Спектрометр, проверяющий химический состав материала деталей дробилки перед отгрузкой

Заводские испытания состава материала - первый тест на износ деталей дробилки

Челюстная плита может выглядеть идеально после дробеструйной обработки и при этом потерять 30 % ожидаемого срока службы, если содержание марганца, углерода, хрома или молибдена выходит за пределы требуемого диапазона. Футеровка конуса может пройти визуальный осмотр и все равно треснуть раньше времени, если сплав слишком хрупкий для ударной нагрузки. Ударный брус роторной дробилки может демонстрировать высокую твердость на бумаге и все равно выйти из строя в процессе эксплуатации, если химический состав создает неправильную карбидную структуру. Вот почему заводские испытания состава материала - это не просто формальность. Это первая реальная проверка качества материала деталей дробилки еще до того, как деталь попадет в карьер или на шахту.

Детали дробилки работают в условиях жесткого сочетания ударов, сжатия, истирания при скольжении, износа при выдалбливании, тепла, пыли и вибрации. К основным изнашиваемым деталям относятся щековые плиты, мантии конусных дробилок, подбарабанья, щековые плиты, ударные балки роторных дробилок, головки молотков, футеровки, боковые плиты, сегменты валковых дробилок и изнашиваемые наконечники VSI. Каждая деталь сталкивается с различным балансом ударов и истирания. Поэтому один материал не может решить все проблемы износа. Выбор материала деталей дробилки зависит от размера сырья, абразивности породы, влажности, риска образования трамповых металлов, скорости дробилки, конструкции камеры и практики обслуживания.

В мастерской и в полевых условиях я видел много ранних отказов, которые не были вызваны только плохой эксплуатацией. Некоторые неудачи начинались еще в расплаве. Если химический состав был неправильным, термообработка не могла полностью спасти отливку. Если уровень углерода в стали был слишком высок, вязкость падала. Если в высокомарганцевой стали было слишком мало марганца, то закалка становилась слабой. Слишком высокое содержание хрома в высокоударной стали приводит к тому, что деталь становится износостойкой, но слишком хрупкой. Хорошее соотношение материалов - это не только химическое число. Оно является основой срока службы.

Почему химический состав должен быть проверен перед отправкой

Заводские испытания состава материала подтверждают, что отливка соответствует заказу, чертежу, стандарту и условиям эксплуатации. Для изнашиваемых деталей дробилок разница между правильным и неправильным сплавом часто незаметна на глаз. Два дутых стержня могут иметь одинаковую форму и вес, но один может быть из мартенситной стали, другой - из высокохромистого белого железа, а третий - из высокомарганцевой стали. Их поведение в полевых условиях будет совершенно разным.

Надежный завод должен проверять состав материала более чем на одном этапе. Первая проверка обычно проводится во время плавки, перед заливкой, чтобы литейщики могли корректировать элементы сплава, пока металл еще жидкий. Вторая проверка должна проводиться на пробном блоке, литейном купоне или репрезентативном образце после литья. Для критических деталей дробилок перед отгрузкой можно использовать окончательную положительную идентификацию материала, чтобы снизить риск смешения различных сортов.

Наиболее распространенные методы включают оптическую эмиссионную спектрометрию, химический лабораторный анализ и позитивную идентификацию материала. Оптическая эмиссионная спектрометрия широко используется в литейном производстве, поскольку она позволяет быстро и точно анализировать многие металлические элементы. Для марок стали, где важны углерод, фосфор и сера, метод тестирования должен быть выбран тщательно, так как ручной рентгенофлуоресцентный анализ полезен для многих элементов сплава, но недостаточен для всех требований к легким элементам. В отчете о проверке должны быть указаны метод, источник образца, номер нагрева, диапазон спецификации, результат измерения и заключение о прохождении или провале.

Распространенные варианты материалов деталей дробилки и логика их работы

Высокомарганцовистая сталь широко используется для изготовления щековых плит, футеровки конусных дробилок, мантии, конкейвов и некоторых молотков. Классическая марганцевая сталь типа Hadfield известна высокой вязкостью и закалкой. Обычный состав типа ASTM A128 Grade A может содержать от 1,05 до 1,35 процента углерода, около 11 процентов марганца, около 1 процента кремния и железо в качестве остатка. В эксплуатации высокомарганцевая сталь может иметь умеренную твердость по Бринеллю и упрочняться при сильных ударах, при этом твердость поверхности часто значительно возрастает, если давление при раздавливании достаточно велико.

Именно поэтому марганцевая сталь хорошо работает при первичном дроблении с большой подачей и сильным ударом. Поверхность становится более твердой, поскольку порода многократно сжимается и ударяется о футеровку. В то же время внутренняя сердцевина остается достаточно прочной, чтобы противостоять растрескиванию. Но материал должен иметь правильный химический состав. Если соотношение марганца и углерода плохое, лайнер может не затвердеть должным образом или стать хрупким. При избытке фосфора или серы повышается риск растрескивания. Если термообработка не контролируется, карбиды могут остаться на границах зерен и снизить вязкость.

Высокохромистый белый чугун часто выбирают для изготовления ударных балок роторных дробилок, футеровки вторичного дробления и для применения в условиях чистого, абразивного материала и ограниченного количества бобышек. Стандарт ASTM A532 распространяется на абразивостойкие белые чугуны, используемые в горнодобывающей, фрезерной, землеройной и обрабатывающей промышленности. Типичный белый чугун класса III типа A с 25-процентным содержанием хрома может включать от 2,0 до 3,3 процента углерода и от 23,0 до 30,0 процентов хрома, с контролируемыми пределами содержания марганца, кремния, никеля, молибдена, меди, фосфора и серы. Износостойкость обеспечивается твердыми карбидами хрома и твердой матрицей.

 

Высокохромистый материал может обеспечить превосходный срок службы при работе с абразивным камнем, но он подходит не для всех дробилок. Если в камеру попадет недробимая сталь, высокохромистый ударный брус может треснуть или сломаться, поскольку его вязкость ниже, чем у марганцевой или мартенситной стали. Именно поэтому испытания материалов должны сопровождаться анализом их применения. Правильный химический состав для одной машины может оказаться неправильным выбором материала для другой машины.

Мартенситная легированная сталь часто используется там, где требуется баланс между ударной вязкостью и износостойкостью. Обычно она не может сравниться с высокохромистым железом по износостойкости, но лучше переносит удары. В некоторые мартенситные детали дробилок добавляют хром и молибден для повышения твердости, прочности и износостойкости. Окончательные характеристики зависят не только от состава, но и от термической обработки, толщины профиля, практики закалки и контроля отпуска.

Как соотношение материалов изменяет срок службы

Углерод - один из самых важных элементов в стальных и чугунных износостойких деталях. В высокомарганцовистой стали углерод способствует повышению прочности и упрочнению, но избыток углерода или плохая термообработка могут сделать отливку хрупкой. В высокохромистом белом чугуне углерод соединяется с хромом, образуя твердые карбиды. Слишком малое количество углерода может снизить износостойкость, а слишком большое - увеличить хрупкость и затруднить механическую обработку или ударные нагрузки.

Марганец стабилизирует аустенитную структуру в высокомарганцевой стали и поддерживает ее прочность. В челюстных пластинах и конусных вкладышах это очень важно, поскольку деталь должна выдерживать многократные удары без растрескивания. Футеровка из марганцевой стали со слабым химическим составом может быстро изнашиваться, поскольку она не успевает достаточно закалиться. С другой стороны, простое увеличение содержания марганца без учета углерода, размера сечения и термообработки не приведет к автоматическому созданию более качественного вкладыша.

Хром повышает износостойкость, способствуя образованию твердых карбидов в белом чугуне и поддерживая закалку легированной стали. В высокохромистых дутых прутках хром является основным износостойким элементом. Но хром также изменяет вязкость. Детали с высоким содержанием хрома следует использовать там, где абразивный износ очень сильный, а удары контролируются. Ее не следует выбирать только потому, что число твердости выглядит привлекательно.

Молибден, никель и медь могут быть добавлены для повышения твердости, вязкости или структуры матрицы в зависимости от системы сплава. Кремний способствует раскислению и может влиять на поведение отливки, но избыток кремния может повлиять на механические свойства. Фосфор и сера обычно контролируются как вредные остаточные элементы, поскольку они могут снижать вязкость и повышать чувствительность к трещинам. Эти небольшие проценты имеют значение. В дробилке крошечное отклонение в химическом составе может превратиться в большую проблему простоя.

Что должен включать в себя правильный отчет о заводских испытаниях материалов

Полезный отчет о материалах для деталей дробилки должен быть прослеживаемым и конкретным. В нем не просто должно быть написано "материал квалифицирован". В нем должны быть указаны номер нагрева, номер детали, партия отливки, местоположение образца, марка материала, стандарт или спецификация заказчика, диапазон химического состава, фактическое измеренное значение, результат измерения твердости, условия термообработки, дата проверки и одобрение инспектора. Для деталей, подвергающихся критическому износу, отчет должен также соответствовать маркировке на отливке.

Предмет проверки	Почему это важно	Типичные требуемые доказательства
Химический состав	Подтверждает, что материал деталей дробилки соответствует заказанной марке сплава и ожидаемому механизму износа.	Отчет спектрометра, отчет лаборатории, тепловое число, измеренные значения элементов и пределы спецификации.
Твердость	Показывает, подходит ли термическая обработка и состояние матрицы для данного применения.	Результаты испытаний HB, HRC или HV в соответствии с чертежом или требованиями заказчика.
Запись о термической обработке	Подтверждает, что отливка прошла правильную закалку, отпуск, снятие напряжения или обработку раствором.	Печная диаграмма, запись температуры, время выдержки, метод охлаждения и возможность отслеживания партии.
Маркировка прослеживаемости	Предотвращает отгрузку смешанных сортов заказчику.	Литой или штампованный номер нагрева, код детали, марка материала и контрольная бирка.
Визуальный и размерный контроль	Обеспечивает поставку материала правильной формы и состояния посадки.	Отчет о размерах, протокол осмотра поверхности и проверка упаковки.

Обзор полевых испытаний: Цена пропуска проверки состава

Однажды у меня был случай отказа дробилки вторичного удара, когда комплект ударных брусьев изнашивался неравномерно, и один брус треснул, не доработав и половины ожидаемого времени работы. Клиент сначала заподозрил неправильную скорость вращения ротора и плохой контроль подачи. После проверки машины, величины подачи и характера износа я запросил отчет об исходном материале. В документе была указана только твердость, но не химический состав. Поставщик отгрузил детали с высоким содержанием хрома, но позднее тестирование образцов показало, что содержание хрома было ниже требуемого диапазона для заказанной марки, а баланс углерода также не соответствовал требованиям.

С расстояния брусок выглядел приемлемо. Показатели поверхностной твердости не вызывали опасений. Но в микроструктуре не было нужной карбидной опоры для абразивного камня. Деталь быстро изнашивалась в зоне удара, затем напряжение концентрировалось у изношенной кромки. Как только появилась трещина, нагрузка на ротор стала несбалансированной, и вибрация усилилась. В итоге был потерян не только один комплект продувочных брусьев. Предприятие потеряло производственное время, рабочую силу, срочные грузоперевозки и доверие к цепочке поставок.

Именно поэтому я советую покупателям относиться к тестированию материалов как к гарантии производства, а не как к дополнительному сертификату. Низкая цена без проверки химического состава - это не экономия. Это скрытый риск, переложенный на дробилку.

Почему одна лишь твердость не может служить доказательством качества материала

Многие команды закупщиков просят указать только твердость, потому что ее легко понять. Твердость важна, но она не может заменить химический анализ. Детали из высокохромистого железа и мартенситной стали могут иметь схожие диапазоны твердости, однако их прочность и поведение при износе могут сильно отличаться. Вкладыш из высокомарганцовистой стали может не иметь чрезвычайно высокой начальной твердости, но он может упрочняться при надлежащих условиях удара. Если покупатель отвергает его только потому, что первое значение твердости ниже, чем у детали из высокохромистой стали, логика выбора материала неверна.

Твердость - это часть истории. Химический состав говорит о том, есть ли в сплаве нужные строительные блоки. Термообработка позволяет определить, правильно ли была разработана структура. Эксплуатационные характеристики говорят о том, соответствует ли выбранный материал условиям дробления. Хороший контроль материалов деталей дробилки должен объединять все четыре составляющие.

Как покупатели должны указывать требования к материалам

Чтобы избежать споров, в заказе на поставку следует определить марку материала, применимый стандарт, ожидаемый диапазон химического состава, диапазон твердости, условия термической обработки, метод испытания и формат отчета. Например, в заказе на челюстную пластину не должно быть просто указано "марганцевая сталь". В нем должно быть указано, требуется ли Mn13, Mn18, Mn22 или другая марка, а также требуется ли добавка хрома, молибдена или других сплавов. В заказе на дутьевой пруток должно быть четко указано, требуется ли для его изготовления высокохромистый белый чугун, мартенситная сталь, керамические вставки или марганцевая сталь.

Покупатель также должен сообщить литейному заводу реальные условия работы. Материал сырья, прочность на сжатие, содержание кремнезема, влажность, размер сырья, риск образования бродячего железа и модель дробилки - все это влияет на выбор материала. Поставщик не сможет выбрать оптимальное соотношение материалов, если условия эксплуатации скрыты. Чем точнее информация о применении, тем легче выбрать материал, обеспечивающий баланс между износостойкостью и прочностью.

Окончательный взгляд: Состав материала - это ДНК деталей дробилки

Детали дробилок выходят из строя не случайно. Большинство отказов можно отследить по одной или нескольким причинам: неправильный материал, нестабильный химический состав, плохая термообработка, дефекты литья, неправильная посадка, неподходящая эксплуатация или плохое обслуживание. Среди этих причин состав материала является самой ранней точкой контроля. Как только был залит неправильный химический состав, все последующие процессы будут ограничены этой ошибкой.

Заводские испытания состава материала защищают покупателя, литейный завод и шахту. Оно доказывает, что материал деталей дробилки соответствует требуемому сорту. Оно помогает предсказать износ до того, как деталь поступит в эксплуатацию. Оно предотвращает попадание смешанных материалов к заказчику. Он помогает отследить ситуацию, когда необходимо провести расследование отказа. Самое главное - это связь между химическим расчетом литья и реальным сроком службы дробилки.

Хорошее соотношение материалов придает деталям дробилки способность противостоять ударам, развивать закалку, образовывать стабильные карбиды, сохранять вязкость и выдерживать контакт с абразивом. Плохое соотношение материалов может сэкономить небольшую сумму на стоимости сплава, но оно может сократить срок службы, увеличить время простоя, повредить валы или роторы и повысить общую стоимость тонны. Для любого серьезного карьера, цементного завода, предприятия по переработке отходов или шахты вопрос не должен заключаться в том, нужно ли проводить заводские испытания материалов. Главный вопрос заключается в том, достаточно ли подробен отчет об испытаниях, чтобы доказать, что деталь готова к работе в дробильной камере.