Η μηχανική φθορά περιλαμβάνει πολλές πτυχές, μεταξύ των οποίων η λειαντική φθορά αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 50% της συνολικής βιομηχανικής φθοράς. Χώρες όπως η Γερμανία και το Ηνωμένο Βασίλειο υφίστανται απώλειες δισεκατομμυρίων δολαρίων ετησίως λόγω φθοράς λειαντικών και στην Αυστραλία, η εξορυκτική βιομηχανία χάνει το 2% των εσόδων από τις πωλήσεις ορυκτών προϊόντων της κάθε χρόνο λόγω φθοράς λειαντικών. Ένα σημαντικό μέρος αυτής της λειαντικής φθοράς εμφανίζεται σε επενδύσεις μύλου με σφαιρίδια. Υπάρχουν δύο κύριες προσεγγίσεις για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος: πρώτον, βελτίωση της αντοχής στη φθορά των υλικών. και δεύτερον, βελτίωση του περιβάλλοντος φθοράς μέσω της βελτιστοποίησης της διαδικασίας. Η παρούσα έρευνα εστιάζει κυρίως στην υλική πτυχή.
Παραδοσιακό υλικό ZGMn13 που χρησιμοποιείται σε σφαιρόμυλους:
Το ZGMn13 είναι ένας χάλυβας με υψηλό-μαγγάνιο, που εφευρέθηκε από τον Hadfield το 1882. Κατασκευάζεται προσθέτοντας περίπου 13% Mn στον χάλυβα, χρησιμοποιώντας το χαρακτηριστικό του Mn για να μετατοπίσει τη "μύτη" της καμπύλης S- του χάλυβα προς τα δεξιά και να χαμηλώσει τις γραμμές Ms και Mf. Μια πλήρως ωστενιτική δομή επιτυγχάνεται μέσω παρατεταμένης διατήρησης στις 1000-1050 μοίρες ακολουθούμενη από εξαναγκασμένη ψύξη. Αυτή η πλήρως ωστενιτική δομή παρουσιάζει ιδιότητες σκλήρυνσης της εργασίας. Η χρήση του ως επένδυση σφαιρόμυλου στοχεύει στην επίτευξη σκληρύνσεως λόγω της πρόσκρουσης των σφαιρών λείανσης και των λειαντικών υλικών στην επένδυση. Ωστόσο, κατά τη λειτουργία του σφαιρόμυλου, οι μπάλες λείανσης και τα λειαντικά υλικά μεταφέρονται σε υψηλό σημείο με την περιστροφή του κυλίνδρου και στη συνέχεια πέφτουν σε καταρράκτη. Οι σφαίρες λείανσης και τα λειαντικά υλικά που πέφτουν από ύψος προσκρούουν μόνο απευθείας στις σφαίρες λείανσης και τα λειαντικά υλικά στη βάση του σωρού υλικού και προσκρούουν έμμεσα στην επένδυση μέσω του συσσωρευμένου στρώματος σφαιρών λείανσης και λειαντικών υλικών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη ένταση κρούσης και λιγότερο σημαντική σκλήρυνση εργασίας. Η πρακτική εμπειρία δείχνει ότι σε ανθρακόμυλους σε εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η εργασία-σκληρυμένης σκληρότητας του ωστενιτικού χάλυβα υψηλής-μαγγανίου κυμαίνεται μεταξύ HB230 και 250, ενώ στα εργοστάσια επεξεργασίας μεταλλεύματος δεν υπερβαίνει το HB300, πολύ κάτω από το όριο εργασίας{{20}σκληρότητας για υψηλό-χάλυβα HB22} του HB22}. Επομένως, η χρήση χάλυβα υψηλής-μαγγανίου για την κατασκευή επενδύσεων μύλου με σφαιρίδια είναι ακατάλληλη επειδή αποτυγχάνει να χρησιμοποιήσει τις ιδιότητες αντοχής στη φθορά-του χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε μαγγάνιο.
Κατάσταση Ανάπτυξης Υλικών Επενδύσεων
Δεδομένης της ακατάλληλης εφαρμογής του υλικού ZGMn13 σε επενδύσεις μύλου με σφαιρίδια, οι μεταλλουργοί παγκοσμίως ερευνούν νέα υλικά επένδυσης από τη δεκαετία του 1960, επιτυγχάνοντας πολλά αποτελέσματα.
(1) Νέες εξελίξεις στο ZGMn13
Οι ερευνητές βελτίωσαν το ZGMn13 προσθέτοντας στοιχεία όπως Cr, Mo και V για να σχηματίσουν σταθερά, διασκορπισμένα κοκκώδη και νησιωτικά-σχήμα υψηλής-σκληρότητας καρβίδια κράματος όπως (FeCr)3C και VC. Αυτό εμποδίζει την ανάπτυξη των κόκκων ωστενίτη κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας απόσβεσης νερού, με αποτέλεσμα μια ωστενιτική δομή με διάσπαρτα σκληρά σημεία καρβιδίου, βελτιώνοντας έτσι την ικανότητα σκληρύνσεως του υλικού και το αποτέλεσμα σκλήρυνσης.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες παράγουν χάλυβα τυπικού χυτευμένου-μεγάλου μαγγανίου με 1,5%~2,5% Cr (βαθμός C) και τυπικού χυτού χάλυβα υψηλής-μαγγανίου με 0,9%~1,2% ή 1,8%~2,1% Mo (βαθμοί E-1 και E-2).
Η Ιαπωνία παράγει τυπικό χυτό χάλυβα υψηλής-μαγγανίου με 1,5%~2,5% Cr (βαθμός SCMnH11) και τυπικό χυτευμένο υψηλό-χάλυβα μαγγανίου με 2,0%~3,0% Cr και 0,4%~0,7% V (βαθμός SCMnH12). Το Ερευνητικό Ινστιτούτο Χύτευσης και Σφυρηλάτησης Εσωτερικής Μογγολίας ανέπτυξε-χρώμιο{11}}που περιέχει χάλυβα υψηλής-μαγγανίου με 1,5%~2,5% Cr και επεξεργάστηκε τον τηγμένο χάλυβα με στοιχεία σπάνιων γαιών. Το επιφανειακό στρώμα (0,01 mm) αυτού του χρωμίου-που περιέχει χάλυβα υψηλής-μαγγανίου μπορεί να φτάσει σε σκληρότητα HB390 μετά τη σκλήρυνση σε σφαιρόμυλο, η οποία είναι 1,5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του συνηθισμένου χάλυβα υψηλής{{21}μαγγανίου και η διάρκεια ζωής του είναι 1,5 έως 2 φορές μεγαλύτερη από αυτή του συνηθισμένου χάλυβα{24} σε υψηλότερο{21}μαγγάνιο.
(2) Κράμα Λευκός Χυτοσίδηρος
① 15Cr-Ο λευκός χυτοσίδηρος 3Mo και η ανάπτυξή του. Το πιο αντιπροσωπευτικό εναλλακτικό υλικό για επενδύσεις από χάλυβα υψηλής-μαγγανίου είναι ο μαρτενσιτικός λευκός χυτοσίδηρος που περιέχει 15% Cr + 3% Mo. Αυτό το υλικό αποτελείται από ασυνεχή ευτηκτικό σίδηρο-καρβίδια χρωμίου (Cr, Fe) 7C3 και χρώμιο{{21}πλούσια κατανεμημένα σε δευτερεύοντα καρβίδια μαρβίδια καταλαμβάνουν περίπου το 40% έως 50% του συνολικού όγκου. Αυτά τα καρβίδια χρωμίου έχουν πολύ υψηλή σκληρότητα, πάνω από το HV1200-1800, επαρκή για να αντέχουν στη φθορά από κοινά λειαντικά. Ωστόσο, η σκληρότητα της μαρτενσιτικής μήτρας είναι περίπου HRC50, η οποία είναι πιο μαλακή από ορισμένα λειαντικά και θα φθαρεί, πιθανώς να απομακρύνει τα καρβίδια. Επομένως, η εξαιρετική αντοχή στη φθορά των καρβιδίων χρησιμοποιείται μόνο εν μέρει. Το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Harbin έχει κάνει επίσης εκτεταμένη δουλειά για τη βελτίωση της απόδοσης του λευκού χυτοσιδήρου 15Cr-3Mo υψηλής-χρωμίου. Χρησιμοποίησαν άλατα και κράματα K, Na, Mg και Ca για να πραγματοποιήσουν επεξεργασία τροποποίησης ψεκασμού σε χυτοσίδηρο 15Cr-3Mo, εξαλείφοντας την αρχική δικτυακή κατανομή των καρβιδίων και κάνοντάς τα να φαίνονται σαν σκουλήκια ή σβώλους, ενώ μειώνουν επίσης το μέγεθος των καρβιδίων. Αυτό βελτίωσε σημαντικά τη σκληρότητα του υλικού και την αντοχή στη φθορά. Μελέτες έχουν δείξει ότι ο ρυθμός φθοράς του λευκού χυτοσιδήρου 15Cr-3Mo υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο που έχει υποστεί επεξεργασία με διαφορετικά τροποποιητικά στοιχεία είναι χαμηλότερος από αυτόν του μη επεξεργασμένου υλικού. Συγκεκριμένα, ο μέσος ρυθμός φθοράς του τροποποιημένου με κάλιο 15Cr-3Mo υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο λευκού χυτοσιδήρου ήταν 63,2% χαμηλότερος από αυτόν του μη επεξεργασμένου υλικού και ο ρυθμός φθοράς του βέλτιστου διαλύματος ήταν 74,4% χαμηλότερος από αυτόν του μη επεξεργασμένου υλικού.
② Cu-που περιέχει κράμα λευκό χυτοσίδηρο. Αυτός ο λευκός χυτοσίδηρος από κράμα, που αναπτύχθηκε με επιτυχία από την Shandong Xinwen Tool Factory, παράγεται με την προσθήκη 1,0% Cu και 0,9% κράματος σιδηροπυριτίου σπανίων γαιών για τροποποίηση και εμβολιασμό πριν από τη χύτευση, ακολουθούμενη από επεξεργασία κανονικοποίησης 950 μοιρών και σκλήρυνση 600 μοιρών, με αποτέλεσμα διασκορπισμένα, λεπτά και ομοιόμορφα καρδιές. Οι δοκιμές σε μηχανή έδειξε ότι σε ένα τσιμεντόμυλο L1,83m × 6,4m, η σχετική αντίσταση στη φθορά της επένδυσης σπάνιων γαιών Cu-που περιέχει λευκό κράμα χυτοσίδηρου ήταν 2,4 φορές μεγαλύτερη από αυτήν της επένδυσης από χάλυβα υψηλής-μαγγανίου. (3) Χάλυβες μεσαίου και χαμηλού κράματος
Αν και οι επενδύσεις μύλου από χάλυβα με υψηλή περιεκτικότητα-μαγγανίου ή από κραματοποιημένο λευκό χυτοσίδηρο με πρόσθετα στοιχεία κράματος παρουσιάζουν σημαντικά βελτιωμένη αντοχή στη φθορά σε σύγκριση με τις συνηθισμένες επενδύσεις από χάλυβα υψηλής-μαγγανίου, αυτά τα υλικά είναι πιο ακριβά λόγω της συμπερίληψης μεγάλων ποσοτήτων πολύτιμων μετάλλων όπως Cr, Ni και Mo, και είναι επιρρεπή σε ρωγμές κατά την παραγωγή ή ακόμη και τη χρήση. Με βάση αυτούς τους λόγους, Κινέζοι μεταλλουργοί και εργάτες χυτηρίου, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαίτερες συνθήκες της χώρας μου, άρχισαν να ερευνούν τη χρήση χάλυβων μεσαίου και χαμηλού κράματος για επενδύσεις σφαιρόμυλων και έχουν επιτύχει ενθαρρυντικά αποτελέσματα.
① Cr, Mo, Cu μέτριας-χαμηλής περιεκτικότητας σε κράμα άνθρακα-ανθεκτικός χάλυβας στη φθορά-. Ο χάλυβας μεσαίου-χαμηλού άνθρακα-χαμηλός σε κράμα άνθρακα-ανθεκτικός στη φθορά-που περιέχει Cr, Mo και Cu και έχει υποστεί επεξεργασία με στοιχεία σπάνιων γαιών, που αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Shenyang, πέτυχε σκληρότητα πάνω από HRC50 και τιμή κρούσης 25-60 J/cm2 μετά από σβέση αέρα στους 50 βαθμούς 95. Η μήτρα του είναι σκληρυμένος μαρτενσίτης και η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης αποκάλυψε μια δομή από δέσμες μαρτενσίτη σε σχήμα πηχάκι-. Κάτω από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης υψηλής Αυτό το σχήμα και η κατανομή του ωστενίτη βελτίωσε την αντοχή σε κρούση και τη σχετική αντοχή στη φθορά του χάλυβα. Η αντοχή στη φθορά αυτού του χάλυβα κάτω από διαφορετικές ενέργειες κρούσης έδειξε μια εντυπωσιακή αντίθεση με τον χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε μαγγάνιο.
Με την αύξηση της ενέργειας κρούσης, η αντοχή στη φθορά κρούσης του χάλυβα υψηλής-μαγγανίου βελτιώθηκε σημαντικά, ενώ η αντοχή στη φθορά του πρόσφατα αναπτυγμένου χάλυβα Cr, Mo, Cu μειώθηκε. Ωστόσο, κάτω από όλες τις ενεργειακές συνθήκες κρούσης που επιλέχθηκαν στις συγκριτικές δοκιμές, η αντίσταση στη φθορά του νέου χάλυβα ήταν υψηλότερη από αυτή του χάλυβα υψηλής-μαγγανίου. Χρησιμοποιήθηκε σε ένα μύλο με σφαιρίδια L1,83m × 3m στο Qian'an Iron Mine στην επαρχία Hebei, η επένδυση από αυτό το υλικό είχε διάρκεια ζωής 10-12 μήνες, ενώ η διάρκεια ζωής των επενδύσεων ZGMn13 ήταν μόνο 3-5 μήνες.
② Cr-Mo-V-Ti μεσαίο-ανθρακικό πολυ-κράμα χάλυβα. Ο κραματοποιημένος χάλυβας μεσαίου-άνθρακα πολλαπλών-συστατικών που περιέχει Cr, Mo και ίχνη V, Ti και Nb, που αναπτύχθηκε από το Hefei Cement Research and Design Institute, αποκτά ένα σκληρυμένο μαρτενσίτη + μια μικρή ποσότητα κατώτερης μήτρας μπαινίτη με σκληρές φάσεις διάσπαρτου καρβιδίου μετά από ειδική θερμική επεξεργασία σπάνιων γαιών (RE). Οι δοκιμές δείχνουν ότι αυτός ο τύπος επένδυσης έχει υψηλή σκληρότητα, καλή αντοχή στη φθορά στην τριβή και υψηλή αντοχή σε κρούση και αντοχή σε κάμψη, με διάρκεια ζωής μεγαλύτερη από τρεις φορές μεγαλύτερη από αυτή του συνηθισμένου χάλυβα υψηλής{10}μαγγανίου. Έχει χρησιμοποιηθεί σε μύλους άλεσης στο εργοστάσιο τσιμέντου Huaihai (L4,2m×12m), στο εργοστάσιο τσιμέντου Kunming (L3,5m×11m) και στο εργοστάσιο τσιμέντου Sichuan Dukou (L2,2m×13m), με μέσο ποσοστό φθοράς 3,16 g/t στον πρώτο θάλαμο και 1,53 g/t στο δεύτερο θάλαμο; ενώ ο μέσος ρυθμός φθοράς των επενδύσεων από χάλυβα με υψηλό{20}μαγγάνιο είναι 13 g/t τσιμέντου.
③ Χάλυβας με υψηλό-μέσο άνθρακα-κράμα χρωμίου. Μια άλλη επένδυση χάλυβα με υψηλό-μέσο άνθρακα-κράμα χρωμίου που περιέχει 4,5%~5,5% Cr και 0,3%~0,7% Mo, και έχει υποστεί επεξεργασία με ενοφθαλμισμό RE, που επίσης αναπτύχθηκε από το Hefei Cement Research and Design Institute, εφαρμόστηκε με επιτυχία σε μύλους τσιμέντου.
④ Cr-Ti medium-χάλυβας μαγγανίου. Χάλυβας μεσαίου- μαγγανίου που περιέχει 5,5%~8,0% Mn, 1,5%~2,0% Cr, 0,05%~0,1% Ti και επεξεργασμένο με 0,02%~0,05% RE, έλαβε μια ενιαία δομή ωστενίτη με λεπτότερους κόκκους από τον συνηθισμένο χάλυβα υψηλής στάθμης 1.3 έως 0,0°0 μαγγάνιο Οι επενδύσεις από αυτό το υλικό έχουν επιτύχει καλά αποτελέσματα σε σφαιρόμυλους στο ορυχείο σιδήρου Banshigou και στο Tonghua Copper Mine της Tonghua Steel Plant. Η σχετική του αντοχή στη φθορά είναι 1,64 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του χάλυβα υψηλής-μαγγανίου κατά την άλεση μεταλλεύματος μαγνητίτη. και 1,48 φορές περισσότερο από αυτόν του χάλυβα υψηλής-μαγγανίου κατά την άλεση του μεταλλεύματος χαλκού. Ο κύριος λόγος για τη βελτιωμένη αντίσταση στη φθορά αυτού του υλικού είναι η καλύτερη του απόδοση στη σκλήρυνση εργασίας σε σφαιρόμυλους σε σύγκριση με τον συνηθισμένο χάλυβα υψηλής-μαγγανίου.
⑤ Cr-Mo πολλαπλών-χαμηλών φάσεων-κράματος χάλυβας. Η πολυφασική χαλύβδινη επένδυση χαμηλής{4}}χαμηλής κράματος- ανθεκτικής στη φθορά- που μελετήθηκε, που περιείχε 3% Cr και 0,4% Mo, υποβλήθηκε σε ισοθερμική θερμική επεξεργασία απόσβεσης για να ληφθεί μια μικροδομή μπαινίτη + μαρτενσίτη + κατακρατημένος ωστενίτης. Αυτό το υλικό διαθέτει υψηλή σκληρότητα και υψηλή σκληρότητα, με αποτέλεσμα εξαιρετική αντοχή σε κρούση, κόπωση, παραμόρφωση και φθορά. Οι εφαρμογές πεδίου έχουν δείξει ότι αυτή η επένδυση έχει διάρκεια ζωής 1 έως 2 φορές μεγαλύτερη από αυτή του συνηθισμένου χάλυβα υψηλής{14}}μαγγανίου.
