Obrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceObrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceОбработка металлов (технология • оборудование • инструменты)1994-63092541-819XНовосибирский государственный технический университет30884410.17212/1994-6309-2025-27.3-108-121ArticlesСтатьиResearch ArticleThe effect of the grinding method on the grain shape coefficient of black silicon carbideВлияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черногоhttps://orcid.org/0000-0002-5074-10997003828824O-1672-20153907-4990NosenkoVladimir A.НосенкоВладимир Андреевич
Russian Federation

D.Sc. (Engineering), Professor

доктор техн. наук, профессор

vladim.nosenko2014@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0000-7733-236X9158-5333Rivas PeresDaniel E.Ривас ПересДаниэль Эрнестович
Russian Federation

Deputy General Director for Production and Sales of Silicon Carbide

Заместитель генерального директора по производству и продажам карбида кремния

rivas-peres_de@vabz.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1986-91393213-1098AleksandrovAleksey A.АлександровАлексей Александрович
Russian Federation

Senior Lecturer

старший преподаватель

alexalexal2011@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0007-3052-569155973631200N-6664-20153195-5851SarazovAleksandr V.СаразовАлександр Васильевич
Russian Federation

Ph.D. (Engineering), Associate Professor

канд. техн. наук, доцент

sarazov_av@mail.ruVolzhsky Polytechnic Institute (branch) of Volgograd State Technical UniversityВолжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университетаJSC “Volzhsky Abrasive Plant”ОАО «Волжский абразивный завод»15092025273VOL 27, NO3 (2025)ТОМ 27, №3 (2025)10812110092025Copyright ©; 2025, Nosenko V.A., Rivas Peres D.E., Aleksandrov A.A., Sarazov A.V.Copyright ©; 2025, Носенко В.А., Ривас Перес Д.Э., Александров А.А., Саразов А.В.2025Nosenko V.A., Rivas Peres D.E., Aleksandrov A.A., Sarazov A.V.Носенко В.А., Ривас Перес Д.Э., Александров А.А., Саразов А.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1994-6309/article/view/308844

Introduction. JSC Volzhsky Abrasive Plant is the sole producer of silicon carbide in Russia and the largest producer in Europe. The company employs various methods, equipment, and technologies for grinding abrasive materials, which influence the geometric parameters of the grains. The most prominent and widely used methods for grinding silicon carbide in current production are roller-press grinding and rotary grinding. The purpose of this work is to study the effect of the roller-press and rotary methods of grinding black silicon carbide, which are used at the JSC Volzhsky Abrasive Plant, on the shape factor, length, and width of the grains in the sample fractions. Research methods. The initial material obtained in accordance with the current technological process was selected after crushing in a rod mill. One sample was crushed using the roller-press method, and the other was crushed using the rotary method. The crushed silicon carbide was sieved into fractions using a Ro-Tap sieve analyzer. The geometric parameters and grain shape were determined in five fractions, and 800 grains were measured in each fraction. The horizontal projection of the grain profile was obtained using an Altami SM0870-T optical stereoscopic microscope. Special software was used to process the projections and determine the geometric parameters. Results and discussion. It has been established that the shape factor and grain length follow the maximum value law, while the width follows the normal distribution law. The strength of the correlation between geometric parameters ranges from weak to strong, and the direction of the relationships varies from positive to negative. Graphical dependencies are presented, demonstrating the correlation and regression relationships between the geometric parameters of the grains in the fractions. Rotary grinding results in an average increase of 5% in the number of isometric grains compared to roller-press grinding, while the number of needle-like grains decreases by a factor of 3. The research findings are intended for optimizing the formulation and manufacturing technology of abrasive and refractory products.

Введение. Единственным в России и самым крупным в Европе производителем карбида кремния является ОАО «Волжский абразивный завод». Для измельчения абразивного материала на предприятии используют различные способы, оборудование и технологии, влияющие на геометрические параметры зёрен. Наиболее значимыми и распространенными методами измельчения карбида кремния в действующем производстве служат пресс-валковый и роторный. Цель работы: исследование влияния пресс-валкового и роторного методов измельчения карбида кремния черного, реализуемых в условиях ОАО «Волжский абразивный завод», на коэффициент формы, длину и ширину зёрен в выборках фракций. Методы исследования. Исходный материал, полученный в соответствии с действующим технологическим процессом, отбирали после дробления на стержневой мельнице. Одну пробу измельчали пресс-валковым методом, другую роторным. Измельченный карбид кремния рассевали на фракции ситовым анализатором Ro-Tap. Геометрические параметры и форму зерен определяли в пяти фракциях, в каждой фракции измеряли 800 зёрен. Горизонтальную проекцию профиля зерен получали на оптическом стереоскопическом микроскопе «Альтами» СМ0870-Т. Для обработки проекций и определения геометрических параметров использовали специальное программное обеспечение. Результаты и обсуждение. Установлено, что коэффициент формы и длина зёрен подчиняются закону максимального значения, а ширина – закону нормального распределения. Сила связи между геометрическими параметрами изменяется от слабой до высокой, направленность связей – от положительной до отрицательной. Приведены графические зависимости, свидетельствующие о корреляционных и регрессионных связях между геометрическими параметрами зёрен во фракциях. После роторного измельчения количество изометричных зёрен, по сравнению с пресс-валковым, возрастает в среднем на 5 %, количество игольчатых зёрен снижается в 3 раза. Результаты исследований предназначены для оптимизации рецептуры и технологии изготовления абразивных и огнеупорных изделий.

Black silicon carbideFractionsLengthWidthShape coefficientGrinding methodsCorrelation and regression analysisКарбид кремния черныйфракцииспособы измельчениядлинаширинакоэффициент формызаконы распределениякорреляционный и регрессионный анализизометричные и игольчатые зернаFunding The study was carried out with the financial support of JSC Volzhsky Abrasive Plant, Contract no. 4990/02/2024-13/48-24.Финансирование Исследование выполнено при финансовой поддержке ОАО «Волжский абразивный завод», договор № 4990/02/2024-13/48-24.Богуцкий В.Б., Шрон Л.Б. Изменение характеристик рабочей поверхности шлифовального круга за период его стойкости // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. – 2019. – Т. 19, № 2. – С. 66–74. – DOI: 10.14529/engin190206. – EDN EXAFOD.Братан С.М., Харченко А.О., Часовитина А.С. Анализ и моделирование закономерностей изменения размеров профилей абразивных зерен и площадок износа в процессе шлифования // Вестник современных технологий. – 2020. – № 1 (17). – С. 43–48. – EDN FIUUSO.Characterization of grain geometrical features for monolayer brazed grinding wheels based on grain cross-sections / J. Chen, C. Cui, G. Huang, H. Huang, X. Xu // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 105. – P. 1425–1436. – DOI: 10.1007/s00170-019-04354-1.Современные представления о плавленых и спеченных огнеупорных заполнителях / М. Шнабель, А. Бур, Д. Шмидтмайер, С. Чаттерджи, Д. Даттон // Новые огнеупоры. – 2016. – № 3. – С. 107–114. – DOI: 10.17073/1683-4518-2016-3-107-114.Одарченко И.Б., Прусенко И.Н. Роль огнеупорного наполнителя в процессах структурообразования стержневых смесей // Литье и металлургия. – 2017. – № 4 (89). – С. 89–93. – EDN YMRXUZ.Yoshihara N., Takahashi H., Mizuno M. Effect of the abrasive grain distribution on ground surface roughness // International Journal of Automation Technology. – 2022. – Vol. 16 (1). – P. 38–42. – DOI: 10.20965/ijat.2022.p0038.Сазонов С.Е., Емченко Е.А., Стреляная Ю.О. Исследование повышения эффективности процесса шлифования кругами из классифицированного по форме абразивного зерна // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2020. – Т. 7, № 3–4. – С. 59–63. – EDN OCXGZG.Шатько Д.Б., Люкшин В.С. Исследование режущей способности единичных абразивных зерен в зависимости от их формы и пространственной ориентации // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2023. – № 5 (159). – С. 23–30. – DOI: 10.26730/1999-4125-2023-5-23-30. – EDN QIVLVI.Korotkov A., Korotkov V. Grinding tools made of grains with controlled shape and orientation // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 224. – P. 01071. – DOI: 10.1051/matecconf/201822401071.Гаршин А.П., Федотова С.М. Абразивные материалы и инструменты. Технология производства. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 1009 с. – ISBN 978-5-7422-1853-1. – EDN QNEQXH.Tamás L., Rácz Á. Comparison of particle size and shape distribution of corundum produced by industrial ball mill and material bed compression // Multidiszciplináris tudományok. – 2021. – Vol. 11. – P. 59–67. – DOI: 10.35925/j.multi.2021.5.6.Li Z., Zhai H., Tan M. Particle shape characterization of brown corundum powders by SEM and image analysis // IET Conference Publications. – 2006. – P. 1310–1313. – DOI: 10.1049/cp:20060969.Machine learning reveals the influences of grain morphology on grain crushing strength / Y. Wang, G. Ma, J. Mei, Y. Zou, D. Zhang, W. Zhou, X. Cao // Acta Geotechnica. – 2021. – Vol. 16. – P. 3617–3630. – DOI: 10.1007/s11440-021-01270-1.Crushing mechanism analysis of sintered ore and study of particle size distribution pattern after crushing / P. Tang, B. Dai, Z. Zhou, W. Ma // Ironmaking & Steelmaking: Processes, Products and Applications. – 2024. – Vol. 51. – P. 527–545. – DOI: 10.1177/03019233241248987.Ajaka O., Akinbinu V. Design, fabrication and performance analysis of a planetary roll mill for fine grinding // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2011. – Vol. 6. – P. 75–90.Comminution behavior and mineral liberation characteristics of low-grade hematite ore in high pressure grinding roll / J. Cao, L. Liu, Y. Han, A. Feng // Physicochemical Problems of Mineral Processing. – 2019. – Vol. 55. – P. 575–585. – DOI: 10.5277/ppmp18169.Люкшин В.С., Шатько Д.Б. Совершенствование процесса сортировки абразивов по форме // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2022. – № 4 (152). – С. 13–22. – DOI: 10.26730/1999-4125-2022-4-13-22.Shatko D.B., Lyukshin V.S., Strelnikov P.A. Separation of abrasive materials according to the form // Materials Science Forum. – 2018. – Vol. 927. – P. 35–42. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.927.35. – EDN YBJVML.Вайсберг Л.А., Устинов И.Д. Феноменология вибрационной классификации и усреднения по крупности гранулярных материалов // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. – 2019. – Т. 25, № 1. – С. 181–189. – DOI: 10.18721/JEST.25118. – EDN ZFDLBB.Байдакова Н.В. О принципах управления технологической частью классификатора типа ВДК на операциях спецрассева абразивных материалов // Тяжелое машиностроение. – 2023. – № 4. – С. 29–32. – EDN CGFJRJ.Патент № 2236303 C1 Российская Федерация, МПК B03C 7/08. Устройство для сепарации шлифовальных зерен по форме: № 2003113373/03: заявл. 06.05.2003: опубл. 20.09.2004 / А.Н. Коротков, С.А. Костенков, В.С. Люкшин, Н.В. Прокаев; заявитель ВолгГТУ. – EDN ZLNEOM.ОАО «Волжский абразивный завод»: сайт. – URL: https://vabz.ru/ (дата обращения: 21.08.2025).Коротков А.Н., Дубов Г.М. Повышение эффективности отрезного шлифования // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2008. – № 4 (41). – С. 4–6. – EDN JVIEYN.Программа для автоматизированного определения геометрических параметров шлифовального зерна по фотографии «Зерно НМ ВПИ»: свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2011610144 от 11.01.2011 / В.А. Носенко, А.А. Рыбанов, И.А. Макушкин, А.А. Шегай, К.А. Букштанович; ВолгГТУ.Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. – 12-е изд. – М.: Юрайт, 2012. – 478 c. – ISBN 978-5-9916-1589-1. – EDN QJYTKV.