадью до 1 мм2 каждый. В лунках наблюдаются следы деформации в виде
«терассообразных» слоев, параллельными краям лунок. В углублениях и на стыках
лунок металл сильно фрагментирован, присутствуют чешуйчатые продукты износа и
микротрещины. Видны отдельные царапины, но в целом направленность рельефа
отсутствует;
а)
б)
в)
г)
Рис.2.1. Поверхность износа шаров первой (а, б) и второй (в, г) групп: а, в -
световой микроскоп (х100); б, г - электронный микроскоп (х 475).
а)
б)
в)
г)
Рис.2.2. Поверхность износа шаров третьей (а, б) группы и четвертой (в, г)
шаров : а, в, г - световой микроскоп (х100); б - электронный микроскоп (х475).
б) 2-я группа - шары отличаются светломатовым цветом, плохо отражают свет, их
поверхность образована чередующимися выступами и впадинами, видимыми
невооруженным глазом (см. рис.2.1, в, г; 2.3, б). Эти элементы рельефа имеют
свою собственную шероховатость, образованную большим количеством микрокаверн.
Царапины и следы интенсивного пластического течения не зафиксированы; лишь в
отдельных местах видно смятие микронеровностей поверхности с элементами
предразрушения;
Рис. 2.3. Внешний вид изношенных шаров 1-й (а), 2-й (б), 3-й (в) и 4-й (в)
групп.
в) 3-я группа - поверхность шаров сглаженная, хорошо отражает свет (см. рис.
2.2, а, б; 2.3, в). Характерно присутствие поверхностных, тангенциально
залегающих трещин. В некоторых местах наблюдали начальную стадию
питтингообразования, на других участках шаров фиксировали крупные питтинги
диаметром до 10 мм. Наряду с трещинами, выявляемыми визуально, обнаружены
сопутствующие им микротрещины в виде сетки по границам зерен;
г) 4-я группа - шары извлечены из мельницы № 3 (см. рис. 2.2, в, г; 2.3, г) .
Поверхность белого цвета, имеет многочисленные произвольно ориентированные
следы скольжения в виде широких выдавленных борозд небольшой глубины; в дне и
стенках борозд присутствуют микроочаги выкрашивания переупрочненного металла.
Характер поверхности свидетельствует о том, что при работе в мельнице шары
испытывали полидеформационное абразивное изнашивание [87, 88].
Представленные результаты показывают, что для шаров, эксплуатировавшихся