Зносостійкість: головний пріоритет для виливків гірничого обладнання
У гірничодобувних застосунках, де виливки піддаються постійному дробленню, шліфуванню та сортуванню, стійкість до зносу просто не може ігноруватися. Справа в тому, що знос залежить не лише від якості матеріалу. Навпаки, він виникає через те, як виливки абразивно взаємодіють з рудою протягом часу. Більшість експертів визнають, що цей процес відбувається у кілька етапів. Спочатку йде період приробки, коли поверхні адаптуються до свого середовища. Потім настає фаза стабільного зносу, який поступово прогресує. Зрештою, ми досягаємо критичних точок відмови, коли необхідною стає заміна. Розуміння цих етапів важливе, оскільки вони безпосередньо впливають на термін служби обладнання у операціях з переробки мінералів у межах галузі.
Чому абразивний знос переважає при відмовах дробарок, млинів та грохотів
Приблизно 70% проблем із раннім зносом обладнання, що використовується для переробки руд, пов'язані з абразивним зносом. Щоки дробарки постійно тертяться об граніт та залізну руду. Мелючі футеровки піддаються як ударним, так і абразивним навантаженням від мелючих тіл усередині них. Сита зазнають ефекту матеріал-на-матеріал, який поступово руйнує їхні сітчасті поверхні. Якщо абразивний знос не контролюється належним чином, він може скоротити термін служби футеровок дробарок на 30–50%. Це призводить до частіших, ніж планувалося, простоїв у виробництві, незважаючи на дотримання графіків регулярного технічного обслуговування. Що працює найкраще? Спеціальні сплави, розроблені спеціально для протидії накопиченню частинок та мікроподрібненому різанню, які з часом завдають значної шкоди.
Баланс між твердістю та міцністю: основний компроміс у проектуванні литих деталей
Максимально ефективне використання терміну служби пов'язане з ускладненою ситуацією компромісу. Матеріали, що мають надзвичайну твердість, стійкі до пошкодження поверхні, але схильні до утворення тріщин при сильних ударах, тоді як більш міцні сплави краще витримують удари, але менше тривають під дією абразивного зносу. Найкращі ливарні сплави знаходять оптимальний баланс між цими двома крайнощами шляхом точного контролю утворення карбідів і вдосконалення структури зерна. Візьмемо, наприклад, модифікований білий чавун з високим вмістом хрому. Ці матеріали зазвичай досягають твердості близько 600 одиниць за Брінеллем і зберігають показник в’язкості руйнування на рівні 5–8 відсотків. У реальних випробуваннях вони демонструють приблизно потрійну перевагу порівняно зі звичайною стальлю в застосуванні у кульових млинах. Їхня ефективність полягає в здатності запобігати утворенню критичних тріщин у дробильних молотах під час зіткнення з камінням у процесі експлуатації.
Стійкість до корозії та ударів у агресивних гірничих умовах
Ливарні деталі гірничого обладнання піддаються постійному подвійному руйнуванню в умовах збагачення корисних копалин. Одночасна хімічна корозія та механічний вплив прискорюють вихід з ладу, що вимагає спеціалізованого матеріалознавства для стабільної роботи.
Одночасна хімічна та механічна дія в умовах мокрої переробки
У системах мокрої переробки ливарні деталі піддаються впливу кислих і лужних пульп, а також постійному удару частинок руди. Що відбувається далі? Корозія починає руйнувати поверхні, роблячи їх вразливими до абразивного зносу, коли частинки проникають глибше в матеріал. Компоненти, що працюють з цими пульпами, зношуються приблизно втричі швидше, ніж обладнання в сухих умовах. Візьмемо, наприклад, спіралі насосів, що використовуються в операціях вилуговування: вони страждають одночасно від пітінгу та ерозійного пошкодження. Це означає, що їх потрібно замінювати значно раніше, ніж очікувалося, і підприємства зазвичай витрачають близько 180 тис. доларів США щороку лише на цей ремонт на різних об'єктах.
Стратегії сплавів: Як хромо-манганні сталі підвищують подвійну довговічність
Сплави сталі, що поєднують хром і марганець, борються з двома типами руйнування матеріалу одночасно завдяки продуманому металевому дизайну. Вміст хрому в діапазоні від 12 до 18 відсотків створює захисні оксидні плівки на поверхнях, які добре протистоять як кислотним, так і лужним впливам. Тим часом приблизно 1,2–1,6 відсотка марганцю надає металу ефекту зміцнення при обробці під час ударів або напруження в процесі експлуатації, іноді підвищуючи твердість поверхні аж до 550 HB у реальних умовах експлуатації. Що це означає на практиці? Обладнання, виготовлене з таких сплавів, служить на 40–70 відсотків довше в складних умовах, наприклад, у футеровці млинових млинів, де навантаження особливо великі. І ось ще одна важлива перевага, про яку майже не говорять: ці матеріали залишаються міцними навіть за температур нижче мінус 40 градусів Цельсія, тому немає ризику, що вони стануть крихкими і розтріскаються в арктичних умовах, де традиційні сталі катастрофічно виходять з ладу.
Стратегічний вибір матеріалів для литих деталей гірничого обладнання
Підбір ливарних сплавів залежно від вимог застосування: білий чавун, в’язкий чавун та високомарганцевана сталь
При виборі правильних сплавів важливо знати, як матеріали реагують на різні види навантажень, з якими вони стикатимуться під час роботи. Візьмемо, наприклад, білий чавун. Завдяки високій твердості у діапазоні приблизно 500–700 BHN, цей матеріал чудово протистоїть абразивному зносу в таких місцях, як футеровка дробарок або молоти млинів, де вміст кварцу перевищує 60%. Потім є ковкий чавун, у якому по всій структурі розташовані маленькі включення графіту. Це забезпечує йому ударну в’язкість на 7–10 разів вищу, ніж у звичайного сірого чавуну, тому він чудово підходить для елементів, таких як зуби екскаваторних ківшів або деталі конвеєрних систем, що піддаються повторним ударам. Також не варто забувати і про високомарганцеву сталь. Особливість цього матеріалу полягає в тому, що він фактично зміцнюється під дією ударів. Його поверхня на початку має твердість близько 200 HB, але під час експлуатації може зрости до понад 550 HB. Саме ця властивість робить його особливо придатним для компонентів, таких як панелі живильників шліцьового типу та грохоти, які регулярно піддаються високошвидкісним ударам.
Зародження інновації: біметалеві та гібридні компоненти, виготовлені центробіжним литтям
Сучасні технології металообробки поєднують різні матеріали шар за шаром, щоб уникнути проблем, пов’язаних із використанням лише одного виду сплаву. Візьмемо, наприклад, біметалеві виливки. Вони з'єднують міцні покриття з хромового карбіду, які витримують дуже жорсткі умови (твердість від 58 до 62 за шкалою Роквелла), із основою з в’язкого чавуну за допомогою спеціальних методів зварювання. Випробування на підприємствах показали, що такі комбіновані деталі служать приблизно втричі довше в установках для перекачування пульпи порівняно зі звичайними однокомпонентними сплавами. Існує також центробіжне лиття, що виробляє так звані функціонально градієнтні компоненти. Зовнішня частина покрита щільним хромистим карбідом, стійким до зносу, а всередині розташована аустенітна сталь, яка поглинає удари. Це поєднання чудово працює для футеровки млинив, де обладнання одночасно піддається постійним ударам і корозійному середовищі. Такі гібридні матеріали вирішують стару проблему, коли деталі мали вибирати між твердістю та в’язкістю. У реальних гірничодобувних операціях, де знос екстремальний, термін служби таких компонентів зазвичай на 40%–200% довший перед заміною.
Поширені запитання
Який основний страх для лиття гірничого обладнання?
Основна проблема полягає в стійкості до зносу через постійне роздроблення, шліфування та перевірку.
Як проблеми з зносом від абразівів впливають на гірничодобувну техніку?
Абразивне зношення може значно скоротити термін служби таких компонентів, як обкладинки дроби, що призводить до частинного припинення виробництва.
Які переваги використання хромо-манганної сталі?
Ці сталі підвищують подвійну довговічність, утримуючи як хімічну корозію, так і механічний удар, і продовжують термін служби обладнання.
