Материал: Шаропрокатный стан MS – 64 для производства мелющих шаров

В результате такой обработки длинная цилиндрическая исходная заготовка, двигаясь непрерывно, деформируется таким образом, что получается ряд шаровых профилей, соединенных между собой перемычками. В последнем витке калибров реборды имеют острые кромки, чтобы изделие отделилось от заготовки.

Рисунок 1 - Винтовая прокатка шаров

При прокатке шаров в начальный момент внедрения реборды валка в заготовку обжимаемый металл вытесняется только в радиальном направлении. При этом на участках боковой поверхности, прилегающих к торцам заготовки, появляются наплывы металла. По мере уменьшения диаметра обжимаемой перемычки наступает осевое точение металла. При этом заготовка может отходить от реборды валков. Для предотвращения этого нежелательного явления изменение ширины реборды валка должно соответствовать вытяжке перемычки деформируемой заготовки. В случае отставания металла от реборды калибра профиль заготовки оказывается недодеформированным, или на ее поверхности могут возникнуть закаты. Таким образом, требование прилегания в процессе прокатки деформируемой заготовки к реборде калибра является первым важным условием, обеспечивающим нормальный процесс формообразования заготовки. Вторым таким условием является обеспечение постоянства объема металла в калибре. При нехватке металла в калибре возможно появление утяжин и незаполнение профиля калибра, куда затем устремляется металл, вытесняемый из обжимаемой перемычки что, приводит к образованию заката на поверхности изделия. Если объем металла, захваченный в начале калибра, будет больше объема, который может расположиться последующих участках калибра, то избыток металла может привести к нарушению формы изделия, появлению плен на его поверхности и вскрытию полости внутри, заготовки.

Исходной заготовкой для прокатки мелющих шаров служат прутки длиной 2 - 6 метров, диаметром на 1 - 5 мм меньше диаметра прокатываемых шаров. Прутки изготавливают из углеродистых, мало- и среднелегированных сталей и рельсовых сталей.

Нагрев прутков перед прокаткой осуществляется до 1000° - 1200°С в проходных секционных печах или печах с шагающим подом. Транспортировка металла в печи производится роликами, расположенными между секциями печи. Ролики установлены под углом, что обеспечивает вращение прутков и предотвращает их коробление при нагреве.

Требования к точности температуры нагрева металла при прокатке мелющих шаров менее жесткие, чем при производстве заготовок шаров подшипников. Поэтому прокатку ведут при более высоких температурах, что уменьшает нагрузку на валки и повышает срок их службы. Процесс прокатки мелющих шаров несколько отличается от прокатки заготовок шаров подшипников. Так как к мелющим шарам предъявляются менее жесткие требования по качеству поверхности, то перемычки, соединяющие отформованные шары полностью отделяются непосредственно в валках стана. Это достигается небольшим смещением калибра одного валка относительно другого в осевом направлении. При такой установке валков отформованный шар начинает вращаться в калибре не только вокруг оси прокатки, но и в перпендикулярном направлении. При этом перемычка срезается ребордой валков и вдавливается в тело шара. Отдельный шар продолжает обкатываться на отделочном участке калибра, остатки перемычек заглаживаются, из валков выходит полностью оформленный шар, имеющий гладкую поверхность.

Передний конец нагретой заготовки толкателем подается в непрерывно вращающиеся валки. Высота винтовой реборды валков от начала калибра плавно увеличивается, вследствие чего заготовка, захваченная валками, продвигаясь по оси калибра, постепенно обжимается, приобретая форму шара, соединенного перемычкой с остальной заготовкой. Затем шар отделяется и обкатывается в калибре. При этом поверхность шара проглаживается, а остаток перемычек закатывается и из валков выбрасывается полностью сформованный шар.

Химический состав исходного металла для производства мелющих шаров выбирают таким образом, чтобы шары охлаждались в воде непосредственно при выходе из валков, закаливались. Необходимость закалки мелющих шаров обусловлена требованием минимального их износа в мельницах при размоле руды, угля цемента.

Отличительной особенностью конструкции валков для прокатки мелющих шаров является применение многозаходных винтовых калибров, что резко увеличивает производительность станов. Мелющие шары диаметром 40, 50, 60, 80 мм прокатывают соответственно на валках с 4-х, 3-х, 2-х и однозаходными калибрами. При однозаходной калибровке за каждый оборот валков прокатывается один шар. При многозаходной калибровке количество прокатываемых шаров за один оборот валков соответствует числу заходов. Конструкция формующего участка калибра валков для прокатки мелющих шаров и заготовок шаров подшипников одинакова. Для обеспечения надежного отделения шаров и закатки полюсных выступов отделочный участок валков для прокатки мелющих шаров удлинен, а с целью увеличения прочности и стойкости рабочих проводок реборда на отделочном участке у одного из валков уменьшена по высоте. Таким образом, окончательное обжатие и отделение перемычки осуществляется только одним валком. Благодаря этому отрезная реборда валка не имеет канавок и более прочная, чем на валках для прокатки заготовок шаров подшипников. Валки этих станов изготавливают из стали марки 35ХГСА, закаливают и поверхность реборд упрочняют электроискровой обработкой, закаливаются до твердости HRC 45 - 50. Валки шаропрокатных станов имеют высокую стойкость, которая при многозаходных винтовых калибрах достигает 1500 - 2000 т шаров.

Для отделения концевых отходов (незаполненных шаров), получающихся от переднего и заднего концов каждого прутка, шары после их извлечения из бассейна с водой скатываются по решетке, расстояние между прутками которой несколько меньше диаметра прокатываемого шара. При этом неоформленные концевые шары проваливаются между прутьями решетки, а годные шары скатываются по решетке. Таким образом, автоматически осуществляется отбраковка концевых отходов при производстве мелющих шаров.

Шары при выходе из валков скатываются по желобу в бассейн с водой, где они интенсивно охлаждаются и закаливаются. Для снятия внутренних напряжений, возникающих при закалке, шары подвергают отпуску. При этом охлажденные шары извлекают из бассейна с температурой 200 - 300°С и элеватором направляют в бункеры большой емкости, где они постепенно охлаждаются, при этом производится самоотпуск закаленных шаров. Из бункеров шары с помощью магнитного крана грузят в железнодорожные вагоны.

Таким образом, весь технологический процесс производства мелющих шаров: поступление исходного металла, его нагрев, прокатка, термическая обработка, складирование и погрузка.

1.3 Станы для прокатки шаров итальянской фирмы «Danieli»

В конца 1950 г, итальянские специалисты посетили СССР, где знакомились с работой отечественных шаропрокатных станов, изучали техническую документацию по технологии и конструкции станов для прокатки шаров. В 1957 году под № 576698 и в 1965 г под №769648 итальянская фирма «Danieli» запатентовала в своей стране изобретения, относящиеся к конструкции шаропрокатных станов.

Изобретение, защищено патентом № 769648, было также запатентовано в I965 году в ФРГ под № 1997702 (другие аналоги не обнаружены).

Во второй половине 60-x годов фирма «Danieli» освоила выпуск шаропрокатных станов для производства мелющих шаров диаметром 20-120 мм.

На станах фирмы возможна прокатив шаров из мягких сталей с закалкой в масле, а также из сталей с максимальным процентом хрома и марганца.

Фирма изготавливает станы 4-х моделей: MS-62, MS-63, MS-64, MS-65.

Технологические характеристики этих станов приведены в таблице 1, производительность станов в зависимости от диаметров используемых валков указана в таблице 2.

Советские специалисты считают, что в основу конструкции станов фирмы «Danieli», исходя из данных каталога фирмы положена конструкция первых советских шаропрокатных станов упрощенного типа. Станина рабочей клети выполнена сварной. Фирма в клетях шаропрокатных станов применила прокатные валки значительно больших диаметров, чем те, которые применялись в СССР. Так например, для прокатки шаров диаметром 25 - 45 мм в клети шаропрокатного стана производства СССР применяются валки диаметром 220 - 300мм, на станах фирмы «Danieli» при прокатке таких же шаров валки имеют диаметр 400 - 550 мм. Такое увеличение диаметра валков, по мнению специалистов, не оправдано, так как это значительно увеличивает стоимость инструмента. Следовательно, фирма выпускает сравнительно дешевые, но менее надежные и немеханизированные станы, и применяет в них в несколько раз более дорогие сменные прокатные валки, что в конечном счете не снижает затраты на прокатку шаров.

Таблица 1 - Технические характеристики станов фирмы «Danieli»

Таблица 2 - Производительность станов фирмы «Danieli» в зависимости от диаметров используемых валков

В данном дипломном проекте речь идет о стане для прокатки шаров данной фирмы («Danieli»), а точнее о стане типа MS-64, действующем на базе ПФ ТОО «Кастинг». Описание его технологической линии будет раскрыто далее в проекте. Этот стан для прокатки шаров считается одним из самых удобных в эксплуатации, простым по конструкции и относительно небольших габаритных размеров.

1.4 Требования к выпускаемым мелющим шарам на базе ПФ ТОО «Кастинг»

На ПФ ТОО «Кастинг» выпускают мелющие шары для мельниц диаметром 40, 60, 80, 100 мм по ГОСТ 7524-89, также возможен выпуск шаров диаметром 50, 70, 90 мм. Шары прокатывают в шаропрокатной клети MS-64 из нагретого круглого прутка диаметром 40 - 100 мм. Для получения качественного шара пруток должен соответствовать некоторым требованиям. Овальность круглого проката измеряют на расстоянии не менее 150 мм от конца мотка и не менее 1,5 м от конца мотка при его массе до 250 кг и на расстоянии не менее 3 м при массе мотка свыше 250 кг.

Выпускаемые мелющие шары по твердости подразделяют на следующие группы:

- шары номинальной твердости;

- шары повышенной твердости;

- шары высокой твердости;

- шары особо высокой твердости.

Предельные отклонения по номинальному диаметру, по номинальной массе для каждого диаметра шара представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристики мелющих шаров

Для изготовления шаров применяются специальные стали, марки химический состав которых приведен в таблице 4. Для шаров 1-ой группы применяется сталь марки Ш1, для шаров 2-ой группы - сталь марки Ш2, для шаров 3-ей и 4-ой группы - сталь марки Ш3

Таблица 4 - Химический состав сталей марок Ш1, Ш2, Ш3

В шарах допускаются отклонения по химическому составу от норм, приведенных в таблице 4:

углерода - ±0,03;

кремния - ±0,05;

марганца - ±0,1;

серы - ±0,005;

фосфора - ±0,050.

Также к мелющим шарам предъявляются требования по твердости представленные в таблице 5.

Для шаров 4-ой группы твердости на глубине ½ радиуса шара должна быть 45 (415), не менее.

Таблица 5 - Твердость мелющих шаров