Износостойкость: Главный приоритет для отливок горнодобывающего оборудования
В горнодобывающих применениях, где отливки подвергаются постоянному дроблению, измельчению и сортировке, износостойкость просто нельзя игнорировать. На самом деле износ зависит не только от свойств материала. Вместо этого он возникает в результате абразивного взаимодействия отливок с рудой в течение времени. Большинство специалистов признают, что этот процесс происходит поэтапно. Сначала наступает период приработки, когда поверхности адаптируются к своему окружению. Затем следует фаза стабильного износа, который развивается постепенно. В конечном итоге мы достигаем критических точек отказа, когда замена становится необходимой. Понимание этих фаз важно, поскольку они напрямую влияют на срок службы оборудования в операциях обогащения полезных ископаемых по всей отрасли.
Почему абразивный износ является основной причиной выхода из строя дробилок, мельниц и грохотов
Около 70% ранних проблем с износом оборудования, используемого для обработки руд, связаны с абразивным износом. Щёковые плиты постоянно трутся о гранит и железную руду. Мелющие брони подвергаются как ударным, так и абразивным воздействиям со стороны мелющих тел внутри них. Сита испытывают эффект истирания материала о материал, который постепенно разрушает их проволочные сетки. Если абразивный износ не контролируется должным образом, он может сократить срок службы футеровки дробилок на 30–50%. Это приводит к частым остановкам производства, происходящим чаще запланированных сроков, несмотря на соблюдение графиков регулярного технического обслуживания. Что работает лучше всего? Специальные сплавы, разработанные специально для борьбы с накоплением частиц и микроскопическими режущими действиями, которые со временем наносят значительный ущерб.
Сочетание твёрдости и вязкости: основной компромисс при проектировании отливок
Максимально эффективное использование срока службы связано со сложным компромиссом. Сверхтвёрдые материалы устойчивы к повреждениям поверхности, но склонны к растрескиванию при сильных ударах, тогда как более вязкие сплавы лучше переносят ударные нагрузки, но менее стойки к абразивному износу. Лучшие литейные сплавы находят оптимальный баланс между этими крайностями за счёт тщательного контроля образования карбидов и улучшения зернистой структуры. В качестве примера можно привести модифицированное белое чугунное железо с высоким содержанием хрома. Эти материалы обычно достигают твёрдости около 600 единиц по Бринеллю при коэффициенте вязкости разрушения порядка 5–8 процентов. Практические испытания показывают, что их эффективность в шаровых мельницах примерно в три раза выше по сравнению с обычной сталью. Их высокая эффективность обусловлена способностью предотвращать образование разрушительных трещин в дробильных молотках при столкновении с камнями во время эксплуатации.
Стойкость к коррозии и ударным воздействиям в агрессивных горнодобывающих условиях
Отливки горнодобывающего оборудования подвергаются постоянному двойному износу в условиях обработки минералов. Одновременное химическое коррозионное воздействие и механические удары ускоряют выход из строя, что требует применения специализированной инженерии материалов для обеспечения стабильной работы.
Одновременное химическое и механическое воздействие в мокрых технологических цепях
В установках мокрой переработки отливки подвергаются воздействию как кислых, так и щелочных пульп, а также постоянным ударам частиц руды. Что происходит дальше? Коррозия начинает разрушать поверхности, делая их уязвимыми для абразивного износа, поскольку частицы проникают глубже в материал. Компоненты, контактирующие с этими пульпами, изнашиваются примерно в три раза быстрее по сравнению с оборудованием в сухих условиях. Например, спиральные корпуса насосов, используемые в операциях выщелачивания, страдают одновременно от питтинговой коррозии и эрозионных повреждений. В результате их приходится заменять значительно раньше срока, а эксплуатационные расходы на ремонт таких деталей составляют в среднем около 180 тыс. долларов США ежегодно на различных объектах.
Стратегии сплавов: как хромо-марганцевые стали повышают двойную прочность
Сплавы стали, сочетающие хром и марганец, благодаря умной металлической конструкции одновременно противостоят двум типам разрушения материала. Содержание хрома в диапазоне от 12 до 18 процентов создаёт защитные оксидные плёнки на поверхностях, которые достаточно хорошо сопротивляются как кислотному, так и щелочному воздействию. В то же время около 1,2–1,6 процента марганца придаёт металлу хороший эффект упрочнения при деформации, когда он подвергается ударам или напряжениям в процессе эксплуатации, иногда повышая твёрдость поверхности до 550 HB в реальных условиях работы. Что это означает на практике? Оборудование, изготовленное из этих сплавов, служит на 40–70 процентов дольше в суровых условиях, например, в футеровке мельниц для измельчения, где нагрузки особенно высоки. И вот ещё одно важное преимущество, о котором редко упоминают: такие материалы сохраняют ударную вязкость даже при температурах ниже минус 40 градусов Цельсия, поэтому они не становятся хрупкими и не разрушаются в арктических условиях, в которых традиционные стали терпят полный крах.
Стратегический выбор материалов для литых деталей горного оборудования
Соответствие литейных сплавов требованиям применения: белый чугун, высокопрочный чугун и сталь с высоким содержанием марганца
При выборе подходящих сплавов всё сводится к тому, как материалы реагируют на различные виды напряжений, с которыми они столкнутся в процессе эксплуатации. Возьмём, к примеру, белый чугун. Благодаря высокой твёрдости в диапазоне примерно от 500 до 700 BHN, этот материал отлично противостоит абразивному износу, например, в дробилках или молотках мельниц при содержании кварца более 60%. Затем идёт высокопрочный чугун, в структуре которого присутствуют мелкие шаровидные включения графита. Это обеспечивает ему прочность на удар примерно в 7–10 раз выше, чем у обычного серого чугуна, поэтому он отлично подходит для таких деталей, как зубья экскаваторных ковшей или компоненты конвейерных систем, подвергающихся постоянным ударам. Также нельзя забывать и о высокомарганцовистой стали. Её особенность заключается в том, что она фактически становится твёрже при ударных нагрузках. Поверхность изначально имеет твёрдость около 200 HB, но в процессе эксплуатации может увеличиться до значения свыше 550 HB. Это свойство делает её особенно подходящей для компонентов, таких как панели подающих питателей и грохоты, которые регулярно подвергаются воздействию быстро движущихся материалов.
Перспективная инновация: биметаллические и центробежно-литые гибридные компоненты
Современные методы металлообработки объединяют различные материалы слой за слоем, чтобы преодолеть проблемы, возникающие при использовании только одного типа сплава. Возьмём, к примеру, биметаллические отливки. Они соединяют прочные покрытия из карбида хрома, способные выдерживать очень тяжёлые условия (твердость по шкале Роквелла между 58 и 62), с основаниями из вязкого чугуна с помощью специальных методов соединения. Испытания на заводах показывают, что такие комбинированные детали служат примерно в три раза дольше в применении к насосам для пульпы по сравнению с обычными однокомпонентными сплавами. Затем существует центробежная отливка, которая создаёт так называемые функционально градиентные компоненты. Снаружи наносится плотное износостойкое покрытие из карбида хрома, а внутри располагается аустенитная сталь, поглощающая удары. Такое сочетание отлично работает для футеровки мельниц, где оборудование одновременно подвергается постоянным ударам и коррозионной среде. Эти гибридные материалы решают старую проблему, когда детали должны были выбирать между твёрдостью и вязкостью. На реальных горнодобывающих производствах, где износ экстремальный, такие компоненты обычно служат на 40 %, а иногда и до 200 % дольше, прежде чем потребуется их замена.
Часто задаваемые вопросы
Какова основная проблема при использовании отливок для горнодобывающего оборудования?
Основная проблема — износостойкость, поскольку оборудование постоянно подвергается процессам дробления, размола и сортировки.
Как проблемы абразивного износа влияют на горнодобывающее оборудование?
Абразивный износ может значительно сократить срок службы компонентов, таких как футеровка дробилок, что приводит к частым остановкам производства.
Каковы преимущества использования хромо-марганцевых сталей?
Такие стали повышают двойную прочность, обеспечивая устойчивость как к химической коррозии, так и к механическим воздействиям, а также продлевают срок службы оборудования.
