คุณสมบัติใดที่สำคัญที่สุดในการหล่อชิ้นส่วนอุปกรณ์การขุดเจาะ?

ความต้านทานการสึกหรอ: ลำดับความสำคัญอันดับหนึ่งสำหรับชิ้นส่วนหล่ออุปกรณ์การขุดเจาะ

ในงานเหมืองแร่ที่ชิ้นส่วนหล่อต้องเผชิญกับการบดอัด การขัด และการคัดกรองอย่างต่อเนื่อง ความต้านทานต่อการสึกหรอจึงเป็นสิ่งที่ไม่อาจมองข้ามได้ ความจริงก็คือ การสึกหรอมิได้ขึ้นอยู่เพียงคุณภาพของวัสดุเท่านั้น แต่เกิดจากปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดการเสียดสีระหว่างชิ้นส่วนหล่อกับแร่ธาตุตลอดระยะเวลาหนึ่ง ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่รับรู้ดีว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นเป็นระยะๆ ก่อนอื่นจะเป็นช่วงเริ่มต้นใช้งาน ซึ่งพื้นผิวจะปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อม จากนั้นจะตามมาด้วยระยะที่การสึกหรอคงที่และค่อยเป็นค่อยไป ในท้ายที่สุด จะถึงจุดที่เกิดความล้มเหลวอย่างรุนแรง จนจำเป็นต้องเปลี่ยนชิ้นส่วน การเข้าใจระยะต่างๆ เหล่านี้มีความสำคัญ เพราะส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของอุปกรณ์ในการดำเนินงานแปรรูปแร่ในอุตสาหกรรม

เหตุใดการสึกหรอจากการขัดจึงเป็นสาเหตุหลักของการเสียหายในเครื่องบด เครื่องโม่ และตะแกรงคัดขนาด

ปัญหาการสึกหรอในระยะเริ่มต้นประมาณ 70% ของอุปกรณ์ที่ใช้ในการจัดการแร่ธาตุ เกิดจากแรงขูดถลอกเป็นหลัก แผ่นยึดกรามจะเสียดสีอย่างต่อเนื่องกับวัสดุอย่างหินแกรนิตและแร่เหล็ก ผิวบุด้านในเครื่องโม่ (Mill liners) ได้รับผลกระทบทั้งจากการกระแทกและการขูดถลอกจากสื่อการบดภายใน ส่วนตะแกรงจะประสบกับปรากฏการณ์การขัดถูระหว่างวัสดุ ซึ่งค่อยๆ กัดเซาะพื้นผิวตาข่ายลวด เมื่อไม่มีการจัดการแรงขูดถลอกอย่างเหมาะสม อาจทำให้อายุการใช้งานของแผ่นบุเครื่องบดลดลงได้ตั้งแต่ 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งนำไปสู่การหยุดการผลิตที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งกว่าแผนที่วางไว้ แม้ว่าจะมีการบำรุงรักษาตามกำหนดอย่างสม่ำเสมอ สิ่งใดที่ได้ผลดีที่สุด? โลหะผสมพิเศษที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อต่อต้านการสะสมของอนุภาค และการตัดเฉือนเล็กๆ ที่ก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมากในระยะยาว

การถ่วงดุลระหว่างความแข็งและความเหนียว: ข้อแลกเปลี่ยนหลักในการออกแบบชิ้นงานหล่อ

การใช้ประโยชน์จากอายุการสึกหรอให้ได้มากที่สุดเกี่ยวข้องกับการจัดการสถานการณ์การแลกเปลี่ยนที่ซับซ้อน วัสดุที่มีความแข็งมากสามารถทนต่อความเสียหายของผิวได้ดี แต่มักจะแตกร้าวเมื่อถูกกระแทกอย่างรุนแรง ในขณะที่โลหะผสมที่เหนียวกว่าสามารถรองรับแรงกระแทกได้ดีกว่า แต่กลับมีอายุการใช้งานที่สั้นลงเมื่อเผชิญกับการกัดกร่อน โลหะผสมหล่อที่ดีที่สุดจะหาจุดสมดุลระหว่างขีดจำกัดทั้งสองนี้ โดยการควบคุมการเกิดคาร์ไบด์และการปรับโครงสร้างเกรนอย่างระมัดระวัง พิจารณาเหล็กขาวโครเมียมสูงแบบดัดแปลงเป็นตัวอย่าง วัสดุเหล่านี้โดยทั่วไปมีค่าความแข็งประมาณ 600 บรินเนล พร้อมทั้งคงค่าความเหนียวต่อการแตกหักไว้ที่ประมาณ 5 ถึง 8 เปอร์เซ็นต์ การทดสอบในสภาพจริงแสดงให้เห็นว่าวัสดุเหล่านี้มีประสิทธิภาพดีกว่าเหล็กธรรมดาประมาณสามเท่าในการประยุกต์ใช้งานกับเครื่องบดลูกบอล สิ่งที่ทำให้วัสดุเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงคือความสามารถในการป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวที่อาจนำไปสู่ความเสียหายอย่างร้ายแรงในค้อนบด เมื่อมีการปะทะกับก้อนหินระหว่างการทำงาน

ความต้านทานต่อการกัดกร่อนและแรงกระแทกในสภาพแวดล้อมการทำเหมืองที่รุนแรง

ชิ้นส่วนหล่อสำหรับอุปกรณ์การทำเหมืองเผชิญกับการเสื่อมสภาพร่วมกันอย่างต่อเนื่องในสภาพแวดล้อมการแปรรูปแร่ ทั้งการกัดกร่อนทางเคมีและการกระแทกเชิงกลที่เกิดขึ้นพร้อมกัน ทำให้อัตราการเสียหายเพิ่มสูงขึ้น จึงจำเป็นต้องใช้วิศวกรรมวัสดุเฉพาะทางเพื่อให้สามารถดำเนินงานได้อย่างต่อเนื่อง

ความเครียดทางเคมีและกลที่เกิดขึ้นพร้อมกันในวงจรกระบวนการแบบเปียก

ในระบบประมวลผลแบบเปียก ชิ้นส่วนที่หล่อขึ้นจะถูกกระทบจากของเหลวที่มีฤทธิ์ทั้งกรดและด่าง รวมทั้งแรงกระแทกอย่างต่อเนื่องจากอนุภาคแร่ สิ่งที่เกิดขึ้นต่อมาคือ การกัดกร่อนเริ่มทำลายพื้นผิว ทำให้วัสดุอ่อนแอต่อการสึกหรอ และอนุภาคก็เจาะลึกลงไปในวัสดุมากขึ้น ชิ้นส่วนที่จัดการของเหลวเหล่านี้จึงสึกหรอเร็วกว่าอุปกรณ์ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมแห้งประมาณสามเท่า ยกตัวอย่างเช่น ปั๊มเว้า (pump volutes) ที่ใช้ในกระบวนการช่วยละลาย ซึ่งได้รับความเสียหายร่วมกันทั้งจากการกัดเซาะแบบเป็นหลุม (pitting) และการสึกกร่อน (erosion) ทำให้ต้องเปลี่ยนชิ้นส่วนเร็วกว่าที่คาดไว้ และโดยทั่วไปแล้ว แต่ละไซต์งานจะต้องใช้จ่ายเงินประมาณ 180,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปี สำหรับการซ่อมแซมชิ้นส่วนเหล่านี้เพียงอย่างเดียว

กลยุทธ์โลหะผสม: เหล็กกล้าโครเมียม-แมงกานีสช่วยเสริมความทนทานสองระดับได้อย่างไร

โลหะผสมเหล็กที่รวมโครเมียมและแมงกานีสสามารถต้านทานการเสื่อมสภาพของวัสดุได้สองประเภทพร้อมกัน เนื่องจากการออกแบบโลหะอย่างชาญฉลาด ปริมาณโครเมียมที่มีค่าระหว่าง 12 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ จะสร้างฟิล์มออกไซด์ป้องกันผิวหน้า ซึ่งทนต่อการกัดกร่อนจากกรดและด่างได้ดี ในขณะเดียวกัน แมงกานีสประมาณ 1.2 ถึง 1.6 เปอร์เซ็นต์ จะช่วยให้เกิดผลการแข็งตัวจากการขึ้นรูป (work hardening) เมื่อวัสดุถูกกระแทกหรือรับแรงเครียดระหว่างการใช้งาน บางครั้งสามารถเพิ่มความแข็งผิวได้สูงถึง 550 HB ภายใต้สภาวะการใช้งานจริง สิ่งนี้หมายความว่าอะไรในทางปฏิบัติ? อุปกรณ์ที่ผลิตจากโลหะผสมเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นระหว่าง 40 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น แผ่นรองบดในโรงงานบดละเอียดที่มีสภาพการทำงานหนัก นอกจากนี้ยังมีประโยชน์สำคัญอีกประการหนึ่งที่มักไม่มีใครพูดถึงมากนัก คือ วัสดุเหล่านี้ยังคงความเหนียวไว้ได้แม้อุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าลบ 40 องศาเซลเซียส จึงไม่มีความเสี่ยงที่จะเปราะและแตกหักในสภาพแวดล้อมขั้วโลก ซึ่งเหล็กทั่วไปมักล้มเหลวอย่างรุนแรง

การคัดเลือกวัสดุเชิงกลยุทธ์สำหรับชิ้นส่วนหล่ออุปกรณ์การทำเหมือง

การจับคู่โลหะผสมสำหรับงานหล่อกับความต้องการของการใช้งาน: เหล็กขาว เหล็กหล่อเหนียว และเหล็กแมงกานีสสูง

เมื่อเลือกโลหะผสมที่เหมาะสม สิ่งสำคัญคือพิจารณาพฤติกรรมของวัสดุภายใต้แรงเครียดต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้นในการใช้งาน เช่น ไนต์เหล็กขาว (white iron) ซึ่งมีความแข็งในช่วงประมาณ 500 ถึง 700 BHN ทำให้วัสดุชนิดนี้ทนต่อการสึกหรอจากแรงกัดกร่อนได้ดีมาก โดยเฉพาะในชิ้นส่วนเช่น แผ่นบุด้านในเครื่องบด (crusher liners) หรือค้อนบด (mill hammers) เมื่อมีควอตซ์มากกว่า 60% อยู่ในวัสดุที่ประมวลผล อีกชนิดหนึ่งคือ เหล็กหล่อเหนียว (ductile iron) ที่มีโครงสร้างกราไฟต์เป็นรูปทรงกลมเล็กๆ กระจายอยู่ทั่วไป ทำให้มีความต้านทานต่อแรงกระแทกได้ดีกว่าเหล็กกล้าเทา (gray iron) ธรรมดาประมาณ 7 ถึง 10 เท่า จึงเหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงกระแทกซ้ำๆ เช่น ฟันแบคโฮ (shovel teeth) หรือชิ้นส่วนระบบลำเลียงต่างๆ และยังมีเหล็กแมงกานีสสูง (high manganese steel) ซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษตรงที่ผิววัสดุจะแข็งขึ้นเมื่อถูกแรงกระแทก ผิวเริ่มต้นที่ประมาณ 200 HB แต่สามารถเพิ่มความแข็งได้สูงเกิน 550 HB ในระหว่างการใช้งาน คุณสมบัตินี้ทำให้วัสดุเหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนเช่น ถาดป้อนวัสดุแบบเอี๊ยบ (apron feeder pans) หรือชุดตะแกรงคัดขนาด (screening decks) ที่ต้องรับแรงกระแทกจากวัสดุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงอย่างต่อเนื่อง

นวัตกรรมเกิดใหม่: ส่วนประกอบไฮบริดแบบไบเมทัลลิกและหล่อแบบเหวี่ยง

เทคนิคการแปรรูปโลหะสมัยใหม่กำลังผสานวัสดุที่ต่างกันเป็นชั้นๆ เพื่อแก้ปัญหาที่เกิดจากการใช้อัลลอยเพียงประเภทเดียว เช่น การหล่อไบเมทัลลิก ซึ่งใช้วิธีการยึดติดพิเศษเพื่อรวมชั้นเคลือบที่ทำจากโครเมียมคาร์ไบด์ ซึ่งทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ดี (มีค่าความแข็งระหว่าง 58 ถึง 62 บนสเกลร็อกเวลล์) เข้ากับฐานเหล็กเหนียวที่มีความแข็งแรง การทดสอบในโรงงานแสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนแบบผสมผสานเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าอัลลอยชนิดเดี่ยวทั่วไปประมาณสามเท่า ในแอปพลิเคชันปั๊มของเหลวที่มีของแข็งปนเปื้อน นอกจากนี้ยังมีการหล่อแบบเหวี่ยงที่ผลิตชิ้นส่วนที่เรียกว่า functionally graded components ซึ่งผิวด้านนอกจะเคลือบด้วยโครเมียมคาร์ไบด์ที่หนาแน่นและทนต่อการสึกหรอได้ดี ในขณะที่ด้านในทำจากเหล็กออสเทนนิติกที่สามารถดูดซับแรงกระแทกได้ การรวมกันนี้ให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมสำหรับชิ้นส่วนบุภายในเครื่องบดโม่ โดยเฉพาะในอุปกรณ์ที่ต้องเผชิญกับแรงกระแทกอย่างต่อเนื่องและสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนพร้อมกัน สิ่งที่วัสดุไฮบริดเหล่านี้ทำได้คือการแก้ปัญหาเดิมที่ชิ้นส่วนต้องเลือกระหว่างความแข็งหรือความเหนียว ในการดำเนินงานเหมืองแร่จริงที่การสึกหรอมีความรุนแรง ชิ้นส่วนดังกล่าวมักจะมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นตั้งแต่ 40% ไปจนถึง 200% ก่อนที่จะต้องเปลี่ยน

คำถามที่พบบ่อย

ข้อกังวลหลักเกี่ยวกับชิ้นส่วนหล่อสำหรับอุปกรณ์การเหมืองคืออะไร
ข้อกังวลหลักคือความต้านทานการสึกหรอเนื่องจากกระบวนการบดย่อย การเจียร และการคัดกรองอย่างต่อเนื่อง

ปัญหาการสึกหรอแบบขูดขีดมีผลกระทบต่ออุปกรณ์การทำเหมืองอย่างไร
การสึกหรอแบบขูดขีดสามารถลดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนต่างๆ เช่น แผ่นซับเครื่องบด ทำให้เกิดการหยุดการผลิตบ่อยครั้ง

ข้อดีของการใช้เหล็กกล้าโครเมียม-แมงกานีสคืออะไร
เหล็กกล้าชนิดนี้ช่วยเพิ่มความทนทานสองประการ โดยสามารถต้านทานทั้งการกัดกร่อนทางเคมีและการกระแทกเชิงกล และยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์