RU207202U1

RU207202U1 - CENTRIFUGE SCREW FOR SUSPENSION SEPARATION

Info

Publication number: RU207202U1
Application number: RU2021112694U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Родионов; Ирина Владимировна Перинская; Любовь Евгеньевна Куц
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-10-15

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 спирали 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 имеется упрочненный поверхностный слой. Слой выполнен в виде равномерно распределенного диффузионно-насыщенного углеродом модифицированного слоя, содержащего наночастицы оксида титана, толщиной 200-250 мкм и микротвердостью 16-17 ГПа. Технический результат: повышение стойкости к гидроабразивному изнашиванию поверхностного слоя защитных пластин. 3 ил.The proposed utility model relates to equipment for the chemical, hydrometallurgical and mining industries and is intended for separation in a centrifugal field of suspensions containing particles of abrasive materials. The centrifuge screw for separating suspensions contains a drum housing with a tape spiral placed on its outer surface with protective plates made in the form of a tape made up 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. There is a hardened surface layer on the surface of the protective plates. The layer is made in the form of a uniformly distributed diffusion-saturated with carbon modified layer containing titanium oxide nanoparticles with a thickness of 200-250 μm and a microhardness of 16-17 GPa. EFFECT: increased resistance to hydroabrasive wear of the surface layer of protective plates. 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 in a centrifugal field of suspensions containing particles of abrasive materials.

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 slurries with a significant amount of solid particles needs effective protection from abrasive wear. During long-term operation of the 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, a screw design is used with reinforcing protective plates attached to the edge of the tape spiral.

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.Known design of a high-performance precipitation and filtering centrifuge of the American company "Decanter Machine Inc.", designed for dehydration of coal dust after hydrotransportation [Borts MA, Bochkov YN, Zarubin L.S. "Screw sedimentation centrifuges for the coal industry." Publishing house "Nedra", M., 1970]. It contains a hollow cylindrical-conical rotor, inside which a hollow drum is located coaxially with a tape spiral fixed on its outer surface, scraping off a layer of sediment from the inner surface of the rotor. From the side of the abrasive sediment, the tape spiral experiences resistance mainly on the outer edge and partly on the attacking surface facing the unloading side. Therefore, to harden the surface of the centrifuge screw, the tape spiral from the end and from the attacking side is protected by trapezoidal ceramic plates 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 the protective plates, which are not highly resistant 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.The known design of the centrifuge screw [US Patent No. 4416656, IPC В04В, 1/20, publ. 11/22/83], proposing to attach the plates to riveted holders, which are easy to drill or cut when replacing the plate. During factory assembly, riveting is done 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 laboriousness of operations to strengthen the turns of the screws and the limited service life of the screw. The surface of the inserts and the place of attachment of the holders are characterized by insufficient resistance to water-jet 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.The known design of a centrifugal apparatus [US Patent No. 3764062, IPC В04В 1/00, 1/20, 1973], containing a cylindrical-conical hollow rotor, a screw installed in it for transporting sediment, consisting of a drum body and a tape spiral fixed 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 hardened to increase the hardness and are riveted or welded to the tape helix. When the screw spiral is reinforced 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 media. In addition, the copper-containing solders that solder the tungsten carbide plates to the screw metal are even less corrosion resistant 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 the 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 an increase in the cost of repairing it, 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 содержит 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 В04В 1/20, publ. 02/20/2009], designed for continuous separation of suspensions containing particles mainly of abrasive materials and contains a cylindrical-conical hollow rotor and a screw coaxially installed in it for transporting sediment, consisting of a drum body and a tape spiral placed on its outer surface with reinforced protective plates edge. The protective plates are made in the form of a tape made up of separate sectors, attached on both sides of the spiral along its entire length with the formation of a groove in cross section, open towards the side of the rotor wall. The sectors are made of thin sheet metal and are point-attached to the spiral 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 auger 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 task of the utility model is to strengthen 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 water-abrasive 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 лазерного импульсного модифицирования в слое обмазки, содержащей графитовою пасту и наночастицы оксида титана.The technical result of the utility model is to increase the resistance to hydroabrasive wear of the surface layer of the protective plates attached to the edge of the tape spiral of the centrifuge screw for separating suspensions, as a result of laser pulse modification in the coating layer containing graphite paste and titanium oxide nanoparticles.

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 имеется упрочненный поверхностный слой, выполненный в виде равномерно распределенного диффузионно-насыщенного углеродом модифицированного слоя, содержащего наночастицы оксида титана, толщиной 200-260 мкм и микротвердостью 16-17 ГПа.The problem is solved due to the fact that in the proposed design of the centrifuge screw for separating suspensions, containing a drum housing 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 the protective plates there is a hardened surface layer made in the form of a uniformly distributed diffusion-saturated modified layer containing titanium oxide nanoparticles, 200-260 μm thick and 16 microhardness -17 GPa.

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. Лазерное импульсное модифицирование поверхностного слоя защитных пластин, прикрепленных к кромке ленточной спирали шнека, осуществляется за счет термодиффузионного насыщения углеродом из графитовой обмазки, предварительно нанесенной на ее поверхность, и формирования распределенного слоя из наночастиц оксида титана.The centrifuge screw structure for slurry separation can be made of stainless chromium-nickel steel by rolling, machining and welding the tape spiral to the drum. The protective plates can be made of stainless chromium-nickel steel by stamping, punching or cutting out of the rolled sheet by the electric spark method. The plates are attached to the edge of the tape spiral with rivets. Pulsed laser modification of the surface layer of protective plates attached to the edge of the tape spiral of the screw is carried out due to thermal diffusion saturation with carbon from a graphite coating previously applied to its surface and the formation of a distributed layer of titanium oxide nanoparticles.

Описание конструкции. Description of the structure.

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.FIG. 1 shows the proposed construction of the utility model, FIG. 2 shows a fragment of a tape spiral with protective plates, FIG. 3 shows a hardened surface layer of protective plates, where the numbers indicate: 1 - housing-drum, 2 - windows for slurry outlet into the rotor (not shown in the figure), 3 - hole inside the drum for a feed pipe (not shown in the figure), 4 - tape spiral, 5 - edge of the tape 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 200-250 мкм (фиг. 3). Упрочненный поверхностный слой 9 поверхности защитных пластин 6 получен в результате лазерного импульсного модифицирования углеродом в слое обмазки, содержащей графитовою пасту и наночастицы оксида титана и имеет высокую микротвердость в диапазоне значений 16-17 ГПа, тем самым обеспечивает 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 openings 2 for entering the rotor (not shown in Fig. 1) suspension supplied through a 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 on both sides protective tapes are attached, 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 groove 8, open towards the rotor (not shown in Fig. 1). The groove 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 200-250 μm (Fig. 3). The hardened surface layer 9 of the surface of the protective plates 6 is obtained as a result of laser pulse modification with carbon in a coating layer containing graphite paste and titanium oxide nanoparticles and has a high microhardness in the range of 16-17 GPa, thereby providing resistance to water-jet 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 opening 3 and the windows 2 of the housing-drum 1, the initial suspension with solid particles having abrasive properties is fed into the rotor (not shown in Fig. 1) at a predetermined flow rate. Under the action of centrifugal force, the suspension is separated into solid and liquid phases. Solid particles, being denser in comparison with the 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 fall inside the groove 8, gradually filling it, after which the end of the tape spiral 5 becomes the surface formed inside the groove by solid particles. From the moment the chute 8 is filled with a solid phase during unloading, the sludge friction against the sludge occurs. The rest of the solid particles are transported along a tape spiral 4 to the windows for unloading sediment and centrate (not shown in Fig. 1). The use of a hardened surface layer 9 on the protective plates 6 allows to increase the productivity and operational reliability of the centrifuge screw for separating suspensions by increasing the resistance to water-jet wear.

Исследования показали, что оптимальными значениями параметров проведения процесса термодиффузионного насыщения нержавеющей стали углеродом и формирования распределенного слоя из наночастиц оксида титана являются следующие: энергия лазерных импульсов E=0,75-1,12 Дж; диаметр сфокусированного лазерного пятна d=0,7 мм; длительность импульсов t=0,6 мс. При уменьшении значений указанных параметров эффект упрочнения не наблюдается, а при их превышении упрочненный слой, полученный в результате лазерного модифицирования в слое обмазки, содержащей графитовою пасту и наночастицы оксида титана, характеризуется повышенной склонностью к трещинообразованию и сильным оплавлением поверхности. В указанном диапазоне параметров лазерного модифицирования в слое обмазки, содержащей графитовою пасту и наночастицы оксида титана, предварительно нанесенной на поверхность стальных пластин, происходит формирование равномерно распределенного диффузионно-насыщенного углеродом модифицированного слоя, содержащего наночастицы оксида титана, толщиной 200-260 мкм с величиной микротвердости 16-17 ГПа (тогда как микротвердость не модифицированной поверхности нержавеющей хромоникелевой стали не превышает 1,7-1,8 ГПа), что обеспечивает повышение стойкости к гидроабразивному изнашиванию не менее чем на 30%.Studies have shown that the optimal values of the parameters of the process of thermal diffusion saturation of stainless steel with carbon and the formation of a distributed layer of titanium oxide nanoparticles are as follows: laser pulse energy E = 0.75-1.12 J; diameter of the focused laser spot d = 0.7 mm; pulse duration t = 0.6 ms. With a decrease in the values of these parameters, the hardening effect is not observed, and when they are exceeded, the hardened layer obtained as a result of laser modification in a coating layer containing graphite paste and titanium oxide nanoparticles is characterized by an increased tendency to crack formation and strong surface melting. In the specified range of laser modification parameters in a coating layer containing graphite paste and titanium oxide nanoparticles previously deposited on the surface of steel plates, a uniformly distributed diffusion-saturated modified layer containing titanium oxide nanoparticles 200-260 μm thick with a microhardness of 16 -17 GPa (while the microhardness of the unmodified surface of stainless chromium-nickel steel does not exceed 1.7-1.8 GPa), which provides an increase in resistance to water-jet wear by at least 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 solid content without reducing productivity, and also significantly increasing the service life. without refurbishment.

Claims

A centrifuge screw for separating suspensions, containing a drum housing with a tape spiral placed on its outer surface with protective plates made in the form of a tape made up 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, characterized in that on the surface of the protective plates there is a hardened surface layer made in the form of a uniformly distributed diffusion-saturated with carbon modified layer containing titanium oxide nanoparticles with a thickness of 200-260 μm and a microhardness of 16-17 GPa.