Mekaaniseen kulumiseen liittyy monia näkökohtia, joista hankaavan kulumisen osuus on yli 50 % kaikesta teollisesta kulumisesta. Maat, kuten Saksa ja Iso-Britannia, kärsivät miljardeja dollareita tappioita vuosittain kulumisen vuoksi, ja Australiassa kaivosteollisuus menettää 2 % mineraalituotteiden myyntituloistaan joka vuosi hankaavan kulumisen vuoksi. Merkittävä osa tästä hankaavasta kulumisesta tapahtuu kuulamyllyn vuorauksissa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on kaksi pääasiallista lähestymistapaa: ensinnäkin materiaalien kulutuskestävyyden parantaminen; ja toiseksi kulumisympäristön parantaminen prosessin optimoinnin avulla. Tämä tutkimus keskittyy ensisijaisesti aineellisuuteen.
Kuulamyllyissä käytetty perinteinen materiaali ZGMn13:
ZGMn13 on korkea-mangaanipitoinen teräs, jonka Hadfield keksi vuonna 1882. Se valmistetaan lisäämällä teräkseen noin 13 % Mn:a käyttämällä Mn:n ominaisuutta siirtämään teräksen S--käyrän "nenä" oikealle ja alentamaan Ms- ja Mf-viivoja. Täysin austeniittinen rakenne saadaan pitämällä sitä pitkään 1000-1050 asteessa, mitä seuraa pakkojäähdytys. Tällä täysin austeniittisella rakenteella on työstökovettuvia ominaisuuksia. Sen käyttö kuulamyllyn vuorauksena pyrkii saavuttamaan työstökovettumisen hiomakuulien ja hankaavien materiaalien vaikutuksesta vuoraukseen. Kuitenkin kuulamyllyn toiminnan aikana jauhatuskuulat ja hankaavat materiaalit kulkeutuvat korkealle tasolle sylinterin pyöriessä ja putoavat sitten kaskadissa. Korkeudesta putoavat hiomakuulat ja hankaavat materiaalit vaikuttavat vain suoraan materiaalipinon pohjassa oleviin hiomapalloihin ja hankaaviin materiaaleihin ja epäsuorasti vuoraukseen kertyneen hiomakuulien ja hiomamateriaalien kerroksen läpi. Tämä johtaa pienempään iskun voimakkuuteen ja vähemmän merkittävään työskentelykovettumiseen. Käytännön kokemus osoittaa, että voimalaitosten hiilitehtailla austeniittisen korkea-mangaaniteräksen työ-karkaistu kovuus on välillä HB230–250, ja malminjalostustehtaissa se ei ylitä HB300:a, mikä on paljon alle korkean -karkaistu{20}-rajan HB{502}-HBganeseenille. Siksi runsas-mangaanipitoisen teräksen käyttäminen kuulamyllyjen vuorausten valmistukseen ei ole tarkoituksenmukaista, koska siinä ei hyödynnetä paljon mangaanipitoisen teräksen kulutusta{24}}kestäviä ominaisuuksia.
Liner-materiaalien kehitystila
Koska ZGMn13-materiaalia on käytetty epäasianmukaisesti kuulamyllyjen vuorauksissa, metallurgit maailmanlaajuisesti ovat tutkineet uusia vuorausmateriaaleja 1960-luvulta lähtien ja saavuttaneet monia tuloksia.
(1) Uusi kehitys ZGMn13:ssa
Tutkijat ovat parantaneet ZGMn13:a lisäämällä elementtejä, kuten Cr:a, Mo:ta ja V:tä, muodostamaan stabiileja, hajaantuneita rakeita ja saarekemuotoisia korkea-kovametallikarbideja, kuten (FeCr)3C ja VC. Tämä estää austeniittirakeiden kasvua vesikarkaisukäsittelyn aikana, mikä johtaa austeniittiseen rakenteeseen, jossa on dispergoituja kovametallikovia pisteitä, mikä parantaa materiaalin työkarkaisukykyä ja karkaisuvaikutusta.
Yhdysvalloissa valmistetaan tavallista valettua korkea{0}}mangaaniterästä, jossa on 1,5 %–2,5 % Cr (laatu C) ja tavallista valettua korkean -mangaaniterästä, jossa on 0,9–1,2 % tai 1,8–2,1 % Mo (laatut E-1 ja E-2).
Japani valmistaa tavallista valettua korkea{0}}mangaaniterästä, jonka Cr-pitoisuus on 1,5–2,5 % (laatu SCMnH11), ja tavallista valettua korkean -mangaaniterästä, jossa on 2,0–3,0 % Cr ja 0,4–0,7 % V (laatu SCMnH12). Inner Mongolia Casting and Forging Research Institute on kehittänyt kromi-korkea-mangaanipitoisuuden sisältävän teräksen, jonka kromipitoisuus on 1,5–2,5 %, ja käsitellyt sulan teräksen harvinaisilla maametallielementeillä. Tämän korkean-mangaanipitoisen kromi-teräksen pintakerros (0,01 mm) voi saavuttaa kuulamyllyssä työstökarkaisun jälkeen HB390-kovuuden, mikä on 1,5 kertaa tavallista korkean-mangaaniteräksen kovuutta, ja sen käyttöikä on 1,5-2,4} pidempi kuin tavallisen korkea-mangaaniteräksen.
(2) Valkoinen valurauta
① 15Cr-3Mo valkoinen valurauta ja sen kehitys. Edustavin vaihtoehtoinen materiaali runsas-mangaanipitoisille teräsvuorauksille on martensiittinen valkoinen valurauta, joka sisältää 15 % Cr + 3 % Mo. Tämä materiaali koostuu epäjatkuvista eutektisistä rauta-kromikarbideista (Cr, Fe)7C3 ja kromi-rikkaasta sekundaarista martensiittikarbideja sisältävästä karbideista. noin 40-50 % kokonaismäärästä. Näillä kromikarbidilla on erittäin korkea kovuus, kaikki yli HV1200-1800, mikä riittää kestämään tavallisten hioma-aineiden aiheuttamaa kulumista. Martensiittisen matriisin kovuus on kuitenkin noin HRC50, joka on pehmeämpi kuin jotkut hioma-aineet ja kuluu pois, mikä saattaa irrottaa karbidit. Siksi karbidien erinomaista kulutuskestävyyttä hyödynnetään vain osittain. Harbin Institute of Technology on myös tehnyt laajaa työtä parantaakseen 15Cr-3Mo korkean-kromivalkoisen valuraudan suorituskykyä. He käyttivät K:n, Na:n, Mg:n ja Ca:n suoloja ja seoksia ruiskumuunnoskäsittelyyn 15Cr-3Mo-valuraudalla, mikä eliminoi karbidien alkuperäisen verkkojakauman ja sai ne näyttämään matomaisilta tai kokkareilta ja samalla pienensi karbidien kokoa. Tämä paransi merkittävästi materiaalin sitkeyttä ja kulutuskestävyyttä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että erilaisilla modifioivilla elementeillä käsitellyn 15Cr-3Mo korkeakromipitoisen valkovaluraudan kulumisnopeus on pienempi kuin käsittelemättömän materiaalin. Tarkemmin sanottuna kaliummodifioidun 15Cr-3Mo korkeakromi-valkoraudan keskimääräinen kulumisnopeus oli 63,2 % pienempi kuin käsittelemättömän materiaalin, ja optimaalisen liuoksen kulumisnopeus oli 74,4 % pienempi kuin käsittelemättömän materiaalin.
② Cu-seosta sisältävää valkovalurautaa. Tämä Shandong Xinwen Tool Factoryn menestyksekkäästi kehittämä seostettu valkoinen valurauta valmistetaan lisäämällä 1,0 % Cu:ta ja 0,9 % harvinaisten maametallien ferrosiimetalliseosta modifiointia ja siirrostusta varten ennen valua, minkä jälkeen suoritetaan 950 asteen normalisointi ja 600 asteen karkaisukäsittely, mikä johtaa hajaantuneisiin, hienojakoisiin ja tasaisesti jakautuneisiin karbideihin. Konetestaus osoitti, että L1,83 m × 6,4 m sementtitehtaassa harvinaisten maametallien Cu-seoksesta koostuvan valkoisen valurautavuorauksen suhteellinen kulumiskestävyys oli 2,4 kertaa korkea-mangaaniteräsvuorauksen suhteellinen kulutuskestävyys. (3) Keski- ja niukkaseosteiset teräkset
Vaikka runsas-mangaaniteräksiset tai seostetut valkovalurautaiset kuulamyllyvuoraukset, joihin on lisätty seostuselementtejä, ovat huomattavasti parempia kulutuskestävyydestä kuin tavalliset korkea-mangaaniteräsvuoraukset, nämä materiaalit ovat kalliimpia, koska ne sisältävät suuria määriä jalometalleja, kuten Cr, Ni ja Mo, ja ne ovat alttiita halkeilemaan ja jopa murtumaan tuotannon aikana. Näistä syistä kiinalaiset metallurgit ja valimotyöntekijät aloittivat maani erityisolosuhteet huomioon ottaen tutkimaan keski- ja niukkaseosteisten terästen käyttöä kuulamyllyjen vuorauksissa ja ovat saavuttaneet rohkaisevia tuloksia.
① Cr-, Mo-, Cu--vähähiilinen-seosteinen kulumista-kestävä teräs. Shenyangin teknillisen yliopiston kehittämä keski-hiilinen niukka-seosteinen kulutus-teräs, joka sisältää Cr, Mo ja Cu ja on käsitelty harvinaisilla maametallielementeillä, saavutti yli HRC50:n kovuuden ja 25-60 J/cm² iskuarvon 950 asteen ilmakarkaisun ja 25 asteen karkaisun jälkeen. Sen matriisi on karkaistua martensiittia, ja pyyhkäisyelektromikroskopia paljasti säleen muotoisen martensiittinippujen rakenteen. Korkean-suurennoksen läpäisyelektronimikroskoopilla rakenne osoitti selvästi dislokaatiomartensiitin ja pienen määrän kaksoismartensiitin sekoituksen, jossa epäjatkuva ohut kalvo{18}}kuin jäänyt austeniitti oli jakautunut martensiittirivien väliin. Tämä austeniitin muoto ja jakautuminen paransivat teräksen iskunkestävyyttä ja suhteellista kulutuskestävyyttä. Tämän teräksen kulutuskestävyys eri iskuenergioissa osoitti silmiinpistävää kontrastia runsaan mangaanipitoisen teräksen kanssa.
Iskuenergian kasvaessa korkean{0}}mangaaniteräksen iskunkestävyys parani merkittävästi, kun taas vasta kehitetyn Cr-, Mo-, Cu-teräksen kulutuskestävyys heikkeni. Kuitenkin kaikissa vertailutesteissä valituissa iskuenergiaolosuhteissa uuden teräksen kulutuskestävyys oli korkeampi kuin korkean -mangaanipitoisen teräksen. Käytettiin L1,83m × 3m kuulamyllyssä Qian'anin rautakaivoksessa Hebein maakunnassa, ja tästä materiaalista valmistetun vuorauksen käyttöikä oli 10-12 kuukautta, kun taas ZGMn13-vuorausten käyttöikä oli vain 3-5 kuukautta.
② Cr-Mo-V-Ti medium-hiili-monielementti-seosteräs. Hefei Cement Research and Design Instituten kehittämä keski-hiilinen monikomponenttinen seosteräs, joka sisältää Cr:a, Mo:ta ja pieniä määriä V, Ti:ta ja Nb:tä, tuottaa karkaistua martensiittia + pienen määrän alempaa bainiittimatriisia, jossa on dispergoituja kovametallifaaseja harvinaisten maametallien (RE) käsittelyn ja spesifisen lämpökäsittelyn jälkeen. Testit osoittavat, että tämän tyyppisellä vuorauksella on korkea kovuus, hyvä kulutuksenkestävyys, suuri iskunkestävyys ja taivutuslujuus, ja niiden käyttöikä on yli kolme kertaa tavallista korkean mangaaniteräksen käyttöikä. Sitä on käytetty jauhinmyllyissä Huaihain sementtitehtaan (L4,2m × 12m), Kunmingin sementtitehtaan (L3,5m × 11m) ja Sichuan Dukoun sementtitehtaan (L2,2m × 13m), keskimääräinen kulumisaste on 3,16 g/t ensimmäisessä kammiossa ja 1,5 g/t toisessa kammiossa. kun taas korkean -mangaaniteräsvuorauksen keskimääräinen kulumisaste on 13 g/t sementtiä.
③ Runsaasti{0}}hiiltä sisältävä keski-kromiseosteräs. Toista korkea-hiilistä, keski-kromista seostettua terästä, joka sisältää 4,5–5,5 % Cr ja 0,3–0,7 % Mo ja joka on käsitelty RE-rokotteella, jonka on myös kehittänyt Hefei Cement Research and Design Institute, on käytetty menestyksekkäästi sementtipallomyllyissä.
④ Cr-Ti medium-mangaaniteräs. Keskikokoinen -mangaaniteräs, joka sisälsi 5,5 % - 8,0 % Mn, 1,5 % - 2,0 % Cr, 0,05 % - 0,1 % Ti ja käsiteltiin 0,02 % - 0,05 % RE:llä, sai yhden austeniittirakenteen, jossa oli hienojakoisempia rakeita kuin tavallinen korkea{12}} mangaaniteräs 0 ± 3,0 asteen mangaaniasteella. Tästä materiaalista valmistetut vuoraukset ovat saavuttaneet hyviä tuloksia Tonghua Steel Plantin Banshigoun rautakaivoksella ja Tonghuan kuparikaivoksella sijaitsevissa kuulamyllyissä. Sen suhteellinen kulutuskestävyys on 1,64 kertaa korkean-mangaaniteräksen kulutuskestävyys magnetiittimalmia hiottaessa. ja 1,48 kertaa korkea-mangaaniteräs kuparimalmia hiottaessa. Pääsyy tämän materiaalin parantuneeseen kulutuskestävyyteen on sen parempi karkaisukyky kuulamyllyissä verrattuna tavalliseen korkean{22}}mangaaniteräkseen.
⑤ Cr-Mo moni-vaiheinen matala-seosteinen teräs. Tutkitulle monivaiheiselle matala-seosteiselle kulutusta-kestävälle teräsvuoraukselle, joka sisälsi 3 % Cr:a ja 0,4 % Mo:ta, suoritettiin isoterminen karkaisulämpökäsittely, jotta saatiin bainiitti + martensiitti + säilynyt austeniitti mikrorakenne. Tällä materiaalilla on korkea sitkeys ja korkea kovuus, mikä johtaa erinomaiseen iskujen, väsymisen, muodonmuutosten ja kulumisenkestävyyteen. Kenttäsovellukset ovat osoittaneet, että tämän vuorauksen käyttöikä on 1–2 kertaa pidempi kuin tavallisen korkean -mangaanipitoisen teräksen.
