Способ производства мукомольных вальцов Российский патент 2024 года по МПК B02C4/06 

Изобретение относится к производству оборудования для измельчения сыпучих материалов, в частности при размоле зерен пшеницы и ржи для производства муки и продуктов их переработки и может быть использовано в кондитерской, пивобезалкогольной, комбикормовой и ряда других отраслей пищеперерабатывающей промышленности.

Мукомольные вальцы являются основным рабочим органом вальцовых станков, обеспечивая необходимую сортность производимой продукции и стабильность размольного процесса в сложных условиях их эксплуатации, связанных с повышенными динамическими нагрузками и комплексным воздействием на рабочую поверхность мукомольных вальцов механических и химических факторов изнашивания, поэтому к их качеству предъявляются повышенные требования, связанные с обеспечением сохранности рабочего рельефа в течение длительного времени, что в свою очередь во многом зависит от определяющих физико-механических свойств рабочего слоя [1].

Конструкция мукомольного вальца состоит из двухслойной бочки диаметром 250 мм и длиной 600-1000 мм с внешним рабочим слоем из износостойкого чугуна и внутренним из более пластичного металла с запрессованными с двух ее торцовых поверхностей стальными опорными цапфами.

Известен способ изготовления мукомольных вальцов с двухслойной бочкой диаметром 250 мм, рабочий слой которых выполнен толщиной 9-25 мм из чугуна с содержанием углерода 3,0-3,2% с твердостью 64-73 НШ и с металлом сердцевины из серого чугуна с пластинчатым графитом с твердостью 180-230 НВ [2].

Несмотря на положительные результаты промышленных испытаний упомянутых вальцов недостатком указанного способа является использование серого чугуна в качестве металла сердцевины вальцов, обладающего низкими пластическими свойствами.

Известен способ использования мукомольного вальца, отличающегося тем, что он снабжен цилиндром, расположенным между бочкой и цапфой вальца, при этом рабочий слой выполнен из белого чугуна, а внутренний из серого методом центробежного литья [3].

Недостатком указанного способа является усложнение конструкции мукомольного вальца, а так же использование серого чугуна с низкой пластичностью в качестве его внутреннего слоя.

Известен способ изготовления мукомольного вальца, в котором использование его рабочего слоя предусмотрено из легированного белого чугуна с внутренним слоем из серого чугуна с пластинчатым графитом и с применением модифицирующей лигатуры в виде ферросиликобария [4], что в определенной степени усложняет их производство по сравнению с использованием более современных сплавов, обеспечивающих дисперсную структуру рабочего слоя и повышенные пластические свойства металла сердцевины.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является публикация статьи, посвященная изготовлению двухслойных мукомольных вальцов [5], в которой сообщается, наряду с техническими требованиями к качеству мукомольных вальцов диаметром 250 мм и длиной 1000 мм, о некоторых технологических параметрах их изготовления, в частности о температуре заливки металла рабочего слоя из хромоникелевого чугуна с уровнем 1340-1360°С, о продолжительности перерыва между заливками металла рабочего слоя и металла сердцевины (3-4 мин), выполненного из серого чугуна, а также о частоте вращения формы при заливке двух металлов, которая соответствует величине гравитационного коэффициента 100 на внешней поверхности отливки.

Несмотря на положительные результаты эксплуатационных испытаний мукомольных вальцов с двухслойной бочкой, выполненных по указанной технологии, по сравнению с вальцами, полученными по традиционной технологии стационарного литья в кокиль, недостатком упомянутого способа литья мукомольных вальцов является использование одинаковой частоты вращения формы при заливке двух слоев металла, что ослабляет прочность их сваривания и способствует появлению брака по расслоению между двумя разнородными сплавами. Следующим недостатком является использование в качестве второго слоя недостаточно пластичного материала в виде серого чугуна, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках конструкции бочек мукомольных вальцов при действующих в вальцевых станках распорных усилиях и крутящих моментов.

Задачей предложенного изобретения является создание технологичного процесса изготовления двухслойных мукомольных вальцов, обеспечивающего их надежную работоспособность в вальцевых станках с допустимым дисбалансом менее 500 г*см и с длительным эксплуатационным циклом.

Технический результат достигается тем, что двухслойная бочка мукомольных вальцов диаметром 250 мм и длиной 600-1000 мм с внешним рабочим слоем толщиной 14-20 мм и твердостью 530-550 НВ из никель-молибденового чугуна и внутренним слоем из чугуна с вермикулярным графитом толщиной 55 мм с твердостью 460-495 НВ с запрессованными опорными цапфами из стали 40Х в посадочные гнезда с двух ее торцовых поверхностей, предварительно обработанными в среде азота при минус 180-200°С, с посадочным диаметром цапфы на 0,09-0,11 мм больше диаметра посадочного гнезда бочки вальца размером 160 мм на глубину 155 мм, подвергается черновой механической обработке ее цилиндрической поверхности с припуском 2,5 мм, а затем шлифованию с частотой Ra≤0,8μ с последующей нарезкой рифлей высотой 0,14-0,86 мм с уклоном от 4% до 10% и шагом 0,6-2,5 мм для вальцов, используемых в системе драного помола, а необходимая шероховатость поверхности вальцов в системе размольного помола составляет 2,2-2,5 мкм и достигается в процессе их эксплуатации вследствие разрушения хрупкой составляющей фосфидной эвтектики, расположенной по границам зерен в металле рабочего слоя, которая образуется за счет повышенного содержания фосфора в количестве 0,5-0,7%.

Рабочий рельеф поверхности бочек мукомольных вальцов с рифленой поверхностью, используемых на драных системах, обладает более высокой твердостью по сравнению с рабочим рельефом поверхности бочек с шероховатой поверхностью, эксплуатируемых в размольных системах с пониженными нагрузками, при этом верхний предел не должен превышать значений 550 НВ, выше которых возникают трудности с нарезкой рифлей. Нижний предел твердости рифленых вальцов должен гарантировать отсутствие графитовых включений в отбеленном слое с уровнем 530 НВ. Таким образом, оптимальная твердость рабочего слоя рифленых вальцов находится в пределах 530-550 НВ.

Повышенное содержание углерода в рабочем слое вальцов с рифленой поверхностью в количестве 3,6-4,0% способствует увеличению твердости металла, а также понижению его вязкости и охрупчиванию материала, что ведет к выкрошиванию рифлей.

Понижение содержания углерода способствует проявлению положительного эффекта при небольших добавках легирующих элементов.

Поэтому наряду с понижением содержания углерода до значений 3,1-3,3% необходимо применять меры для увеличения вязкости материала рабочего слоя вальца, чему способствует ввод никеля в количестве 0,7-0,9%.

Несмотря на то, что повышение содержания никеля ведет к образованию более дисперсной структуры и улучшению вязкости металла, что положительно сказывается на работоспособности рифленых вальцов, сочетание его с хромом, карбидообразующим элементом, свыше 1% ухудшает отбеливаемость рабочего слоя, поэтому содержание хрома в пределах 0,3-0,5% может считаться рациональным.

Уровень содержания кремния в чугуне предпочтительно удерживать в пределах 0,4-0,6%, т.к. при большем его количестве твердость металла рабочего слоя заметно снижается.

Для повышения дисперсности структуры металла рабочего слоя вальцов вводится молибден в количестве 0,1-0,3%.

Таким образом, рекомендованный состав никель-молибденового чугуна для рабочего слоя вальцов с рифленой поверхностью содержит (% по массе): C=3,1-3,3; Si=0,4-0,6; Mn=0,4-0,6; Cr=0,3-0,5; Ni=0,7-0,9; S<0,02; Р<0,2; Мо=0,1-0,3.

Выбор материала рабочего слоя мукомольных вальцов с микрошероховатой поверхностью производили с учетом усилий, которые возникают при размоле продуктов, испытывающих деформацию сдвиг-сжатие, т.е. при меньших нагрузках на валец по сравнению с условиями на драных системах помола, в связи с чем уровень твердости рабочего слоя этих вальцов ниже рифленых и составляет 460-495 НВ.

Наряду с указанными характеристиками твердости чугуна решающее значение в процессе эксплуатации вальцов приобретает самовосстанавливаемость микрошероховатой поверхности рабочего слоя при ее изнашивании. Отсутствие этого качества приводит к образованию полированной поверхности вальцов, что сводит к нулю их способность к дальнейшему истиранию продуктов размола и они начинают работать в холостом режиме.

Для повышения эффекта самовосстанавливаемости микрошероховатой поверхности вальцов использовали специфическую способность фосфора к образованию легкоплавкой фосфидной эвтектики в виде сетки по границам зерен.

Чрезмерное повышение содержания фосфора более 0,7% ведет к охрупчиванию чугуна, поэтому рекомендуемый уровень его содержания составляет 0,5-0,7%.

Некоторое повышение содержания кремния по сравнению с рифлеными вальцами до 0,6-0,8% способствует образованию фосфидной эвтектики более компактной формы.

Содержание никеля, по сравнению с вальцами, имеющими рифленую поверхность, может быть понижено до 0,5-0,7% в связи с отсутствием необходимости увеличения вязкости чугуна для нарезки рифлей.

Для обеспечения более равномерного и компактного распределения фосфидной эвтектики в чугуне, а так же повышения дисперсности его структуры используется ввод молибдена в количестве 0,1-0,3%.

Содержание углерода при требуемой твердости рабочего слоя составляет 3,1-3,3%.

Таким образом рекомендуемый состав рабочего слоя вальцов с микрошероховатой поверхностью содержит (% по массе): С=3,1-3,3; Si=0,6-0,8; Mn=0,4-0,6; Cr=0,3-0,4; Ni=0,5-0,7; S<0,02; Р=0,5-0,7; Мо=0,1-0,3.

В процессе всего цикла эксплуатации вальцов с рабочим слоем, содержащим включения фосфидной эвтектики, износ их поверхности определяется различной способностью твердой и хрупкой (фосфидная эвтектика), а так же вязкой (металлическая основа) составляющих чугуна к изнашиванию, в результате чего появляются выступы и впадины в виде микрошероховатостей на поверхности бочки вальца.

В качестве металла, используемого для сердцевины вальцов, эксплуатируемых в системах драного и размольного помолов, применяется чугун с вермикулярным графитом.

Пример использования предлагаемого изобретения.

Производство мукомольных вальцов включает следующие технологические операции: сборка формы и заливочного устройства, заливка металла рабочего слоя бочки вальца, заливка металла сердцевины, механическая обработка бочки вальца.

Сборка формы заключается в монтаже изложницы с двух ее торцов крышками.

Изложница устанавливается на роликоопоры центробежной машины, после чего на ее внутреннюю поверхность с помощью покрасочного устройства наносится теплоизоляционная смесь в виде цирконо-бентонитовой краски толщиной слоя 1,5 мм при частоте вращения формы 700 об/мин.

Заливочное устройство футеруется стандартными шамотными изделиями.

Собранная воронка с подставкой окрашивается графитовой краской и сушится с помощью переносной горелки.

Заливка металла рабочего слоя бочки вальца производится при температуре перед выпуском из печи 1480-1500°С. Выпуск металла осуществляется в подогретый до температуры 400°С поворотный ковш.

Перед заливкой металла берется проба на отбел, величина которой должна составлять 10-15 мм.

Ковш с металлом с помощью крана подается к центробежной машине, очищается шлак с зеркала металла и при температуре 1350°С±10°С производится заливка металла через литниковую воронку во вращающуюся изложницу центробежной машины. Продолжительность заливки металла рабочего слоя толщиной 20 мм составляет 15 секунд.

После выдержки с продолжительностью 2,5 минуты заливается второй слой металла из чугуна с вермикулярным графитом, при этом скорость заливки металла во вращающуюся форму составляет 160 Н/с.

После окончания процесса формирования заготовки бочки вальца в изложнице через 16 минут от начала заливки металла производится снижение частоты вращения изложницы с последующей остановкой ее вращения.

После подъема крышки защитного кожуха центробежной машины изложница извлекается из нее и устанавливается в термос для окончательного остывания отливки.

При достижении на поверхности изложницы температуры 100-120°С производится ее разборка и извлечение отливки.

Разборка изложницы производится при следующей последовательности операций: снимаются обе крышки, изложница чалкой приподнимается над уровнем пола в наклонное положение, отливка извлекается из изложницы и после очистки ее поверхности направляется на механическую обработку, а затем на запрессовку опорных цапф из стали 40Х в посадочные гнезда с двух ее торцовых поверхностей с посадочным диаметром опорной цапфы на 0,09-0,11 мм больше диаметра посадочного гнезда бочки вальца диаметром 160 мм на глубину 155 мм, при этом опорная цапфа предварительно охлаждается в контейнере с жидким азотом до температур минус 180-200°С, из которого извлекается с помощью консольного крана и вставляется в гнездо бочки вальца, установленного вертикально, а через 12 минут после завершения процесса ее запрессовки, разворачивается на 180 градусов и процесс запрессовки второй опорной цапфы повторяется по аналогии с первой.

Окончательна операция по изготовлению мукомольных вальцов связана с их балансировкой, дисбаланс которых не должен превышать 500 г*см.

Источники информации:

1. В.А. Бутковский, Л.С. Галкина, Г.Е. Птушкина «Современная техника и технология производства муки». М., изд-во «ДеЛи принт», 2006 г. - 319 с.

2. P.X. Гималетдинов, А.Г. Мирзоян «Центробежное литье биметаллических бочек мукомольных вальцов», Литейное производство №11, 2013 г., с. 34-36.

3. АС СССР №1021459 A1 В02С 4/02 от 07.06.1983 г. Мукомольный валец.

4. Патент РФ №2249482 C1 В02С 4/30 от 01.12.2003 г. Мукомольный валец.

5. Г.С. Мирзоян, Р.Х. Гималетдинов, А.Г. Мирзоян и др. «Двухслойные вальцы для мукомольной промышленности и технология их производства», Литейное производство №7, 2007 г., с. 25-26.

Изобретение относится к производству оборудования для измельчения сыпучих материалов, в частности при размоле зерен пшеницы и ржи для производства муки и продуктов их переработки, и может быть использовано в кондитерской, пивобезалкогольной, комбикормовой и ряде других отраслей пищеперерабатывающей промышленности. Способ заключается в том, что двухслойную бочку мукомольного вальца диаметром 250 мм и длиной 600-1000 мм с внешним рабочим слоем из никель-молибденового чугуна толщиной 14-20 мм и твердостью 530-550 НВ и внутренним слоем из чугуна с вермикулярным графитом толщиной 55 мм с твердостью 460-495 НВ изготавливают способом центробежного литья путем последовательной заливки двух металлов во вращаемую форму, а после ее извлечения из формы подвергают механической обработке с последующей запрессовкой стальных опорных цапф, обработанных в среде азота при температуре минус 180-200°С, в торцовые посадочные гнезда. Нарезают рифли на цилиндрической поверхности бочек мукомольных вальцов, используемых в системе драного помола, при этом нарезку производят с уклоном от 4% до 10% и шагом 0,6-2,5 мм. Нанесение шероховатости на поверхности мукомольных вальцов, используемых в системе размольного помола, осуществляют в процессе их эксплуатации вследствие разрушения хрупкой составляющей в виде фосфидной эвтектики, расположенной по границам зерен в металле рабочего слоя, образующейся за счет повышенного содержания в нем фосфора в количестве 0,5-0,7%. Способ позволяет изготовить вальцы, обеспечивающие надежную работоспособность с длительным эксплуатационным циклом.

Способ производства мукомольных вальцов, включающий использование центробежно-литой двухслойной бочки с внешним и внутренним рабочими слоями с запрессованными с двух торцов стальными опорными цапфами, отличающийся тем, что двухслойная бочка мукомольных вальцов диаметром 250 мм и длиной 600-1000 мм с внешним рабочим слоем толщиной 14-20 мм и твердостью 530-550 НВ из никель-молибденового чугуна и внутренним слоем из чугуна с вермикулярным графитом толщиной 55 мм с твердостью 460-495 НВ с запрессованными опорными цапфами из стали 40Х в посадочные гнезда с двух ее торцовых поверхностей, предварительно обработанными в среде азота при минус 180-200°С, с посадочным диаметром цапфы на 0,09-0,11 мм больше диаметра посадочного гнезда бочки вальца размером 160 мм на глубину 155 мм подвергается черновой механической обработке ее цилиндрической поверхности с припуском 2,5 мм, а затем шлифованию с чистотой Ra≤0,8μ с последующей нарезкой рифлей высотой 0,14-0,86 мм с уклоном от 4% до 10% и шагом 0,6-2,5 мм для вальцов, используемых в системе драного помола, а необходимая шероховатость поверхности вальцов в системе размольного помола составляет 2,2-2,5 мкм и достигается в процессе их эксплуатации вследствие разрушения хрупкой составляющей фосфидной эвтектики, расположенной по границам зерен в металле рабочего слоя, которая образуется за счет повышенного содержания фосфора в количестве 0,5-0,7%.