RU2819724C1 - Forged grinding balls for semi-automatic grinding mill - Google Patents
Forged grinding balls for semi-automatic grinding mill Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819724C1 RU2819724C1 RU2022118275A RU2022118275A RU2819724C1 RU 2819724 C1 RU2819724 C1 RU 2819724C1 RU 2022118275 A RU2022118275 A RU 2022118275A RU 2022118275 A RU2022118275 A RU 2022118275A RU 2819724 C1 RU2819724 C1 RU 2819724C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- content
- grinding ball
- less
- grinding
- chromium
- Prior art date
Links
- 238000000227 grinding Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 71
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- -1 chromium carbides Chemical class 0.000 claims abstract description 17
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 21
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 20
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 15
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 11
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 5
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 29
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 18
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 17
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 3
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N lead zinc Chemical compound [Zn].[Pb] JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000007528 sand casting Methods 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001037 White iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 238000005088 metallography Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Объект изобретенияObject of the invention
[0001] Настоящее изобретение относится к чугунным мелющим шарам с высоким содержанием хрома, предназначенным для полусамоизмельчения. Изобретение также относится к способу производства указанных шаров.[0001] The present invention relates to high chromium content cast iron grinding balls for semi-autogenous grinding. The invention also relates to a method for producing said balls.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
[0002] В горнодобывающей промышленности измельчение предназначено для высвобождения ценных частиц металлических минералов из пустой породы, которая состоит из бесполезных, но часто высокоабразивных минералов. На заводах имеются дробильные станции, измельчающие станции, затем участки для обогащения, как правило, путем флотации, сульфидных руд, таких как медные или свинцово-цинковые, которые часто связаны.[0002] In the mining industry, comminution is designed to liberate valuable metallic mineral particles from waste rock, which consists of worthless but often highly abrasive minerals. Plants have crushing stations, grinding stations, then areas for beneficiation, usually by flotation, of sulfide ores such as copper or lead-zinc, which are often combined.
[0003] Существующий на данный момент на участках измельчения этих заводов способ основан на вращающейся мельнице полусамоизмельчения и одной или нескольких вращающихся шаровых мельницах. Данный тип технологической линии может дублироваться в зависимости от желаемой производительности или типов руд, которые находятся на руднике.[0003] The current process in the grinding sections of these plants is based on a rotating semiautogenous mill and one or more rotating ball mills. This type of production line can be duplicated depending on the desired productivity or the types of ores that are in the mine.
[0004] Мельница полусамоизмельчения характеризуется оригинальной конструкцией. Диаметр очень большой, обычно более пяти метров, с пропорционально короткой длиной. Она характеризуется соотношением длины к диаметру, которое обычно составляет менее 1, предпочтительно 0,5-1. Подача руды, выполняемая непрерывно, осуществляется непосредственно из рудника или с участка дробления. К кускам руды разных размеров добавляют переменное количество воды. Производительность очень высокая, часто значительно превышает 1000 тонн в час.[0004] The semi-autogenous mill is characterized by an original design. The diameter is very large, usually more than five meters, with a proportionally short length. It is characterized by a length to diameter ratio that is usually less than 1, preferably 0.5-1. Continuous supply of ore is carried out directly from the mine or from the crushing area. Variable amounts of water are added to pieces of ore of different sizes. Productivity is very high, often well above 1000 tons per hour.
[0005] Данные мельницы защищены футеровками, позволяющими поднимать измельчаемый материал. На Фигурах 1A и 1B показана мельница полусамоизмельчения 1. В этих мельницах имеются футеровки 2 с выступающими частями, называемыми подъемниками 3, которые обеспечивают очень интенсивный подъем. При вращении мельницы вокруг своей горизонтальной оси куски горных пород поднимаются и падают обратно на горные породы в нижней части. Далее, за счет относительного перемещения между кусками и воздействий, связанных с вращением, размер материала значительно уменьшается, что объясняет термин «самоизмельчение».[0005] These mills are protected by linings that allow the material being ground to be lifted. Figures 1A and 1B show a semi-autogenous mill 1. These mills have liners 2 with projecting parts called lifters 3, which provide a very intense lift. As the mill rotates around its horizontal axis, pieces of rock are lifted and fall back onto the rocks at the bottom. Further, due to the relative movement between the pieces and the effects associated with rotation, the size of the material is significantly reduced, which explains the term "autogenous comminution".
[0006] Для некоторых очень твердых руд размер пород больше не уменьшается, как только они достигают определенного критического размера, и, таким образом, они накапливаются в мельнице, снижая ее эффективность. Для ограничения этого эффекта добавляется небольшое количество больших шаров, обычно занимающих 8-12 % доступного объема в мельнице. Данные шары имеют размеры более 100 мм, часто 125 мм и иногда 160 мм, а весят до 16 кг каждый. Приводимые в движение подъемниками они после падения с 5-7 м будут сталкиваться с породами и в лучших случаях помогать дробить твердые и трудно измельчаемые куски. Данный способ соответствует названию «полусамоизмельчение». Мельница полусамоизмельчения подробно описана на следующих сайтах:[0006] For some very hard ores, the size of the rocks no longer decreases once they reach a certain critical size, and thus they accumulate in the mill, reducing its efficiency. To limit this effect, a small number of large balls are added, typically occupying 8-12% of the available volume in the mill. These balls measure over 100 mm, often 125 mm and sometimes 160 mm, and weigh up to 16 kg each. Driven by lifts, after a fall from 5-7 m, they will collide with rocks and, in the best cases, help crush hard and difficult to grind pieces. This method corresponds to the name “semi-autogenous grinding”. The SAG mill is described in detail on the following websites:
• https://www.911metallurgist.com/blog/sag-mill-ball-size-evaluator-evaluation-factors• https://www.911metallurgist.com/blog/sag-mill-ball-size-evaluator-evaluation-factors
• http://ffden-2.phys.uaf.edu-211_fall2002.web.dir/keith_palchikoff/grinding_mill_2.html• http://ffden-2.phys.uaf.edu-211_fall2002.web.dir/keith_palchikoff/grinding_mill_2.html
Достаточно мелкий материал может выходить из мельницы через разгрузочную решетку и отправляется на следующие стадии обработки.Sufficiently fine material can exit the mill through the discharge screen and is sent to the next processing stages.
[0007] Мелющие шары, применяемые в мельницах полусамоизмельчения, должны иметь хорошую ударную вязкость, а также хорошую износостойкость. Фактически, шары, применяемые в мельницах полусамоизмельчения, подвержены значительному абразивному износу и многочисленным ударам. Это связано с совместным действием очень твердых минералов в виде больших кусков, часто имеющих острые края, и разрушением путем разламывания и раскалывания, связанным с условиями эксплуатации при ударных нагрузках внутри этого оборудования. Меньшие по размеру изношенные или разломанные шары больше не эффективны для дробления кусков критического размера, которые накапливаются в мельнице. Эти маленькие шары выходят из мельницы через открытые отверстия в разгрузочной решетке мельницы полусамоизмельчения.[0007] Grinding balls used in semi-autogenous grinding mills must have good impact strength as well as good wear resistance. In fact, the balls used in semi-autogenous grinding mills are subject to significant abrasive wear and numerous impacts. This is due to the combined effect of very hard minerals in large pieces, often with sharp edges, and the fracture by breaking and splintering associated with the shock load operating conditions inside the equipment. Smaller, worn or broken balls are no longer effective in crushing the critical size pieces that accumulate in the mill. These small balls exit the mill through open holes in the discharge grate of the semi-autogenous mill.
[0008] Чтобы наилучшим образом сочетать свойства износостойкости и ударной вязкости, обычно применяются два типа шаров. [0008] To best combine wear resistance and toughness properties, two types of balls are typically used.
[0009] С одной стороны, имеются шары из слаболегированной углеродистой стали. Данные стали имеют в составе, по массе, 0,4-0,9 % углерода, менее 1 % марганца, хрома и кремния, а также элементы в меньших количествах, такие как молибден, ванадий, титан, ниобий, а также более вредные примеси, такие как, например, сера и фосфор. Данные шары формируются путем ковки стержня, полученного после литья.[0009] On the one hand, there are balls made of low-alloy carbon steel. These steels contain, by weight, 0.4-0.9% carbon, less than 1% manganese, chromium and silicon, as well as elements in smaller quantities, such as molybdenum, vanadium, titanium, niobium, as well as more harmful impurities , such as sulfur and phosphorus. These balls are formed by forging a rod obtained after casting.
[0010] С другой стороны, имеются шары, изготовленные из хромистого чугуна, с содержанием хрома более или равным 5 мас.%, которые формуются непосредственно путем литья в песчаной или металлической форме. Данные сплавы имеют параметр включения карбидов хрома, называемых первичными карбидами, которые образуются при затвердевании при литье. Данные карбиды представляют собой карбиды типа M7C3. Во время затвердевания сначала появляются ячейки аустенита, свободные от карбидов. Затем вокруг этих ячеек аустенита в эвтектической точке образуются сетчатые карбиды. На Фигурах 2A и 2B показано обычное распределение карбидов в чугуне, сформированное путем литья в форму. На Фигуре 2А показано сетчатое распределение карбидов 5, которое образуется между аустенитными дендритами во время затвердевания. На Фигуре 2B схематически показаны эти же сетчатые карбиды. Таким образом, можно увидеть сетку карбидов 5, распределенную внутри матрицы 4, лишенной квазинепрерывной сетки первичных карбидов. По сравнению с вышеупомянутыми сталями данные карбиды позволяют улучшить износостойкие свойства, но их неравномерное и крупнозернистое распределение ухудшает свойства ударной вязкости по сравнению с этими же сталями.[0010] On the other hand, there are balls made of chromium cast iron, with a chromium content greater than or equal to 5 wt.%, which are formed directly by sand or metal casting. These alloys have the option of including chromium carbides, called primary carbides, which are formed during casting solidification. These carbides are M 7 C 3 type carbides. During solidification, austenite cells free of carbides first appear. Network carbides then form around these austenite cells at the eutectic point. Figures 2A and 2B show the typical distribution of carbides in cast iron formed by mold casting. Figure 2A shows the network distribution of carbides 5 that forms between austenitic dendrites during solidification. Figure 2B schematically shows these same network carbides. Thus, a network of carbides 5 can be seen distributed within a matrix 4 devoid of a quasi-continuous network of primary carbides. Compared to the above-mentioned steels, these carbides improve wear-resistant properties, but their uneven and coarse-grained distribution worsens the impact toughness properties compared to the same steels.
[0011] Формование ковкой хромистых чугунных сплавов всегда было запрещено, потому что данные крупнозернистые карбиды инициируют образование трещин во время ковки. Слаболегированные стали, лишенные по определению карбидов хрома, не имеют данной проблемы, что позволило разработать способы формования ковкой на этих марках.[0011] Forging of chromium cast iron alloys has always been prohibited because these coarse carbides initiate cracking during forging. Lightly alloyed steels, which by definition are free of chromium carbides, do not have this problem, which has made it possible to develop forging methods for these grades.
[0012] Таким образом, согласно предшествующему уровню техники, существуют, с одной стороны, слаболегированные стали, которые обладают хорошей ударной вязкостью и средней износостойкостью, и, с другой стороны, высокохромистые чугуны, которые обладают хорошей износостойкостью, но средней ударной вязкостью.[0012] Thus, according to the prior art, there are, on the one hand, low-alloy steels, which have good toughness and average wear resistance, and, on the other hand, high-chromium cast irons, which have good wear resistance but average impact toughness.
[0013] Как упоминалось ранее, после участка измельчения имеется участок обогащения, как правило, путем флотации, для сульфидных руд, таких как медные или свинцово-цинковые. Обогащение хромом чугунных шаров позволяет оптимизировать стадии флотации, которые имеют место во время извлечения на данном участке. Наличие хрома позволяет получить пульпу лучшего качества с, как следствие, уменьшением количества необходимого реагента. Однако содержание хрома должно идеально дозироваться, чтобы избежать перерасхода средств, связанного с добавлением хрома. Параллельно содержание карбида и, следовательно, углерода в чугунах также должно идеально контролироваться, чтобы избежать охрупчивания материала из-за избытка карбидов.[0013] As mentioned previously, after the grinding section there is a beneficiation section, typically by flotation, for sulfide ores such as copper or lead-zinc. Enrichment of cast iron balls with chromium allows optimization of the flotation stages that take place during extraction in a given area. The presence of chromium makes it possible to obtain a better quality pulp with, as a consequence, a reduction in the amount of the required reagent. However, chromium content must be perfectly dosed to avoid cost overruns associated with chromium addition. In parallel, the carbide and therefore carbon content of cast irons must also be ideally controlled to avoid embrittlement of the material due to excess carbides.
[0014] Из документов US 4221612, US 3961994 и CN 103710646 известны кованые мелющие шары из белого хромистого чугуна с различным содержанием углерода и хрома.[0014] From documents US 4221612, US 3961994 and CN 103710646, forged grinding balls made of white chromium cast iron with varying carbon and chromium content are known.
[0015] Таким образом, из документа US 4221612 известны кованые мелющие шары из белого хромистого чугуна, полученные из стержня, изготовленного кокильным литьем или непрерывным литьем. Мелющие шары имеют в составе содержание углерода 1-3 мас.% и содержание хрома 2-8 мас.%.[0015] Thus, from US 4,221,612, forged grinding balls made of white chromium cast iron are known which are produced from a die-cast or continuous-cast core. The grinding balls contain a carbon content of 1-3 wt.% and a chromium content of 2-8 wt.%.
[0016] Из документа US 3961994 известны кованые мелющие шары из белого чугуна с высоким содержанием хрома, полученные из стержня, изготовленного непрерывным литьем. Мелющие шары имеют в составе содержание углерода 1,5-3 мас.% и содержание хрома 8-25 мас.%.[0016] US 3,961,994 discloses forged grinding balls made of high chromium white cast iron produced from a continuous casting rod. The grinding balls contain a carbon content of 1.5-3 wt.% and a chromium content of 8-25 wt.%.
[0017] Из документа CN 103710646 известны мелющие шары, полученные формованием. Мелющие шары имеют в составе содержание углерода 1,7-2,15 мас.% и содержание хрома 5,3-8 мас.%.[0017] From document CN 103710646, grinding balls obtained by molding are known. The grinding balls contain a carbon content of 1.7-2.15 wt.% and a chromium content of 5.3-8 wt.%.
Задачи изобретенияObjectives of the invention
[0018] В настоящем изобретении предлагают мелющий шар, имеющий преимущества слаболегированных сталей, а также преимущества хромистых чугунов, т. е. обладающий как хорошей ударной вязкостью, так и хорошей износостойкостью, при этом имеющий содержание хрома, которое оптимизировано для обогащающего участка. Для этой цели, согласно изобретению, оптимизируют состав и способ изготовления. В настоящем изобретении предлагают данный тип шара, в частности, для применения в контексте способа полусамоизмельчения.[0018] The present invention provides a grinding ball having the advantages of low alloy steels as well as the advantages of chromium cast irons, i.e., having both good toughness and good wear resistance, while having a chromium content that is optimized for the beneficiation section. For this purpose, according to the invention, the composition and manufacturing method are optimized. The present invention proposes this type of ball, in particular for use in the context of a semi-autogenous grinding process.
Краткое описание изобретенияBrief description of the invention
[0019] Настоящее изобретение относится к мелющему шару, имеющему в составе, по массе:[0019] The present invention relates to a grinding ball containing, by weight:
- содержание углерода 1,1-1,4 %,- carbon content 1.1-1.4%,
- содержание хрома 10-14 %,- chromium content 10-14%,
- содержание марганца 0,8-1,5 %,- manganese content 0.8-1.5%,
- содержание кремния 0,6-1 %,- silicon content 0.6-1%,
- содержание молибдена менее 1 %,- molybdenum content less than 1%,
- содержание никеля менее 1 %,- nickel content less than 1%,
- любые примеси с общим содержанием менее 0,5 %,- any impurities with a total content of less than 0.5%,
- остальное до 100 % железа,- the rest is up to 100% iron,
причем указанный мелющий шар имеет дискретное распределение карбидов хрома в отличие от сетчатого распределения, что дает шару улучшенные свойства ударной вязкости.wherein said grinding ball has a discrete distribution of chromium carbides as opposed to a network distribution, which gives the ball improved toughness properties.
[0020] Содержание углерода поддерживается в диапазоне 1,1-1,4 мас.% для получения достаточного, но не избыточного количества карбидов, чтобы избежать охрупчивания шара. Одновременно содержание хрома поддерживают в диапазоне 10-14 % для получения достаточно богатой хромом матрицы для лучшего извлечения после измельчения, избегая при этом перерасхода средств, связанного с добавлением хрома. Предпочтительно содержание углерода и содержание хрома коррелируют в соответствии со следующими неравенствами:[0020] The carbon content is maintained in the range of 1.1-1.4 wt.% to provide sufficient, but not excessive amounts of carbides to avoid ball embrittlement. At the same time, the chromium content is maintained in the range of 10-14% to produce a matrix rich enough in chromium for better recovery after grinding, while avoiding the cost overruns associated with chromium addition. Preferably, the carbon content and chromium content are correlated according to the following inequalities:
2,55 ≤ Cr - 5,42 × C ≤ 7,67 и 41,76 ≤ Cr + 28,66 × C ≤ 53,69.2.55 ≤ Cr - 5.42 × C ≤ 7.67 and 41.76 ≤ Cr + 28.66 × C ≤ 53.69.
[0021] Кроме того, карбиды тонко распределяются внутри микроструктуры шара. Предпочтительно они имеют эквивалентный диаметр менее 100 мкм, более предпочтительно менее 50 мкм и еще более предпочтительно менее 20 мкм.[0021] In addition, the carbides are finely distributed within the microstructure of the ball. Preferably they have an equivalent diameter of less than 100 µm, more preferably less than 50 µm and even more preferably less than 20 µm.
[0022] Микроструктура включает матрицу, в которой распределены карбиды хрома. Предпочтительно микроструктура включает мартенсит с процентным содержанием более 50 %, остаточный аустенит с процентным содержанием 7-25 %, общую фракцию перлита и бейнита с содержанием 2-10 %, при этом остальное состоит из карбидов хрома с процентным содержанием менее или равным 22 %.[0022] The microstructure includes a matrix in which chromium carbides are distributed. Preferably, the microstructure includes martensite with a percentage greater than 50%, retained austenite with a percentage of 7-25%, a total fraction of pearlite and bainite with a percentage of 2-10%, with the remainder consisting of chromium carbides with a percentage less than or equal to 22%.
[0023] Настоящее изобретение также относится к способу изготовления данного мелющего шара, включающему следующие стадии:[0023] The present invention also relates to a method for making this grinding ball, including the following steps:
- получение путем непрерывного литья стержня, имеющего вышеупомянутый химический состав, с получением дискретного распределения карбидов хрома,- obtaining, by continuous casting, a rod having the above-mentioned chemical composition, obtaining a discrete distribution of chromium carbides,
- формование стержня путем его деформирования в одну или несколько стадий для получения заготовки, имеющей форму мелющего шара,- forming the rod by deforming it in one or more stages to obtain a workpiece having the shape of a grinding ball,
- термообработка заготовки за один или несколько циклов для получения мелющего шара с преимущественно мартенситной микроструктурой.- heat treatment of the workpiece in one or several cycles to obtain a grinding ball with a predominantly martensitic microstructure.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
[0024] На Фигуре 1A показан схематический вид мельницы полусамоизмельчения.[0024] Figure 1A shows a schematic view of a semi-autogenous mill.
[0025] На Фигуре 1B изображен механизм измельчения внутри мельницы полусамоизмельчения.[0025] Figure 1B depicts the grinding mechanism within a semi-autogenous mill.
[0026] Фигура 2А представляет собой результат оптической металлографии шара, изготовленного из высокохромистого чугуна, сформованного путем литья в форму согласно предшествующему уровню техники. Фигура 2B представляет собой схематическое изображение распределения карбидов Фигуры 2A.[0026] Figure 2A is an optical metallography result of a ball made of high chromium cast iron formed by casting into a mold according to the prior art. Figure 2B is a schematic representation of the carbide distribution of Figure 2A.
[0027] На Фигуре 3A показаны результаты двух оптических металлографий высокохромистого чугунного шара, сформованного ковкой после непрерывного литья в соответствии с изобретением. Фигура 3B представляет собой схематическое изображение распределения карбидов Фигуры 3A.[0027] Figure 3A shows the results of two optical metallographs of a high chromium cast iron ball formed by forging after continuous casting in accordance with the invention. Figure 3B is a schematic representation of the carbide distribution of Figure 3A.
[0028] На Фигурах 4A и 4B проиллюстрирован способ измерения количества зерен, измеренных соответственно вдоль оси x и оси y, позволяющий оценить средний размер зерна.[0028] Figures 4A and 4B illustrate a method for measuring the number of grains measured along the x-axis and y-axis, respectively, to estimate the average grain size.
[0029] Фигура 5 представляет собой схематическое изображение стадии непрерывного литья, осуществляемой в способе согласно изобретению.[0029] Figure 5 is a schematic representation of the continuous casting step carried out in the method according to the invention.
[0030] На Фигуре 6 схематически проиллюстрирована, как продолжение Фигуры 5, необязательная стадия прокатки стержня, полученного в результате непрерывного литья.[0030] Figure 6 schematically illustrates, as a continuation of Figure 5, the optional step of rolling a continuous casting rod.
[0031] На Фигуре 7 схематически изображена, в качестве продолжения Фигуры 5 или Фигуры 6, стадия ковки стержня, полученного в результате непрерывного литья или прокатки.[0031] Figure 7 schematically depicts, as a continuation of Figure 5 or Figure 6, the forging step of a rod obtained by continuous casting or rolling.
[0032] На Фигуре 8 более подробно проиллюстрирована стадия ковки.[0032] Figure 8 illustrates the forging step in more detail.
[0033] На Фигуре 9 изображено совместное влияние углерода и хрома на состав матрицы и содержание углерода.[0033] Figure 9 depicts the combined effect of carbon and chromium on matrix composition and carbon content.
[0034] Условные обозначения [0034] Conventions
1. Мельница полусамоизмельчения1. SAG mill
2. Футеровка2. Lining
3. Подъемник3. Lift
4. Матрица4. Matrix
5. Карбид5. Carbide
6. Индукционная печь6. Induction oven
a. для литьяa. for casting
b. для нагреванияb. for heating
7. Дуговая печь7. Arc furnace
8. Ковш8. Ladle
9. Кокиль9. Chill
10. Система вытягивания10. Pull system
11. Система магнитного перемешивания11. Magnetic stirring system
12. Стержень12. Rod
a. Жидкая частьa. Liquid part
13. Режущее оборудование13. Cutting equipment
14. Печь с толкателем14. Oven with a pusher
15. Прокатный стан15. Rolling mill
16. Ковочный пресс16. Forging press
a. Неподвижная частьa. Fixed part
b. Движущаяся частьb. Moving part
17. Нож17. Knife
18. Заготовка для ковки18. Blank for forging
19. Мелющий шар19. Grinding ball
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
[0035] Настоящее изобретение относится к способу изготовления мелющих шаров и к мелющим шарам, более конкретно предназначенным для применения в мельнице полусамоизмельчения. Обычно он включает шары, диаметр которых составляет 90-150 мм.[0035] The present invention relates to a method for making grinding balls and to grinding balls more specifically intended for use in a semi-autogenous grinding mill. It usually includes balls with a diameter of 90-150 mm.
[0036] Мелющий шар изготовлен из высокохромистого чугуна, имеющего следующий массовый состав:[0036] The grinding ball is made of high chromium cast iron having the following mass composition:
- содержание углерода 1-2 %,- carbon content 1-2%,
- содержание хрома 7-16 %,- chromium content 7-16%,
- содержание марганца 0,5-3 %,- manganese content 0.5-3%,
- содержание кремния 0,2-1,5 %,- silicon content 0.2-1.5%,
- содержание молибдена менее 1,5 %,- molybdenum content less than 1.5%,
- содержание никеля менее 1,5 %,- nickel content less than 1.5%,
- любые примеси/загрязнения, такие как ванадий, ниобий и титан, с общим содержанием менее 0,5 %,- any impurities/contaminants such as vanadium, niobium and titanium, with a total content of less than 0.5%,
- остальное до 100 % железа.- the rest is up to 100% iron.
[0037] Предпочтительно и как заявлено, он имеет следующий массовый состав:[0037] Preferably and as stated, it has the following mass composition:
- содержание углерода 1,1-1,4 %,- carbon content 1.1-1.4%,
- содержание хрома 10-14 %,- chromium content 10-14%,
- содержание марганца 0,8-1,5 %,- manganese content 0.8-1.5%,
- содержание кремния 0,6-1 %,- silicon content 0.6-1%,
- содержание молибдена менее 1 %,- molybdenum content less than 1%,
- содержание никеля менее 1 %,- nickel content less than 1%,
- любые примеси, такие как ванадий, ниобий и титан, с общим содержанием менее 0,5 %,- any impurities such as vanadium, niobium and titanium, with a total content of less than 0.5%,
- остальное до 100 % железа.- the rest is up to 100% iron.
[0038] Более предпочтительно, он имеет следующий массовый состав:[0038] More preferably, it has the following mass composition:
- углерод: 1,2 %,- carbon: 1.2%,
- хром: 12 %,- chrome: 12%,
- марганец: 1,1 %,- manganese: 1.1%,
- кремний: 0,8 %,- silicon: 0.8%,
- молибден: менее 1,5 %,- molybdenum: less than 1.5%,
- никель: менее 1,5 %,- nickel: less than 1.5%,
- любые примеси с общим содержанием менее 0,5 %,- any impurities with a total content of less than 0.5%,
- остальное до 100 % железа.- the rest is up to 100% iron.
[0039] Согласно изобретению содержание хрома и содержание углерода одновременно и соответственно поддерживают в диапазоне 10-14 % и 1,1-1,4 %. Действительно, как схематически показано на Фигуре 9, содержание углерода и содержание хрома тесно связано. Пунктирные линии, называемые со-узлами, являются линиями, представляющими сплавы, которые имеют одинаковый матричный состав, т. е., среди прочего, одинаковое содержание хрома в матрице. Переход от одного со-узла к другому, следуя за сплошной стрелкой, отражает увеличение содержания хрома в матрице. И, наоборот, при перемещении вдоль со-узла состав матрицы остается неизменным, но содержание карбида изменяется и увеличивается по мере движения в направлении пунктирной стрелки. На Фигуре 9 также показаны почти перпендикулярно со-узлам линии с равным содержанием карбида. Следуя линии равного содержания карбида, содержание карбида хрома остается неизменным, но при движении параллельно сплошной стрелке матрица становится более обогащенной хромом. Линии равного содержания карбида и со-узлы не параллельны осям C и Cr. Это означает, что изменение только содержания C или только содержания Cr приведет к изменению содержания карбида, а также содержания хрома в матрице. Таким образом, на Фигуре 9 видно, что при равном содержании углерода в общем составе материала в примере «Ex» увеличение содержания хрома в общем составе сопровождается увеличением содержания хрома в матрице и увеличением содержания карбида в матрице. Таким образом, существует основание для нахождения компромисса между содержанием углерода и хрома с целью получения достаточного, но не чрезмерного количества карбидов и хрома в матрице. Данный компромисс обнаруживается с вышеупомянутыми диапазонами 10-14 мас.% и 1,1-1,4 мас.% для хрома и углерода, соответственно. Предпочтительно содержание углерода и хрома коррелируется в соответствии с двумя неравенствами: 2,55 ≤ Cr - 5,42 × C ≤ 7,67 и 41,76 ≤ Cr + 28,66 × C ≤ 53,69.[0039] According to the invention, the chromium content and carbon content are simultaneously and respectively maintained in the range of 10-14% and 1.1-1.4%. Indeed, as schematically shown in Figure 9, carbon content and chromium content are closely related. The dotted lines, called co-nodes, are lines representing alloys that have the same matrix composition, i.e., among other things, the same chromium content in the matrix. The transition from one co-site to another, following the solid arrow, reflects an increase in the chromium content in the matrix. And, conversely, when moving along the co-node, the composition of the matrix remains unchanged, but the carbide content changes and increases as it moves in the direction of the dotted arrow. Figure 9 also shows lines with equal carbide content almost perpendicular to the co-nodes. Following the line of equal carbide content, the chromium carbide content remains unchanged, but when moving parallel to the solid arrow, the matrix becomes more enriched in chromium. Lines of equal carbide content and co-nodes are not parallel to the C and Cr axes. This means that changing only the C content or only the Cr content will change the carbide content as well as the chromium content of the matrix. Thus, Figure 9 shows that with equal carbon content in the overall composition of the material in the example “Ex”, an increase in the chromium content in the overall composition is accompanied by an increase in the chromium content in the matrix and an increase in the carbide content in the matrix. Thus, there is a rationale for finding a compromise between carbon and chromium content in order to obtain sufficient, but not excessive amounts of carbides and chromium in the matrix. This trade-off is found with the aforementioned ranges of 10-14 wt.% and 1.1-1.4 wt.% for chromium and carbon, respectively. Preferably, the carbon and chromium contents are correlated according to two inequalities: 2.55 ≤ Cr - 5.42 × C ≤ 7.67 and 41.76 ≤ Cr + 28.66 × C ≤ 53.69.
[0040] Что касается микроструктур, шар согласно изобретению обладает преимущественно мартенситной микроструктурой, т. е. с процентным содержанием мартенсита более 50 %, с тонким и равномерным распределением карбидов хрома, называемых первичными карбидами, типа M7C3 внутри матрицы. Предпочтительно первичные карбиды имеют эквивалентный диаметр менее 100 мкм, более предпочтительно менее 50 мкм и еще более предпочтительно менее 20 мкм. Карбиды не идеально круглые. Для расчета эквивалентного диаметра измеряют площадь А карбидов путем анализа изображения и эквивалентный диаметр Deq для круглого карбида равной площади определяют по формуле Deq=2×(A/π)1/2. Среднее значение эквивалентных диаметров получают на основе измерений, выполненных по меньшей мере на трех изображениях. Как правило, для диапазона размеров карбидов согласно изобретению измерения, например, выполняют на изображениях, имеющих размер 660 мкм × 495 мкм. При применении способа изготовления, описанного ниже, размер карбидов между поверхностью и сердцевиной шара в основном постоянный.[0040] In terms of microstructures, the ball according to the invention has a predominantly martensitic microstructure, i.e. with a percentage of martensite greater than 50%, with a fine and uniform distribution of chromium carbides, called primary carbides, of the M 7 C 3 type within the matrix. Preferably, the primary carbides have an equivalent diameter of less than 100 microns, more preferably less than 50 microns, and even more preferably less than 20 microns. Carbides are not perfectly round. To calculate the equivalent diameter, the area A of the carbides is measured by image analysis and the equivalent diameter D eq for a round carbide of equal area is determined by the formula Deq=2 ×( A/π ) 1/2 . The average of the equivalent diameters is obtained from measurements taken on at least three images. Typically, for the size range of carbides according to the invention, measurements are, for example, performed on images having a size of 660 μm x 495 μm. When applying the manufacturing method described below, the size of the carbides between the surface and the core of the ball is essentially constant.
[0041] Способ изготовления мелющего шара согласно изобретению включает следующие стадии:[0041] The method for manufacturing a grinding ball according to the invention includes the following steps:
- Стадия непрерывного литья стержня, который также будет называться как заготовка для литья, с вышеупомянутым составом, позволяющая получить указанное тонкое распределение первичных карбидов,- A step of continuously casting a rod, which will also be referred to as a casting blank, with the above-mentioned composition, allowing to obtain the specified fine distribution of primary carbides,
- Стадия формования стержня путем деформации в одну или несколько стадий для получения заготовки в форме мелющего шара,- The stage of forming the rod by deformation in one or more stages to obtain a workpiece in the form of a grinding ball,
- Стадия термической обработки заготовки за один или несколько циклов для получения мелющего шара с преимущественно мартенситной микроструктурой.- The stage of heat treatment of the workpiece in one or several cycles to obtain a grinding ball with a predominantly martensitic microstructure.
[0042] Стадия непрерывного литья проиллюстрирована на Фигуре 5, более конкретно непрерывного горизонтального литья. Данный способ способствует затвердеванию с мелкими зернами путем быстрого охлаждения в кокиле 9, охлажденном циркулирующей водой.[0042] The continuous casting stage is illustrated in Figure 5, more specifically continuous horizontal casting. This method promotes hardening with fine grains by rapid cooling in a mold 9 cooled by circulating water.
[0043] Оборудование включает резервуар для жидкого металла, называемый ковшом 8, применяемый в качестве буфера между плавильным оборудованием, которое представляет собой индукционную печь 6а или дуговую печь 7, и непрерывным горизонтальным литьем. Затвердевание (жидкая часть обозначена как 12а) инициируют в кокиле 9 из медного сплава, который сочетает хорошую теплопроводность и хорошую износостойкость, посредством трения, за которым необязательно следует графитовая часть, заключенная в медную оболочку, охлаждаемую водой, и необязательно следует вторичное охлаждение водяными струями. Внутренняя морфология этого медного или композитного кокиля объясняет специфическое сжатие, связанное с составом сплава, который переходит из жидкого состояния в твердое состояние.[0043] The equipment includes a liquid metal reservoir called a ladle 8 used as a buffer between the melting equipment, which is the induction furnace 6a or the arc furnace 7, and the continuous horizontal casting. Solidification (liquid portion designated 12a) is initiated in a copper alloy mold 9, which combines good thermal conductivity and good wear resistance, by friction, optionally followed by a graphite portion encased in a copper shell cooled by water, and optionally followed by secondary cooling by water jets. The internal morphology of this copper or composite die explains the specific contraction associated with the composition of the alloy that changes from a liquid to a solid state.
[0044] Стержень 12 или заготовка для литья, обычно закругленная, начинает затвердевать в данной части оборудования и затем в окружающем воздухе продолжает затвердевать по направлению к центру при перемещении, осуществляемом системой вытягивания 10. Иногда для улучшения качества поверхности заготовки для литья возможны некоторые короткие движения в направлении, противоположном вытягиванию. Затем стержень 12 подвергают действию системы магнитного перемешивания 11 перед режущим оборудованием 13, которое отрезает стержень 12 выбранной длины. На линии непрерывного литья могут применяться, если необходимо, несколько систем магнитного перемешивания.[0044] The core 12 or casting blank, usually rounded, begins to solidify in a given piece of equipment and then, in the surrounding air, continues to solidify toward the center as it is moved by the drawing system 10. Sometimes, some short strokes are possible to improve the surface quality of the casting blank. in the direction opposite to the stretch. The rod 12 is then subjected to a magnetic stirring system 11 before cutting equipment 13, which cuts the rod 12 to a selected length. Several magnetic stirring systems can be used on a continuous casting line if necessary.
[0045] Кроме того, в зависимости от сплава могут применяться различные средства для обеспечения отсутствия пористости, связанной с затвердеванием (усадочные или газопродувочные отверстия).[0045] In addition, depending on the alloy, various means may be used to ensure the absence of porosity associated with solidification (shrinkage or gas purge holes).
[0046] Первый параметр, хорошо известный специалистам в данной области техники, представляет собой температуру литья, которая должна быть как можно ближе к температуре затвердевания, но совместима с промышленным производством. Перегрев на 5-40°С выше температуры затвердевания является правилом, однако предпочтение отдается перегреву на 10-15°C. Данный способ позволяет обеспечить хорошее внутреннее качество заготовки для литья путем уменьшения усадки в жидком металле. Для ускорения затвердевания водяные струи будут контролироваться, предотвращая образование трещин на поверхности.[0046] The first parameter, well known to those skilled in the art, is the casting temperature, which should be as close to the solidification temperature as possible, but compatible with industrial production. A superheat of 5-40°C above the curing temperature is the rule, but a superheat of 10-15°C is preferred. This method makes it possible to ensure good internal quality of the casting blank by reducing shrinkage in the liquid metal. To speed up hardening, water jets will be controlled, preventing cracks from forming on the surface.
[0047] Кроме того, скорость вытягивания и шаг вытягивания из кокиля должны быть адаптированы к литому сплаву. Программирование скорости вытягивания может быть сложным, с остановками и толчками или даже ускорениями и торможением. Например, шаг вытягивания для круглой заготовки размером 90 мм будет составлять 4-12 мм и предпочтительно примерно 7-8 мм. Скорость вытягивания будет составлять 50-250 шагов в минуту, предпочтительно примерно 150 шагов в минуту.[0047] In addition, the drawing speed and the drawing pitch from the die must be adapted to the cast alloy. Programming the pull speed can be complex, with stops and starts or even accelerations and decelerations. For example, the drawing pitch for a 90 mm round piece will be 4-12 mm and preferably about 7-8 mm. The pulling speed will be 50-250 steps per minute, preferably about 150 steps per minute.
[0048] Кроме того, магнитные мешалки могут быть размещены в различных местах для обеспечения внутреннего качества стержня. Затвердевание происходит по дендритному типу и развивается с поверхности, первоначально контактирующей с медным кокилем. Далее дендриты продолжают расти по направлению к центру, а те, что соответствуют низу заготовки для литья, будут расти быстрее под действием силы тяжести; градиенты температур также могут образовываться в объеме, еще не затвердевшем, затвердевающей заготовки, что иногда увеличивает риск возникновения центрального дефекта. Первая электромагнитная мешалка может быть расположена вокруг кокиля, обеспечивая относительно низкую, но равномерную температуру литья. Вторая мешалка может быть расположена в конце отливки, когда затвердевшая толщина составляет примерно 20 мм. Она позволяет, помимо гомогенизации температуры жидкого металла, удалять чрезмерно длинные дендриты, которые могут препятствовать получению желаемой внутренней структуры. Например, для заготовки диаметром 90 мм электромагнитная мешалка может быть размещена на расстоянии, соответствующем концу затвердевания указанной заготовки, или примерно в 7 м от кокиля.[0048] In addition, magnetic stirrers can be placed in various locations to ensure the internal quality of the rod. Solidification occurs according to the dendritic type and develops from the surface initially in contact with the copper die. Next, the dendrites continue to grow towards the center, and those corresponding to the bottom of the casting blank will grow faster under the influence of gravity; Temperature gradients can also form in the uncured volume of the solidifying workpiece, sometimes increasing the risk of a central defect. The first electromagnetic stirrer may be located around the die, providing a relatively low but uniform casting temperature. A second stirrer may be located at the end of the casting when the solidified thickness is approximately 20 mm. It allows, in addition to homogenizing the temperature of the liquid metal, the removal of excessively long dendrites, which can interfere with obtaining the desired internal structure. For example, for a workpiece with a diameter of 90 mm, the electromagnetic stirrer can be placed at a distance corresponding to the end of solidification of the said workpiece, or approximately 7 m from the die.
[0049] В конце стадии непрерывного литья согласно изобретению структура содержит тонкое распределение карбидов хрома, называемых первичными карбидами, типа M7C3, которые образуются во время эвтектического затвердевания. Две оптические микроскопии и их схематические изображения приведены на Фигурах 3A и 3B (после ковки), соответственно. В отличие от затвердевающих структур предшествующего уровня техники для высокохромистого чугуна, отлитого по размеру в форме (Фигуры 2А и 2В), карбиды 5 имеют не форму сетки, а, скорее, дискретное распределение внутри матрицы. Данные первичные карбиды, распределенные периодически или, другими словами, имеющие дискретное распределение, в отличие от сетчатого распределения, придают улучшенную абразивную износостойкость без ухудшения свойств ударной вязкости. Карбиды могут иметь определенную ориентацию, которая задается последующими стадиями деформации.[0049] At the end of the continuous casting stage according to the invention, the structure contains a fine distribution of chromium carbides, called primary carbides, of the M 7 C 3 type, which are formed during eutectic solidification. Two optical microscopes and their schematic images are shown in Figures 3A and 3B (after forging), respectively. Unlike the prior art solidification structures for high chromium iron cast to size in a mold (Figures 2A and 2B), the carbides 5 do not have a network shape, but rather a discrete distribution within the matrix. These primary carbides, when distributed periodically, or in other words having a discrete distribution, as opposed to a network distribution, impart improved abrasive wear resistance without compromising toughness properties. Carbides can have a specific orientation, which is determined by subsequent stages of deformation.
[0050] Кроме того, размер зерна затвердевания уменьшается благодаря быстрому и контролируемому затвердеванию стадии непрерывного литья согласно изобретению, а также применению магнитной мешалки (мешалок). Данная мелкозернистость также способствует, но в меньшей степени, повышению ударной вязкости.[0050] In addition, the solidification grain size is reduced due to the rapid and controlled solidification of the continuous casting step according to the invention, as well as the use of magnetic stirrer(s). This fine grain also contributes, but to a lesser extent, to increasing impact strength.
[0051] Для оценки размера зерна применяется способ интерполяции. Для известной длины количество зерен, прошедших в направлении X, подсчитывают, как описано на Фигуре 4A. Эталонную длину выбирают произвольно, например, 200 мкм. Цифры справа указывают на количество пересечений. Этот способ повторяют в другом направлении Y. В проиллюстрированном примере получают среднее значение 35 мкм по оси X и получают среднее значение 100 мкм по оси Y, т. е. общее среднее значение составляет 67 мкм.[0051] An interpolation method is used to estimate the grain size. For a known length, the number of grains passing in the X direction is counted as described in Figure 4A. The reference length is chosen arbitrarily, for example, 200 μm. The numbers on the right indicate the number of intersections. This method is repeated in the other Y direction. In the illustrated example, an average of 35 µm is obtained in the X-axis and an average of 100 µm is obtained in the Y-axis, i.e., an overall average of 67 µm.
[0052] Согласно изобретению для стержня, имеющего диаметр или толщину более 85 мм, размер зерна затвердевания составляет менее 90 мкм, предпочтительно менее 80 мкм и, в частности, предпочтительно 30-70 мкм, особенно в первых 15 миллиметрах под поверхностью, предпочтительно 20 мм или даже 25 мм под поверхностью. Для сравнения размер зерна, полученного литьем в песчаной форме, составляет 100-400 мкм, и 100-200 мкм в металлической форме.[0052] According to the invention, for a rod having a diameter or thickness greater than 85 mm, the solidification grain size is less than 90 microns, preferably less than 80 microns and in particular preferably 30-70 microns, especially in the first 15 millimeters below the surface, preferably 20 mm or even 25 mm below the surface. For comparison, the grain size obtained by sand casting is 100-400 microns, and 100-200 microns in a metal mold.
[0053] После непрерывного литья наступает стадия формования, которая может быть выполнена прокаткой и/или ковкой. Она проиллюстрирована с применением Фигур 6-8. Она может быть выполнена прокаткой в рядах рифленых роликов, постепенно формирующих шар. Чаще всего это делается с помощью пресса 16 для ковки заготовки для ковки 18, вырезанной из стержня 12, как показано на Фигурах 7 и 8. Также может быть предусмотрено сначала выполнение прокатки для уменьшения диаметра стержня, как показано на Фигуре 6, а затем формование заготовок для ковки, полученных из стержня, в форму шара в ковочном прессе. Также после ковки в прессе может быть предусмотрено выполнение стадии прокатки для улучшения сферичности шара, выходящего из-под пресса.[0053] After continuous casting comes the forming stage, which can be performed by rolling and/or forging. It is illustrated using Figures 6-8. It can be made by rolling in rows of grooved rollers, gradually forming a ball. Most commonly, this is done by using a forging press 16 to forge a forging blank 18 cut from the rod 12, as shown in Figures 7 and 8. It may also be provided to first perform rolling to reduce the diameter of the rod, as shown in Figure 6, and then form the blanks for forging obtained from a rod into a ball shape in a forging press. Also, after forging, a rolling step may be provided in the press to improve the sphericity of the ball emerging from the press.
[0054] Во время необязательной стадии прокатки на Фигуре 6 стержень 12 нагревают в печи с толкателем 14 или в ряде индукционных печей 6b в аустенитном диапазоне перед прокаткой в прокатных клетях 15, чтобы уменьшить толщину стержня и закрыть любые пористости. Затем прокатный стержень 12 снова нагревают в тех же типах печей 14, 6b в аустенитном диапазоне перед введением в ковочный пресс 16 (Фигура 7). Как правило, нагрев осуществляют при температуре 950-1250°С. Затем стержень 12 режут ножом 17 на заготовку для ковки 18, которая вводится в пресс 16, включающий в проиллюстрированном примере неподвижную часть 16а и движущуюся часть 16b. Заготовка для ковки 18 деформируется в заготовку, имеющую форму шара 19, с помощью движущейся части 16b, которая перемещается в направлении неподвижной части 16a. Затем необязательно, как упоминалось ранее, сферичность заготовки можно улучшить путем пропускания ее через два цилиндра, имеющих форму, близкую к Архимедову винту.[0054] During the optional rolling step of Figure 6, rod 12 is heated in a pusher furnace 14 or a series of induction furnaces 6b in the austenitic range before rolling in mill stands 15 to reduce the thickness of the rod and close any porosities. The rolling rod 12 is then heated again in the same types of furnaces 14, 6b in the austenitic range before being introduced into the forging press 16 (Figure 7). As a rule, heating is carried out at a temperature of 950-1250°C. The rod 12 is then cut by a knife 17 into a forging blank 18, which is inserted into a press 16, including in the illustrated example a stationary portion 16a and a moving portion 16b. The forging workpiece 18 is deformed into a ball-shaped workpiece 19 by the moving part 16b, which moves towards the stationary part 16a. Then, optionally, as mentioned earlier, the sphericity of the workpiece can be improved by passing it through two cylinders having a shape similar to an Archimedean screw.
[0055] Затем заготовку в форме шара подвергают термообработке за один или несколько циклов с получением конечного продукта. Существует первый цикл аустенизации и закалки, предназначенный для образования преимущественно мартенситной микроструктуры. Аустенизация проводится в диапазоне температур 880-1075°C в течение периода времени от 30 мин до 3 ч. Необязательно данный цикл может быть выполнен в несколько стадий, с первой стадией для поддержания температуры 620-730°С в течение периода времени от 15 мин до двух часов, с последующей второй стадией для поддержания температуры 880-1075°С в течение периода времени от 30 мин до 3 ч. Затем заготовка проходит закалку до температуры менее 220°С для образования мартенсита. Закалка может быть выполнена в масле, воде, выдувном воздухе, полимере и т. д. За указанным циклом аустенизации и закалки может последовать закалка для снятия напряжения при температуре 150-400°С в течение периода времени от 30 мин до 6 ч. Данная закалка для снятия напряжения предназначена для небольшого снижения внутренних напряжений, вызванных превращением аустенита в мартенсит.[0055] The ball-shaped preform is then heat treated in one or more cycles to obtain the final product. There is a first austenitization and hardening cycle designed to produce a predominantly martensitic microstructure. Austenization is carried out in the temperature range of 880-1075°C for a period of time from 30 minutes to 3 hours. Optionally, this cycle can be carried out in several stages, with the first stage to maintain a temperature of 620-730°C for a period of time from 15 minutes to two hours, followed by a second stage to maintain the temperature at 880-1075°C for a period of time from 30 minutes to 3 hours. The workpiece is then quenched to a temperature of less than 220°C to form martensite. Quenching can be done in oil, water, blown air, polymer, etc. The specified austenitizing and quenching cycle can be followed by stress-relieving quenching at a temperature of 150-400°C for a period of 30 minutes to 6 hours. This quenching Stress Reliever is designed to slightly reduce internal stresses caused by the transformation of austenite to martensite.
[0056] Описанный выше способ может быть выполнен непрерывно, чтобы избежать или по меньшей мере ограничить фазы нагревания между литьем и формованием, например, или между формованием и термообработкой.[0056] The method described above can be performed continuously to avoid or at least limit heating phases between casting and molding, for example, or between molding and heat treatment.
[0057] В конце способа изготовления получают микроструктуру с матрицей, включающей процент мартенсита более 50 %, предпочтительно 60-80 %, процент остаточного аустенита 7-25 % и предпочтительно 10-20 % и процент фракции перлита и бейнита 2-10 %. Помимо вышеупомянутых структур, микроструктура включает первичные карбиды, распределенные в матрице, и необязательно несколько вторичных карбидов типа M23C6, образованных во время циклов термообработки. Таким образом, микроструктура включает вышеупомянутые структуры с остатком до 100 %, состоящим из карбидов хрома с процентом, который может достигать 22 %. Остаточную фракцию аустенита измеряют путем RX дифракции в соответствии со стандартом ASTM E975-13, а фракции других фаз измеряют путем анализа изображений. Конечными свойствами являются твердость от 54 до 65 Rc и более часто близкая к 60 Rc, при этом твердость по Роквеллу C измеряется в соответствии со стандартом ISO6508-1:2016.[0057] At the end of the manufacturing process, a microstructure is obtained with a matrix comprising a percentage of martensite greater than 50%, preferably 60-80%, a percentage of retained austenite of 7-25% and preferably 10-20%, and a percentage of pearlite and bainite fraction of 2-10%. In addition to the above structures, the microstructure includes primary carbides distributed in the matrix, and optionally some secondary carbides of the M 23 C 6 type formed during heat treatment cycles. Thus, the microstructure includes the above-mentioned structures with a balance of up to 100% consisting of chromium carbides with a percentage that can reach 22%. The residual austenite fraction is measured by RX diffraction according to ASTM E975-13, and the other phase fractions are measured by image analysis. The final properties are hardness of 54 to 65 Rc and more often close to 60 Rc, with Rockwell C hardness measured according to ISO6508-1:2016.
[0058] Таким образом, мелющие шары в соответствии с изобретением обладают превосходной износостойкостью, которая обеспечивается известным образом высокой твердостью сплава, полученной благодаря наличию мартенсита и карбидов хрома. Однако удивительно, что эта превосходная износостойкость сочетается с очень хорошими свойствами ударной вязкости из-за тонкого распределения первичного карбида, а также уменьшенного размера зерен затвердевания.[0058] Thus, the grinding balls according to the invention have excellent wear resistance, which is ensured in a known manner by the high hardness of the alloy obtained due to the presence of martensite and chromium carbides. However, surprisingly, this excellent wear resistance is combined with very good toughness properties due to the fine distribution of the primary carbide as well as the reduced solidification grain size.
[0059] Свойства ударной вязкости тестировали и сравнивали со свойствами мелющих шаров, изготовленных из высокохромистого чугуна, сформованного литьем в соответствии с предшествующим уровнем техники. Тестирование основано на технической статье Горного бюро США (R. Blickensderfer and J. H. Tylczak, Minerals & Metallurgical processing, May 1989, pp. 60-66). Данное тестирование заключается в том, чтобы позволить 46 шарам обоих типов с диаметром 125 мм упасть с высоты 10 м. Тестирование выполняется за цикл, при этом каждый из шаров последовательно сбрасывается, а затем повторно интегрируется в цикл для повторного сбрасывания. Шары регулярно взвешиваются. Если потеря веса превышает 50 %, тестирование прекращается. Для углеродистой стали, сформованной ковкой, базовая спецификация составляет не менее 60 000 ударов. Для мелющих шаров, изготовленных из высокохромистого чугуна, сформованного литьем, тестирование было остановлено после 47 000 ударов, что является средним результатом. Для мелющих шаров того же состава, сформованных ковкой согласно изобретению, предел в 200 000 ударов был превышен без достижения критерия потери веса в 50 %.[0059] The toughness properties were tested and compared with the properties of grinding balls made from high chromium cast iron cast in accordance with the prior art. Testing is based on a technical paper from the US Bureau of Mines (R. Blickensderfer and J. H. Tylczak, Minerals & Metallurgical processing, May 1989, pp. 60-66). This test consists of allowing 46 balls of both types with a diameter of 125 mm to fall from a height of 10 m. The test is carried out in a cycle, with each of the balls being dropped in sequence and then reintegrated into the cycle to be dropped again. The balls are weighed regularly. If weight loss exceeds 50%, testing is stopped. For carbon steel formed by forging, the basic specification is at least 60,000 blows. For grinding balls made from high chromium cast iron, testing was stopped after 47,000 impacts, which is an average result. For grinding balls of the same composition, forged according to the invention, the 200,000 blow limit was exceeded without reaching the 50% weight loss criterion.
[0060] Таким образом, мелющие шары согласно изобретению обладают превосходной износостойкостью со свойствами ударной вязкости, по меньшей мере равными свойствам обычных кованых углеродистых сталей.[0060] Thus, the grinding balls of the invention have excellent wear resistance with toughness properties at least equal to those of conventional forged carbon steels.
Claims (39)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BEBE2020/5031 | 2020-01-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819724C1 true RU2819724C1 (en) | 2024-05-23 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3961994A (en) * | 1973-05-04 | 1976-06-08 | Acieries Thome Cromback | Manufacture of grinding members of ferrous alloys |
| US4221612A (en) * | 1977-10-14 | 1980-09-09 | Acieries Thome Cromback | Grinding members |
| RU2450079C1 (en) * | 2011-03-11 | 2012-05-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-Производственная Компания Технология машиностроения и Объемно-поверхностная закалка" (ЗАО "НПК Техмаш и ОПЗ") | Structural steel for volume-surface hardening |
| RU2450060C1 (en) * | 2010-12-31 | 2012-05-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-Производственная Компания Технология машиностроения и Объемно-поверхностная закалка" (ЗАО "НПК Техмаш и ОПЗ") | Method of thermal treatment of parts from structural steel of lower and regulated hardenability |
| CN103710646A (en) * | 2013-12-18 | 2014-04-09 | 宁国市中意耐磨材料有限公司 | Ultrahard low-chromium-content grinding body and manufacturing method thereof |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3961994A (en) * | 1973-05-04 | 1976-06-08 | Acieries Thome Cromback | Manufacture of grinding members of ferrous alloys |
| US4221612A (en) * | 1977-10-14 | 1980-09-09 | Acieries Thome Cromback | Grinding members |
| RU2450060C1 (en) * | 2010-12-31 | 2012-05-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-Производственная Компания Технология машиностроения и Объемно-поверхностная закалка" (ЗАО "НПК Техмаш и ОПЗ") | Method of thermal treatment of parts from structural steel of lower and regulated hardenability |
| RU2450079C1 (en) * | 2011-03-11 | 2012-05-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-Производственная Компания Технология машиностроения и Объемно-поверхностная закалка" (ЗАО "НПК Техмаш и ОПЗ") | Structural steel for volume-surface hardening |
| CN103710646A (en) * | 2013-12-18 | 2014-04-09 | 宁国市中意耐磨材料有限公司 | Ultrahard low-chromium-content grinding body and manufacturing method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ELSawy et al. | Effect of manganese, silicon and chromium additions on microstructure and wear characteristics of grey cast iron for sugar industries applications | |
| FI118738B (en) | Globe Granite Cast Iron and Method of Manufacturing Globe Granite Cast Iron for Machine Construction Parts that Require Strength and Toughness | |
| Opapaiboon et al. | Effect of chromium content on heat treatment behavior of multi-alloyed white cast iron for abrasive wear resistance | |
| JP4648094B2 (en) | High Cr cast iron with excellent fatigue crack resistance and method for producing the same | |
| JP3545963B2 (en) | High toughness super wear resistant cast steel and method for producing the same | |
| CN114929906B (en) | Forging grinding ball for semi-automatic grinding machine | |
| Studnicki et al. | Wear resistance of chromium cast iron–research and application | |
| Cao et al. | Characteristics of high speed steel/ductile cast iron composite roll manufactured by electroslag remelting cladding | |
| Agunsoye et al. | Wear characteristics of heat-treated Hadfield austenitic manganese steel for engineering application | |
| Balogun et al. | Effect of melting temperature on the wear characteristics of austenitic manganese steel | |
| RU2819724C1 (en) | Forged grinding balls for semi-automatic grinding mill | |
| Álvarez et al. | Analysis of the influence of chemical composition on the mechanical and metallurgical properties of engine cylinder blocks in grey cast iron | |
| NO163289B (en) | PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF A COLD-STRENGTHING AUSTENITIC MANGANIC STEEL. | |
| CN103014478A (en) | Short-process semi-solid cast wear-resistant ball and manufacturing method thereof | |
| Opapaiboon et al. | Effect of chromium content on the three-body-type abrasive wear behavior of multi-alloyed white cast iron | |
| PL181691B1 (en) | High-carbon steel, method of obtaining same and apllication thereof in components underground abrasion | |
| Głownia et al. | Tools cast from the steel of composite structure | |
| Agunsoye et al. | Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of NF6357A cast alloy for wear resistance application | |
| Parusov et al. | Ensuring high quality indices for the wire rod used to make metal cord | |
| Petersen et al. | The effect of particles in different sizes on the mechanical properties of spray formed steel composites | |
| Luan et al. | Influence of Nb and V addition on abrasive and impact wear properties of 16% Cr–3% Mo white cast iron | |
| Liu et al. | Tailoring Microstructure and Wear Resistance of Cr-Mo Alloy Steel: The Synergistic Effects of Squeeze Casting and Melt Degassing Treatment | |
| Sumardi et al. | The alloy steel from manganese-chrome-copper as an alternative material to make hammer mill hammers | |
| Ergashev | INVESTIGATION OF THE EFFECT OF MELTING TEMPERATURE ON THE WEAR-RESISTANCE PROPERTIES OF AUSTENITE STRUCTURED MANGANESE STEEL | |
| Agunsoye et al. | Wear of Hadfield austenitic manganese steel casting |