A mechanikai kopás sok szempontot foglal magában, amelyek közül a kopás az összes ipari kopás több mint 50%-át teszi ki. Az olyan országok, mint Németország és az Egyesült Királyság évente több milliárd dolláros veszteséget szenvednek el a csiszolókopás miatt, Ausztráliában pedig a bányászat az ásványi termékek értékesítéséből származó bevételének 2%-át veszíti el évente a kopás miatt. Ennek a csiszolókopásnak jelentős része a golyósmalom bélésében következik be. Két fő megközelítés létezik e probléma kezelésére: először is az anyagok kopásállóságának javítása; másodszor pedig a kopási környezet javítása folyamatoptimalizálással. Ez a kutatás elsősorban az anyagi vonatkozásra összpontosít.
A golyósmalmokban használt hagyományos ZGMn13 anyag:
A ZGMn13 egy magas-mangántartalmú acél, amelyet Hadfield talált fel 1882-ben. Úgy készítik, hogy hozzávetőleg 13% Mn-t adnak az acélhoz, a Mn karakterisztikáját kihasználva az acél S-görbéjének "orrát" jobbra tolja, és csökkenti az Ms és Mf vonalakat. Teljesen ausztenites szerkezetet kapunk, ha hosszan tartó 1000-1050 fokon tartjuk, majd kényszerhűtjük. Ez a teljesen ausztenites szerkezet keményedő tulajdonságokkal rendelkezik. Golyósmalom bélésként való felhasználásának célja a munkakeményedés elérése a csiszológolyóknak és a csiszolóanyagoknak a bélésre gyakorolt hatása révén. A golyósmalom működése során azonban az őrlőgolyókat és a csiszolóanyagokat a henger forgása egy magas pontra felviszi, majd kaszkádban leesik. A magasból lehulló csiszológolyók és csiszolóanyagok csak közvetlenül érintik az anyaghalom tövében lévő csiszológolyókat és csiszolóanyagokat, és közvetve a bélést a felgyülemlett csiszológolyók és csiszolóanyagok rétegén keresztül. Ez alacsonyabb ütésintenzitást és kevésbé jelentős munkakeményedést eredményez. A gyakorlati tapasztalatok azt mutatják, hogy az erőművek szénmalmában az ausztenites magas-mangánacél munkakeménysége HB230 és 250 között van, az ércfeldolgozó üzemekben pedig nem haladja meg a HB300 értéket, ami jóval a magas -acél -keményedési határa a magas{20}mangán acél{20}250 értéke alatt van. Ezért nem megfelelő a magas-mangántartalmú acél használata a golyósmalom bélésének gyártásához, mivel nem hasznosítja a magas mangántartalmú acél kopásálló{24}}tulajdonságait.
Bélésanyagok fejlesztési állapota
Tekintettel a ZGMn13 anyag golyósmalom bélésekben való nem megfelelő alkalmazására, a kohászok világszerte az 1960-as évek óta kutatnak új bélésanyagokat, és sok eredményt értek el.
(1) Új fejlesztések a ZGMn-ben13
A kutatók javították a ZGMn13-at azáltal, hogy olyan elemeket adtak hozzá, mint a Cr, Mo és V, hogy stabil, diszpergált szemcsés és sziget alakú, nagy-keménységű ötvözetkarbidokat, például (FeCr)3C és VC képezzenek. Ez gátolja az ausztenitszemcsék növekedését a vízhűtéses kezelés során, ami ausztenites szerkezetet eredményez, diszpergált keményfém pontokkal, ezáltal javítva az anyag munkaedző képességét és keményítő hatását.
Az Egyesült Államokban 1,5%–2,5% Cr (C osztály) szabványos öntött-mangánacélt, 0,9–1,2% vagy 1,8%–2,1% Mo (E-1 és E-2 osztályú) szabványos magas-mangánacélt állítanak elő.
Japán szabványos öntött magas-mangánacélt állít elő 1,5%–2,5% Cr tartalommal (SCMnH11 minőség), és szabványos öntött magas-mangánacélt 2,0%–3,0% Cr és 0,4%–0,7% V (SCMnH12 minőség). A Belső-Mongólia Öntési és Kovácsolási Kutatóintézet kifejlesztett króm-magas-mangántartalmú, 1,5–2,5% krómtartalmú acélt, és az olvadt acélt ritkaföldfémekkel kezelte. Ennek a króm-magas-mangántartalmú acélnak a felületi rétege (0,01 mm) golyósmalomban történő megmunkálás után elérheti a HB390-es keménységet, ami 1,5-szerese a hagyományos magas-mangántartalmú acélénak, élettartama pedig 1,5-2-szer hosszabb, mint a hagyományos nagy{{2,2}acélé.
(2) Ötvözet fehér öntöttvas
① 15Cr-3Mo fehér öntöttvas és fejlesztése. A magas-mangántartalmú acél bélések legreprezentatívabb alternatívája a martenzites fehér öntöttvas, amely 15% Cr + 3% Mo-t tartalmaz. Ez az anyag nem folytonos eutektikus vas-króm-karbidokból (Cr, Fe)7C3 és króm-mátrixban gazdag, másodlagos martenzit-karbidokban eloszlatott martenzit-karbidokból áll. a teljes mennyiség körülbelül 40-50%-a. Ezek a króm-karbidok nagyon nagy keménységgel rendelkeznek, mindegyik HV1200-1800 feletti, ami elegendő ahhoz, hogy ellenálljon a szokásos csiszolóanyagok okozta kopásnak. A martenzites mátrix keménysége azonban HRC50 körül van, ami puhább, mint egyes csiszolóanyagok, és elhasználódik, ami esetleg elmozdítja a karbidokat. Ezért a karbidok kiemelkedő kopásállóságát csak részben használják ki. A Harbin Institute of Technology kiterjedt munkát végzett a 15Cr-3Mo magas-króm-fehér öntöttvas teljesítményének javításán is. K, Na, Mg és Ca sóit és ötvözeteit használták a 15Cr-3Mo öntöttvas permetező módosításához, megszüntetve a karbidok eredeti hálózati eloszlását, és féregszerű vagy csomós megjelenést kölcsönöztek nekik, ugyanakkor csökkentették a karbidok méretét is. Ez jelentősen javította az anyag szívósságát és kopásállóságát. Tanulmányok kimutatták, hogy a különböző módosító elemekkel kezelt 15Cr-3Mo magas krómtartalmú fehér öntöttvas kopási sebessége alacsonyabb, mint a kezeletlen anyagé. Konkrétan a káliummal módosított 15Cr-3Mo magas krómtartalmú fehér öntöttvas átlagos kopási sebessége 63,2%-kal volt alacsonyabb, mint a kezeletlen anyagé, az optimális megoldás kopási sebessége pedig 74,4%-kal volt alacsonyabb, mint a kezeletlen anyagé.
② Cu{0}}tartalmú ötvözet fehér öntöttvas. Ezt a Shandong Xinwen Tool Factory által sikeresen kifejlesztett ötvözött fehér öntöttvasat 1,0% Cu és 0,9% ritkaföldfém ferroszilícium ötvözet hozzáadásával állítják elő az öntés előtti módosításhoz és beoltáshoz, majd 950 fokos normalizálást és 600 fokos temperálást eredményez, ami diszpergált, finom és egyenletes eloszlású karbidokat eredményez. A gépi tesztelés kimutatta, hogy egy L1,83 m × 6,4 m méretű cementmalomban a ritkaföldfém Cu-ötvözetet tartalmazó fehér öntöttvas bélés relatív kopásállósága 2,4-szerese volt a magas-mangántartalmú acél bélésnek. (3) Közepes és gyengén ötvözött acélok
Bár a nagy-mangántartalmú acél vagy ötvözött fehér öntöttvas golyósmalom bélések hozzáadott ötvözőelemekkel jelentősen jobb kopásállóságot mutatnak a közönséges nagy-mangántartalmú acél bélésekhez képest, ezek az anyagok drágábbak a nagy mennyiségű nemesfém, például króm, nikkel és mo-n-tartalmuk miatt, és hajlamosak a gyártás során megrepedésre, sőt használat közbeni repedésre. Ezen okok alapján a kínai kohászok és öntödei munkások, tekintettel országom sajátos viszonyaira, elkezdték kutatni a közepesen és gyengén ötvözött acélok golyósmalom bélésekhez való felhasználását, és biztató eredményeket értek el.
① Cr, Mo, Cu közepesen-szénszegény-ötvözött kopásálló acél-. A Shenyang University of Technology által kifejlesztett, közepesen-széntartalmú, alacsony-ötvözetű, kopásálló-acél, amely Cr-t, Mo-t és Cu-t tartalmaz, és ritkaföldfém elemekkel kezelt, 950 fokos levegős kioltás és 25 fokos temperálás után HRC50 feletti keménységet és 25-60 J/cm² ütési értéket ért el. Mátrixa temperált martenzit, a pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálat pedig léc alakú martenzit kötegekből álló szerkezetet mutatott ki. Nagy-nagyítású transzmissziós elektronmikroszkóppal a szerkezet egyértelműen diszlokációs martenzit és kis mennyiségű ikermartenzit keverékét mutatta, és a martenzitlécek között nem folytonos vékony film{18}}szerű visszatartott ausztenit. Az ausztenitnek ez az alakja és eloszlása javította az acél ütésállóságát és relatív kopásállóságát. Ennek az acélnak a kopásállósága különböző ütési energiák mellett feltűnő kontrasztot mutatott a magas mangántartalmú acéllal.
Az ütési energia növekedésével a nagy-mangántartalmú acél kopásállósága jelentősen javult, míg az új fejlesztésű Cr, Mo, Cu acél kopásállósága csökkent. Azonban az összehasonlító vizsgálatok során kiválasztott összes ütési energia körülmény között az új acél kopásállósága magasabb volt, mint a magas -mangántartalmú acélé. A Hebei tartományban található Qian'an vasbányában egy L1,83m × 3m méretű golyósmalomban használták az ebből az anyagból készült bélést 10-12 hónapig, míg a ZGMn13 bélések élettartama mindössze 3-5 hónap.
② Cr-Mo-V-Ti közepes-szén, több-elemes ötvözött acél. A Hefei Cementkutató és Tervező Intézet által kifejlesztett közepes-szén, több-komponensű ötvözött acél, amely Cr-t, Mo-t és nyomnyi mennyiségű V-t, Ti-t és Nb-t tartalmaz, ritkaföldfém-kezelés és fajlagos hőkezelés után edzett martenzit + kis mennyiségű alsó bainit mátrixot kap diszpergált keményfém-fázisokkal. A tesztek azt mutatják, hogy az ilyen típusú bélés nagy keménységgel, jó kopásállósággal, valamint nagy ütés- és hajlítószilárdsággal rendelkezik, élettartama pedig több mint háromszorosa a közönséges magas{10}}mangántartalmú acélénak. A Huaihai Cementgyár (L4,2m × 12m), a Kunming Cement Plant (L3,5m × 11m) és a Sichuan Dukou Cementgyár (L2,2m × 13m) őrlőmalmaiban használták, átlagos kopási aránya 3,16 g/t az első kamrában és 1,53 g/t a második kamrában. míg a nagy-mangántartalmú acél bélések átlagos kopási aránya 13 g/t cement.
③ Magas{0}}széntartalmú közepes-krómötvözet acél. Egy másik nagy-széntartalmú közepes-krómötvözetű acél bélés, amely 4,5-5,5% Cr-t és 0,3-0,7% Mo-t tartalmaz, és RE-oltással kezelt, amelyet szintén a Hefei Cementkutató és Tervező Intézet fejlesztett ki, sikeresen alkalmaztak cementgolyós malmokban.
④ Cr-Ti közepes-mangánacél. Az 5,5-8,0% Mn-t, 1,5-2,0% Cr-t, 0,05-0,1% Ti-t tartalmazó és 0,02-0,05% RE-vel kezelt közepes -mangánacél 0,02-0,05% RE-vel kezelve egyetlen ausztenit szerkezetet kapott, finomabb szemcsékkel, mint a közönséges magas{12}}mangánacél 0 ± 3,0 ±0,0 vízfoknál. Az ebből az anyagból készült bélések jó eredményeket értek el a Tonghua Steel Plant banshigoui vasbányájának és tonghuai rézbányájának golyósmalmaiban. Relatív kopásállósága 1,64-szerese a magas-mangántartalmú acélénak magnetit érc őrlésekor; és 1,48-szorosa a magas-mangántartalmú acélénak a rézérc őrlésekor. Ennek az anyagnak a megnövelt kopásállóságának fő oka a golyósmalmok jobb megmunkálási edzési teljesítménye, mint a hagyományos magas{22}}mangántartalmú acélhoz képest.
⑤ Cr-Mo több-fázisú gyengén-ötvözött acél. A vizsgált többfázisú, alacsony-ötvözetű kopásálló-acél bélést, amely 3% Cr-t és 0,4% Mo-t tartalmazott, izoterm hűtési hőkezelésnek vetettük alá, hogy bainit + martenzit + megtartott ausztenit mikrostruktúrát kapjunk. Ez az anyag nagy szívóssággal és nagy keménységgel rendelkezik, ami kiváló ütésállóságot, kifáradást, deformációt és kopást eredményez. A helyszíni alkalmazások azt mutatták, hogy ennek a bélésnek 1-2-szer hosszabb az élettartama, mint a hagyományos magas{14}}mangántartalmú acélé.
