Espectrómetro para testar a composição química do material das peças do triturador antes do envio

O teste de composição de material de fábrica é o primeiro teste de vida útil para peças de trituradores

Uma placa de mandíbula pode parecer perfeita após a granalhagem e ainda assim perder 30% da sua vida útil prevista se o teor de manganês, carbono, crómio ou molibdénio estiver fora do intervalo exigido. Um revestimento de cone pode passar numa inspeção visual e, mesmo assim, rachar cedo se a liga for demasiado frágil para o impacto da alimentação. Uma barra de impacto de um triturador de impacto pode mostrar alta dureza no papel e ainda assim falhar em serviço se a química criar a estrutura de carboneto errada. É por isso que o ensaio da composição do material na fábrica não é uma formalidade de papelada. É o primeiro teste real da qualidade do material das peças do triturador antes de a peça chegar a uma pedreira ou mina.

As peças da britadeira trabalham numa combinação severa de impacto, compressão, abrasão por deslizamento, desgaste por goivagem, calor, poeira e vibração. As principais peças de desgaste incluem placas de mandíbulas, mantos de trituradores de cone, côncavos, placas de bochecha, barras de impacto de trituradores de impacto, cabeças de martelo, revestimentos, placas laterais, segmentos de trituradores de rolos e pontas de desgaste de VSI. Cada peça enfrenta um equilíbrio diferente de impacto e abrasão. Por isso, um material não pode resolver todos os problemas de desgaste. Uma boa seleção do material das peças do triturador depende do tamanho da alimentação, da abrasividade da rocha, da humidade, do risco de metais residuais, da velocidade do triturador, da conceção da câmara e da prática de manutenção.

Na oficina e no terreno, vi muitas avarias precoces que não foram causadas apenas por um mau funcionamento. Algumas falhas começaram na fusão. Se a composição química fosse incorrecta, o tratamento térmico não poderia salvar totalmente a peça fundida. Se o nível de carbono fosse demasiado elevado no aço errado, a tenacidade diminuía. Se o manganês fosse demasiado baixo num aço com elevado teor de manganês, o endurecimento por trabalho tornava-se fraco. Se o crómio for demasiado elevado para uma aplicação de alto impacto, a peça torna-se resistente ao desgaste mas demasiado frágil. Uma boa relação de materiais não é apenas um número químico. É a base da vida útil.

Porque é que a composição química deve ser testada antes da expedição

Os testes de composição do material efectuados na fábrica confirmam que a peça fundida corresponde à ordem de compra, ao desenho, à norma e às condições de funcionamento. No caso das peças de desgaste dos trituradores, a diferença entre uma liga correta e uma liga errada é muitas vezes invisível à vista. Duas barras de impacto podem ter a mesma forma e peso, mas uma pode ser de aço martensítico, outra de ferro branco com elevado teor de crómio e outra de aço com elevado teor de manganês. O seu comportamento em campo será completamente diferente.

Uma fábrica fiável deve testar a composição do material em mais do que uma fase. A primeira verificação é normalmente efectuada durante a fusão, antes do vazamento, para que a fundição possa ajustar os elementos de liga enquanto o metal ainda está líquido. A segunda verificação deve ser efectuada a partir de um bloco de teste, de um cupão de fundição ou de uma amostra representativa após a fundição. Para peças críticas do triturador, a identificação positiva final do material pode ser usada antes do envio para reduzir o risco de misturas entre diferentes graus.

Os métodos mais comuns incluem a espetrometria de emissão ótica, a análise química laboratorial e a identificação positiva do material. A espetrometria de emissão ótica é amplamente utilizada em fundições porque pode analisar muitos elementos metálicos com rapidez e precisão. Para os tipos de aço em que o carbono, o fósforo e o enxofre são importantes, o método de ensaio deve ser selecionado cuidadosamente, uma vez que a XRF portátil é útil para muitos elementos de liga, mas não é suficiente para todos os requisitos de elementos leves. O relatório de inspeção deve indicar o método, a fonte da amostra, o número de calor, o intervalo de especificação, o resultado medido e a decisão de aprovação ou reprovação.

Peças comuns de trituradores Escolhas de materiais e a sua lógica de funcionamento

O aço com elevado teor de manganês é amplamente utilizado em placas de mandíbulas, revestimentos de trituradores de cone, mantos, côncavos e algumas aplicações de martelos. O aço manganês clássico do tipo Hadfield é conhecido pela sua elevada tenacidade e comportamento de endurecimento por trabalho. Uma composição comum do tipo ASTM A128 de grau A pode conter cerca de 1,05 a 1,35 por cento de carbono, cerca de 11 por cento de manganês, cerca de 1 por cento de silício e ferro como saldo. Em serviço, o aço com elevado teor de manganês pode começar perto de uma dureza Brinell moderada e endurecer sob forte impacto, com a dureza da superfície a aumentar significativamente quando a pressão de esmagamento é suficientemente elevada.

É por isso que o aço manganês tem um bom desempenho na britagem primária com grande alimentação e forte impacto. A superfície torna-se mais dura à medida que a rocha se comprime repetidamente e embate no revestimento. Ao mesmo tempo, o núcleo interno permanece suficientemente duro para resistir à fissuração. Mas o material deve ter a química correta. Se o equilíbrio entre o manganês e o carbono for fraco, o revestimento pode não endurecer corretamente ou tornar-se frágil. Se o fósforo ou o enxofre forem demasiado elevados, o risco de fissuração aumenta. Se o tratamento térmico não for controlado, os carbonetos podem permanecer nos limites dos grãos e reduzir a tenacidade.

O ferro branco com elevado teor de crómio é frequentemente selecionado para barras de impacto de trituradores de impacto, revestimentos de trituradores secundários e aplicações com material limpo e abrasivo e ferro residual limitado. A norma ASTM A532 abrange os ferros fundidos brancos resistentes à abrasão utilizados nas indústrias mineira, de moagem, de movimentação de terras e de fabrico. Uma gama típica de ferro branco Classe III Tipo A com 25% de crómio pode incluir cerca de 2,0 a 3,3% de carbono e 23,0 a 30,0% de crómio, com limites controlados para manganês, silício, níquel, molibdénio, cobre, fósforo e enxofre. A sua resistência ao desgaste provém de carbonetos de crómio duros e de uma matriz dura.

 

O material com elevado teor de crómio pode proporcionar uma excelente vida útil em pedras abrasivas, mas não é adequado para todos os trituradores. Se entrar aço n~o triturável na câmara, uma barra de impacto com alto teor de crómio pode rachar ou partir, porque a sua tenacidade é inferior à do aço manganês ou do aço martensítico. É por isso que os ensaios de materiais devem estar ligados à anÆlise das aplicaçðes. Uma composição química correta para uma máquina pode ser a escolha errada de material para outra máquina.

A liga de aço martensítico é frequentemente utilizada quando a aplicação requer um equilíbrio entre a resistência ao impacto e a resistência ao desgaste. Normalmente, não iguala o ferro com elevado teor de crómio em termos de resistência à abrasão pura, mas pode tolerar melhor o impacto. Algumas peças de trituradores martensíticos incluem crómio e molibdénio para melhorar a temperabilidade, a força e a resistência ao desgaste. O desempenho final depende não só da composição, mas também do tratamento térmico, da espessura da secção, da prática de têmpera e do controlo da têmpera.

Como a relação do material altera a vida útil do desgaste

O carbono é um dos elementos mais importantes nas peças de desgaste em aço e ferro fundido. No aço com elevado teor de manganês, o carbono contribui para a resistência e o endurecimento por trabalho, mas um excesso de carbono ou um tratamento térmico deficiente pode tornar a peça fundida frágil. No ferro branco com elevado teor de crómio, o carbono combina-se com o crómio para formar carbonetos duros. Um teor de carbono demasiado baixo pode reduzir a resistência à abrasão, enquanto um teor de carbono demasiado elevado pode aumentar a fragilidade e dificultar a maquinagem ou o serviço de impacto.

O manganês estabiliza a estrutura austenítica do aço com elevado teor de manganês e suporta a resistência. Nas placas de mandíbulas e nos revestimentos de cones, isto é fundamental porque a peça tem de absorver impactos repetidos sem fissurar. Um revestimento de aço manganês com uma química fraca pode desgastar-se rapidamente porque não endurece o suficiente. Por outro lado, o simples aumento do manganês sem compreender o carbono, o tamanho da secção e o tratamento térmico não cria automaticamente um revestimento melhor.

O crómio melhora a resistência ao desgaste ao promover carbonetos duros no ferro branco e ao apoiar a temperabilidade no aço-liga. Nas barras de impacto com elevado teor de crómio, o crómio é o principal elemento de resistência ao desgaste. Mas o crómio também altera a tenacidade. Uma peça com elevado teor de crómio deve ser utilizada quando a abrasão é severa e o impacto é controlado. Não deve ser selecionada apenas porque o número de dureza parece atraente.

O molibdénio, o níquel e o cobre podem ser adicionados para melhorar a temperabilidade, a tenacidade ou a estrutura da matriz, dependendo do sistema da liga. O silício contribui para a desoxidação e pode influenciar o comportamento da fundição, mas um excesso de silício pode afetar as propriedades mecânicas. O fósforo e o enxofre são normalmente controlados como elementos residuais nocivos porque podem reduzir a tenacidade e aumentar a sensibilidade à fissuração. Estas pequenas percentagens são importantes. Num triturador, um pequeno desvio químico pode tornar-se num grande problema de inatividade.

O que deve incluir um relatório de teste de material de fábrica adequado

Um relatório de material útil para peças de trituradores deve ser rastreável e específico. Não deve dizer apenas "material qualificado". Deve listar o número de calor, o número da peça, o lote de fundição, a localização da amostra, o grau do material, a norma ou a especificação do cliente, a gama de composição química, o valor real medido, o resultado da dureza, a condição do tratamento térmico, a data de inspeção e a aprovação do inspetor. Para peças de desgaste crítico, o relatório também deve corresponder à marcação na peça fundida.

Item de inspeção	Porque é importante	Provas típicas exigidas
Composição química	Confirma que o material das peças da britadeira corresponde ao grau de liga encomendado e ao mecanismo de desgaste previsto.	Relatório do espetrómetro, relatório do laboratório, número de calor, valores dos elementos medidos e limites de especificação.
Dureza	Mostra se o tratamento térmico e a condição da matriz são adequados para a aplicação.	HB, HRC, ou resultado do teste HV de acordo com o desenho ou requisito de compra.
Registo de tratamento térmico	Confirma que a peça fundida recebeu o tratamento correto de têmpera, revenido, alívio de tensões ou solução.	Gráfico do forno, registo de temperatura, tempo de espera, método de arrefecimento e rastreabilidade do lote.
Marcação de rastreabilidade	Evita que sejam enviados ao cliente tipos mistos.	Número térmico fundido ou estampado, código da peça, classe do material e etiqueta de inspeção.
Inspeção visual e dimensional	Assegura que o material correto também é fornecido na forma e condição de ajuste corretas.	Relatório de dimensões, registo de inspeção da superfície e verificação da embalagem.

Revisão de falhas de campo: O custo de saltar a verificação da composição

Uma vez, tratei de um caso de avaria num triturador de impacto secundµrio em que um conjunto de barras de impacto se desgastou de forma irregular e uma barra partiu-se antes de atingir metade das horas de trabalho previstas. O cliente começou por suspeitar de uma velocidade errada do rotor e de um mau controlo da alimentação. Depois de verificar a máquina, a dimensão da alimentação e o padrão de desgaste, pedi o relatório original do material. O documento apenas indicava a dureza, não a composição química. O fornecedor tinha enviado as peças como tendo alto teor de crómio, mas testes posteriores de amostras mostraram que o teor de crómio estava abaixo da gama exigida para o grau encomendado, e o balanço de carbono também era inconsistente.

À distância, a barra de impacto parecia aceitável. A leitura da dureza da superfície não era alarmante. Mas a microestrutura não tinha o suporte de carboneto correto para a pedra abrasiva. A peça desgastou-se rapidamente na zona de impacto e depois a tensão concentrou-se perto da extremidade desgastada. Quando a fissura começou, a carga do rotor ficou desequilibrada e a vibração aumentou. O prejuízo final não foi apenas um conjunto de barras de impacto. O local perdeu tempo de produção, mão de obra, frete de emergência e confiança na cadeia de fornecimento.

Este caso é a razão pela qual digo aos compradores para tratarem os ensaios de materiais como uma salvaguarda da produção e não como um certificado opcional. Um preço baixo sem verificação química não é uma poupança. É um risco oculto transferido para o triturador.

Porque é que a dureza por si só não pode provar a qualidade do material

Muitas equipas de compras pedem apenas a dureza porque é fácil de compreender. A dureza é importante, mas não pode substituir a análise química. Uma peça de ferro com elevado teor de crómio e uma peça de aço martensítico podem apresentar intervalos de dureza semelhantes, mas a sua dureza e comportamento ao desgaste podem ser muito diferentes. Um revestimento de aço com elevado teor de manganês pode não ter uma dureza inicial extremamente elevada, mas pode endurecer sob condições de impacto adequadas. Se um comprador o rejeitar apenas porque o primeiro valor de dureza é inferior ao de uma peça com elevado teor de crómio, a lógica de seleção do material está errada.

A dureza conta parte da história. A composição química indica se a liga tem os blocos de construção corretos. O tratamento térmico indica se a estrutura foi desenvolvida corretamente. O desempenho no terreno indica se o material selecionado corresponde às condições de trituração. Um bom controlo do material das peças do triturador deve ligar todos os quatro.

Como os compradores devem especificar os requisitos de material

Para evitar litígios, a ordem de compra deve definir o tipo de material, a norma aplicável, a gama de composição química esperada, a gama de dureza, a condição de tratamento térmico, o método de ensaio e o formato do relatório. Por exemplo, uma encomenda de placas de mandíbulas não deve dizer simplesmente "aço manganês". Deve identificar se o requisito é Mn13, Mn18, Mn22, ou outro tipo, e se são necessárias adições de crómio, molibdénio ou outras ligas. Uma encomenda de barras de impacto deve indicar claramente se a aplicação necessita de ferro branco com elevado teor de crómio, aço martensítico, material de inserção de cerâmica ou aço manganês.

O comprador deve também informar a fundição das condições reais de trabalho. O material de alimentação, a resistência à compressão, o teor de sílica, a humidade, o tamanho da alimentação, o risco de ferro residual e o modelo do triturador afectam a seleção do material. Um fornecedor não pode escolher a melhor relação de material se as condições de funcionamento estiverem ocultas. Quanto mais exacta for a informação sobre a aplicação, mais fácil será escolher um material que equilibre a resistência ao desgaste e a tenacidade.

Visão final: A composição do material é o ADN das peças de trituração

As peças do triturador não falham aleatoriamente. A maioria das falhas pode ser atribuída a uma ou mais causas: material errado, química instável, tratamento térmico deficiente, defeitos de fundição, ajuste incorreto, funcionamento inadequado ou manutenção deficiente. Entre estas causas, a composição do material é o primeiro ponto de controlo. Uma vez vertida a química incorrecta, todos os processos posteriores são limitados por esse erro.

O teste da composição do material na fábrica protege o comprador, a fundição e o local da mina. Ele prova que o material das peças do britador corresponde ao grau exigido. Ajuda a prever o comportamento de desgaste antes de a peça entrar em serviço. Evita que materiais misturados cheguem ao cliente. Apoia a rastreabilidade quando é necessária uma investigação de falhas. O mais importante é que ele conecta o projeto químico da peça fundida com a vida útil real do britador.

Uma boa relação de materiais dá às peças da britadeira a capacidade de resistir ao impacto, desenvolver o endurecimento por trabalho, formar carbonetos estáveis, manter a tenacidade e sobreviver ao contacto abrasivo. Uma má relação de materiais pode poupar uma pequena quantia no custo da liga, mas pode encurtar a vida útil, aumentar o tempo de inatividade, danificar veios ou rotores e aumentar o custo total por tonelada. Para qualquer pedreira, fábrica de cimento, operação de reciclagem ou mina séria, a questão não deve ser se o teste de material de fábrica é necessário. A verdadeira questão é se o relatório de teste é suficientemente pormenorizado para provar que a peça está pronta para a câmara de britagem.