Почему один сорт марганца не может использоваться на всех шахтах, где применяются конусные дробилки

Выбор материала деталей конусной дробилки с учетом износа при переработке реальной руды

Состояние футеровки, выходящей из камеры уже через 160 часов, обычно говорит о проблемах раньше, чем об этом сообщит отчет о техническом обслуживании. Возможно, сырье изменилось с выветренного известняка на гранит с высоким содержанием кварца, зазор с закрытой стороны был уменьшен на 3 мм, или посторонние металлические включения повредили нижнюю зону дробления. В реальных условиях поврежденная поверхность редко бывает случайной. Полированная поверхность с неглубокими бороздками указывает на абразивное изнашивание при скольжении. Глубокие выемки и деформация кромки свидетельствуют о сильных ударах. Текстура «апельсиновой корки» на изношенной поверхности часто означает, что марганцевая поверхность в конечном итоге упрочнилась в процессе работы. Эти детали определяют, какой сорт марганца следует использовать для изготовления следующего комплекта мантии дробилки и футеровки чаши.

Большинство случаев выхода из строя конусных футеровок связано не с некачественным чертежом. Они вызваны несоответствием между свойствами руды и технологией металлургического производства. Детали конусной дробилки используемые для вторичного и третичного дробления, должны обладать вязкостью, контролируемой деформацией и поверхностью, которая упрочняется под воздействием повторяющихся сжимающих нагрузок. Аустенитная марганцевая сталь остается стандартом, поскольку она способна поглощать удары, в то время как ее рабочая поверхность упрочняется с примерно 200–250 по шкале Бриккеля в состоянии поставки до примерно 500–600 при соответствующих ударах и давлении. Это изменение не происходит автоматически. Если руда слишком мягкая или камера недозагружена, поверхность может так и не достичь твердости, необходимой для длительного срока службы.

Почему содержание марганца должно соответствовать содержанию минерала

Сталь с высоким содержанием марганца — это не просто более твердая сталь. Это прочное аустенитное литье, рассчитанное на упрочнение в процессе эксплуатации. Обычные литейные марки для изнашиваемых деталей дробилок включают 13 или 14 процентов марганца, 18 процентов марганца и 22 процента марганца, часто с содержанием хрома в диапазоне от 1,5 до 3 процентов для повышения прочности и износостойкости. В соответствии с практикой Хадфилда, основанной на стандарте ASTM A128, в традиционных марках обычно используется содержание углерода от 1,0 до 1,4 процента и марганца от 11 до 14 процентов. Типичные опубликованные механические показатели аустенитной марганцевой стали включают предел прочности около 780 МПа на нижнем уровне спецификации, а в некоторых источниках указан предел прочности около 965 МПа для высокомарганцевой аустенитной стали в закаленном состоянии.

Чаще всего я сталкиваюсь с ошибкой, когда из-за твердости руды выбирают облицовку с максимальным содержанием марганца. Одной только твердости недостаточно. Андезит, базальт, магнетит, гематит, медная руда, речная галька и известняк по-разному воздействуют на облицовку. Футеровка с содержанием марганца 22% может хорошо служить при работе с острой абразивной породой, давление дробления которой достаточно для упрочнения поверхности. Та же самая футеровка может медленно деформироваться или демонстрировать слабое упрочнение при работе с известняком с низким уровнем ударов. Футеровка с содержанием марганца 14% может упрочняться быстрее и противостоять растрескиванию при работе с материалами с низкой абразивностью, но она может быстро изнашиваться при работе с высокоабразивной рудой, содержащей кремнезем.

Типичный сорт для изготовления вкладышей	Общие основы химии	Поведение в полевых условиях	Подходящая минеральная группа
Mn13 или Mn14	Около 11–14 % марганца и около 1,0–1,4 % углерода	Быстрое упрочнение при деформации, высокая пластичность, хорошая ударная вязкость	Известняк, мекозернистая медная руда, смешанный заполнитель, сырье с низкой абразивностью
Mn18	Около 18 % марганца, часто с добавлением хрома в количестве от 1,5 до 3 %	Оптимальное соотношение прочности и износостойкости для общего применения в горнодобывающей промышленности	Гранит, базальт, смеси железной руды, сырье со средней и высокой абразивностью
Mn22	Около 22 % марганца; часто используется в условиях сильной абразивной нагрузки	Возможность более длительного срока службы при достаточно высоких значениях давления и ударной нагрузки	Твердая порода с высоким содержанием кварца, таконит, абразивная медная руда, твердые речные гальки

Образцы руды с мест дробления

В случае с известняком, прочность которого на сжатие зачастую значительно ниже, чем у твердых магматических пород, основной опасностью не всегда является абразивный износ. Опасность заключается в недостаточном упрощении материала. Внутренняя облицовка чаши конусной дробилки с 22-процентным содержанием марганца может выглядеть впечатляюще в коммерческом предложении, но если камера работает с небольшой нагрузкой, а подаваемый материал имеет чешуйчатую структуру, облицовка может оставаться мягкой слишком долго. В этом случае практичным выбором может стать Mn13 или Mn14, поскольку на их поверхности быстрее образуется полезная закаленная корка.

В случае с гранитом и базальтом ситуация меняется. Кварц и полевой шпат обеспечивают стабильное абразивное резание, тогда как кусковой материал создает достаточное ударное воздействие, чтобы активировать упрочнение марганцем. Mn18 часто является оптимальным компромиссным решением. Когда установка работает при стабильной подаче с дросселированием, размер подаваемого материала не превышает допустимый максимальный размер, а CSS поддерживается на постоянном уровне, Mn18 может обеспечить предсказуемую форму износа без чрезмерного растрескивания. Во многих проектах по замене деталей дробилок на вторичном рынке это именно тот сорт, который я бы протестировал в первую очередь, прежде чем переходить к более дорогостоящим или более хрупким вариантам.

С железной рудой дело обстоит сложнее. Магнетит может быть плотным и абразивным, а гематит с прослойками кремнезема способен интенсивно изнашивать футеровку. Если в сырье содержится больше кварца, в верхней зоне дробления могут появляться тонкие острые канавки и наблюдаться быстрая потеря профиля. Сталь Mn22 может продлить срок службы при достаточно высоком давлении в камере, но литейный завод должен тщательно контролировать термообработку. Отливки из аустенитной марганцевой стали обычно подвергаются термообработке при температурах около 1000 °C или выше и закаливаются в воде, чтобы карбиды не ослабляли границы зерен. Некачественная закалка может привести к образованию сетей карбидов, которые снижают вязкость и вызывают раннее растрескивание вокруг зоны посадки.

Соответствие размерам, качество поверхности и допуски имеют такое же значение, как и химический состав

Качество материала не может компенсировать некачественную посадку. Вкладыш с неравномерным контактом с опорной поверхностью смещается под нагрузкой, а это приводит к нагреву, износу от трения и локальному растрескиванию. Поверхность посадки на корпусе дробилки должна быть чистой, без крупных ребер и проверена перед установкой. Обработанные на станке или отшлифованные контактные поверхности обычно требуют практичной отделки литой детали, а не зеркальной гладкости. Для тяжелых литых вкладышей критически важными требованиями являются непрерывный контакт с посадочной поверхностью, контролируемая толщина и стабильное удерживающее давление, а не косметический блеск. Шероховатость поверхности около Ra 6,3–12,5 микрометров является обычной для многих обработанных посадочных поверхностей из литой стали, в то время как литые непосадочные поверхности могут быть гораздо более шероховатыми, если это не влияет на посадку.

Перед покупкой также следует обсудить допуски на размеры. Крупные марганцевые отливки могут деформироваться во время термообработки, поэтому проверка должна охватывать общую высоту, посадку отверстия, стопорный конус, профиль сжатия и толщину стенок. Для использования в тяжелых условиях горнодобывающей промышленности я предпочитаю наличие документально оформленного плана проверки, включающего химический анализ, измерение твердости, протокол термообработки и отчет о проверке профиля. Отклонение профиля на 2–4 мм в неправильной зоне может изменить угол зажима, увеличить рециркулирующую нагрузку и перенести износ из средней зоны в нижнюю. Результатом является сокращение срока службы даже при использовании правильного сплава.

Как режим работы камеры влияет на эксплуатационные характеристики износостойких материалов

Регулировка закрытой стороны (CSS) контролирует степень измельчения, размер продукта, потребляемую мощность и давление, создаваемое между кожухом и вкладышем чаши. Если затянуть CSS без проверки гранулометрического состава сырья и мощности, на вкладыше могут возникнуть повышенные локальные нагрузки и ускориться износ нижней зоны. Если CSS открыта слишком сильно, камера может не сжимать породу в достаточной степени для формирования упрочненной поверхности. Стабильная подача с ограничением расхода помогает распределить давление по всей камере и предотвращает ситуацию, при которой вся нагрузка ложится на верхнюю часть футеровки.

Неравномерность подаваемого материала — ещё один «тихий убийца» футеровки. Мелкий влажный материал с одной стороны и крупная сухая порода с другой создают неравномерную нагрузку. Футеровка со стороны крупного материала подвергается сильным ударам и упрочняется, в то время как со стороны мелкого материала происходит полировка и износ. Через 300 часов оператор замечает овальный след износа и винит в этом качество отливки. Лучшим решением является корректировка загрузочного бункера, выравнивание ленты и контроль уровня в камере.

Выбор материала в зависимости от нагрузки на минералы

• Карбонатная порода с низкой абразивностью обычно предпочтительны составы Mn13 или Mn14, поскольку быстрое упрочнение при деформации имеет большее значение, чем максимальное содержание марганца.
• Заполнитель средней абразивности Часто подходит для Mn18, если размер сырья, содержание твердых частиц в сырье (CSS) и степень забивания хорошо контролируются.
• Гранит и базальт с высоким содержанием кварца может оправдать использование сплавов Mn18Cr или Mn22, если на поверхности преобладает износ от выемки и резки.
• Железная руда с прожилками кремнезема необходимо проводить испытания Mn22 только после проверки потребляемой мощности, заполнения камеры и качества термообработки.
• Медная и золотая руда следует выбирать с учетом показателя истираемости, степени комковатости, влажности и данных о содержании посторонних металлов, а не только по названию рудника.

Практические рекомендации по закупке изнашиваемых деталей дробилок

При покупке изнашиваемые детали дробилки, не ограничивайтесь лишь номером по каталогу. Уточняйте марку марганца, диапазон содержания углерода, диапазон содержания хрома, метод термообработки, диапазон твердости до ввода в эксплуатацию, а также предполагаемое применение. Надежный поставщик также должен объяснить, в каких случаях не следует использовать вариант с высоким содержанием марганца. Такая честность имеет большое значение, поскольку самая дешевая футеровка не всегда означает наименьшую стоимость на тонну. Футеровка, которая стоит на 12 процентов дороже, но позволяет сократить количество остановок на два раза в год, может оказаться более выгодным выбором. Футеровка, которая служит дольше, но приводит к ухудшению формы продукта, все равно может приносить убытки из-за рециркуляции и потребления электроэнергии.

При производстве запасных частей для дробилок в процессе обратной инженерии необходимо соблюдать оригинальную конструкцию камеры. Не следует слепо увеличивать толщину профиля. Избыток металла может уменьшить загрузочное отверстие, изменить угол зазора, увеличить нагрузку на двигатель и привести к застреванию нераздробленного материала. Правильный подход заключается в сравнении изношенной футеровки, исходного профиля, динамики мощности, гранулометрического состава продукта и фактического типа руды. Тогда литейное производство сможет скорректировать профиль дробления и марку марганца одновременно.

Окончательная рекомендация по полю

Лучший материал для конусных вкладышей — это тот, который достигает стабильной твердости в результате деформационного упрочнения до потери профиля. Mn13 или Mn14 — не самый дешевый сорт для мягких условий эксплуатации. Это быстрозакаливающийся инструмент для условий с низким уровнем абразивного износа и умеренными ударами. Mn18 — наиболее универсальный выбор для многих задач, связанных с переработкой смешанных агрегатов и добычей полезных ископаемых. Mn22 — решение для условий сильного абразивного износа только в тех случаях, когда это оправдано типом руды и давлением в камере. Хорошая оболочка дробилки и вкладыш для чаши Материал должен обеспечивать равномерный износ, контролируемую деформацию и отсутствие преждевременных трещин в зоне прилегания. Такой результат достигается за счет согласованности свойств минералов, марганцевого состава, термообработки и соблюдения режима эксплуатации, а не за счет выбора материала с самыми высокими показателями в техническом паспорте.