Производство стальной дроби

Широкое применение стальной промышленной дроби разных марок для: дробеметной и дробеструйной очистки, поверхностного упрочнения деталей, бурения скважин, производства электродов, атомной энергетики и т.д. при видимой, кажущейся простоте технологии ее изготовления, привело к образованию структур, выпускающих дробь по собственной методике, основанной на случайных, опытных составляющих. Отсутствие четкой технологической базы параметров производства, отсутствие стандартизированного технологического процесса, а так же специализированного оборудования на каждом из переделов технологического цикла, привело к невозможности планирования и контроля такого производства.

Как правило, имея большой пакет заказов на разные виды дроби, меняющийся от месяца к месяцу, предприятие сталкивается с проблемой своевременного их выполнения. Такая проблема обусловлена технологической не возможностью производства необходимого вида дроби, как по фракционному составу, так и по возможности ее последующей обработки. Для получения необходимой партии дроби, при существующих способах ее изготовления, требуется произвести ее в несколько раз больше. Большая часть производимой дроби (не соответствующих фракций) оседает на складе, цикл производства значительно удлиняется, вымываются оборотные средства. Кроме этого, существенная часть выпускаемой дроби бракуется из-за отсутствия возможности регулирования процесса ее производства на первом этапе изготовления.

Первым, основным этапом производства дроби, является распыление потока жидкого металла на капли с формированием их в дробинки, с последующим охлаждением в воде. Технологии распыления могут быть разные; от падения струи жидкого металла на вращающийся ротор с дроблением ее на капли, до разных видов раздува (дробления) жидкого металла на капли потоком воды. Существующие технологии распыления дроби, приводят к хаотическому, не контролируемому образованию дроби разных размеров, при этом, некоторая ее часть не успевает сформироваться в шарик, принимая разные причудливые формы, что приводит к ее отбраковке.

 Способ распыления струи жидкого металла струей воды.

Щелевой способ подачи жидкого металла с распылением его струями воды.

Основными факторами, влияющими на формирование размера и округлости дробинок, являются:

1. Вид и форма движения потока жидкого металла.
2. Вид потока исходящей воды, а так же его сечение.
3. Высота падения жидкого металла до соприкосновения с потоком воды.
4. Давление воды на выходе из форсунок.

Комплексное использование взаимосвязанных между собой параметров на процесс распыления, позволяет производить дробь требуемых размеров.

Предлагаемая методика производства стальной дроби определенных размеров, предполагает создание плоского, спокойного потока жидкого металла фиксированной толщины (для каждого размера дроби должна быть своя ширина щелевика). Такой вид потока можно получить с использованием специальных видов щелевиков, изготовленных из жаропрочных материалов.

Движение потока воды в трубопроводах характеризуется двумя основными видами; турбулентным и ламинарным. На сегодняшний день, в существующих  видах распылителей воды, используемых при раздуве дроби, образовывается только турбулентное движение.

Турбулентный поток исходящей воды из форсунок.

Турбулентный поток воды, перемешиваясь по ходу своего движения, хаотически воздействует на поступающий слой жидкого металла, дробя его на капли разного размера с последующим случайным перемешиванием дробинок, что, порой, приводит к их слипанию, либо формированию дробинок неправильной формы.

Поверхностное натяжение капель жидкого металла, оторванных от основного потока, до их падения в воду, образует дробинки правильной, округлой формы. Такой процесс возможен, только при условии отсутствия последующего воздействия других струй воды на капли, уже оторванного от основного потока, жидкого металла. Достичь такого результата возможно, лишь, при создании ламинарного потока исходящих, не пересекающихся струй воды, поступающих из специально просчитанной сетки форсунок, гарантирующей сплошной раздув поступающего жидкого металла.

Ламинарный поток воды.

Поток не пересекающихся струй воды.

Расположение отверстий форсунок, создающих ламинарный поток не пересекающихся струй воды, должны образовать сплошной слой воды распределенный по уровням, воздействующий на поток жидкого металла разрывая его на равные капли. Такой принцип раздува дроби, при использовании определенных размеров отверстий (форсунок), при стабильном давлении (напоре) струй воды, гарантирует максимальное получение дроби необходимых фракций. Высокая вязкость жидкой стали не позволяет создать сетку близко расположенных отверстий, в связи с вероятностью дополнительного, неконтролируемого захвата жидкого металла, находящегося между струями воды.

Схема расположения отверстий (форсунок) для образования сплошного потока струй воды.

 Схема многоуровневого раздува жидкого метал

Процесс отделения дозированных капель металла от основного потока струей воды.

Высокая скорость струй воды, при ламинарном, стабильном потоке, многократно превышающая скорость падения жидкого металла, приводит не к дроблению металла на капли разных размеров, а как бы срезает (выдавливает) его определенные объемы, превращающиеся, впоследствие, в дробинки заданного размера. Объем выдавливаемого жидкого металла зависит от многих регулируемых параметров; хим. состава стали, его температуры, толщины падающего потока металла, высоты его падения до начала раздува, давления и сечения струй воды, схемы расположения отверстий и т.п.

Отработка необходимых технологических параметров для получения дроби требуемого размера, позволяет; существенно сокращать производственные затраты, снижать себестоимость продукции и повышать ее качество.

«Литьё Украины», 2020, № 6, с.10-713