Uzura mecanică implică multe aspecte, printre care uzura abrazivă reprezintă mai mult de 50% din toată uzura industrială. Țări precum Germania și Regatul Unit suferă anual pierderi de miliarde de dolari din cauza uzurii abrazive, iar în Australia, industria minieră pierde 2% din veniturile din vânzările de produse minerale în fiecare an din cauza uzurii abrazive. O parte semnificativă din această uzură abrazivă are loc în căptușelile morii cu bile. Există două abordări principale pentru abordarea acestei probleme: în primul rând, îmbunătățirea rezistenței la uzură a materialelor; și în al doilea rând, îmbunătățirea mediului de uzură prin optimizarea procesului. Această cercetare se concentrează în primul rând pe aspectul material.
Material tradițional ZGMn13 utilizat în morile cu bile:
ZGMn13 este un oțel cu conținut ridicat de-mangan, inventat de Hadfield în 1882. Este realizat prin adăugarea a aproximativ 13% Mn la oțel, utilizând caracteristica Mn pentru a deplasa „nasul” curbei S- a oțelului spre dreapta și a coborî liniile Ms și Mf. O structură complet austenitică se obține prin menținerea prelungită la 1000-1050 de grade, urmată de răcire forțată. Această structură complet austenitică prezintă proprietăți de întărire. Utilizarea sa ca căptușeală pentru moara cu bile are ca scop obținerea întăririi prin lucru prin impactul bilelor de măcinare și al materialelor abrazive asupra căptușelii. Cu toate acestea, în timpul funcționării morii cu bile, bilele de măcinare și materialele abrazive sunt duse la un punct înalt prin rotirea cilindrului și apoi cad în cascadă. Bilele de șlefuit și materialele abrazive care cad de la înălțime afectează direct bilele de șlefuit și materialele abrazive de la baza grămezii de material și afectează indirect căptușeala prin stratul acumulat de bile de șlefuit și materiale abrazive. Acest lucru are ca rezultat o intensitate mai mică a impactului și o întărire mai puțin semnificativă. Experiența practică arată că, în morile de cărbune din centralele electrice, duritatea-întărită prin muncă a oțelului austenitic-manganez ridicat este între HB230 și 250, iar în morile de prelucrare a minereului, nu depășește HB300, cu mult sub limita{20}}de întărire prin lucru a oțelului-manganezului HB{502}înalt. Prin urmare, utilizarea oțelului cu conținut ridicat de-mangan pentru fabricarea de căptușeli pentru moara cu bile este inadecvată, deoarece nu folosește proprietățile de-rezistență la uzură ale oțelului cu conținut ridicat de mangan.
Starea de dezvoltare a materialelor de căptușeală
Având în vedere aplicarea necorespunzătoare a materialului ZGMn13 în căptușelile morii cu bile, metalurgiștii din întreaga lume au cercetat noi materiale de căptușeală încă din anii 1960, obținând multe rezultate.
(1) Noi dezvoltări în ZGMn13
Cercetătorii au îmbunătățit ZGMn13 adăugând elemente precum Cr, Mo și V pentru a forma carburi de aliaj stabile, dispersate granulare și în formă de insulă-înaltă duritate-, cum ar fi (FeCr)3C și VC. Acest lucru împiedică creșterea granulelor de austenită în timpul tratamentului de călire cu apă, rezultând o structură austenitică cu puncte dure de carbură dispersate, îmbunătățind astfel capacitatea de întărire și efectul de întărire a materialului.
Statele Unite produc oțel turnat standard cu conținut ridicat de mangan cu 1,5%~2,5% Cr (grad C) și oțel turnat standard cu conținut ridicat de mangan cu 0,9%~1,2% sau 1,8%~2,1% Mo (clasele E-1 și E-2).
Japonia produce oțel turnat standard cu conținut ridicat de mangan cu 1,5%~2,5% Cr (clasa SCMnH11) și oțel turnat standard cu conținut ridicat de-mangan cu 2,0%~3,0% Cr și 0,4%~0,7% V (grad SCMnH12). Institutul de Cercetare pentru Turnare și Forjare din Mongolia Interioară a dezvoltat oțel-conținând crom-mangan cu 1,5%~2,5% Cr și a tratat oțelul topit cu elemente de pământuri rare. Stratul de suprafață (0,01 mm) al acestui oțel cu conținut ridicat de crom-mangan poate atinge o duritate de HB390 după călirea prin lucru într-o moara cu bile, care este de 1,5 ori mai mare decât oțelul obișnuit cu conținut ridicat de mangan, iar durata sa de viață este de 1,5 până la 2 ori mai mare decât cea a oțelului obișnuit cu mangan.
(2) Fontă albă din aliaj
① Fontă albă 15Cr-3Mo și dezvoltarea acesteia. Cel mai reprezentativ material alternativ pentru căptușelile din oțel cu conținut ridicat de mangan este fonta albă martensitică care conține 15% Cr + 3% Mo. Acest material constă din fier eutectic discontinuu-carburi de crom (Cr, Fe)7C3 și crom-cu carburi secundare bogate în matrice, cu aproximativ 40% de carburi ocupate de marbide, ocupând aproximativ 40% carburi de crom la 50% din volumul total. Aceste carburi de crom au o duritate foarte mare, toate peste HV1200-1800, suficientă pentru a rezista la uzura de la abrazivi obișnuiți. Cu toate acestea, duritatea matricei martensitice este de aproximativ HRC50, care este mai moale decât unele abrazive și va fi uzată, potențial dislocarea carburilor. Prin urmare, rezistența remarcabilă la uzură a carburilor este utilizată doar parțial. Institutul de Tehnologie Harbin a depus, de asemenea, o muncă amplă în îmbunătățirea performanței fontei de 15Cr-3Mo-crom alb. Ei au folosit săruri și aliaje de K, Na, Mg și Ca pentru a efectua un tratament de modificare prin pulverizare pe fontă 15Cr-3Mo, eliminând distribuția inițială a rețelei de carburi și făcându-le să pară ca vierme sau cocoloase, reducând în același timp dimensiunea carburilor. Acest lucru a îmbunătățit semnificativ duritatea materialului și rezistența la uzură. Studiile au arătat că rata de uzură a fontei albe cu crom ridicat 15Cr-3Mo tratată cu diferite elemente modificatoare este mai mică decât cea a materialului netratat. Mai exact, rata medie de uzură a fontei albe cu crom ridicat 15Cr-3Mo modificat cu potasiu a fost cu 63,2% mai mică decât cea a materialului netratat, iar rata de uzură a soluției optime a fost cu 74,4% mai mică decât cea a materialului netratat.
② Cu-conținând fontă albă aliată. Acest aliaj de fontă albă, dezvoltat cu succes de Shandong Xinwen Tool Factory, este produs prin adăugarea a 1,0% Cu și 0,9% aliaj de ferosiliciu cu pământuri rare pentru modificare și inoculare înainte de turnare, urmată de un tratament de normalizare la 950 de grade și de revenire la 600 de grade, rezultând carburi dispersate, fine și distribuite uniform. Testarea la mașină a arătat că, într-o moară de ciment L1,83m × 6,4m, rezistența relativă la uzură a căptușelii din fontă albă aliată cu conținut de Cu-a fost de 2,4 ori mai mare decât a căptușelii din oțel cu conținut ridicat de-mangan. (3) Oțeluri aliate mijlocii și slabe
Deși căptușele din oțel cu conținut ridicat de mangan sau din fontă albă aliată cu elemente de aliere adăugate prezintă o rezistență la uzură îmbunătățită semnificativ în comparație cu căptușelile obișnuite din oțel cu conținut ridicat de mangan, aceste materiale sunt mai scumpe datorită includerii unor cantități mari de metale prețioase precum Cr, Ni și Mo și sunt predispuse la crăpare și chiar la fracturare în timpul producției și chiar la fracturare. Pe baza acestor motive, metalurgiștii și muncitorii de turnătorie chinezi, ținând cont de condițiile specifice ale țării mele, au început să cerceteze utilizarea oțelurilor mijlocii și slab aliate pentru căptușelile morilor cu bile și au obținut rezultate încurajatoare.
① Cr, Mo, Cu oțel rezistent la uzură-mediu-aliat cu putin-carbon. Oțelul mediu-aliat cu conținut scăzut de carbon-rezistent la uzură{-conținând Cr, Mo și Cu și tratat cu elemente de pământuri rare, dezvoltat de Universitatea de Tehnologie din Shenyang, a atins o duritate de peste HRC50 și o valoare a impactului de 25-60 J/cm² după călirea aerului la grade de 950 250 grade și călire. Matricea sa este martensită temperată, iar microscopia electronică cu scanare a evidențiat o structură de mănunchiuri de martensită în formă de șipcă. La microscopia electronică cu transmisie de-înaltă mărire, structura a arătat în mod clar un amestec de martensită de dislocare și o cantitate mică de martensită îngemănată, cu o peliculă subțire discontinuă-ca austenită reținută distribuită între șipcile de martensită. Această formă și distribuție a austenitei au îmbunătățit duritatea la impact și rezistența relativă la uzură a oțelului. Rezistența la uzură a acestui oțel la diferite energii de impact a arătat un contrast izbitor cu oțelul cu conținut ridicat de mangan.
Odată cu creșterea energiei de impact, rezistența la uzură la impact a oțelului cu conținut ridicat de-mangan sa îmbunătățit semnificativ, în timp ce rezistența la uzură a oțelului Cr, Mo, Cu nou dezvoltat a scăzut. Cu toate acestea, în toate condițiile de energie de impact selectate în testele comparative, rezistența la uzură a noului oțel a fost mai mare decât cea a oțelului cu conținut ridicat de-mangan. Folosită într-o moară cu bile L1,83m × 3m la mina de fier Qian'an din provincia Hebei, căptușeala din acest material a avut o durată de viață de 10-12 luni, în timp ce durata de viață a căptușelilor ZGMn13 a fost de doar 3-5 luni.
② Cr-Mo-V-Ti mediu-oțel aliat cu mai multe elemente-carbon. Oțelul aliat cu mai multe componente cu carbon-carbon mediu{-conținând Cr, Mo și urme de V, Ti și Nb, dezvoltat de Institutul de Cercetare și Proiectare a Cimentului Hefei, obține o martensită temperată + o cantitate mică de matrice de bainită inferioară cu faze dure de carburi dispersate după tratarea cu pământuri rare (RE) și tratamentul termic specific. Testele arată că acest tip de căptușeală are duritate ridicată, rezistență bună la uzură abrazivă și rezistență ridicată la impact și rezistență la îndoire, cu o durată de viață de peste trei ori mai mare decât oțelul obișnuit cu conținut ridicat de mangan. A fost utilizat în mori de măcinare la Uzina de ciment Huaihai (L4,2m×12m), Uzina de ciment Kunming (L3,5m×11m) și Uzina de ciment Sichuan Dukou (L2,2m×13m), cu o rată medie de uzură de 3,16 g/t în prima cameră și 1,53 g/t în a doua cameră; în timp ce rata medie de uzură a căptușelilor-de oțel cu mangan ridicat este de 13 g/t de ciment.
③ Oțel aliat cu crom cu conținut ridicat de-carbon mediu-. O altă căptușeală din oțel aliat cu crom cu conținut ridicat de -carbon mediu-conținând 4,5%~5,5% Cr și 0,3%~0,7% Mo și tratată cu inoculare RE, dezvoltată și de Institutul de Cercetare și Proiectare a Cimentului Hefei, a fost aplicată cu succes în morile cu bile de ciment.
④ Cr-Ti mediu-oțel mangan. Oțel cu mangan mediu care conține 5,5%~8,0% Mn, 1,5%~2,0% Cr, 0,05%~0,1% Ti și tratat cu 0,02%~0,05% RE, a obținut o singură structură de austenită cu granule mai fine decât oțelul obișnuit de înaltă stingere cu mangan ± 301010. Căptușelile realizate din acest material au obținut rezultate bune la morile cu bile de la Mina de Fier Banshigou a Uzinei de Oțel Tonghua și Mina de Cupru Tonghua. Rezistența sa relativă la uzură este de 1,64 ori mai mare decât oțelul cu conținut ridicat de-mangan la măcinarea minereului de magnetită; și de 1,48 ori mai mare decât oțelul cu conținut ridicat de-mangan la măcinarea minereului de cupru. Motivul principal pentru rezistența îmbunătățită la uzură a acestui material este performanța sa mai bună de întărire prin muncă în morile cu bile, în comparație cu oțelul obișnuit cu conținut ridicat de-mangan.
⑤ Cr-Mo oțel aliat cu mai multe-fazi-. Căptușeala multifazică din oțel cu rezistență redusă la uzură-aliaj- studiată, care conține 3% Cr și 0,4% Mo, a fost supusă unui tratament termic de stingere izotermă pentru a obține o microstructură bainită + martensită + austenită reținută. Acest material are o duritate ridicată și o duritate ridicată, rezultând o rezistență excelentă la impact, oboseală, deformare și uzură. Aplicațiile pe teren au arătat că această căptușeală are o durată de viață de 1 până la 2 ori mai mare decât cea a oțelului obișnuit cu conținut ridicat de mangan.
