Odporność na zużycie: Najwyższy priorytet w odlewach do sprzętu górniczego
W zastosowaniach górniczych, gdzie odlewy są narażone na ciągłe miażdżenie, szlifowanie i sortowanie, odporność na zużycie nie może być pominięta. Faktem jest, że zużycie zależy nie tylko od właściwości materiału. Raczej wynika ono z tego, jak odlewy oddziałują w sposób ścierny z rudą w czasie. Większość ekspertów rozpoznaje ten proces jako przebiegający w etapach. Najpierw następuje okres uruchomieniowy, kiedy powierzchnie dostosowują się do środowiska. Następnie następuje faza stabilnego zużycia, które postępuje stopniowo. Ostatecznie jednak dochodzimy do krytycznych punktów uszkodzeń, w których konieczna staje się wymiana. Zrozumienie tych faz ma znaczenie, ponieważ bezpośrednio wpływa na długość eksploatacji sprzętu w operacjach przeróbki surowców mineralnych w całej branży.
Dlaczego zużycie ścierne dominuje w przypadku awarii kruszarek, mielników i sit
Około 70% wczesnych problemów z zużyciem w urządzeniach stosowanych do przetwarzania rud wynika z abrazji. Płyty szczękowe są stale narażone na tarcie o granit i rudy żelaza. Wkłady młynów ulegają działaniu zarówno uderzeń, jak i abrazji ze strony elementów mielących znajdujących się wewnątrz. Sita doznają efektu tarcia materiału o materiał, który stopniowo niszczy ich powierzchnie siatki drucianej. Jeśli abrazja nie jest odpowiednio kontrolowana, może skrócić żywotność wkładów kruszarek od 30 do nawet 50 procent. To z kolei prowadzi do częstszych niż planowane przerw w produkcji, mimo regularnie przestrzegania harmonogramów konserwacji. Co daje najlepsze rezultaty? Stopy specjalne zaprojektowane specjalnie do zwalczania nagromadzania się cząstek oraz mikrouszkodzeń, które z czasem powodują poważne uszkodzenia.
Balansowanie twardości i udarności: podstawowy kompromis w projektowaniu odlewów
Maksymalizacja trwałości wiąże się z trudną sytuacją kompromisu. Materiały o bardzo dużej twardości wytrzymują uszkodzenia powierzchniowe, ale mają tendencję do pękania przy silnych uderzeniach, podczas gdy bardziej odporne stopy lepiej absorbują udary, ale nie wytrzymują tak długo w warunkach ścierania. Najlepsze stopy odlewnicze znajdują optymalny punkt pośredni między tymi skrajnościami poprzez precyzyjne kontrolowanie procesu tworzenia się karbидów i drobnoziarnistą strukturę. Dobrym przykładem są modyfikowane białe żeliwa chromowe. Osiągają one zazwyczaj twardość rzędu 600 jednostek Brinella przy współczynniku odporności na pękanie wynoszącym około 5–8 procent. Testy w warunkach rzeczywistych wykazują, że ich wydajność jest w aplikacjach kruszyłek kulowych trzy razy lepsza niż zwykłej stali. Kluczem do ich skuteczności jest zdolność zapobiegania powstawaniu katastrofalnych pęknięć w młotach kruszarek podczas zderzania się z kamieniami w trakcie pracy.
Odporność na korozję i udary w agresywnych środowiskach górniczych
Odlewy do sprzętu górniczego ulegają nieustannemu podwójnemu zużyciu w środowiskach przeróbki mineralnej. Jednoczesna korozja chemiczna i obciążenia mechaniczne przyspieszają awarie, wymagając specjalistycznej inżynierii materiałowej dla ciągłej pracy.
Jednoczesne naprężenia chemiczne i mechaniczne w obwodach mokrej przeróbki
W instalacjach mokrej przeróbki odlewy są narażone zarówno na zawiesiny kwasowe i zasadowe, jak i na ciągłe uderzenia cząstek rudy. Co się dzieje dalej? Korozja zaczyna niszczyć powierzchnie, sprawiając, że stają się one wrażliwe na ścieranie, gdy cząstki wgryzają się głębiej w materiał. Komponenty obsługujące te zawiesiny zużywają się około trzy razy szybciej niż sprzęt pracujący w suchych warunkach. Weźmy na przykład spirale pomp wykorzystywane w operacjach ługowania – ulegają one jednocześnie uszkodzeniom pittingowym i erozyjnym. Oznacza to, że trzeba je wymieniać znacznie wcześniej, niż się oczekuje, a eksploatacja typowo wiąże się z rocznymi kosztami rzędu 180 tys. USD tylko za same naprawy na różnych obiektach.
Strategie stopów: Jak stale chromowo-manganowe zwiększają podwójną trwałość
Stopy stali zawierające chrom i mangan zapewniają ochronę przed dwoma rodzajami degradacji materiału jednocześnie dzięki inteligentnemu projektowaniu metalu. Zawartość chromu w zakresie od 12 do 18 procent tworzy ochronne warstwy tlenkowe na powierzchni, które dobrze odpierają ataki kwasów i zasad. Tymczasem około 1,2 do 1,6 procent manganu nadaje metalowi korzystny efekt wyżarzania odkształceniowego, gdy materiał jest uderzany lub poddawany naprężeniom w trakcie eksploatacji, czasem zwiększając twardość powierzchni nawet do 550 HB w rzeczywistych warunkach użytkowania. Co to oznacza w praktyce? Urządzenia wykonane z tych stopów trwają od 40 do 70 procent dłużej w trudnych warunkach, takich jak osłony młynów mielących, gdzie panują szczególnie surowe warunki. A oto kolejna ważna zaleta, o której nikt wiele nie mówi: materiały te zachowują odporność nawet przy temperaturach spadających poniżej minus 40 stopni Celsjusza, więc nie ma ryzyka ich kruszenia i pękania w warunkach arktycznych, w których tradycyjne stale zawiodłyby spektakularnie.
Strategiczny dobór materiałów do odlewów urządzeń górniczych
Dopasowanie stopów odlewniczych do wymagań zastosowania: żeliwo białe, żeliwo sferoidalne i stal wysokomanganowa
Podczas doboru odpowiednich stopów kluczowe znaczenie ma sposób, w jaki materiały reagują na różne rodzaje obciążeń, z jakimi będą musiały się zmierzyć w trakcie pracy. Weźmy na przykład żeliwo białe. Dzięki niezwykłej twardości w zakresie około 500–700 BHN materiał ten doskonale radzi sobie z zużyciem przez ścieranie w takich zastosowaniach jak osłony kruszarek czy młoty młynów, szczególnie przy zawartości ponad 60% kwarcu. Kolejnym przykładem jest żeliwo sferoidalne, które charakteryzuje się obecnością drobnych nodulek grafitu w całej swojej strukturze. Zapewnia to odporność na uderzenia od 7 do 10 razy lepszą niż standardowe żeliwo szare, co czyni go idealnym rozwiązaniem m.in. dla zębów łopat i elementów systemów przenośników narażonych na wielokrotne uderzenia. Nie możemy również pominąć stali wysokomanganowej. Jej szczególną cechą jest wzrost twardości pod wpływem uderzeń. Powierzchnia materiału początkowo ma twardość około 200 HB, ale w trakcie eksploatacji może wzrosnąć nawet powyżej 550 HB. Ta właściwość czyni ją szczególnie odpowiednią dla komponentów takich jak stoły dozujące przenośników taśmowych czy sita drgań, które są regularnie narażone na uderzenia o wysokiej prędkości.
Innowacja przyszłości: dwumetalowe i odlewane odśrodkowo komponenty hybrydowe
Nowoczesne techniki obróbki metali polegają na łączeniu różnych materiałów warstwowo, aby obejść problemy związane z używaniem tylko jednego rodzaju stopu. Weźmy na przykład odlewy bimetaliczne. Łączą one wytrzymałe powłoki karbidu chromu, które wytrzymują bardzo trudne warunki (twardość w zakresie 58–62 w skali Rockwella), z podłożem ze żeliwa ciągliwego za pomocą specjalnych metod wiązania. Testy przeprowadzone w zakładach wykazały, że te połączone elementy mają okres użytkowania trzy razy dłuższy w zastosowaniach pomp do pulpy niż tradycyjne jednoskładnikowe stopy. Kolejnym rozwiązaniem jest odlewanie odśrodkowe, które pozwala uzyskać tzw. funkcjonalnie uwarstwione komponenty. Ich zewnętrzna część pokryta jest gęstym karbidem chromu odpornym na zużycie, podczas gdy wnętrze wykonane jest ze stali austenitycznej amortyzującej uderzenia. To połączenie doskonale sprawdza się w osłonach młynów kulowych, gdzie urządzenia są jednocześnie narażone na ciągłe obciążenia udarowe i środowiska korozyjne. Takie hybrydowe materiały rozwiązują dawny problem, w którym części musiały wybierać między twardością a odpornością na pękanie. W rzeczywistych warunkach górniczych, przy ekstremalnym zużyciu, takie komponenty zazwyczaj służą o 40% nawet do 200% dłużej przed koniecznością wymiany.
Często zadawane pytania
Jaki jest główny problem dotyczący odlewów do sprzętu górniczego?
Głównym problemem jest odporność na zużycie spowodowane ciągłymi procesami miażdżenia, mielenia i sortowania.
W jaki sposób problemy związane z zużyciem ściernym wpływają na sprzęt górniczy?
Zużycie ścierne może znacząco skrócić żywotność elementów takich jak wykładziny kruszarek, prowadząc do częstych przestojów produkcyjnych.
Jakie są korzyści wynikające z zastosowania stali chromowo-manganowych?
Stale te zwiększają podwójną trwałość, zapewniając odporność zarówno na korozję chemiczną, jak i na obciążenia mechaniczne, przedłużając tym samym żywotność sprzętu.
