Министерство угольной промышленности УССР	Министерство промышленности строительных материалов УССР
'УкрНИИуглеобогащение'	' НИИАвтостекло'

РЕКОМЕНДАЦИИ

по применению шлакоситаллов на углеобогатительных фабриках

Министерство промышленности строительных материалов УССР

'УкрНИИуглеобогашение'    'НИИ    Автостекло^-'

РЕКОМЕНДАЦИИ

по применению шлакоситаллов на углеобогатительных фабриках

Значения коэффициентов относительной износостойкости

1 1	Продолжительность испытаний. час
1	1200	1 j	500
1	Содержание твердой		фазы.
Конструкционный ! 1	500	г/л 1 1	310
материал 1	Скорость движения.		м/сек.
!	1,45	1 1	3,7
] J	Значение коэффициентов износостойкости
Сталь Ст.З (эталон)	1.0		1,0
Сталь Ст.З (борированная	) 4,9		-
Серый чугун СЧ 15-32	-		1.0
Серый чугун СЧ 18-36	-		1.4
Высокохромистый чугун ИЧХ28Н2	24,8
Нержавеющая сталь 1Х18Н9Т			66,7
Эмалевое покрытие	-		6.3
Шлакоситалл С-495	29,7		23,3
Шлакоситалл С-700	-		27,4

Относительная износостойкость конструкционных материалов в угольных пульпах

Общая ‘ Конструкционный материал

минера----,---,----.--1-----

воды“^{ИЯ С}-⁷⁰⁰; С-495) СЧ1532; Ст.3| IX18Н9Т

кг/м⁴* , Относительная износостойкость

!

Г 0,5-0,3 2,3-13 100-500 2,190-4,360 24 16 0,74 1.0 23 к 0,5-3,0 2,3-13 100-500 1,320- 3,960 21 14 0,74 1.0 21 А 0,5-3,0 2,3-13 100-300 2,300- 3,580 13 9 0,67 1.0 20

При определении коэффициента шероховатости по методу академика Н.Н.Павловского для желобов, футерованных шлакоситаллом, экспериментальные точки, соответствующие движению воды, группируются в области кривых с коэффициентом И = 0,013 и П - 0,008.

В процессе гидротранспорта продуктов обогащения шероховатость шлакоситалловых поверхностей значительно уменьшается в связи с уменьшением высоты неровностей до It₂ - 3-4 мк, что соответствует 7-8 классу чистоты по ГОСТ'у 2789-59. В соответствии с технологической возможностью высокого качества укладки шлакоситалловых плит можно принимать значение коэффициента шероховатости /I = 0,010.

Результаты экспериментального определения параметров транспортирования углей по желобам прямоугольной формы с шириной 120 мм представлены в табл. 5.

Значения параметров транспортирования углей по желобам со шлакоснталловыми поверхностями

Таблица 5

! Уголь j Уклон желоба. град. Параметры! ! , марка, ! ! массГО°40’ ММ J 1 ! ! 2° 20’ j 4°20’ ! ! 6° ]__ 1 1 8°20’. j___ 1 ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! ! 6 ! 7 ! 8 Удельный расход воды, м3/т Г 1-6 15,0 3.4 1.8 1,3 0,85 1-25 16,4 3.6 1.6 - 0,70 К 1-6 15,0 3.4 1.7 1,25 0.88 1-25 19,2 3,5 1.8 0,95

1	;2	; з ;	4 ;	5	! 6 !	7	; з
	А	1-8	27	8,9	2,3	1.6	0,87
		1-25	40,3	8,1	2,9		1.1
Скорость	Г	1-6	0,48	0,60	0,9	0,95	1,35
движения		1-25	0,6	0,7	0,85		1,15
пульпы,	К	1-6	0,58	0,65	0,82	0,95	1,16
м/сек.		1-25	0,68	0,72	0,81		0,95
	А	1-8	0,79	0,8	0,86	0,94	1,08
		1-25		0,85	0,89		0,01
Г идравличе-	Г	1-6	22,1	10,4	21,7	11,7	16,9
ский радиус		1-25	19,5	22,4	12,4		20
сечения лото	~ К	1-6	18,4	15,3	15,9	15,3	13,2
ка пульпы, М. 1(Г3		1-25	20,8	28,7	19,4		20,4
	А	1-6	18,5	12,0	10	13,6	17,8
		1-25	19,8	18,3	19,0		19,0
Коэффиди-	Г	1-6	72	59	45	39	45
ент Шези		1-25	66	72	45		43
для воды, 0,5, м /сек.	К	1-6	63	56	54	52	46
		1-25	75	58	40		52
	А	1-6	78	58	48	42	58
		1-25	76	48	38		49
Дополнитель-	. Г	1-6	0,3	2.0	4,0	4,3	6,0
ный уклон,		1-25	0,26	2,0	3,6		8,0
град.	К	1-6	0,3	2,0	3.5	5,2	5,3
		1-25	0,26	2,0	4,0		7.5
	А	1-6	0,2	0,6	2,6	5,3	5,0
		1-25	0,2	2,3	3,8		8,0

Ш. КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ ИЗ ШЛАКОСИТАЛЛОВ

Разработанные конструкции гидроциклонов диаметрами 1200, 900, 630, 500 и 350 мм с шлакоситалловыми поверхностями имеют свои отличительные особенности.

Рабочие поверхности гидроциклонов выполнены из литых шлакоситалловых деталей, а также образованы футеровкой шлакоситалловой плиткой.

Литые шлакоситалловые детали следует устанавливать в металлические конструкции с целью предохранения их от ударов и разрушений. Зазоры между поверхностями шлакоситалловых деталей и металлических конструкций необходимо заполнять цементным или другим твердеющим раствором.

Шлакоситалловые плитки специального профиля для образования рабочей поверхности должны крепиться к металлической поверхности замазкой на основе эпоксидной смолы.

В конструкции гидроциклонов необходимо предусматривать возможность замены изнашивающихся деталей из шла-коситалла непосредственно в условиях обогатительных фабрик.

На рис. 2 представлена конструкция гидроциклона диаметром 500 мм со шлакоситалловыми поверхностями.

Значительное применение шлакоситалл в виде плит различной формы может получить для футеровки поверхностей оборудования. При этом разработка специальных конструкций оборудования зачастую не требуется.

1У. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ШЛАКОСИТАЛЛА

Изделия из шлакоситалла изготовляются из расплава шихты (шлак, песок и добавки) при температуре 1200 -- 1460°С центробежным литьем, прессованием, отливкой, вытягиванием, прокатом и другими методами,после чего

*5£Q

Рис. 2. Гидроциклон О 500 мм с шлакоситалловыми поверхностями

подвергаются специальной термической обработке, позволяющей осуществить кристаллизацию массы шлакоситалла во всем объеме изделия.

Изготовление фасонных деталей центробежным литьем или прессованием производится в специальных формах. Детали прессформ должны изготовляться из жаропрочного чугуна, чистота их рабочих поверхностей должна быть не ниже 7 класса по ГОСТ'у 2789-59.

Геометрические размеры поверхностей формы, образующих отливаемую деталь, должны определяться с учетом усадки шлакоситалла И»0-1,5%). Толщина стенки формы принимается равной 1,5-2,0 толщины стенки формуемой детали. В формах для изготовления деталей методом центробежного литья биение наружных поверхностей относительно внутренних не должно превышать 0,1 мм.

На рис. 3 представлена форма для изготовления конусов гидроциклонов методом центробежного литья.

Для получения сложных деталей с внутренними полостями можно применять песчано-смоляные стержни на термореактивной неорганической связке. Изготовление стержней производится в специальных формах из смеси мелкого кварцевого песка (94-96 вес. частей), пульверба-келита (5-6 вес. частей), борной кислоты (1-2 вес. части), керосина (0,3-0,4 вес. части).

Стержень покрывается смесью (вязкость 160-180 сек. из гидролизованного этилсиликата с маршалитом, а также покровным слоем вязкостью 50-60 сек. из смеси гидролизованного этилсиликата с маршалитом и алюминиевой пудрой. Механическая прочность стержней на сжатие 400-500 кг/см2. Стержень должен сохранять первоначальную форму как при заливке расплава, так и при кристаллизации.

У. ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ШЛАКОСИТАЛЛА

Некоторые детали обогатительного бборудования, и, в частности, конусы гидроциклонов, цилиндрические корпусные детали, насадки, колосники грохотов плиты из листо-

Рис. 3. Форма для центробежного литья конуса гидроциклона

В рекомендациях кратко изложены некоторые свойства шлакоситаллов и основные результаты исследований по их применению на углеобогатительных фабриках для защиты поверхностей оборудования от интенсивного изнашивания . Рекомендации предназначены для работников углеобогатительных фабрик, проектно-конструкторских и проектных институтов.

РЕКОМЕНДАЦИИ СОСТАВИЛИ:

от "УкрНИИуглеобогащение*

вого проката, изготовленные из шлакоситалла, не требуют дополнительной механической обработки. Однако детали, которые по условиям эксплуатации имеют сопрягаемые поверхности, а также изготовляемые на упрошенной технологической оснастке, могут подвергаться механической обработке.

Обработка поверхностей шлакоситалловых деталей производится на токарных, плоско- и круглошлифовальных станках. Наиболее эффективна обработка шлакоситалла алмазным инструментом на металлической связке с применением обильного охлаждения при режимах, приведенных в табл. 6. Инструмент может быть как из природных, так и из синтетических алмазов.

Вырезка отверстий в шлакоситалле может производиться с помоиью ультразвука, алмазным инструментом и металлическими коронками. Коронки изготавляются из низкоуглеродистой конструкционной стали с толщиной стенки 1-1,5 мм и в процессе резания выполняют роль шаржирующего инструмента. В качестве абразивного материала применяются шлифпорошки карбида кремния или карбида бора зернистостью 8; 10; 12 по ГОСТ’у 3647-59, которые в смеси с водой при соотношении твердого к жидкому Т:Ж * 1:2 подаются в зону резания. Резка шлакоситалло-вой плитки может производиться алмазными кругами по ГОСТ'у 10110-62 с толщиной диска 1,2-2,0 мм, а также стеклорезом из твердого сплава, если толщина плитки не превышает 12 мм.

У1. МЕТОДЫ КРЕПЛЕНИЯ ШЛАКОСИТАЛЛОВЫХ ПЛИТ К ПОВЕРХНОСТЯМ ОБОРУДОВАНИЯ

Для крепления шлакоситалловых плиток к металлическим поверхностям оборудования могут быть использованы известные замазки на основе эпоксидных смол, жидкого стекла, портланд-цемента и мономера ФА.

ВВЕДЕНИЕ

На углеобогатительных фабриках поверхности деталей машин и оборудования, соприкасающиеся с перерабатываемой горной массой и оборотной водой, подвергаются интенсивному абразивному и коррозионному воздействию и при изготовлении из углеродистых сталей без специальных легирующих добавох или серого чугуна обладают низкой износостойкостью и малой долговечностью.

Заводы и ЦЭММ трестов, изготавливающие углеобогатительное оборудование, с целью упрочнения быстроизна-шиваюшихся поверхностей применяют различные методы. Например, детали тяговых цепей подвергаются электролизному борированию, для изготовления деталей центрифуг и шламовых насосов, импеллеров флотомашин применяется износостойкие сплавы.

В качестве износостойких и антикоррозионных материалов используются также различные марки резин на основе как натуральных, так и синтетических каучуков. Они применяются в качестве защитного покрытия секторов вакуум-фильтров, камер флотомашин, коробов грохотов и др. В качестве футеровочного материала на углеобогатительных фабриках находит применение каменное литье и шла-коситалл.

При всем многообразии методов и материалов для повышения износостойкости деталей машин и оборудования проблема их долговечности решена еще далеко не полностью. Одним из направлений в решении этого вопроса является применение нового износостойкого материала -- шлакоситалла.

Рекомендации составлены по материалам научно-исследовательской работы ''Исследование в области использования полимерных материалов для конструирования и покрытия узлов и деталей обогатительных машин и оборудования", выполненной "УкрНИИуглеобогашением" совместно с "НИИАвтостекло", а также с учетом опыта промышленного использования шлакоситаллов на углеобогатительных фабриках Донецкого бассейна.

1. ШЛАКОСИТАЛЛ - НОВЫЙ износостойкий МАТЕРИАЛ

Основные свойства шлакоситаллов

Шлакоситаллы - стеклокристаллические материалы, получаемые на основе доменных шлаков путем управляемой кристаллизации. Катализаторами управляемой кристаллизации стекла для получения шлакоситалла являются сульфиды металлов, вводимые в- стекло шлаком.

По внутреннему, строению шлакоситалл представляет собой поликристаллическую массу, состоящую из мелких кристаллов величиной от 0,5 до 5 мк, связанных между собой остаточным аморфным стеклом. Шлакоситалл по весу практически равноценен алюминию, имеет высокую механическую прочность и сопротивляемость истиранию, обладает значительной химической устойчивостью и является хорошим диэлектриком.

Можно получать шлакоситалл различных цветов и оттенков по всему объему изделия. На поверхность шлакоситалла можно наносить керамические глазури различных цветов методом запекания, совмещаемого с кристаллизацией изделий. Керамические глазури химически стойки и обладают хорошей сопротивляемостью истиранию.

Промышленное производство шлакоситалла темно-серого цвета освоено на стекольных заводах в г.Константиновне Донецкой области:    завод    *Автостекло* выпускает

листовой шлакоситалл толщиной 10 мм по ТУ-УССР-21--138-66, а стекольный завод им. Октябрьской революции - прессованные плитки размерами 300x300x18, 300x200x18, 250x250x18 мм и другие по ТУ-УССР-21-124-66.

Физико-механические и химические характеристики шлакоситалла

Плотность, кг/м⁴³........

Удельная теплоемкость, ккал/кг*град.

Коэффициент теплопроводности,

ккал/м час.град.........

7.10

950-1000 0

900 5500 3-4 550-600 0,002-0,005 900.10^Э 0,21-0,23

Химическая устойчивость по ГОСТ’у 473-64.,%:

не менее 98,5

не менее 98,0 не менее 90,0 не менее 90,0 не менее 98,0 не менее 98,0 не менее 95,0 не менее 85,0

Технологический процесс изготовления опытных

деталей из шлакоситалла

Технологический процесс изготовления шлакоситалло-вых изделий состоит из следующих основных операций:

1)    приготовление шихты;

2)    варка стекломассы;

извлекаются из формы и устанавливаются в электропечь на кристаллизацию по специальному температурному режиму. Общее время кристаллизации 40 часов.

Износостойкость шлакоситаллов при сухом абразивном изнашивании

Шлакоситаллы обладают высокой сопротивляемостью истиранию в рабочих средах кварцевых песков, каменных углей и антрацитов, сопутствующих им пород, а также смеси угля с породой.

По данным лабораторных исследований шлакоситаллов С-495, С-700 и технических ситаллов, проведенных на круге истирания ЛКИ-2 по ГОСТ'у 6787-53, установлено, что удельный износ шлакоситалла при истирании на нормальном кварцевом песке составляет 0,002-0,005 г/см .

По сопротивляемости истиранию шлакоситаллы не уступают техническим ситаллам, за исключением некоторых составов, и превосходят такие износостойкие материалы, как каменное литье и базальты, удельный износ которых составляет соответственно 0,015-0,02 и 0,16-0,25 г/см^.

Шлакоситаллы обладают высокой сопротивляемостью истиранию углями и антрацитом, которая может характеризоваться величинами одного порядка (0,0002-0,0004 г/см^).

Эти данные получены при испытании шлакоситаллов на истирание кварцевым песком по ГОСТ'у 6139-52 крупностью 0,5-0,85 мм, каменными углями, антрацитом и породами крупностью 0-0,5 мм.

Зависимость износа ситаллов от пути трения представлена на графике (рис. 1).

Износостойкость шлакоситаллов при гидроабразивном изнашивании

Шлакоситаллы имеют высокую износостойкость в условиях гидроабразивного изнашивания. В магнетитовой

износ

Путь трьыия

Рис. I. Зависимость износа ситаллов от пути трения

а - при изнашивании кварцевым песком ситаллов:

1 -    С-352;    2 - С - 253;    3    - С-358;    4 -    С-336/4;

5    -    С-700;    6 - С-495;    7 - С-023;

6    - при изнашивании шлакоситалла С-700 углями:

1 -    марки А зольностью    38,2%;    2 - то    же    -    10,2%;

3 -    марки К зольностью    28,1%    4 - то    же    -    12,9%;

5 -    марки Г зольностью    12-18%

суспензии, содержащей твердой фазы 300-500 г/л, состоящей из оборотной воды электропроводностью 5600 мкс с водородным показателем pH ^в 6,5-7,0 и магнетита крупностью до 0,2 мм и твердостью 6,5 по шкале Мооса, интенсивность изнашивания шлакоситаллов значительно меньше, чем углеродистой стали и серого чугуна.

Цля качественной оценки способности материалов сопротивляться изнашиванию был принят безразмерный показатель - относительная износостойкость, характеризующий соотношение абсолютных величин объемного износа двух материалов, из которых один является эталоном, и получены значения износостойкости некоторых конструкционных материалов \табл. 1).

В угольных пульпах относительная износостойкость шлакоситаллов в 14-24 раза выше, чем стали Ст.З, в 19-32 раза выше, чем серого чугуна марки СЧ 15-32.

В антрацитовых пульпах относительная износостойкость шлакоситаллов в 9-13 раз выше, чем стали Ст.З, и в 13-19 раз выше, чем серого чугуна марки Сч 15-32. По сопротивляемости изнашиванию в угольных пульпах шлако-ситаллы могут быть приравнены к нержавеющей стали 1Х18Н9Т (табл. 2).

Прочность деталей из шлакоситалла

Проведены исследования на прочность кругов из шлакоситалла С-495 и С-700 (наружный диаметр - 300 мм, внутренний - 32 мм, толщина 10 и 20 мм). Разрыв кругов происходил при скоростях вращения 4500-6000 об/мин, расчетные касательные напряжения при этом были 107-190

кг/см2.

Значения наибольших касательных напряжений, определенные в исследуемых кругах, значительно превосходят предельные напряжения, которые могут возникать в рабочих колесах шламовых насосов (    «    45 кг/см^), импел

леров флотомашин и других вращающихся деталях машин.