لماذا لا يمكن استخدام نوع واحد من المنغنيز في جميع مناجم الكسارات المخروطية

اختيار مواد قطع غيار الكسارة المخروطية لمقاومة تآكل الخام الفعلي

غالبًا ما تكشف البطانة التي تخرج من الغرفة بعد 160 ساعة فقط عن المشكلة قبل صدور تقرير الصيانة. فقد يكون نوع المواد الواردة قد تغير من الحجر الجيري المتآكل إلى الجرانيت الغني بالكوارتز، أو ربما تم تشديد الإعداد الجانبي المغلق بمقدار 3 ملم، أو ربما تسببت قطع الحديد الغريبة في إحداث خدوش في منطقة التكسير السفلية. وفي الميدان، نادرًا ما يكون السطح المتضرر عشوائيًا. يشير السطح المصقول ذو الأخاديد الضحلة إلى تآكل انزلاقي. تشير الشقوق العميقة وتشوه الحافة إلى تأثير قوي. غالبًا ما تعني النسيج الذي يشبه قشر البرتقال على السطح البالي أن سطح المنغنيز قد صلب أخيرًا. تحدد هذه التفاصيل درجة المنغنيز التي يجب صبها لمجموعة بطانة الوعاء وغطاء الكسارة التالية.

لا ترجع معظم حالات تعطل بطانات المخروط إلى تصميم خاطئ، بل إلى عدم التوافق بين خصائص الخام وعلم المعادن. قطع غيار الكسارة المخروطية تتطلب عمليات التكسير الثانوية والثالثية صلابة، وتشوهًا محكومًا، وسطحًا يزداد صلابةً تحت تأثير الأحمال الانضغاطية المتكررة. يظل الفولاذ الأوستنيتي المنغنيزي هو المعيار لأنه يمكنه امتصاص الصدمات بينما يتصلب سطحه العامل من حوالي 200 إلى 250 HB في الحالة الموردة إلى حوالي 500 إلى 600 HB تحت تأثير الصدمات والضغط المناسبين. هذا التغيير ليس تلقائيًا. إذا كان الخام ناعماً جداً أو كانت الغرفة غير محملة بالكامل، فقد لا يصل السطح أبداً إلى الصلابة المطلوبة لضمان عمر طويل.

لماذا يجب أن تتوافق نسبة المنغنيز مع نسبة المعدن

الفولاذ عالي المحتوى من المنغنيز ليس مجرد فولاذ أكثر صلابة. إنه مادة صب أوستنيتية متينة مصممة لتزداد صلابة أثناء الاستخدام. تشمل درجات الصب الشائعة لأجزاء التآكل في الكسارات 13 أو 14 في المائة من المنغنيز، و18 في المائة من المنغنيز، و22 في المائة من المنغنيز، وغالبًا ما تحتوي على الكروم بنسبة تتراوح بين 1.5 و3 في المائة تقريبًا لتحسين القوة ومقاومة التآكل. تستخدم ممارسة هادفيلد المستندة إلى معيار ASTM A128 عادةً نسبة كربون تتراوح بين 1.0 و 1.4 في المائة ونسبة منغنيز تتراوح بين 11 و 14 في المائة للدرجات التقليدية. تشمل القيم الميكانيكية النموذجية المنشورة لفولاذ المنغنيز الأوستنيتي قوة شد تبلغ حوالي 780 ميجا باسكال عند مستوى المواصفات الأدنى، وتذكر بعض المراجع قوة شد قصوى تبلغ حوالي 965 ميجا باسكال لفولاذ المنغنيز الأوستنيتي عالي المنغنيز في حالة التبريد.

الخطأ الذي أراه في أغلب الأحيان هو اختيار الدرجة الأعلى من المنغنيز لمجرد أن الخام صلب. فالصلابة وحدها لا تكفي. فكل من الأنديسايت والبازلت والمغنتيت والهيماتيت وخام النحاس وحصى الأنهار والحجر الجيري يفرض ضغطًا مختلفًا على البطانة. قد تدوم البطانة التي تحتوي على 22 في المائة من المنغنيز لفترة طويلة في الصخور الحادة والكاشطة مع ضغط تكسير كافٍ لتقوية السطح. قد تتشوه البطانة نفسها ببطء أو تظهر تقوية ضعيفة في مهام الحجر الجيري منخفضة التأثير. قد تتصلب البطانة التي تحتوي على 14 في المائة من المنغنيز بشكل أسرع وتقاوم التشقق في المواد الأقل كشطًا، ولكنها قد تتآكل بسرعة بسبب خامات السيليكا شديدة الكشط.

درجة البطانة النموذجية	الأساس الكيميائي المشترك	السلوك الميداني	التركيب المعدني المناسب
Mn13 أو Mn14	حوالي 11 إلى 14 في المائة من المنغنيز مع حوالي 1.0 إلى 1.4 في المائة من الكربون	تصلب سريع عند التشغيل، ليونة عالية، تحمل جيد للصدمات	الحجر الجيري، خام النحاس الأقل صلابة، الركام المختلط، المواد الأولية الأقل تآكلًا
Mn18	حوالي 18 في المائة من المنغنيز، وغالبًا ما يُضاف إليه الكروم بنسبة تتراوح بين 1.5 و3 في المائة	توازن بين المتانة ومقاومة التآكل للاستخدامات العامة في مجال التعدين	الجرانيت، البازلت، خلطات خام الحديد، مواد تغذية تتسم بدرجة تآكل متوسطة إلى عالية
Mn22	حوالي 22 في المائة من المنغنيز، وغالبًا ما يُختار للاستخدام في الظروف الشديدة الكشط	إمكانية تحمل أطول في حالة ارتفاع الضغط والصدمات إلى درجة كافية	صخور صلبة غنية بالكوارتز، تاكونيت، خام نحاس كاشط، حصى نهرية صلبة

عينات من الخام مأخوذة من مواقع التكسير

بالنسبة للحجر الجيري الذي تقل قوة ضغطه في الغالب كثيرًا عن الصخور النارية الصلبة، لا يتمثل الخطر الرئيسي دائمًا في التآكل. بل يكمن الخطر في ضعف عملية التصلب الناتج عن التشغيل. قد تبدو بطانة وعاء الكسارة المخروطية التي تحتوي على 22 في المائة من المنغنيز مثيرة للإعجاب في عرض الأسعار، ولكن إذا كانت الحجرة محملة بشكل خفيف وكان التغذية رقيقة، فقد تظل البطانة لينة لفترة طويلة جدًا. في هذه الحالة، يمكن أن يكون Mn13 أو Mn14 خيارًا عمليًا لأن السطح يصل إلى طبقة صلبة مفيدة بشكل أسرع.

أما بالنسبة للجرانيت والبازلت، فإن الأمر يختلف. فالكوارتز والفلسبار ينتجان قطعًا كاشطًا ثابتًا، في حين أن التغذية بالكتل تضيف تأثيرًا كافيًا لتنشيط تصلب المنغنيز. وغالبًا ما يُعد Mn18 الحل الوسط الآمن. عندما تعمل المحطة بتغذية خنق مستقرة، وتحافظ على حجم التغذية ضمن الحد الأقصى المسموح به، وتحافظ على CSS باستمرار، يمكن أن يوفر Mn18 شكل تآكل يمكن التنبؤ به دون تشقق مفرط. في العديد من مشاريع قطع غيار الكسارات في سوق ما بعد البيع، هذه هي الدرجة التي سأختبرها أولاً قبل الانتقال إلى خيارات أكثر تكلفة أو أكثر هشاشة.

أما خام الحديد فهو أكثر تعقيدًا. فقد يكون المغنتيت كثيفًا وكاشطًا، في حين أن الهيماتيت الذي يحتوي على شرائط من السيليكا يمكن أن يتسبب في تآكل البطانات بشكل حاد. وعندما تحتوي المواد الواردة على نسبة أكبر من الكوارتز، قد تظهر في منطقة التكسير العلوية أخاديد رفيعة وحادة، فضلاً عن فقدان سريع لشكل الحواف. ويمكن أن يطيل استخدام Mn22 من العمر التشغيلي عندما يكون ضغط الحجرة مرتفعًا بدرجة كافية، لكن يجب على المصنع التحكم في المعالجة الحرارية. عادةً ما يتم معالجة مصبوبات الفولاذ الأوستنيتي المنغنيزي بالحل عند درجات حرارة تبلغ حوالي 1000 درجة مئوية أو أعلى، ثم يتم تبريدها بالماء لمنع الكربيدات من إضعاف حدود الحبيبات. قد يؤدي التبريد السيئ إلى ترك شبكات كربيدية تقلل من المتانة وتسبب تشققات مبكرة حول منطقة التثبيت.

إن الملاءمة، ونوعية السطح، والتفاوتات المسموح بها لا تقل أهمية عن التركيب الكيميائي

لا يمكن لدرجة جودة المادة أن تعوض عن سوء التثبيت. فالبطانة التي يكون ملامسها الخلفي غير مستوٍ تتحرك تحت تأثير الحمل، وتؤدي هذه الحركة إلى توليد الحرارة والتآكل والتشقق الموضعي. أما بالنسبة لغطاء الكسارة، فيجب أن يكون سطح التثبيت نظيفًا وخاليًا من الزوائد البارزة، كما يجب فحصه قبل التركيب. وعادةً ما تحتاج مناطق التلامس المُشكّلة آليًا أو المُصقولة إلى تشطيب عملي للقطعة المصبوبة بدلاً من التشطيب اللامع. في البطانات المصبوبة الثقيلة، فإن المتطلبات الأساسية هي التلامس المستمر للمقعد، والسماكة المتحكم بها، وضغط القفل المستقر، وليس اللمعان التجميلي. من الشائع أن تتراوح خشونة السطح بين 6.3 و 12.5 ميكرومتر Ra في العديد من أسطح المقاعد المصنوعة من الفولاذ المصبوب والمشكلة آليًا، في حين أن الأسطح غير المخصصة للمقاعد يمكن أن تكون أكثر خشونة إذا لم تؤثر على الملاءمة.

كما ينبغي مناقشة التفاوتات في الأبعاد قبل الشراء. فقد تتحرك قطع الصب الكبيرة المصنوعة من المنغنيز أثناء المعالجة الحرارية، لذا يجب أن يشمل الفحص الارتفاع الكلي، وملاءمة التجويف، والمخروط التثبيتي، ومقطع السحق، وسماكة الجدار. وبالنسبة للاستخدامات التعدينية الشاقة، أفضّل وجود خطة فحص موثقة تتضمن التحليل الكيميائي، وقراءة الصلابة، وسجل المعالجة الحرارية، وتقرير قياس المقطع. يمكن أن يؤدي انحراف المقطع الجانبي بمقدار 2 مم إلى 4 مم في المنطقة الخاطئة إلى تغيير زاوية الضغط، وزيادة الحمل المتجدد، ونقل التآكل من المنطقة الوسطى إلى المنطقة السفلية. والنتيجة هي عمر أقصر حتى عندما تكون السبيكة صحيحة.

كيف يؤثر تشغيل الغرفة على أداء مواد التآكل

يتحكم ضبط الجانب المغلق في نسبة التخفيض وحجم المنتج واستهلاك الطاقة والضغط المطبق بين الغلاف الداخلي وبطانة الوعاء. إذا تم شد نظام الضبط الجانبي المغلق (CSS) دون التحقق من تدرج المواد الواردة والطاقة، فقد تتعرض البطانة لضغط موضعي أعلى وتآكل أسرع في المنطقة السفلية. أما إذا كان نظام الضبط الجانبي المغلق (CSS) مفتوحًا أكثر من اللازم، فقد لا تتمكن الحجرة من ضغط الصخور بما يكفي لتكوين سطح صلب. يساعد التغذية المستقرة على توزيع الضغط عبر الحجرة ويمنع الجزء العلوي من البطانة من القيام بكل العمل.

يُعد تباين المواد المُغذية أحد العوامل الخفية التي تؤدي إلى تلف البطانة. فوجود المواد الرطبة الناعمة من جهة والصخور الجافة الخشنة من الجهة الأخرى يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ للقوة. تتعرض البطانة الموجودة على الجانب الخشن لصدمات شديدة وتصلب بفعل الضغط، بينما يتعرض الجانب الناعم للتلميع والتآكل. وبعد مرور 300 ساعة، يلاحظ المشغل ظهور نمط تآكل بيضاوي الشكل ويلقي باللوم على جودة الصب. أفضل طريقة للإصلاح هي تصحيح صندوق التغذية ومحاذاة الحزام والتحكم في مستوى الحجرة.

اختيار المواد حسب الغرض المعدني

• صخور كربونية منخفضة التآكل عادةً ما يكون من الأفضل استخدام Mn13 أو Mn14، لأن التصلب السريع الناتج عن التشغيل أكثر أهمية من الوصول إلى أقصى محتوى من المنغنيز.
• حبيبات متوسطة الصلابة وغالبًا ما يكون Mn18 هو الخيار المناسب عندما يتم التحكم بشكل جيد في حجم المواد الواردة، ومستوى الرماد الكلي (CSS)، وحالة الاختناق.
• الجرانيت والبازلت الغنيان بالكوارتز قد يكون من المناسب استخدام سبائك Mn18Cr أو Mn22 عندما يكون التآكل الناتج عن الحفر والقطع هو السائد على السطح.
• خام الحديد الذي يحتوي على خطوط سيليكا لا تحتاج إلى إجراء تجارب Mn22 إلا بعد التحقق من استهلاك الطاقة، وملء الحجرة، وجودة المعالجة الحرارية.
• خام النحاس والذهب ينبغي اختيارها بناءً على مؤشر التآكل المقاس، ومدى تكتل الخام، والرطوبة، وسجل وجود المعادن الدخيلة، وليس بناءً على اسم المنجم وحده.

ملاحظات عملية بشأن شراء قطع غيار الكسارات المعرضة للتآكل

عند الشراء أجزاء تآكل الكسارة، لا تكتفِ بطلب رقم الكتالوج. اطلب معرفة درجة المنغنيز، ونطاق الكربون، ونطاق الكروم، وطريقة المعالجة الحرارية، ونطاق الصلابة قبل التشغيل، والتطبيق المستهدف. كما يجب على المورد الموثوق أن يشرح متى لا ينبغي استخدام خيار عالي المنغنيز. هذه الصراحة قيّمة لأن البطانة الأرخص ليست دائمًا الأقل تكلفة للطن الواحد. قد تكون البطانة التي تكلف 12 في المائة أكثر ولكنها تقلل من التوقف مرتين في السنة هي الخيار الأفضل. البطانة التي تدوم لفترة أطول ولكنها تؤدي إلى شكل سيئ للمنتج يمكن أن تتسبب في خسارة مالية من خلال إعادة التدوير واستهلاك الطاقة.

بالنسبة لقطع غيار الكسارات في سوق قطع الغيار، يجب أن تراعي الهندسة العكسية التصميم الأصلي للغرفة. ولا ينبغي زيادة سماكة المقطع الجانبي بشكل عشوائي. فالمعدن الزائد يمكن أن يقلل من فتحة التغذية، ويغير زاوية الضغط، ويزيد من حمل المحرك، ويحبس المواد غير المسحوقة. النهج الصحيح هو مقارنة البطانة البالية، والشكل الأصلي، واتجاه الطاقة، وتدرج المنتج، ونوع الخام الفعلي. بعد ذلك، يمكن للمسبك ضبط شكل التكسير ودرجة المنغنيز معًا.

التوصية النهائية بشأن الموقع

أفضل مادة لبطانة المخروط هي تلك التي تصل إلى صلابة ثابتة ناتجة عن التصلب أثناء التشغيل قبل أن يفقد الشكل المحدد. Mn13 أو Mn14 ليست درجة رخيصة للأعمال الخفيفة. إنها أداة تصلب سريع للاحتكاك المنخفض والصدمات المعتدلة. Mn18 هو الخيار الأكثر ملاءمة للعديد من مهام التعدين والركام المختلط. Mn22 هو حل للاحتكاك الشديد فقط عندما يبرر ذلك ضغط الخام والغرفة. غلاف كسارة جيد و بطانة الوعاء يجب أن ينتج عن عملية التصلب تآكل متساوٍ للآلة، وتشوه محكوم، وعدم ظهور تشققات مبكرة في منطقة التلامس. وتأتي هذه النتيجة من التوافق بين خصائص المعادن، والتركيب الكيميائي للمنغنيز، والمعالجة الحرارية، وأنظمة التشغيل، وليس من مجرد اختيار الرقم الأعلى في مواصفات المواد.