Kulumisesta kestävyys: Tärkein ominaisuus kaivosteollisuuden koneiden valuissa
Kaivosteollisuuden sovelluksissa, joissa valukappaleet kohtaavat jatkuvaa murskausta, hienontamista ja seulontaa, kulumisvastusta ei voi jättää huomiotta. Tosi on, että kulumiseen ei vaikuta ainoastaan materiaalin laatu. Sen sijaan kulumisvaikutus syntyy siitä, miten valukappaleet kuluvat rikasteen kanssa vuorovaikutuksessa ajan myötä. Useimmat asiantuntijat tietävät, että tämä prosessi etenee vaiheittain. Ensin tulee käyttöönottojakso, jolloin pinnat sopeutuvat ympäristöönsä. Tämän jälkeen seuraa tasainen kuluminen, joka etenee asteittain. Lopulta kuitenkin saavutetaan kriittiset vaurioitumiskohdat, jolloin varaosan vaihto on välttämätön. Näiden vaiheiden ymmärtäminen on tärkeää, koska ne vaikuttavat suoraan laitteiden käyttöikään kaivannaisten käsittelyprosesseissa teollisuudessa.
Miksi hankaava kulumine dominoi murskainten, hienonnintten ja seulojen vaurioita
Noin 70 % kaivannaisia käsittävissä laitteissa esiintyvistä alkuvaiheen kulumisongelmista johtuu hankaus. Leuapalat kitkautuvat jatkuvasti graniitin ja rautamalmien kanssa. Hiontimetallin aiheuttamat isku- ja hankausvoimat rasittavat murskaajien suojuslevyjä. Ruuvit kokevat materiaalin välisen hankaustehon, joka asteittain kuluttaa niiden lankaverkon pinnat. Jos hankausta ei hallita asianmukaisesti, se voi lyhentää murskaimen suojuslevyjen käyttöikää jopa 30–50 prosenttia. Tämä johtaa useisiin tuotantokatkoksiin, jotka tapahtuvat useammin kuin suunniteltiin, vaikka säännölliset huoltosuunnitelmat noudatetaan. Mikä toimii parhaiten? Erityislegaatut, jotka on suunniteltu erityisesti vastustamaan hiukkasten kertymistä ja pieniä leikkaavia vaikutuksia, jotka aiheuttavat merkittävää vahinkoa ajan myötä.
Kovuuden ja sitkeyden tasapainottaminen: Ydinvalinta valumisen suunnittelussa
Kulumiskestävyyden maksimoiminen liittyy hankalaan kompromissitilanteeseen. Erittäin kovat materiaalit kestävät pinnan vaurioita, mutta ne halkeavat helposti voimakkaiden iskujen yhteydessä, kun taas sitkeämmät seokset kestävät iskuja paremmin, mutta eivät kestä yhtä kauan kulutuksen edessä. Parhaat valuseokset löytävät tämän optimaalisen tasapainon ääriarvojen väliltä hallitsemalla huolellisesti karbidien muodostumista ja jalostamalla rakeiden rakennetta. Muunnettu korkeakromipitoisella valurauta on tästä hyvä esimerkki. Näillä materiaaleilla on tyypillisesti noin 600 Brinellin kovuustaso ja murtositkeyttä noin 5–8 prosenttia. Käytännön testit osoittavat, että niiden suorituskyky on noin kolme kertaa parempi kuin tavallisen teräksen pallopanimsovelluksissa. Niiden tehokkuuden avain on kyky estää katastrofaaliset halkeamat muodostumasta rikkojashampooissa, kun ne törmäävät kiviin käyttötilanteessa.
Korroosion- ja iskukestävyys aggressiivisissa kaivannaisympäristöissä
Kaivannaisalan laitteiden valujen on kestettävä kovaa yhdistelmäkuormitusta mineraalikäsittelyssä. Samanaikainen kemiallinen korroosio ja mekaaninen iskukuormitus nopeuttavat vaurioitumista, mikä edellyttää erityissovellutuksiin suunniteltua materiaalitekniikkaa jatkuvaa toimintaa varten.
Samanaikainen kemiallinen ja mekaaninen rasitus kosteissa käsittelypiireissä
Kosteissa käsittelyjärjestelmissä valujen kohtaamat happamat ja emäksiset lietteet yhdistyvät kaivannaisihiin aiheuttamaan jatkuvaa iskuruuhia. Mitä tämän seurauksena tapahtuu? Korroosio aloittaa pinnan syövittämisen, mikä altistaa sen hankautumiselle, kun hiukkaset tunkeutuvat materiaaliin syvemmälle. Näitä lietteitä käsittelevät komponentit kuluvat noin kolme kertaa nopeammin verrattuna kuivissa olosuhteissa toimiviin laitteisiin. Otetaan esimerkiksi pumpun volyytit, joita käytetään liuotusprosesseissa – ne kärsivät sekä kuoppakorroosiosta että eroosiovaurioista samanaikaisesti. Tämä tarkoittaa, että niiden vaihto on tehtävä paljon aiemmin kuin odotettaisiin, ja tyypillisesti toiminnan ylläpitoon kuluu noin 180 000 dollaria vuodessa pelkästään näihin korjauksiin eri sijoissa.
Seosstrategiat: Miten kromi-mangaaniteräkset parantavat kaksoiskestävyyttä
Teräksen seokset, jotka yhdistävät kromia ja mangaania, torjuvat kahdenlaista materiaalikatoa yhtä aikaa älykkään metallisuunnittelun ansiosta. Kromipitoisuus, joka vaihtelee 12–18 prosentin välillä, luo suojaavia hapettumiskalvoja pinnoille, ja ne kestävät melko hyvin sekä happo- että emäshyökkäyksiä. Samalla noin 1,2–1,6 prosentin mangaanipitoisuus antaa metallille hyvän kovanmuovautumisvaikutuksen, kun metalliin kohdistuu iskuja tai rasituksia käytön aikana, mikä voi joskus lisätä pintakovuutta jopa 550 HB:iin käyttöolosuhteissa. Mitä tämä käytännössä tarkoittaa? Näillä seoksilla valmistetut laitteet kestävät 40–70 prosenttia pidempään raskaisissa olosuhteissa, kuten hienomyllyjen paneeleissa, joissa olosuhteet ovat erityisen kovat. Ja tässä toinen tärkeä etu, josta kukaan ei juurikaan puhu: nämä materiaalit säilyttävät sitkeytensä, vaikka lämpötila laskee alle miinus 40 celsiusastetta, joten niissä ei ole riskiä haurastua ja särkyä arktisissa olosuhteissa, joissa perinteiset teräkset epäonnistuisivat täysin.
Strateginen materiaalivalinta kaivosteollisuuden laitteiden valuteille
Valulepuitteiden sovittaminen käyttökohteiden vaatimuksiin: valkoraudo, pallografiittiraudo ja korkean mangaanipitoisuuden teräs
Kun valitaan oikeat seokset, kaikki palautuu siihen, miten materiaalit reagoivat erilaisiin rasituksiin, joita ne kohtaavat työssä. Otetaan esimerkiksi valurauta. Sen erinomaisen kovuusalueen, noin 500–700 BHN, ansiosta tämä materiaali kestää hyvin kulumista esiintyessä esimerkiksi murskaajien vuorusteissa tai hienomyllyjen vasaroissa, kun kvartsia on yli 60 %. Sitten meillä on taottu valurauta, jossa on pieniä grafiittinodulirakenteita. Tämä antaa sille noin 7–10 kertaa paremman iskukestävyyden verrattuna tavalliseen harmaaseen valuraudan, joten sitä voidaan hyvin käyttää esimerkiksi kaivinkoneiden hampaiden ja kuljetinjärjestelmien osien valmistukseen, joita isketään toistuvasti. Älkäämme myöskään unohtako korkeahiilista mangaaniterästä. Erityistä tässä materiaalissa on se, että se itse asiassa muuttuu kovemmaksi iskujen vaikutuksesta. Pinnan kovuus alkaa noin 200 HB:stä, mutta voi käytössä nousta yli 550 HB:ään. Tämä ominaisuus tekee siitä erityisen hyvän materiaalin komponenteille, kuten etulevyn ruokojen ja seulontakasoille, joita tavataan usein suurilla nopeuksilla.
Nouseva innovaatio: Bimetalliset ja sentrifugaalisesti valutetut hybridikomponentit
Modernit metallin työstötekniikat yhdistävät erilaisia materiaaleja kerroksittain kiertääkseen ongelmat, jotka liittyvät yhden ainoan seoksen käyttöön. Otetaan esimerkiksi bimetallivalukset. Ne yhdistävät kovia kromikarbidipinnoitteita, jotka kestävät erittäin raskaita olosuhteita (kovuusarvo 58–62 Rockwell-asteikolla), lujaan ja sitkeään valurautapohjaan erikoisliitosmenetelmien avulla. Kasvokokeet osoittavat, että näillä yhdistetyillä osilla on noin kolminkertainen kesto slurry-pumppusovelluksissa verrattuna tavallisiin yksisekovaltioihin. Toisena esimerkkinä on keskipakovalu, jolla valmistetaan niin kutsuttuja funktionaalisesti gradienttirakenteisia komponentteja. Ulkopinta pinnoitetaan tiheällä kromikarbidilla, joka kestää kulumista, kun taas sisäpuolella on iskunvaimentava austeniittinen teräs. Tämä yhdistelmä toimii erinomaisesti hienontamismyllyjen panoslevyissä, joissa laitteet kohtaavat sekä jatkuvia iskuja että samanaikaisesti syövyttäviä olosuhteita. Näiden hybridimateriaalien ansiosta ratkaistaan vanha ongelma, jossa osien piti valita kovuuden ja sitkeyden välillä. Käytännön kaivostoiminnassa, jossa kuluminen on äärimmäistä, tällaisten komponenttien kesto on tyypillisesti 40–200 % pidempi ennen kuin ne on vaihdettava.
Usein kysytyt kysymykset
Mikä on tärkein huolenaihe kaivosteollisuuden laitteiden valujen osalta?
Tärkein huolenaihe on kulumisvastus, koska jatkuvat murskaus-, hienontamis- ja seulontaprosessit aiheuttavat suurta kulumista.
Miten abraasiivinen kulumisa vaikuttaa kaivostarvikkeisiin?
Abraasio voi merkittävästi lyhentää komponenttien, kuten murskaajien sisustuspalojen, käyttöikää, mikä johtaa useisiin tuotantokatkoihin.
Mitä hyötyjä kromi-manganeista teräksistä on?
Nämä teräkset parantavat kaksinkertaista kestävyyttä vastustamalla sekä kemiallista korroosiota että mekaanista iskua, ja ne pidentävät laitteiden käyttöikää.
