Op welke parameters moet worden gelet bij het selecteren van gesmede stalen kogels?

Om de grootte, het materiaal en de specificatie van gesmede stalen kogels correct te selecteren, is het noodzakelijk om de werkomstandigheden (zoals het type molen, de hardheid van het materiaal, de vereisten voor de fijnheid van het malen) en de operationele parameters (zoals de snelheid van de molen, de vulgraad) te combineren, en aandacht te besteden aan de afstemming van kernparameters - gesmede stalen kogels worden gekenmerkt door een dichte structuur, hoge sterkte en uitstekende slagvastheid, dus de parameterselectie moet hun aanpassingsvermogen aan zwaarbelaste en hoogimpact slijpscenario's benadrukken. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg vanuit drie dimensies: groottebepaling, tolerantie selectie en sleutelparameters:

De grootte van gesmede stalen kogels moet overeenkomen met de molenstructuur (binnendiameter, voeringtype) en zich aanpassen aan de materiaalslijpeigenschappen (hardheid, deeltjesgrootte, brosheid). De kern is het bepalen van de drie belangrijkste parameters van kogeldiameter, kogelgrootteverhouding en gewicht van één kogel, met volledige overweging van het voordeel van hoge sterkte van gesmede materialen:

De kogeldiameter beïnvloedt direct de impactkracht en de slijpefficiëntie, bepaald door de maximale deeltjesgrootte van het materiaal, de diameter van de molen en de slijpfase - de hoge treksterkte van gesmede stalen kogels (≥1000MPa) maakt grotere kogeldiameters in zwaarbelaste scenario's mogelijk:

• Primaire maling (grondstofdeeltjesgrootte ≥60mm): Kogels met grote diameter (60-120mm) om een sterke impactkracht te leveren, geschikt voor semi-autogene molens, kegelbrekers of grove slijpmolens (de slagvastheid van gesmeed staal voorkomt breuk bij botsing van grote deeltjes);
• Secundaire maling (grondstofdeeltjesgrootte 15-60mm): Kogels met gemiddelde diameter (40-60mm) om impact en malen in evenwicht te brengen, van toepassing op algemene kogelmolens voor middelharde tot harde materialen (bijv. ijzererts, kalksteen);
• Fijne maling (grondstofdeeltjesgrootte ≤15mm): Kogels met kleine diameter (20-40mm) om het contactoppervlak met materialen te vergroten, geschikt voor fijne slijpmolens of classificator-molensystemen (de uniforme structuur van gesmeed staal zorgt voor consistente slijtage);
• Speciale aanpassing: Voor molens met een kleine diameter (Φ≤2,8m) mag de maximale kogeldiameter niet groter zijn dan 80 mm (vermijd overmatige impact op de voering); voor molens met een grote diameter (Φ≥5,0m) kan de maximale kogeldiameter worden verhoogd tot 120 mm (gebruikmakend van de hoge sterkte van gesmeed staal om zware belastingen te weerstaan);
• Berekeningsreferentie: Aanbevolen kogeldiameter D₈₀ = (7-9)*√(maximale deeltjesgrootte van het materiaal, mm) (voor gesmeed koolstofarm gelegeerd staal), aanpassen met ±10% afhankelijk van de hardheid van het materiaal (hardere materialen nemen de bovengrens, zachtere materialen nemen de ondergrens - de hardheidsretentie van gesmeed staal maakt een bredere aanpassing mogelijk).

Een enkele kogelgrootte kan niet alle deeltjesgroottes in de molen dekken, dus is een redelijke verhouding van grote, middelgrote en kleine gesmede stalen kogels vereist om de slijpefficiëntie te maximaliseren:

• Algemeen malen (verdeling van deeltjesgrootte van het materiaal 10-60mm): Verhouding van grote kogels (60-80mm): middelgrote kogels (40-60mm): kleine kogels (20-40mm) = 3:4:3, waardoor zowel impact op grote deeltjes als malen van kleine deeltjes wordt gewaarborgd;
• Door impact gedomineerd grof malen (max. deeltjesgrootte ≥80mm): Verhoog het aandeel van grote kogels, verhouding = 5:3:2, verbeter de verbrijzelingscapaciteit van grote deeltjes (de hoge slagtaaiheid van gesmeed staal voorkomt breuk tijdens botsing);
• Door malen gedomineerd fijn malen (max. deeltjesgrootte ≤15mm): Verhoog het aandeel van kleine kogels, verhouding = 1:3:6, verbeter de efficiëntie van het contactoppervlak met fijne deeltjes;
• Principe: Het cumulatieve volume van alle gesmede stalen kogels moet 28-35% van het effectieve volume van de molen vullen (vulgraad). De kogelgrootteverhouding moet "grootteverschillen" vermijden (bijv. geen directe sprong van 80 mm naar 40 mm zonder 60 mm kogels) om een uniforme vulling te garanderen, en de hoge dichtheid van gesmede stalen kogels (≈7,85 g/cm³) helpt de kinetische energie van het malen te verbeteren.

Het gewicht van één kogel wordt bepaald door de kogeldiameter en de materiaaldichtheid (de dichtheid van gesmeed staal is hoger dan die van gegoten staal) en beïnvloedt het stroomverbruik van de molen en de levensduur:

• Molen met laag vermogen (≤1500kW): Selecteer lichtere gesmede stalen kogels (m=0,8-2,5 kg, overeenkomstige diameter 40-60 mm) om overbelasting van het aandrijfsysteem te voorkomen;
• Molen met hoog vermogen (>2500kW): Gebruik zwaardere gesmede stalen kogels (m=2,5-6 kg, overeenkomstige diameter 60-100 mm) om te voldoen aan de hoge impactbehoefte (de hoge sterkte van gesmeed staal ondersteunt zware belasting zonder vervorming);
• Slijtagebalansprincipe: Het gewicht van één kogel moet een uniforme slijtagesnelheid garanderen. Gesmede stalen kogels van 42CrMo met een diameter van 60 mm hebben bijvoorbeeld een gewicht van ~1,15 kg, wat geschikt is voor de meeste molens met gemiddeld vermogen, en hun gesmede structuur voorkomt ongelijke slijtage veroorzaakt door interne defecten.

Gesmede stalen kogels werken onder hoge-snelheidsbotsingen (botsingssnelheid tot 6-9 m/s) en wrijving, dus tolerantiecontrole moet ongelijke slijtage, trillingen van de molen of slechte vulling voorkomen - hun gesmede precisie biedt betere tolerantieprestaties dan gegoten kogels:

• Voor kogels met een diameter ≤40mm: Tolerantie ±0,4mm (ISO 3290 Klasse G3), waardoor uniform contact tussen kleine kogels en fijne deeltjes wordt gewaarborgd (gesmede precisie vermindert maatdeviatie);
• Voor kogels met een diameter van 40-80mm: Tolerantie ±0,8mm (ISO 3290 Klasse G4), waarbij de efficiëntie van de verwerking en de maatconsistentie in evenwicht worden gebracht;
• Voor kogels met een diameter >80mm: Tolerantie ±1,2mm (ISO 3290 Klasse G5), waardoor een passende afwijking wordt toegestaan zonder het impacteffect te beïnvloeden;
• Belangrijkste vereiste: Het maximale diameterverschil tussen gesmede stalen kogels in dezelfde molen mag niet groter zijn dan 1,5 mm, waardoor ongelijke impactkracht wordt voorkomen die leidt tot lokale slijtage van de voering (de hoge stijfheid van gesmeed staal versterkt de impact van maatdeviatie).

• Rondheidsfout ≤0,25 mm (voor diameter ≤60 mm) of ≤0,4 mm (voor diameter >60 mm), gemeten met een rondheidsmeter - het rotatie-smeedproces van gesmeed staal zorgt voor een betere rondheid dan gegoten kogels;
• Betekenis: Onronde gesmede stalen kogels veroorzaken ernstige trillingen van de molen tijdens rotatie met hoge snelheid (molensnelheid 18-26 tpm), waardoor het stroomverbruik met 8-12% toeneemt en de slijtage van de voering wordt versneld, wat duidelijker is dan bij gegoten kogels vanwege de hogere dichtheid.

• Oppervlakteruwheid: Ra ≤1,2μm (gepolijst na het smeden), waarbij de smeedhuid en bramen worden verwijderd - het gladde oppervlak van gesmeed staal vermindert de hechting van materiaal en krassen op de voering;
• Uniformiteit van de oppervlaktehardheid: Hardheidsverschil ≤3HRC over het kogeloppervlak (gesmeed + warmtebehandeling zorgt voor een uniforme hardheidsverdeling), waardoor lokale overmatige slijtage wordt voorkomen;
• Kantafschuining: Geen scherpe randen (de plastische vervorming van gesmeed staal tijdens de verwerking vormt van nature afgeronde randen), waardoor schade aan voeringen en materialen wordt voorkomen.

Gesmede stalen kogels zijn voornamelijk gemaakt van gelegeerd staal met hoge sterkte en taaiheid, en parameters worden geselecteerd op basis van het slijtmechanisme (impact slijtage + abrasieve slijtage):

• Slijtvastheid: Volume slijtagesnelheid ≤0,06cm³/(kg·m) (ASTM G65-test), 20-30% beter dan gegoten stalen kogels vanwege de gesmede dichtheid;
• Warmtebehandeling: Afschrik- + ontlaatproces (de korrelverfijning van gesmeed staal na warmtebehandeling verbetert de hardheid en taaiheid).

• Aanpassing van de vulgraad: Wanneer de vulgraad 33-36% is (hoge vulling), selecteer dan gesmede stalen kogels met hoge hardheid (HRC+3) om de toegenomen wrijving te weerstaan; wanneer de vulgraad 28-32% is (lage vulling), gebruik dan gesmeed staal met hoge taaiheid (bijv. 50Mn2) om overmatige impactbreuk te voorkomen;
• Aanpassing van het slijpmiddel: Nat slijpen (slurry-omgeving) → selecteer corrosiebestendig gesmeed staal (bijv. 42CrMo met anti-roestcoating) om roest te voorkomen; droog slijpen (poederomgeving) → benadruk slijtvastheid (hoogchroom gesmeed staal);
• Temperatuuraanpassing: Slijpen bij hoge temperatuur (materiaaltemperatuur ≥180°C) → selecteer hittebestendig gesmeed staal (bijv. 35CrMoV) om hardheidsvermindering te voorkomen (de warmtebehandelingsstabiliteit van gesmeed staal is beter dan die van gegoten staal).

• Massieve structuur: Gesmede stalen kogels zijn allemaal massief (geen interne poriën of krimpsleuven, een veelvoorkomend defect in gegoten kogels), waardoor uniforme kracht wordt gewaarborgd en plotselinge breuk onder impact wordt voorkomen;
• Warmtebehandelingsproces: Afschrikken + lage temperatuur temperen om martensitische structuur te vormen, waarbij hardheid en taaiheid in evenwicht worden gebracht - de warmtebehandelingsrespons van gesmeed staal is beter dan die van gegoten staal vanwege de uniforme samenstelling;
• Maatwerk: Voor speciale molens (bijv. kleinschalige experimentele molens, semi-autogene molens met grote diameter) kunnen gesmede stalen kogels worden aangepast in diameter (10-150 mm) en gewicht, met een kortere doorlooptijd dan gegoten kogels voor niet-standaard maten.