Odolnosť proti opotrebovaniu: Najvyššia priorita pre odliatky ťažobných zariadení
V baníckych aplikáciách, kde odliatky čelia neustálemu drveniu, mletiu a triedeniu, odolnosť voči opotrebovaniu nemôže byť jednoducho ignorovaná. Realita je taká, že opotrebovanie nezávisí len od vlastností materiálu. Namiesto toho vzniká interakciou odliatkov s rudou v priebehu času. Väčšina odborníkov rozpoznáva, že tento proces prebieha etapami. Najprv nasleduje obdobie ujednania, keď sa povrchy prispôsobia prostrediu. Potom nasleduje fáza rovnomerného opotrebovania, ktorá postupuje postupne. Nakoniec však dosiahneme kritické body zlyhania, keď je potrebná výmena. Porozumenie týmto fázam je dôležité, pretože priamo ovplyvňuje životnosť zariadení v operáciách spracovania minerálov po celom priemysle.
Prečo abrazívne opotrebovanie dominuje pri zlyhaniach v drtičoch, mlyncoch a sitách
Približne 70 % problémov s predčasným opotrebovaním zariadení používaných na manipuláciu s rúdami je spôsobených abráziou. Čeľuste sú neustále v kontakte s materiálmi ako granit a železná ruda. Mlynové plášte sú vystavené nárazom aj abrázii zo strany mlynkových médií vo vnútri. Siet'ia prechádzajú efektom materiálu obrušovaného proti materiálu, ktorý postupne opotrebúva ich drôtové plochy. Ak sa abrázia riadne nezvládne, môže skrátiť životnosť drtinových plášťov o 30 až dokonca 50 percent. To vedie k častejšiemu výskytu výpadkov výroby, ako bolo plánované, napriek dodržiavaniu pravidelných údržbových harmonogramov. Čo funguje najlepšie? Špeciálne zliatiny navrhnuté špecificky na odolávanie hromadeniu častíc a tým malým rezným účinkom, ktoré spôsobujú veľké poškodenia v priebehu času.
Vyváženie tvrdosti a húževnatosti: Základný kompromis pri návrhu odliatkov
Využitie maximálnej životnosti spočíva v riešení zložitej kompromisnej situácie. Materiály, ktoré sú veľmi tvrdé, odolávajú povrchovému poškodeniu, ale pri silnom náraze majú tendenciu prasknúť, zatiaľ čo húževnatejšie zliatiny lepšie odolávajú nárazom, no proti opotrebeniu nevydržia tak dlho. Najlepšie odlievané zliatiny nachádzajú optimálny kompromis medzi týmito extrémami prostredníctvom presného riadenia tvorby karbidov a jemnenia zrnovej štruktúry. Príkladom je modifikovaná vysokochrómová biela liatina. Tieto materiály dosahujú tvrdosť približne 600 jednotiek podľa Brinella pri zachovaní húževnatosti okolo 5 až 8 percent. Reálne testy ukazujú, že vo valcovaných guľových mlynoch vykazujú približne trojnásobný výkon oproti bežnej ocele. Kľúčom k ich účinnosti je schopnosť zabrániť vzniku ničivých trhlín v kladivách drvičov pri narážaní na horniny počas prevádzky.
Odolnosť voči korózii a nárazom v agresívnych baníckych prostrediach
Odliatky na ťažobnom vybavení čelia neustálemu dvojitému degradačnému pôsobeniu v prostredí spracovania minerálov. Súčasné chemické korózne a mechanické namáhanie zvyšuje rýchlosť porúch, čo si vyžaduje špecializované materiálové inžinierstvo pre nepretržitý prevádzkový chod.
Súčasné chemické a mechanické zaťaženie vo vlhkých spracovateľských okruhoch
Vo vlhkých spracovateľských systémoch sú odliatky vystavené pôsobeniu kyslých aj alkalických suspenzií spolu s neustálym nárazom rudných častíc. Čo sa stane ďalej? Korózia začne ničiť povrchy, čím ich urobí zraniteľnými voči opotrebovaniu, keď sa častice hlbšie zasekávajú do materiálu. Komponenty spracovávajúce tieto suspenzie sa opotrebujú približne trikrát rýchlejšie v porovnaní so zariadeniami v suchých prostrediach. Vezmite ako príklad čerpadlové spiralové skrine používané pri operáciách vyluhovania – trpia súčasne bodovou koróziou aj erozným poškodením. To znamená, že musia byť vymenené oveľa skôr, ako sa očakáva, a prevádzkové náklady dosahujú typicky okolo 180 000 USD ročne len na tieto opravy na rôznych lokalitách.
Stratégie zliatin: Ako chrómové-mangánové ocele zvyšujú dvojitú odolnosť
Oceleové zliatiny obsahujúce chróm a mangán odolávajú dvom druhom porušenia materiálu súčasne vďaka inteligentnému návrhu kovu. Obsah chrómu v rozmedzí 12 až 18 percent vytvára na povrchu ochranné oxidačné vrstvy, ktoré dobre odolávajú účinkom kyselín aj alkálií. Medzitým približne 1,2 až 1,6 percenta mangánu dodáva kovu vhodný efekt kalenia pri deformácii, keď je materiál namáhaný alebo nárazom počas prevádzky, niekedy až zvyšuje povrchovú tvrdosť až na 550 HB za skutočných prevádzkových podmienok. Čo to znamená v praxi? Zariadenia vyrobené z týchto zliatin vydržia o 40 až 70 percent dlhšie v náročných prostrediach, ako sú výsledky mlynov, kde sú podmienky extrémne náročné. A tu je ďalšia dôležitá výhoda, o ktorej sa nikto veľa nehovorí: tieto materiály si zachovávajú húževnatosť aj pri teplotách pod mínus 40 stupňov Celzia, takže nehrozí ich krehkosť a rozpad v arktických podmienkach, kde by tradičné ocele dramaticky zlyhali.
Strategický výber materiálu pre odliatky baníckych zariadení
Priradenie zliatin pre odliatky podľa požiadaviek použitia: biely liatina, tvárna liatina a vysokomangánová oceľ
Pri výbere vhodných zliatin je rozhodujúce, ako materiály reagujú na rôzne zaťaženia, ktoré budú v praxi pôsobiť. Vezmime si napríklad biely liatina. S vynikajúcou tvrdosťou v rozmedzí približne 500 až 700 BHN tento materiál veľmi dobre odoláva abrazívnemu opotrebovaniu v aplikáciách ako sú chránené plášte mlynov alebo kladivá mlynov, najmä ak je prítomných viac ako 60 % kremeňa. Potom máme dutérný liatina, ktorý obsahuje malé uzlíky grafitu vo svojej štruktúre. To mu poskytuje až 7 až 10-krát lepší odpor proti nárazom v porovnaní s bežným šedým liatinou, čo ho robí vynikajúcim pre diely ako zuby bagrov alebo komponenty dopravných systémov, ktoré sú opakovane namáhané nárazom. Nezabudnime ani na vysokomanganovú oceľ. To, čo ju robí špeciálnou, je fakt, že sa skutočne zvyšuje jej tvrdosť pri nárazoch. Povrch má na začiatku tvrdosť okolo 200 HB, počas prevádzky však môže stúpiť až na hodnoty vyše 550 HB. Táto vlastnosť ju robí obzvlášť vhodnou pre komponenty ako panvy apronových podávačov alebo sieťové dosky, kde sú diely pravidelne vystavované nárazom vysokou rýchlosťou.
Emergentná inovácia: Bimetállové a odstredivo liaté hybridné komponenty
Moderné techniky spracovania kovov kombinujú rôzne materiály vrstvu po vrstve, aby sa obišli problémy spojené s používaním len jedného druhu zliatiny. Vezmime si napríklad bikovové odliatky. Spájajú tvrdé povlaky z karbidu chrómu, ktoré vydržia veľmi náročné podmienky (tvrdosť medzi 58 až 62 podľa Rockwellovej stupnice), s pevnými základmi z duktilného liatu pomocou špeciálnych spôsobov spojovania. Skúšky v prevádzkach ukazujú, že tieto kombinované diely vydržia približne trikrát dlhšie pri aplikáciách čerpadiel pre suspenzie v porovnaní s bežnými zliatinami z jediného materiálu. Ďalšou metódou je odstredivé liatie, ktoré vytvára tzv. funkčne gradované komponenty. Vonkajší povrch je pokrytý hustým karbidom chrómu odolným voči opotrebovaniu, zatiaľ čo vo vnútri sa nachádza austenitická oceľ tlmiaca nárazy. Táto kombinácia dokonale funguje u výsteliek mlynov, kde zariadenia čelia naraz nárazovému zaťaženiu aj koróznym prostrediam. Tieto hybridné materiály riešia starý problém, keď diely museli byť buď tvrdé, alebo húževnaté. Pri skutočných ťažobných operáciách, kde je opotrebenie extrémne, takéto komponenty zvyčajne vydržia o 40 % až 200 % dlhšie, než je potrebné ich nahradiť.
Často kladené otázky
Aký je hlavný problém pri odliatkoch ťažobného zariadenia?
Hlavným problémom je odolnosť proti opotrebeniu spôsobenému neustálym drvením, mletím a triedením.
Ako ovplyvňujú problémy s abrazívnym opotrebením ťažobné zariadenia?
Abrazívne opotrebenie môže výrazne skrátiť životnosť komponentov, ako sú vložky drvičov, čo vedie k častým výpadkom výroby.
Aké sú výhody použitia ocelí chróm-mangan?
Tieto ocele zvyšujú dvojnásobnú trvanlivosť tým, že odolávajú nielen chemickému koróznemu pôsobeniu, ale aj mechanickému nárazu, a predlžujú tak životnosť zariadenia.
