RU208975U1

RU208975U1 - CENTRIFUGE SCREW FOR SEPARATING SUSPENSIONS

Info

Publication number: RU208975U1
Application number: RU2021112689U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Родионов; Ирина Владимировна Перинская; Любовь Евгеньевна Куц
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-01-25

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию химической, гидрометаллургической и горнодобывающей промышленности и предназначена для разделения в центробежном поле суспензий, содержащих частицы абразивных материалов. Шнек центрифуги для разделения суспензий содержит корпус-барабан с размещенной на его наружной поверхности ленточной спиралью с защитными пластинами, выполненными в виде составленной из отдельных секторов ленты, прикрепленной с обеих сторон к кромке ленточной спирали по всей ее длине с образованием в поперечном сечении желоба. На поверхности защитных пластин, выполненных из нержавеющей хромоникелевой стали, имеется высокотвердый упрочненный поверхностный слой толщиной 50 мкм с величиной микротвердости в пределах 5-7 ГПа, полученный в результате газотермического оксидирования пластин на воздухе. Технический результат заключается в повышении стойкости к гидроабразивному изнашиванию поверхностного слоя защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека центрифуги для разделения суспензий. 3 ил.The proposed utility model relates to equipment for the chemical, hydrometallurgical and mining industries and is intended for separation of suspensions containing particles of abrasive materials in a centrifugal field. The centrifuge screw for separating suspensions contains a housing-drum with a tape spiral placed on its outer surface with protective plates made in the form of a tape composed of separate sectors, attached on both sides to the edge of the tape spiral along its entire length with the formation of a chute in the cross section. On the surface of the protective plates made of stainless chromium-nickel steel, there is a highly hardened hardened surface layer 50 μm thick with a microhardness value in the range of 5-7 GPa, obtained as a result of gas-thermal oxidation of the plates in air. The technical result consists in increasing the resistance to hydroabrasive wear of the surface layer of protective plates attached to the edge of the tape spiral of the centrifuge screw for separating suspensions. 3 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию химической, гидрометаллургической и горнодобывающей промышленности и предназначена для разделения в центробежном поле суспензий, содержащих частицы абразивных материалов.The proposed utility model relates to equipment for the chemical, hydrometallurgical and mining industries and is intended for separation of suspensions containing particles of abrasive materials in a centrifugal field.

Поверхность любого устройства, взаимодействующая с гидросмесями со значительным количеством твердых частиц, нуждается в эффективной защите от абразивного износа. При длительной эксплуатации центрифуги для разделения суспензий происходит изнашивание поверхности шнека, а именно кромки ленточной спирали, контактирующей с абразивными частицами суспензии. Для повышения эксплуатационных характеристик центрифуги используют конструкции шнека с упрочняющими защитными пластинами, закрепленными на кромке ленточной спирали.The surface of any device that interacts with hydraulic mixtures with a significant amount of solid particles needs effective protection against abrasive wear. With long-term operation of a centrifuge for separating suspensions, the surface of the screw wears out, namely the edge of the tape spiral in contact with the abrasive particles of the suspension. To improve the performance of the centrifuge, screw structures with reinforcing protective plates fixed on the edge of the tape spiral are used.

Известна конструкция высокопроизводительной осадительно-фильтрующей центрифуги американской фирмы «Decanter Machine Inc.», предназначенной для обезвоживания каменноугольной пыли после гидротранспортирования [Борц М.А., Бочков Ю.Н., Зарубин Л.С. «Шнековые осадительные центрифуги для угольной промышленности». Изд-во «Недра», М, 1970]. Она содержит полый цилиндроконический ротор, внутри которого соосно размещен полый барабан с закрепленной на его наружной поверхности ленточной спиралью, соскребающей слой осадка с внутренней поверхности ротора. Ленточная спираль испытывает со стороны абразивного осадка противодействие в основном на наружную кромку и частично на атакующую поверхность, обращенную в сторону выгрузки. Поэтому для упрочнения поверхности шнека центрифуги ленточная спираль с торца и с атакующей стороны защищена керамическими пластинами трапециевидной формы, прикрепленными с помощью водостойкой клеевой композиции.A well-known design of a high-performance precipitating-filtering centrifuge of the American company Decanter Machine Inc., designed for dehydration of coal dust after hydrotransportation [Borts M.A., Bochkov Yu.N., Zarubin L.S. "Auger settling centrifuges for the coal industry". Publishing house "Nedra", M, 1970]. It contains a hollow cylindro-conical rotor, inside of which a hollow drum is coaxially placed with a tape spiral fixed on its outer surface, scraping a layer of sediment from the inner surface of the rotor. The tape spiral experiences resistance from the side of the abrasive sediment mainly on the outer edge and partially on the attacking surface facing the unloading side. Therefore, to strengthen the surface of the centrifuge screw, the tape spiral is protected from the end and from the attacking side by ceramic plates of a trapezoidal shape, attached with a waterproof adhesive composition.

Недостатком данной конструкции является сложность и низкая надежность крепления защитных пластин, не обладающих высокой стойкостью к гидроабразивному изнашиванию.The disadvantage of this design is the complexity and low reliability of fastening of protective plates that do not have high resistance to hydroabrasive wear.

Известна конструкция шнека центрифуги [Патент США №4416656, МПК В04В, 1/20, опубл. 22.11.83], предлагающая крепить пластины к державкам на заклепках, которые легко высверлить или срезать при операции замены пластины. Во время заводской сборки клепка производится до приварки державок к шнеку.Known design of the centrifuge screw [US Patent No. 4416656, IPC B04B, 1/20, publ. 22.11.83], offering to fasten the inserts to rivet holders, which are easy to drill or cut off during the insert replacement operation. During factory assembly, riveting is performed before the toolholders are welded to the auger.

Недостатком данной конструкции является трудоемкость операций по укреплению витков шнеков и ограниченный срок службы шнека. Поверхность пластин и место крепления державок характеризуются недостаточной стойкостью к гидроабразивному изнашиванию.The disadvantage of this design is the complexity of operations to strengthen the turns of the screws and the limited life of the screw. The surface of the inserts and the attachment point of the holders are characterized by insufficient resistance to hydroabrasive wear.

Известна конструкция центробежного аппарата [Патент США №3764062, МПК В04В 1/00, 1/20, 1973], содержащего цилиндроконический полый ротор, установленный в нем шнек для транспортирования осадка, состоящий из корпуса-барабана и укрепленной на его наружной поверхности ленточной спирали с упрочненной защитными пластинами кромкой.A well-known design of a centrifugal apparatus [US Patent No. 3764062, IPC B04V 1/00, 1/20, 1973], containing a cylindrical hollow rotor, a screw installed in it for transporting sediment, consisting of a drum housing and a tape spiral mounted on its outer surface with edge reinforced with protective plates.

Защитные пластины подвергают для повышения твердости закаливанию и крепят к ленточной спирали заклепками или посредством сварки. При укреплении спирали шнека термозакаленными пластинами или пластинами, изготовленными из карбидовольфрамовой композиции, существенно увеличивается срок службы шнека и центрифуги. Но конструкция с защищенным от абразивного износа шнеком не обладает коррозионной стойкостью к агрессивным, в частности к азотно-солянокислым средам. Кроме того, медьсодержащие припои, которыми пластины из карбидовольфрамового сплава припаиваются к металлу шнека, еще менее стойки в коррозионном отношении, чем сами пластины. Возможно использование защитных пластин, изготовленных из того же материала, что и шнек. При этом срок защитного действия таких пластин невелик по причине их абразивного износа.The protective plates are subjected to hardening to increase the hardness and are attached to the tape spiral with rivets or by welding. When reinforcing the screw spiral with heat-hardened plates or plates made of tungsten carbide composition, the service life of the screw and centrifuge is significantly increased. But the design with a screw protected from abrasive wear does not have corrosion resistance to aggressive, in particular to nitric-hydrochloric acid environments. In addition, copper-containing solders, with which the plates of tungsten carbide alloy are soldered to the metal of the screw, are even less resistant to corrosion than the plates themselves. It is possible to use protective plates made of the same material as the auger. At the same time, the period of protective action of such plates is short due to their abrasive wear.

Недостатком данной конструкции является короткий срок службы шнека и увеличение затрат на его ремонт, а также низкая стойкость поверхности пластин к гидроабразивному изнашиванию.The disadvantage of this design is the short service life of the screw and the increase in the cost of its repair, as well as the low resistance of the surface of the plates to hydroabrasive wear.

Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция шнека центрифуги для разделения суспензий [Патент RU №2346752 С1, МПК В04В 1/20, опубл. 20.02.2009], предназначенная для непрерывного разделения суспензий, содержащих частицы в основном из абразивных материалов, и содержащая цилиндроконический полый ротор и соосно установленный в нем шнек для транспортирования осадка, состоящий из корпуса-барабана и размещенной на его наружной поверхности ленточной спирали с упрочненной защитными пластинами кромкой. Защитные пластины выполнены в виде составленной из отдельных секторов ленты, прикрепленной с обеих сторон спирали по всей ее длине с образованием в поперечном сечении желоба, открытого в сторону стенки ротора. Сектора выполнены из металлического листа небольшой толщины и прикреплены к спирали точечно с помощью заклепок.Closest to the proposed solution is the design of the centrifuge screw for separating suspensions [Patent RU No. 2346752 C1, IPC V04V 1/20, publ. February 20, 2009], designed for continuous separation of suspensions containing particles mainly from abrasive materials, and containing a cylindrical hollow rotor and a screw coaxially installed in it for transporting sediment, consisting of a drum housing and a tape spiral placed on its outer surface with hardened protective edge plates. The protective plates are made in the form of a tape composed of separate sectors, attached on both sides of the spiral along its entire length with the formation of a groove in the cross section, open towards the rotor wall. The sectors are made of a metal sheet of small thickness and attached to the helix point by point with rivets.

Недостатком данной конструкции является низкая стойкость защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека, к гидроабразивному изнашиванию, приводящая к снижению эксплуатационной надежности.The disadvantage of this design is the low resistance of the protective plates attached to the edge of the tape spiral of the screw, to hydroabrasive wear, leading to a decrease in operational reliability.

Задачей полезной модели является упрочнение поверхности защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека центрифуги для разделения суспензий, за счет увеличения микротвердости для повышения гидроабразивной стойкости и эксплуатационной надежности.The objective of the utility model is to harden the surface of the protective plates attached to the edge of the tape spiral of the centrifuge screw for separating suspensions by increasing the microhardness to increase the hydroabrasive resistance and operational reliability.

Технический результат полезной модели заключается в повышении стойкости к гидроабразивному изнашиванию поверхностного слоя защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека центрифуги для разделения суспензий, в результате газотермического оксидирования на воздухе.The technical result of the utility model is to increase the resistance to hydroabrasive wear of the surface layer of protective plates attached to the edge of the tape spiral of the centrifuge screw for separating suspensions, as a result of thermal oxidation in air.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции шнека центрифуги для разделения суспензий, содержащей корпус-барабан с размещенной на его наружной поверхности ленточной спиралью с защитными пластинами, выполненными в виде составленной из отдельных секторов ленты, прикрепленной с обеих сторон к кромке ленточной спирали по всей ее длине с образованием в поперечном сечении желоба, согласно новому техническому решению, на поверхности защитных пластин, выполненных из нержавеющей хромоникелевой стали, имеется высокотвердый упрочненный поверхностный слой толщиной 50 мкм с величиной микротвердости в пределах 5-7 ГПа, полученный в результате газотермического оксидирования пластин на воздухе.The problem is solved due to the fact that in the proposed design of the centrifuge screw for separating suspensions, containing a body-drum with a tape spiral placed on its outer surface with protective plates made in the form of a tape composed of separate sectors, attached on both sides to the edge of the tape spiral along its entire length with the formation of a groove in the cross section, according to a new technical solution, on the surface of protective plates made of stainless chromium-nickel steel, there is a highly hardened hardened surface layer 50 μm thick with a microhardness value in the range of 5-7 GPa, obtained as a result of gas-thermal oxidation plates in air.

Конструкция шнека центрифуги для разделения суспензий может быть изготовлена из нержавеющей хромоникелевой стали путем проката, механической обработки и соединения ленточной спирали с барабаном методом сварки. Защитные пластины могут выполняться из нержавеющей хромоникелевой стали штамповкой, вырубкой или вырезкой из листа проката электроискровым методом. Пластины прикрепляются к кромке ленточной спирали заклепками. Газотермическое оксидирование поверхности защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека, осуществляется на воздухе.The design of the centrifuge screw for separating suspensions can be made of stainless chromium-nickel steel by rolling, machining and connecting the tape spiral to the drum by welding. Protective plates can be made of stainless chromium-nickel steel by stamping, punching or cutting from a rolled sheet using the electric spark method. The plates are attached to the edge of the tape spiral with rivets. Gas-thermal oxidation of the surface of the protective plates attached to the edge of the tape spiral of the screw is carried out in air.

Описание конструкцииDesign Description

На фиг. 1 приведена предлагаемая конструкция полезной модели, на фиг. 2 приведен фрагмент ленточной спирали с защитными пластинами, на фиг. 3 изображен упрочненный поверхностный слой защитных пластин, где позициями обозначены: 1 - корпус-барабан, 2 - окна для выхода суспензии в ротор (на фиг. не показан), 3 - отверстие внутри барабана для питающей трубы (на фиг. не показана), 4 - ленточная спираль, 5 - кромка ленточной спирали, 6 - защитные пластины, 7 - заклепки, 8 - желоб, 9 - упрочненный поверхностный слой.In FIG. 1 shows the proposed design of the utility model, Fig. 2 shows a fragment of a tape spiral with protective plates, in Fig. 3 shows a hardened surface layer of protective plates, where the positions indicate: 1 - body-drum, 2 - windows for the exit of the suspension into the rotor (not shown in the figure), 3 - hole inside the drum for the supply pipe (not shown in the figure), 4 - ribbon spiral, 5 - edge of the ribbon spiral, 6 - protective plates, 7 - rivets, 8 - groove, 9 - hardened surface layer.

Шнек центрифуги для разделения суспензий (фиг. 1, фиг. 2) состоит из корпуса-барабана 1 с окнами 2 для выхода в ротор (на фиг. 1 не показан) суспензии, подаваемой через отверстие 3 внутри барабана 1. Корпус-барабан 1 имеет закрепленную на нем ленточную спираль 4 с кромкой 5, по всей длине которой с обеих сторон прикреплены защитные ленты, составленные из пластин 6 и закрепленные с помощью заклепок 7. Кромка 5 ленточной спирали 4 и примыкающие к ней с обеих сторон защитные пластины 6 образуют в поперечном сечении желоб 8, открытый в сторону ротора (на фиг. 1 не показан). Желоб 8 имеет длину, равную длине ленточной спирали 4 по кромке 5. На поверхности защитных пластин 6 имеется упрочненный поверхностный слой 9 толщиной 50 мкм (фиг. 3). Упрочненный поверхностный слой 9 поверхности защитных пластин 6 получен в результате газотермического оксидирования на воздухе и имеет высокую микротвердость в диапазоне значений 12-14 ГПа, тем самым обеспечивает высокую стойкость к гидроабразивному изнашиванию и повышенную эксплуатационную надежность шнека.The centrifuge screw for separating suspensions (Fig. 1, Fig. 2) consists of a drum housing 1 with windows 2 for exiting the rotor (not shown in Fig. 1) of the suspension fed through the hole 3 inside the drum 1. The drum housing 1 has a tape spiral 4 fixed on it with an edge 5, along the entire length of which protective tapes are attached on both sides, made up of plates 6 and fixed with rivets 7. The edge 5 of the tape spiral 4 and the protective plates 6 adjacent to it on both sides form in the transverse section of the chute 8, open towards the rotor (not shown in Fig. 1). The gutter 8 has a length equal to the length of the tape spiral 4 along the edge 5. On the surface of the protective plates 6 there is a hardened surface layer 9 with a thickness of 50 μm (Fig. 3). The hardened surface layer 9 of the surface of the protective plates 6 is obtained as a result of gas-thermal oxidation in air and has a high microhardness in the range of 12-14 GPa, thereby providing high resistance to hydroabrasive wear and increased operational reliability of the screw.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Через цилиндрическое отверстие 3 и окна 2 корпуса-барабана 1 в ротор (на фиг. 1 не показан) подают с заданным расходом исходную суспензию с твердыми частицами, обладающими абразивными свойствами. Под действием центробежной силы суспензия разделяется на твердую и жидкую фазы. Твердые частицы, как более плотные по сравнению с жидкостью, оседают на внутренней поверхности вращающегося ротора (на фиг. 1 не показан), через зазоры между поверхностью ротора и торцами защитных пластин 6, прикрепленных к ленточной спирали 4 заклепками 7, отдельные частицы твердой фазы попадают внутрь желоба 8, постепенно заполняя его, после чего торцом ленточной спирали 5 становится поверхность, образованная внутри желоба твердыми частицами. С момента заполнения желоба 8 твердой фазой при выгрузке происходит трение осадка по осадку. Остальные твердые частицы транспортируются по ленточной спирали 4 к окнам для выгрузки осадка и фугата (на фиг. 1 не показаны). Применение упрочненного поверхностного слоя 9 на защитных пластинах 6 позволяет увеличить производительность и эксплуатационную надежность шнека центрифуги для разделения суспензий за счет повышения стойкости к гидроабразивному изнашиванию.Through the cylindrical hole 3 and the window 2 of the body-drum 1, the rotor (not shown in Fig. 1) is supplied with a given flow rate of the initial suspension with solid particles with abrasive properties. Under the action of centrifugal force, the suspension is separated into solid and liquid phases. Solid particles, as denser than liquid, settle on the inner surface of the rotating rotor (not shown in Fig. 1), through the gaps between the surface of the rotor and the ends of the protective plates 6 attached to the tape spiral 4 with rivets 7, individual particles of the solid phase enter inside the gutter 8, gradually filling it, after which the end of the tape spiral 5 becomes the surface formed inside the gutter by solid particles. From the moment the chute 8 is filled with a solid phase during unloading, sludge rubs against sludge. The remaining solid particles are transported along the tape spiral 4 to the windows for unloading the sludge and centrate (not shown in Fig. 1). The use of a hardened surface layer 9 on the protective plates 6 makes it possible to increase the productivity and operational reliability of the centrifuge screw for separating suspensions by increasing the resistance to hydroabrasive wear.

Исследования показали, что оптимальными значениями параметров проведения процесса газотермического оксидирования на воздухе нержавеющей стали являются следующие: температура нагрева t=400 °С; время выдержки τ=1,5 ч. При газотермическом оксидировании на воздухе поверхности нержавеющей стали образование покрытия происходит за счет физико-химического взаимодействия металлической матрицы с кислородом реакционной среды. В результате такого реакционного взаимодействия на обрабатываемой поверхности формируются металлокерамические оксидные соединения, которые придают ей комплекс повышенных физико-химических и механических свойств, отличных от свойств основного металла. Происходит также диффузионное термоупрочнение модифицированных поверхностных слоев изделия при сохранении химического состава основной металлической матрицы.Studies have shown that the optimal values of the parameters for conducting the process of gas-thermal oxidation in air of stainless steel are the following: heating temperature t=400 °C; holding time τ=1.5 h. During gas-thermal oxidation in air of the surface of stainless steel, the formation of a coating occurs due to the physicochemical interaction of the metal matrix with the oxygen of the reaction medium. As a result of such a reactionary interaction, metal-ceramic oxide compounds are formed on the treated surface, which give it a complex of increased physicochemical and mechanical properties that differ from those of the base metal. There is also diffusion thermal hardening of the modified surface layers of the product while maintaining the chemical composition of the main metal matrix.

При уменьшении значений указанных параметров газотермического оксидирования на воздухе эффект упрочнения не наблюдается, а при их превышении упрочненный слой характеризуется повышенной склонностью к трещинообразованию. В указанном диапазоне параметров газотермического оксидирования на воздухе происходит формирование упрочненного слоя толщиной 50 мкм с величиной микротвердости 12-14 ГПа (тогда как микротвердость немодифицированной поверхности нержавеющей стали не превышает 1,7-1,8 ГПа), что обеспечивает повышение стойкости к гидроабразивному изнашиванию не менее чем на 30%.With a decrease in the values of the specified parameters of gas-thermal oxidation in air, the effect of hardening is not observed, and when they are exceeded, the hardened layer is characterized by an increased tendency to crack formation. In the indicated range of parameters of gas-thermal oxidation in air, a hardened layer 50 μm thick with a microhardness value of 12–14 GPa is formed (whereas the microhardness of the unmodified surface of stainless steel does not exceed 1.7–1.8 GPa), which ensures an increase in resistance to hydroabrasive wear. less than 30%.

Таким образом, предложенная конструкция шнека центрифуги для разделения суспензий, имеющая на поверхности защитных пластин упрочненный слой с повышенной стойкостью к гидроабразивному изнашиванию, обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность и позволяет осуществлять разделение суспензии с большим содержанием твердой фазы, не снижая производительности, а также значительно увеличить срок эксплуатации без восстановительного ремонта.Thus, the proposed design of the centrifuge screw for separating suspensions, which has a hardened layer on the surface of the protective plates with increased resistance to hydroabrasive wear, provides increased operational reliability and allows the separation of a suspension with a high solids content without reducing productivity, and also significantly increase the service life. without refurbishment.

Claims

A centrifuge screw for separating suspensions, containing a housing-drum with a tape spiral placed on its outer surface with protective plates made in the form of a tape composed of separate sectors, attached on both sides to the edge of the tape spiral along its entire length with the formation of a trough in the cross section, characterized in that on the surface of the protective plates made of stainless chromium-nickel steel, there is a highly hardened hardened surface layer 50 μm thick with a microhardness value in the range of 5-7 GPa, obtained as a result of gas-thermal oxidation of the plates in air.