مطياف اختبار التركيب الكيميائي لمواد أجزاء الكسارة قبل الشحن

اختبار تركيبة المواد في المصنع هو أول اختبار لعمر التآكل لأجزاء الكسارة

يمكن أن تبدو صفيحة الفك مثالية بعد السفع بالخردق ومع ذلك تفقد 30% من عمرها المتوقع إذا كان محتوى المنجنيز أو الكربون أو الكروم أو الموليبدينوم خارج النطاق المطلوب. يمكن للبطانة المخروطية أن تجتاز الفحص البصري ولا تزال تتشقق مبكرًا إذا كانت السبيكة هشة للغاية بالنسبة لصدمات التغذية. يمكن لقضيب نفخ الكسارة الصدمية أن يظهر صلابة عالية على الورق ومع ذلك يفشل في الخدمة إذا كانت الكيمياء تخلق بنية كربيد خاطئة. هذا هو السبب في أن اختبار تركيب المواد في المصنع ليس إجراءً شكليًا ورقيًا. إنه أول اختبار حقيقي لجودة مواد أجزاء الكسارة قبل أن يصل الجزء إلى المحجر أو موقع المنجم.

تعمل أجزاء الكسارة في مزيج شديد من الصدم والضغط والتآكل الانزلاقي والتآكل التآكلي والحرارة والغبار والاهتزاز. تشمل أجزاء التآكل الرئيسية ألواح الفك، وأغطية الكسارة المخروطية، والكسارات المخروطية، والكسارات المقعرة وألواح الخد، وقضبان نفخ الكسارة الصادمة، ورؤوس المطرقة، والبطانات، والصفائح الجانبية، وأجزاء الكسارة الدوارة، وأطراف التآكل في الكسارة ذات الفتحات المخروطية. يواجه كل جزء توازنًا مختلفًا من الصدمات والتآكل. لهذا السبب، لا يمكن لمادة واحدة أن تحل كل مشكلة تآكل. يعتمد الاختيار الجيد لمواد أجزاء الكسارة على حجم التغذية، وكشط الصخور، والرطوبة، ومخاطر المعادن المتشردة، وسرعة الكسارة، وتصميم الحجرة، وممارسة الصيانة.

في الورشة وفي الميدان، رأيت العديد من الأعطال المبكرة التي لم يكن سببها سوء التشغيل وحده. بدأت بعض الأعطال في الذوبان. إذا كان التركيب الكيميائي خاطئًا، لم تتمكن المعالجة الحرارية من إنقاذ الصب بالكامل. إذا كان مستوى الكربون مرتفعًا جدًا في الفولاذ الخاطئ، انخفضت الصلابة. إذا كان مستوى المنجنيز منخفضًا جدًا في الفولاذ عالي المنجنيز، أصبحت صلابة العمل ضعيفة. إذا كان الكروم مرتفعًا للغاية في الاستخدامات عالية التأثير، أصبح الجزء مقاومًا للتآكل ولكنه هش للغاية. نسبة المواد الجيدة ليست مجرد رقم كيميائي. إنها أساس عمر الخدمة.

لماذا يجب اختبار التركيب الكيميائي قبل الشحن؟

يؤكد اختبار تركيب المواد في المصنع على أن السبيكة تتطابق مع طلب الشراء والرسم والمعيار وحالة التشغيل. بالنسبة لأجزاء تآكل الكسارة، غالبًا ما يكون الفرق بين السبيكة الصحيحة والسبائك الخاطئة غير مرئي للعين. قد يكون لقضيبين منفوخين نفس الشكل والوزن، ولكن قد يكون أحدهما من الفولاذ المارتنسيتي، والآخر من الحديد الأبيض عالي الكروم، والآخر من الفولاذ عالي المنجنيز. سيكون سلوكهما الميداني مختلفًا تمامًا.

يجب أن يقوم المصنع الموثوق به باختبار تركيب المواد في أكثر من مرحلة. عادةً ما يتم إجراء الفحص الأول أثناء الصهر، قبل الصب، حتى يتمكن المسبك من ضبط عناصر السبيكة بينما لا يزال المعدن سائلاً. يجب إجراء الفحص الثاني من كتلة اختبار أو قسيمة صب أو عينة تمثيلية بعد الصب. بالنسبة لأجزاء الكسارة الحرجة، يمكن استخدام التحديد الإيجابي النهائي للمواد قبل الشحن لتقليل مخاطر الخلط بين الدرجات المختلفة.

تشمل الطرق الأكثر شيوعًا قياس طيف الانبعاثات الضوئية والتحليل الكيميائي المخبري والتحليل الكيميائي المخبري والتعرف الإيجابي على المواد. يُستخدم قياس طيف الانبعاث الضوئي على نطاق واسع في المسابك لأنه يمكنه تحليل العديد من العناصر المعدنية بسرعة ودقة. بالنسبة لدرجات الفولاذ التي يكون فيها الكربون والفوسفور والكبريت مهمة، يجب اختيار طريقة الفحص بعناية لأن مطياف الطيف الضوئي المحمول باليد مفيد للعديد من عناصر السبائك ولكنه لا يكفي لكل العناصر الخفيفة المطلوبة. يجب أن يوضح تقرير الفحص الطريقة، ومصدر العينة، ورقم الحرارة، ونطاق المواصفات، والنتيجة المقاسة، والحكم بالنجاح أو الفشل.

خيارات المواد الشائعة لأجزاء الكسارة الشائعة ومنطق عملها

يُستخدم فولاذ المنجنيز العالي على نطاق واسع في ألواح الفك وبطانات الكسارة المخروطية والغطاءات والكسارات المقعرة وبعض تطبيقات المطرقة. يشتهر فولاذ المنجنيز الكلاسيكي من نوع هادفيلد بالصلابة العالية وسلوك التصلب أثناء العمل. قد تحتوي التركيبة الشائعة من النوع ASTM A128 من ASTM A128 على حوالي 1.05 إلى 1.35 في المائة من الكربون، وحوالي 11 في المائة من المنجنيز، وحوالي 1 في المائة من السيليكون، والحديد كمعدل توازن. في الخدمة، يمكن أن يبدأ الفولاذ عالي المنجنيز في الخدمة بالقرب من صلابة برينل المعتدلة ويصلب في العمل تحت الصدمات الشديدة، مع ارتفاع صلابة السطح بشكل كبير غالبًا عندما يكون ضغط التكسير مرتفعًا بدرجة كافية.

وهذا هو السبب في أن فولاذ المنجنيز يعمل بشكل جيد في التكسير الأولي مع تغذية كبيرة وصدمات قوية. ويصبح السطح أكثر صلابة مع انضغاط الصخور بشكل متكرر وضربها للبطانة. وفي الوقت نفسه، تظل النواة الداخلية صلبة بما يكفي لمقاومة التشقق. ولكن يجب أن تتمتع المادة بالكيمياء المناسبة. إذا كان توازن المنجنيز إلى الكربون ضعيفًا، فقد لا تتصلب البطانة بشكل صحيح أو قد تصبح هشة. وإذا كان الفوسفور أو الكبريت مرتفعًا للغاية، يزداد خطر التشقق. إذا لم يتم التحكم في المعالجة الحرارية، فقد تبقى الكربيدات عند حدود الحبيبات وتقلل من الصلابة.

غالبًا ما يتم اختيار الحديد الأبيض عالي الكروم لقضبان نفخ الكسارة الصدمية، وبطانات التكسير الثانوية، والتطبيقات ذات المواد النظيفة والكاشطة والحديد المتشرد المحدود. ويغطي ASTM A532 الحديد الأبيض المصبوب المقاوم للتآكل المستخدم في التعدين والطحن ومناولة التربة والصناعات التحويلية. قد يشتمل الحديد الأبيض النموذجي من الفئة الثالثة من النوع A من النوع A بنسبة 25 في المائة من الكروم على حوالي 2.0 إلى 3.3 في المائة من الكربون و23.0 إلى 30.0 في المائة من الكروم، مع حدود مضبوطة للمنغنيز والسيليكون والنيكل والموليبدينوم والنحاس والفوسفور والكبريت. وتأتي مقاومة التآكل من كربيدات الكروم الصلبة والمصفوفة الصلبة.

 

يمكن أن تعطي مادة الكروم العالية عمر خدمة ممتاز في الأحجار الكاشطة، ولكنها ليست مناسبة لكل كسارة. إذا دخل الفولاذ غير القابل للسحق إلى الحجرة، فقد يتشقق أو ينكسر قضيب النفخ عالي الكروم لأن صلابته أقل من فولاذ المنجنيز أو الفولاذ المارتنسيتي. ولهذا السبب يجب أن يكون اختبار المواد مرتبطًا بمراجعة التطبيق. قد يكون التركيب الكيميائي الصحيح لإحدى الماكينات هو الاختيار الخاطئ للمواد لماكينة أخرى.

غالبًا ما يتم استخدام سبائك الفولاذ المارتنسيتي حيث يتطلب التطبيق توازنًا بين صلابة الصدمات ومقاومة التآكل. وهو لا يضاهي عادةً الحديد عالي الكروم في مقاومة التآكل الخالصة، ولكنه يتحمل الصدمات بشكل أفضل. تتضمن بعض أجزاء الكسارة المارتنسيتية الكروم والموليبدينوم لتحسين الصلابة والقوة ومقاومة التآكل. لا يعتمد الأداء النهائي على التركيب فحسب، بل يعتمد أيضًا على المعالجة الحرارية، وسُمك المقطع، وممارسة التبريد، والتحكم في التقسية.

كيف تغير نسبة المواد من عمر التآكل

الكربون هو أحد أهم العناصر في أجزاء الصلب والحديد الزهر القابل للتآكل. في الفولاذ عالي المنجنيز، يدعم الكربون القوة والصلابة أثناء العمل، ولكن الكربون الزائد أو المعالجة الحرارية السيئة يمكن أن يجعل الصب هشًا. في الحديد الأبيض عالي الكروم، يتحد الكربون مع الكروم لتكوين كربيدات صلبة. قد يقلل الكربون القليل جدًا من الكربون من مقاومة التآكل، في حين أن الكربون الزائد عن الحد يمكن أن يزيد من الهشاشة ويجعل التصنيع الآلي أو خدمة الصدمات أكثر صعوبة.

يعمل المنجنيز على استقرار الهيكل الأوستنيتي في الفولاذ عالي المنجنيز ويدعم الصلابة. وفي ألواح الفك والبطانات المخروطية، يعد ذلك أمرًا بالغ الأهمية لأن الجزء يجب أن يمتص الصدمات المتكررة دون حدوث تشقق. قد تتآكل بطانة فولاذ المنجنيز ذات التركيب الكيميائي الضعيف بسرعة لأنها لا تعمل بصلابة كافية. ومن ناحية أخرى، فإن مجرد زيادة المنجنيز دون فهم الكربون، وحجم المقطع، والمعالجة الحرارية لا يؤدي تلقائيًا إلى إنشاء بطانة أفضل.

يحسّن الكروم من مقاومة التآكل من خلال تعزيز الكربيدات الصلبة في الحديد الأبيض ومن خلال دعم الصلابة في سبائك الصلب. في قضبان النفخ عالية الكروم، يعد الكروم عنصرًا رئيسيًا في مقاومة التآكل. ولكن الكروم يغير الصلابة أيضًا. يجب استخدام جزء عالي الكروم حيثما يكون التآكل شديدًا ويتم التحكم في الصدمات. لا ينبغي اختياره فقط لأن رقم الصلابة يبدو جذابًا.

يمكن إضافة الموليبدينوم والنيكل والنحاس لتحسين الصلابة أو المتانة أو بنية المصفوفة اعتمادًا على نظام السبيكة. يساعد السيليكون على إزالة الأكسدة ويمكن أن يؤثر على سلوك الصب، ولكن قد يؤثر السيليكون الزائد على الخواص الميكانيكية. عادةً ما يتم التحكم في الفوسفور والكبريت كعناصر متبقية ضارة لأنهما يمكن أن يقللا من الصلابة ويزيدا من حساسية التشقق. هذه النسب الصغيرة مهمة. في الكسارة، يمكن أن يصبح الانحراف الكيميائي الضئيل في الكيمياء مشكلة تعطل كبيرة.

ما الذي يجب أن يتضمنه تقرير اختبار مواد المصنع المناسب

يجب أن يكون تقرير المواد المفيد لأجزاء الكسارة قابلًا للتتبع ومحددًا. لا ينبغي أن يقول فقط "مادة مؤهلة". بل يجب أن يسرد رقم الحرارة، ورقم الجزء، ودفعة الصب، وموقع العينة، ودرجة المادة، والمواصفات القياسية أو مواصفات العميل، ونطاق التركيب الكيميائي، والقيمة الفعلية المقاسة، ونتيجة الصلابة، وحالة المعالجة الحرارية، وتاريخ الفحص، وموافقة المفتش. بالنسبة للأجزاء المتآكلة الحرجة، يجب أن يتطابق التقرير أيضًا مع العلامات الموجودة على الصب.

بند التفتيش	ما أهمية ذلك	الدليل النموذجي المطلوب
التركيب الكيميائي	يؤكد أن مادة أجزاء الكسارة تتطابق مع درجة السبائك المطلوبة وآلية التآكل المتوقعة.	تقرير المطياف وتقرير المختبر والرقم الحراري وقيم العناصر المقاسة وحدود المواصفات.
الصلابة	يوضح ما إذا كانت المعالجة الحرارية وحالة المصفوفة مناسبة للتطبيق.	نتيجة اختبار HB أو HRC أو HV وفقًا للرسم أو متطلبات الشراء.
سجل المعالجة الحرارية	يؤكد أن الصب تلقى التبريد أو التقسية أو تخفيف الإجهاد أو المعالجة بالمحلول بشكل صحيح.	مخطط الفرن، وسجل درجة الحرارة، ووقت الاحتفاظ، وطريقة التبريد، وتتبع الدُفعات.
وضع علامات التتبع	يمنع شحن الدرجات المختلطة إلى العميل.	الرقم الحراري المصبوب أو المختوم والرقم الحراري ورمز القطعة ودرجة المادة وعلامة الفحص.
الفحص البصري وفحص الأبعاد	يضمن أيضًا توفير المادة الصحيحة بالشكل الصحيح وحالة الملاءمة الصحيحة.	تقرير الأبعاد، وسجل الفحص السطحي، والتحقق من التعبئة والتغليف.

مراجعة الفشل الميداني: تكلفة تخطي التحقق من التركيب

لقد تعاملت ذات مرة مع حالة عطل في كسارة صدمية ثانوية حيث تآكلت مجموعة من قضبان النفخ بشكل غير متساوٍ وتصدع أحد القضبان قبل الوصول إلى نصف ساعات العمل المتوقعة. اشتبه العميل في البداية في سرعة الدوار الخاطئة وضعف التحكم في التغذية. بعد التحقق من الماكينة وحجم التغذية ونمط التآكل، طلبت تقرير المواد الأصلي. أظهر المستند الصلابة فقط، وليس التركيب الكيميائي. قام المورد بشحن القِطع على أنها عالية الكروم، ولكن أظهر اختبار العينة في وقت لاحق أن محتوى الكروم كان أقل من النطاق المطلوب للدرجة المطلوبة، كما أن توازن الكربون كان غير متناسق.

من مسافة بعيدة، بدا قضيب النفخ مقبولاً. لم تكن قراءة صلابة السطح مقلقة. ولكن لم تكن البنية المجهرية المجهرية تحتوي على دعم الكربيد المناسب لحجر الكشط. تآكل الجزء بسرعة في منطقة التصادم، ثم تركز الضغط بالقرب من الحافة المتآكلة. بمجرد بدء التصدع، أصبح حمل الدوار غير متوازن وازداد الاهتزاز. لم تكن الخسارة النهائية مجرد مجموعة واحدة من قضبان النفخ. فقد خسر الموقع وقت الإنتاج والعمالة والشحن الطارئ والثقة في سلسلة التوريد.

هذه الحالة هي السبب الذي يجعلني أقول للمشترين أن يتعاملوا مع اختبار المواد كضمانة للإنتاج، وليس كشهادة اختيارية. فالسعر المنخفض دون التحقق الكيميائي ليس توفيرًا. إنها مخاطرة خفية تنتقل إلى الكسارة.

لماذا لا يمكن أن تثبت الصلابة وحدها جودة المواد

تطلب العديد من فرق الشراء الصلابة فقط لأنها سهلة الفهم. الصلابة مهمة، لكنها لا يمكن أن تحل محل التحليل الكيميائي. قد يظهر جزء من الحديد عالي الكروم وجزء من الفولاذ المارتنسيتي نطاقات صلابة متشابهة، ومع ذلك يمكن أن تكون صلابتهما وسلوك التآكل مختلفين للغاية. قد لا يكون للبطانة الفولاذية عالية المنجنيز صلابة أولية عالية للغاية، ولكن يمكن أن تتصلب في ظل ظروف الصدمات المناسبة. إذا رفضها المشتري فقط لأن قيمة الصلابة الأولى أقل من الجزء عالي الكروم، فإن منطق اختيار المواد يكون خاطئًا.

تخبرنا الصلابة بجزء من القصة. يخبرنا التركيب الكيميائي ما إذا كانت السبيكة تحتوي على لبنات البناء الصحيحة. تخبر المعالجة الحرارية ما إذا كانت البنية قد تم تطويرها بشكل صحيح. يخبر الأداء الميداني ما إذا كانت المادة المختارة تتطابق مع حالة التكسير. يجب أن يربط التحكم الجيد في مواد أجزاء الكسارة بين المواد الأربعة.

كيف يجب على المشترين تحديد متطلبات المواد

لتجنب المنازعات، يجب أن يحدد طلب الشراء درجة المادة، والمعيار المطبق، ونطاق التركيب الكيميائي المتوقع، ونطاق الصلابة، وظروف المعالجة الحرارية، وطريقة الاختبار، وشكل التقرير. على سبيل المثال، لا ينبغي أن يكتفي طلب شراء صفيحة الفك بذكر "فولاذ المنجنيز". يجب أن يحدد ما إذا كانت المتطلبات هي Mn13 أو Mn18 أو Mn22 أو درجة أخرى، وما إذا كانت هناك حاجة إلى الكروم أو الموليبدينوم أو إضافات السبائك الأخرى. يجب أن يذكر طلب قضيب النفخ بوضوح ما إذا كان الطلب يحتاج إلى حديد أبيض عالي الكروم أو فولاذ مارتينسيتي أو مادة إدخال السيراميك أو فولاذ المنجنيز.

يجب على المشتري أيضًا إخبار المسبك بحالة العمل الحقيقية. تؤثر مواد التغذية وقوة الانضغاط ومحتوى السيليكا والرطوبة وحجم التغذية ومخاطر الحديد المتشرد وطراز الكسارة على اختيار المواد. لا يمكن للمورد اختيار أفضل نسبة مواد إذا كانت حالة التشغيل مخفية. كلما كانت معلومات التطبيق أكثر دقة، كان من الأسهل اختيار المادة التي توازن بين مقاومة التآكل والمتانة.

العرض النهائي: تركيبة المواد هي الحمض النووي لأجزاء الكسارة

لا تتعطل أجزاء الكسارة بشكل عشوائي. معظم الأعطال يمكن إرجاعها إلى سبب واحد أو أكثر: مادة خاطئة، أو كيمياء غير مستقرة، أو معالجة حرارية رديئة، أو عيوب في الصب، أو ملاءمة غير صحيحة، أو تشغيل غير مناسب، أو صيانة سيئة. ومن بين هذه الأسباب، تكون تركيبة المادة هي نقطة التحكم الأولى. فبمجرد صب الكيمياء الخاطئة، فإن كل عملية لاحقة تكون مقيدة بهذا الخطأ.

اختبار تركيب المواد في المصنع يحمي المشتري والمسبك وموقع المنجم. فهو يثبت أن مادة أجزاء الكسارة تتطابق مع الدرجة المطلوبة. يساعد على التنبؤ بسلوك التآكل قبل دخول الجزء إلى الخدمة. يمنع وصول المواد المختلطة إلى العميل. يدعم إمكانية التتبع عند الحاجة إلى إجراء تحقيق في الأعطال. والأهم من ذلك أنه يربط بين التصميم الكيميائي للسبك والحياة العملية الحقيقية للكسارة.

تمنح نسبة المواد الجيدة أجزاء الكسارة القدرة على مقاومة الصدمات، وتطوير تصلب العمل، وتشكيل كربيدات مستقرة، والحفاظ على المتانة، والصمود أمام التلامس الكاشطة. قد توفر نسبة المواد الرديئة قدرًا ضئيلًا من تكلفة السبائك، ولكنها يمكن أن تقصر من عمر الخدمة، وتزيد من وقت التعطل، وتضر بالأعمدة أو الدوّارات، وترفع التكلفة الإجمالية للطن الواحد. بالنسبة لأي محجر جاد، أو مصنع أسمنت، أو عملية إعادة تدوير، أو منجم، لا ينبغي أن يكون السؤال هو ما إذا كان اختبار المواد في المصنع ضروريًا. فالسؤال الحقيقي هو ما إذا كان تقرير الاختبار مفصلاً بما يكفي لإثبات أن الجزء جاهز لغرفة التكسير.