CC BY
174
УДК 622.733:621.926.34 © М.Г. Рахутин, П.Ф. Бойко, 2017
Пути совершенствования методов оценки основных характеристик мелющих шаров
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-12-49-52
В статье рассмотрены потребительские свойства стальных мелющих шаров, регламентируемые стандартом: твердость, отклонения размера, массовая доля углерода и углеродного эквивалента. Показано, что нельзя рассчитать их теоретический расход для конкретных условий, предложено с использованием аппарата теории надежности рассматривать мелющие шары как технический объект, имеющий ресурс, скорость изменения параметра, предельное состояние и вероятность наступления внезапного и постепенного отказов. Предлагается проводить испытания на ударостойкость, износостойкость, разрушающую нагрузку и твердость поверхности на глубине 0,75, 0,5 и 0,25 его радиуса, формализовать и регламентировать процесс испытаний по количеству шаров, участвующих в испытаниях, количеству и энергии удара по каждому испытуемому шару, условиям испытаний на износ и твердость, возможно, с изданием соответствующего стандарта.
Ключевые слова: мелющие шары, шаровая мельница, показатели надежности, ресурс, формализация испытаний, твердость, износостойкость, ударостойкость, прогноз расхода.
ВВЕДЕНИЕ
Для измельчения материалов в энергетике, горнодобывающей и цементной промышленности используются шаровые мельницы с мелющими шарами (МШ) диаметром от 30 до 120 мм. В большинстве случаев расход МШ составляет 0,5-2,5 кг на 1 т измельчаемого материала. Объем мирового рынка мелющих тел, включая цильбепсы, в 2013 г. составлял более 3 млн т в год, из них 475 тыс. т приходилось на страны СНГ [1].
Исходя из характеристик, регламентируемых руководящими документами [2], невозможно прогнозировать и сравнивать предположительный расход МШ, изготовленных различными производителями.
Существующая прогрессивная тенденция приближения производства МШ к местам их потребления: Северсталь в 2015 и 2016 гг. [3] и УГМК в 2016 г. [4], опыт использования МШ в энергетике, на ГОКах и в цементной промышленности Центрального и других регионов показали потребность в объективной оценке их качества.
Целями работы являются рассмотрение инструментов оценки основных характеристик МШ и разработка предложений по формализации их определения. Более точное знание основных характеристик будет полезно при разработке процесса производства МШ, непосредственно при производстве и закупке их потребителем
РАСХОД И РЕГЛАМЕНТИРОВАННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
МЕЛЮЩИХ ШАРОВ
МШ изготавливаются штамповкой, ковкой и винтовой нарезкой (ВР) из стали, а также литьем из чугуна.
Анализ проведенных ранее исследований позволяет прийти к выводу, что рассчитать теоретический расход МШ для конкретных условий невозможно из-за большого числа влияющих на него факторов. Основные из них: диаметр, частота вращения, загрузка мельницы, режим измельчения: скользящий, водопад, смешанный [5, 6].
РАХУТИН Максим Григорьевич
Доктор техн. наук, профессор НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, e-mail: [email protected]
БОЙКО Порфирий Федорович
Канд. техн. наук, доцент Старооскольского технологического института им. А.А. Угарова (филиал) НИТУ «МИСиС», 309516, г. Старый Оскол, Россия, e-mail: [email protected]
Также на расход МШ влияют прочность частиц дробимой горной массы и их диаметр до и после измельчения, диаметр зерна и твердость МШ, твердость футеровки, накопленные внутренние напряжения измельчаемых частиц в предыдущих процессах дробления [7, 8, 9, 10, 11, 12].
При этом широко варьируются условия использования МШ одного диаметра. Это технические данные шаровых мельниц, их футеровок, размер частиц готового продукта в диапазоне от 0,04 до 5 мм и прочность дробимого материала (по шкале проф. М.М. Протодьяконова от / = 2 для углей до / = 18 для руд цветных металлов). И даже в одинаковых условиях расход МШ будет различаться в зависимости от параметров дробимой горной массы и объема загрузки шаровой мельницы [13, 14].
Потребительские свойства стальных МШ регламентируются стандартом [2]. Это их твердость, находящаяся в диапазоне 35-61 НГС, предельные отклонения размера от 1 до 5 мм в зависимости от номинального диаметра МШ, массовая доля углерода (не менее 0,4-0,6%) и углеродного эквивалента, учитывающего содержание углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия (не менее 0,5-0,8%) в зависимости от пяти групп твердости.
В отличие от действующего ранее стандарта добавлена пятая группа с одинаковой твердостью по всему объему МШ а также максимальная твердость увеличена до 61 НГС (в ГОСТ 7524 -89 г. максимальная твердость была до 55 НГС). Также в стандарте представлен порядок отбора МШ, для первичных и, в оговоренных случаях, повторных испытаний.
В стандарте требования к ударостойкости не регламентируются, но при этом указано, что могут производиться удароиспытания по методике изготовителей.
На основе данных, регламентированных стандартом, потребитель не может прийти к выводу о том, МШ каких производителей прослужат дольше, а производитель при планировании изменений процесса производства МШ не может ответить на вопрос о конкретной величине увеличения их стойкости.
В ряде публикаций предлагалось проводить испытания на износостойкость [15] и ударостойкость: упоминаются испытания производителем на копре, на специально разработанном оборудовании [16, 17]. Приводится характеристика МШ - количество падений (не менее) без раскола с высоты 6 м, но без указания условий испытания, в частности параметров поверхности, на которую падают шары. Но в целом ситуация сводится к п. 9.5 из стандарта: «... могут производиться удароиспытания по методике изготовителей» и отсутствию стандартных методик измерения износостойкости и ударостойкости.
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ МЕЛЮЩЕГО ШАРА
КАК ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
Предлагается с использованием аппарата теории надежности рассматривать МШ как технический объект, который при его эксплуатации имеет ресурс, скорость изменения определяющего параметра, предельное состояние и вероятность наступления внезапного и постепен-
ного отказов, установить основные показатели и предложить методики для их определения.
Рассмотрим показатели надежности МШ в соответствии с [18]. В соответствии с этим стандартом под ресурсом следует понимать суммарную наработку МШ от начала его эксплуатации до момента достижения предельного состояния. Предельным называется состояние объекта, в котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.
Для МШ предельное состояние достигается при его внезапном отказе (расколе) и постепенном отказе (появление выбоин и сколов), но в большинстве случаев это достижение размеров, при котором функция измельчения не выполняется.
При уменьшении диаметра МШ до определенных размеров в заданных условиях вследствие уменьшения энергии удара он уже не разбивает, а «шлифует» кусочки горной массы, вследствие чего снижается эффективность процесса измельчения.
При этом возникает необходимость ответа на вопросы: уменьшение диаметра МШ до какой абсолютной (мм) и относительной (от начального диаметра) величины не влияет на процесс измельчения, в каком диапазоне вышеперечисленных величин измельчение происходит менее эффективно и после каких размеров МШ в процессе измельчения не участвует и сам становится его объектом.
Поэтому отдельной важной задачей являются расчеты предельного состояния МШ и прогноз наработки до его достижения в заданных условиях, а также зависимости эффективности процесса измельчения от диаметра МШ.
НЕОБХОДИМОСТЬ ФОРМАЛИЗАЦИИ
И РЕГЛАМЕНТАЦИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
МЕЛЮЩИХ ШАРОВ
На наш взгляд, процесс испытаний МШ необходимо формализовать и регламентировать, возможно, с изданием соответствующего стандарта.
Предлагается измерять ударостойкость, а на поверхности МШ и глубине на 0,75, 0,5 и 0,25 радиуса - твердость и износостойкость. При этом измерять износостойкость до и после испытаний на ударостойкость.
По мнению авторов для МШ целесообразно использовать следующие характеристики:
- твердость на поверхности МШ и глубине на 0,75, 0,5 и 0,25 радиуса;
- износостойкость на поверхности МШ и глубине на 0,75, 0,5 и 0,25 радиуса;
- износостойкость на поверхности МШ и глубине на 0,75, 0,5 и 0,25 радиуса после проведения испытаний на ударопрочность;
- количество и энергию ударов МШ по поверхности с не меньшей твердостью или по МШ другим телом, в том числе аналогичным МШ;
- разрушающую нагрузку, аналогично испытаниям шариков для подшипников.
На измерении твердости не будем останавливаться, так как оно подробно описано, например, в [19].
При измерении износостойкости требуется оговорить стандартные условия испытания, задать его продолжительность, параметры абразивного круга, скорости вращения, усилия прижатия образца, способ измерения износа, например, аналогично измерению абразивности породы с использованием сверлильного станка.
Другими словами, предлагается стандартизировать процедуру измерения износостойкости.
Для определения ударостойкости возможно использовать несколько вариантов:
• вариант 1: падение испытываемого МШ на плосую поверхность, например плиту из стали 110Г13Л, или МШ из той же партии. Высота падения, предлагается 5 или 6 м, но, естественно, возможно использовать любую другую;
• вариант 2: падение на испытываемый МШ аналогичного МШ или специального предмета с оговариваемой высоты или с оговариваемым увеличением массы, то есть для достижения опять-таки регламентируемой энергии удара.
Стандартизируются следующие характеристики: энергия удара; количество МШ в испытываемой группе, например 5 или 10 МШ; количество как испытаний, так и допускаемый процент не прошедших испытание МШ. В определенных случаях может быть информативным показатель «количество выдержанных ударов до раскола МШ».
На наш взгляд, приближенным к условиям эксплуатации МШ будет являться испытание на износостойкость после испытаний на ударостойкость.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Зная предлагаемые вышеперечисленные показатели МШ, можно более точно прогнозировать их ресурс (расход) и более обоснованно принимать решение об их приобретении. Также данные показатели можно использовать при разработке и совершенствовании процесса изготовления МШ.
Выводы:
• предложено рассматривать МШ как технический объект, имеющий при его использовании ресурс, скорость изменения параметра, предельное состояние и вероятность наступления внезапного и постепенного отказов;
• целесообразно проводить испытания на ударостойкость, износостойкость, разрушающую нагрузку и твердость поверхности МШ на глубине 0,75, 0,5 и 0,25 его радиуса;
• необходимо стандартизировать испытания по количеству шаров, участвующих в испытаниях, количеству и энергии удара по каждому испытуемому шару, условиям испытаний на износ и твердость.
Список литературы
1. Артес А.Э., Третьюхин В.В. Проблема совершенствования производства мелющих шаров // Компетентность. 2014. № 3. С. 50-54.
2. Шары мелющие стальные для шаровых мельниц. Технические условия. ГОСТ 7524-2015.
3. Северсталь открыла новое производство мелющих шаров. URL: http://www.met-trans.ru/news/Novoe-proizvodstvo-melyuschih-sharov (дата обращения: 15.11.2017).
4. Шары к июню. URL: http://sl.ugmk.com/ru/news/index. php?id 15=19867 (дата обращения: 15.11.2017).
5. Дэвис Э.В. Тонкое измельчение в шаровых мельницах / Сборник института «Механобр»: Теория и практика дробления и тонкого измельчения. М.: Гостехиздат, 1932. С.194-234.
6. Gupta A., Yan D. Mineral Processing Design and Operations: An Introduction. Elsevier Science. 2016. 839 р.
7. Burmeister C.F., Kwade A. Process engineering with planetary ball mills // Chemical Society Reviews, 2013.
8. Shi F., Xie W. A specific energy-based size reduction model for batch grinding ball mill // Minerals Engineering, January 2015. Vol. 70. Pp. 130-140. doi: 10.1016/j. mineng.2014.09.006
9. Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage parameters // Inzynieria Mineralna. 2015. Vol. 16. Issue 1. Pp. 197-203.
10. Li T., Peng Y., Zhu Z., Zou S., Liu S., Yin Z., Ni X., Chang X. Multi-layer kinematics and collision energy in a large-scale grinding mill-the largest semi-autogenous grinding mill in China // Advances in Mechanical Engineering. 2016. Vol. 8. Issue 12. Pp. 1-10. doi: 10.1177/1687814016681371
11. Shi F., Xie W. A specific energy-based ball mill model: From batch grinding to continuous operation // Minerals Engineering, 2016. Vol. 86. pp. 66-74. doi: 10.1016/j. mineng.2015.12.004
12. Aldrich C. Consumption of steel grinding media in mills // Minerals Engineering. 2013. Vol. 49. Pp. 77-91.
13. Промышленные испытания мелющих шаров повышенной твердости при измельчении железистых кварцитов / А.И. Серов, Е.Н. Смирнов, В.А. Скляр, В.А. Белеви-тин // Обогащение руд. 2017. № 3. С. 15-20. doi: 10.17580/ or.2017.03.03
14. Сталинский Д.В., Рудюк А.С., Соленый В.К. Выбор материала и технологии термической обработки мелющих шаров, работающих преимущественно в условиях абразивного износа // Сталь. 2017. № 6. С. 64-69.
15. Шинкоренко С.Ф. Испытания шаров для шаровых мельниц на износостойкость // Горная Промышленность. 2006. № 5. С. 23-27.
16. Устройство для испытания шаров на ударостойкость. Web-Site: «Поставщики машин и оборудования». www.oborudunion.ru [Электронный ресурс]. uRL: http://m.oborudunion.ru/ustroystvo-dlya-ispytaniya-sharov-na-udarostoykost-999843856 (дата обращения: 15.11.2017).
17. Мелющие шары. Web-Site: http://hzgrindingball.ru/ [Электронный ресурс]. uRL: http://hzgrindingball.ru/1-grinding-balls/187816 (дата обращения: 15.11.2017).
18. ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике. Термины и определения.
19. ГОСТ 9013—59 (ИСО 6508—86) Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.
COAL PREPARATION
UDC 622.733:621.926.34 © M.G. Rakhutin, P.F. Boyko, 2017
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 12, pp. 49-52 Title
WAYS TO IMPROVE ASSESSMENT METHODS OF THE MAIN CHARACTERISTICS OF GRINDING BALLS
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-12-49-52
Authors
Rakhutin M.G.1, Boyko P.F.2
1 National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation
2 A.A. Ugarov Stary Oskol institute of technology (branch NUST "MISIS"), Stary Oskol, 309516, Russian Federation
Authors' Information
Rakhutin M.G., Doctor of Engineering Sciences, Professor, e-mail: [email protected]
Boyko P.F., PhD (Engineering), Associate Professor, e-mail: [email protected] Abstract
The paper covers consumer properties of steel grinding balls regulated by following standards: hardness, deflection, size, mass fraction of carbon and carbon equivalent. It is shown that it is impossible to calculate their theoretical consumption for a specific condition, it is proposed to use the theory of reliability to consider grinding balls as a technical object that has the resource, the rate of change of the parameters, condition limits and the likelihood of sudden and gradual failures. It is proposed to conduct the tests for impact resistance, wear resistance, breaking load and hardness of the surface at the depth of 0.75, 0.5 and 0.25 of its radius, to formalize and regulate the process of testing for the number of balls participating in the trials, the number and impact energy for each subject is the ball, of test conditions on the wear and hardness, perhaps, with the introduction of the standard.
Keywords
Grinding balls, Ball mill, Reliability, Resource, Formalization of tests, Hardness, Wear resistance, Impact resistance, Expense forecast.
References
1. Artes A.E. & Tretykhin V.V. Problema sovershenstvovaniya proizvodstva mely-ushchih sharov [Grinding balls production improvement issue]. Kompetentnost' -Competency, 2014, no. 3, pp. 50-54.
2. Shary melyushchie stal'nye dlya sharovyh mel'nits. Tekhnicheskie usloviya. GOST 7524-2015 [Steel grinding balls for grinding mills. Specifications. GOST 7524-2015]
3. Severstal' otkryla novoe proizvodstvo melyushchih sharov [Severstal started new grinding balls production]. Available at: http://www.met-trans.ru/news/ Novoe-proizvodstvo-melyuschih-sharov (accessed 15.11.2017).
4. Sharykiyunyu [Balls by June]. Available at: http://sl.ugmk.com/ru/news/index. php?id15=19867 (accessed 15.11.2017).
5. Davis E.V. Tonkoeizmel'chenie vsharovyh mel'nitsah [Fine grinding in ball grinding mills]. Collected works of the institute"Mekhanobr": Crushing and fine grinding theory and practice. Moscow, Gostekhizdat Publ., 1932, pp.194-234.
6. Gupta A. & Yan D. Mineral Processing Design and Operations: An Introduction. Elsevier Science, 2016, 839 p.
7. Burmeister C.F. & Kwade A. Process engineering with planetary ball mills. Chemical Society Reviews, 2013.
8. Shi F. & Xie W. A specific energy-based size reduction model for batch grinding ball mill. Minerals Engineering, January 2015, Vol. 70, pp. 130-140. doi: 10.1016/j. mineng.2014.09.006
9. Umucu, Y. & Deniz, V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage parameters. Inzynieria Mineralna, 2015, Vol. 16, Issue 1, pp. 197-203.
10. Li T., Peng Y., Zhu Z., Zou S., Liu S., Yin Z., Ni X. & Chang X. Multi-layer kinematics and collision energy in a large-scale grinding mill-the largest semi-autogenous grinding mill in China. Advances in Mechanical Engineering, 2016, Vol. 8, Issue 12, pp. 1-10. doi: 10.1177/1687814016681371
11. Shi F. & Xie W. A specific energy-based ball mill model: From batch grinding to continuous operation. Minerals Engineering, 2016, Vol. 86, pp. 66-74. doi: 10.1016/j.mineng.2015.12.004
12. Aldrich C. Consumption of steel grinding media in mills. Minerals Engineering, 2013, Vol. 49, pp. 77-91.
13. Serov A.I., Smirnov E.N., Skliar V.A. & Belevitin V.A. Promyshlennye ispytaniya melyushchih sharov povyshennoy tverdosti pri izmel'chenii zhelezistyh kvart-sitov [Extra hard grinding balls performance testing during banded iron formation grinding]. Obogashchenie rud - Ore processing, 2017, no. 3, pp. 15-20. doi: 10.17580/or.2017.03.03
14. Stalinsky D.V., Rudiuk A.S. & Soleny V.K. Vybor materiala i tekhnologii ter-micheskoy obrabotki melyushchih sharov, rabotayushchih preimushchestvenno v usloviyah abrazivnogo iznosa [Selection of materials and heat treatment practices for the grinding balls, operating in abrasive wear conditions]. Stal'- Steel, 2017, no. 6, pp. 64-69.
15. Shinkorenko S.F. Ispytaniya sharov dlya sharovyh mel'nits na iznosostoykost' [Grinding balls wear tests]. Gornaya Promyshlennost' - Mining Industry, 2006, no. 5, pp. 23-27.
16. Ustroystvo dlya ispytaniya sharov na udarostoykost' [Grinding balls impact tester]. Web-Site: Equipment and machinery Suppliers. www.oborudunion.ru. Available at: http://rn.oborudunion.ru/ustroystvo-dlya-ispytaniya-sharov-na-udarostoykost-999843856 (accessed: 15.11.2017).
17. Melyushchie shary [Grinding balls]. Web-Site: http://hzgrindingball.ru/. Available at: http://hzgrindingball.ru/! -grinding-balls/187816 (accessed 15.11.2017).
18. GOST 27.002-2015 Nadezhnost' v tekhnike. Terminy i opredeleniya [Reliability in technics. Terms and definitions].
19. GOST 9013—59 (ISO 6508—86) Metally. Metod izmereniya tverdosti po Rokvellu [Metals. Rockwell hardness testing method].
Годовой отчет АО «СУЭК» - призер конкурса Московской Биржи
15 ноября 2017 г. в г. Москве состоялась торжественная церемония награждения победителей XX Ежегодного конкурса годовых отчетов, организаторами которого являются Московская Биржа и медиа-группа «РЦБ». Годовой отчет СУЭК стал призером этого престижного конкурса в номинации «Лучший дизайн и концепция годового отчета».
За многолетнюю историю своей работы Конкурс годовых отчетов стал традиционным и значимым событием профессионального инвестиционного сообщества. Он является основной площадкой для презентации годовых отчетов и способствует повышению открытости работающих в России компаний и формированию высокой корпоративной культуры.
Оценка годовых отчетов ведущими экспертами финансовой индустрии не только позволяет раскрыть силь-
ные и слабые стороны отчетов, но и подчеркнуть стремление эмитентов к откры-сибирская угольная тости, прозрачности ведения бизнеса, а
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ
также способствует повышению инвестиционной привлекательности и деловой репутации компаний.
Напомним, что в 2016 г. годовой отчет АО «СУЭК» стал победителем сразу в двух номинациях: «Лучший интерактивный отчет» и «Лучший дизайн и концепция годового отчета».
Наша справка.
АО «СУЭК» - одна из ведущих угледобывающих компаний мира, крупнейший в России производитель угля, крупнейший поставщик на внутренний рынок и на экспорт. Добывающие, перерабатывающие, транспортные и сервисные предприятия СУЭК расположены в восьми регионах России. На предприятиях СУЭК работают более 33 500 человек. Основной акционер - Андрей Мельниченко.
