Mehaničko trošenje uključuje mnoge aspekte, među kojima abrazivno trošenje čini više od 50% cjelokupnog industrijskog trošenja. Zemlje poput Njemačke i Ujedinjenog Kraljevstva godišnje trpe milijarde dolara gubitaka zbog abrazivnog trošenja, au Australiji rudarska industrija gubi 2% prihoda od prodaje mineralnih proizvoda svake godine zbog abrazivnog trošenja. Značajan dio ovog abrazivnog habanja javlja se u oblogama kugličnih mlina. Postoje dva glavna pristupa rješavanju ovog problema: prvo, poboljšanje otpornosti materijala na habanje; i drugo, poboljšanje okruženja habanja kroz optimizaciju procesa. Ovo istraživanje se prvenstveno fokusira na materijalni aspekt.
Tradicionalni materijal ZGMn13 koji se koristi u mlinovima:
ZGMn13 je čelik s visokim sadržajem-mangana, koji je izumio Hadfield 1882. godine. Napravljen je dodavanjem otprilike 13% Mn čeliku, koristeći karakteristiku Mn za pomicanje "nosa" S- krive čelika udesno i spuštanje Ms i Mf linija. Potpuno austenitna struktura se postiže produženim držanjem na 1000-1050 stepeni nakon čega slijedi prisilno hlađenje. Ova potpuno austenitna struktura pokazuje svojstva očvršćavanja. Njegova upotreba kao obloga za kuglični mlin ima za cilj postizanje radnog očvršćavanja kroz udar kuglica za mljevenje i abrazivnih materijala na košuljicu. Međutim, tokom rada kugličnog mlina, kuglice za mljevenje i abrazivni materijali se rotacijom cilindra prenose do visoke točke, a zatim padaju u kaskadi. Kuglice za mljevenje i abrazivni materijali koji padaju sa visine samo direktno utiču na kuglice za mljevenje i abrazivne materijale u podnožju hrpe materijala, a indirektno utiču na oblogu kroz nagomilani sloj kuglica za mljevenje i abrazivnih materijala. To rezultira manjim intenzitetom udara i manje značajnim kaljenjem. Praktično iskustvo pokazuje da je u mlinovima za ugalj u elektranama radna{14}}tvrdoća austenitnog visoko{18}}manganskog čelika između HB230 i 250, au mlinovima za preradu rude ne prelazi HB300, daleko ispod radne-granične tvrdoće -granice tvrdoće čelika s visokim sadržajem{200} HB502}. Stoga je korištenje čelika s visokim sadržajem-mangana za proizvodnju košuljica za kuglični mlin neprikladno jer ne koristi svojstva otpornosti-na habanje čelika s visokim sadržajem mangana.
Status razvoja materijala za oblaganje
S obzirom na neodgovarajuću primjenu materijala ZGMn13 u košuljicama kugličnih mlinova, metalurzi širom svijeta istražuju nove materijale za obloge od 1960-ih, postižući mnoge rezultate.
(1) Novi razvoj u ZGMn13
Istraživači su poboljšali ZGMn13 dodavanjem elemenata kao što su Cr, Mo i V kako bi se formirali stabilni, dispergirani granulirani i karbidi od legura visoke-oblične{1}}oblikove{2}} visoke tvrdoće kao što su (FeCr)3C i VC. Ovo ometa rast zrna austenita tokom tretmana gašenjem vodom, što rezultira austenitnom strukturom sa dispergovanim tvrdim tačkama od karbida, čime se poboljšava sposobnost radnog očvršćavanja materijala i efekat očvršćavanja.
Sjedinjene Američke Države proizvode standardni liveni visoko-manganski čelik sa 1,5%~2,5% Cr (grade C) i standardni liveni visoko-manganski čelik sa 0,9%~1,2% ili 1,8%~2,1% Mo (grade E-1 i E-2).
Japan proizvodi standardni liveni visoko{0}}manganski čelik sa 1,5%~2,5% Cr (klasa SCMnH11) i standardni liveni visoko-manganski čelik sa 2,0%~3,0% Cr i 0,4%~0,7% V (klasa SCMnH12). Istraživački institut za livenje i kovanje unutrašnje Mongolije je razvio hrom{11}}koji sadrži visoko-čelik sa visokim sadržajem mangana sa 1,5%~2,5% Cr, i obradio rastopljeni čelik elementima retkih zemalja. Površinski sloj (0,01 mm) ovog hroma-koji sadrži visoko-manganski čelik može dostići tvrdoću HB390 nakon stvrdnjavanja u kugličnom mlinu, što je 1,5 puta više od običnog visoko-manganskog čelika, a njegov vijek trajanja je 1,5 do 2 puta duži od običnog čelika s visokim sadržajem mangana{24}.
(2) Legura bijelog lijevanog željeza
① 15Cr-3Mo bijelo liveno gvožđe i njegov razvoj. Najreprezentativniji alternativni materijal za čelične obloge sa visokim{7}}manganom je martenzitno bijelo liveno gvožđe koje sadrži 15% Cr + 3% Mo. Ovaj materijal se sastoji od diskontinuiranog eutektičkog gvožđa-krom karbida (Cr, Fe)7C3 i hroma{21}}bogatog sekundarnim karbidima, karbidima bogatog hromom, zauzima otprilike 40% do 50% ukupne zapremine. Ovi hrom karbidi imaju vrlo visoku tvrdoću, sve iznad HV1200-1800, dovoljnu da odole habanju od uobičajenih abraziva. Međutim, tvrdoća martenzitne matrice je oko HRC50, koja je mekša od nekih abraziva i istrošit će se, potencijalno izbacivši karbide. Stoga je izvanredna otpornost na habanje karbida samo djelomično iskorištena. Harbin Institute of Technology je također uradio opsežan rad na poboljšanju performansi 15Cr-3Mo visokog-hroma bijelog livenog gvožđa. Koristili su soli i legure K, Na, Mg i Ca da izvedu tretman modifikacije raspršivanjem na 15Cr-3Mo livenom gvožđu, eliminišući originalnu mrežnu distribuciju karbida i čineći da izgledaju poput crva ili grudastih, a istovremeno smanjujući veličinu karbida. To je značajno poboljšalo žilavost materijala i otpornost na habanje. Istraživanja su pokazala da je stopa habanja 15Cr-3Mo visokohromiranog bijelog lijevanog željeza tretiranog različitim modificirajućim elementima niža nego kod neobrađenog materijala. Naime, prosječna stopa habanja kalijum-modificiranog 15Cr-3Mo visokohromiranog bijelog lijevanog željeza bila je 63,2% niža od one kod neobrađenog materijala, a stopa trošenja optimalnog rješenja bila je 74,4% niža od one kod neobrađenog materijala.
② Cu-koji sadrži leguru bijelog livenog gvožđa. Ovaj legirani bijeli liveni gvožđe, koji je uspešno razvila tvornica alata Shandong Xinwen, proizvodi se dodavanjem 1,0% Cu i 0,9% legure retke zemlje ferosilicijuma za modifikaciju i inokulaciju pre livenja, nakon čega sledi normalizacija od 950 stepeni i tretman kaljenja od 600 stepeni, što rezultira ravnomerno raspoređenim, finim i ujednačenim karbidima. Mašinsko ispitivanje je pokazalo da je u mlinu za cement L1,83m × 6,4m relativna otpornost na habanje košuljice od rijetke zemlje Cu-koja sadrži legure bijelog lijevanog željeza bila 2,4 puta veća od obloge od čelika s visokim{11}}manganom. (3) Srednje i nisko legirani čelici
Iako obloge mlinova kugličastih mlinova sa visokim sadržajem-mangana ili legiranog bijelog lijevanog željeza s dodanim legirajućim elementima pokazuju značajno poboljšanu otpornost na habanje u odnosu na obične čelične obloge s visokim sadržajem-mangana, ovi materijali su skuplji zbog uključivanja velikih količina plemenitih metala kao što su Cr, Ni i Mo, i skloni su pucanju tokom proizvodnje, pa čak i lomljenju. Na osnovu ovih razloga, kineski metalurzi i livničari, s obzirom na specifične uslove moje zemlje, počeli su da istražuju upotrebu srednje i nisko legiranih čelika za košuljice kugličnih mlinova i postigli su ohrabrujuće rezultate.
① Cr, Mo, Cu srednje-ugljični nisko-čelik otporan na habanje-. Čelik srednje{4}}niske-ugljične legure-otporan na habanje koji sadrži Cr, Mo i Cu i tretiran rijetkim zemnim elementima, razvijen od strane Shenyang University of Technology, postigao je tvrdoću od preko HRC50 i udarnu vrijednost od 25-60 J/cm² nakon gašenja na zraku i temperature od 950 stepeni. Njegova matrica je kaljeni martenzit, a skenirajuća elektronska mikroskopija otkrila je strukturu snopova martenzita u obliku letve{14}}. Pod transmisijskom elektronskom mikroskopijom sa velikim{15}}većanjem, struktura je jasno pokazala mješavinu dislokacionog martenzita i male količine udvojenog martenzita, sa diskontinuiranim tankim filmom-poput zadržanog austenita raspoređenog između martenzitnih letvica. Ovaj oblik i raspodjela austenita poboljšali su udarnu žilavost i relativnu otpornost čelika na habanje. Otpornost na habanje ovog čelika pod različitim energijama udara pokazala je upečatljiv kontrast sa čelikom s visokim sadržajem mangana.
Sa povećanjem energije udara, otpornost na udarno habanje čelika sa visokim{0}}manganom značajno se poboljšala, dok je otpornost na habanje novorazvijenog čelika Cr, Mo, Cu smanjena. Međutim, pod svim uvjetima energije udarca odabranim u uporednim ispitivanjima, otpornost na habanje novog čelika bila je veća nego kod čelika s visokim sadržajem -mangana. Korišćen u mlinu sa kuglicama L1,83m × 3m u rudniku gvožđa Qian'an u provinciji Hebei, košuljica napravljena od ovog materijala imala je životni vek od 10-12 meseci, dok je vek ZGMn13 košuljica bio samo 3-5 meseci.
② Cr-Mo-V-Ti srednji-ugljični višeelementni čelik. Srednje{6}}ugljični višekomponentni legirani čelik koji sadrži Cr, Mo i količine V, Ti i Nb u tragovima, razvijen od strane Hefei Cement Research and Design Institute, dobija kaljeni martenzit + malu količinu donje bainitne matrice s dispergovanim tvrdim fazama karbida nakon tretmana rijetke zemlje (RE). Testovi pokazuju da ovaj tip obloge ima visoku tvrdoću, dobru otpornost na abrazivno habanje i visoku žilavost na udar i čvrstoću na savijanje, sa životnim vijekom koji je više od tri puta duži od običnog čelika s visokim{10}}manganom. Korišćen je u mlinovima u fabrici cementa Huaihai (L4,2m×12m), fabrici cementa Kunming (L3,5m×11m) i fabrici cementa Sichuan Dukou (L2,2m×13m), sa prosečnom stopom habanja od 3,16 g/t u prvoj komori i 1 g/t u drugoj komori; 5 g/t u drugoj komori. dok je prosječna stopa habanja visoko-manganskih čeličnih obloga 13 g/t cementa.
③ Čelik od legure hroma sa visokim-srednjim ugljikom{1}}. Još jedan sloj od visoko-srednje{4}}ugljičnog{4}}kroma legiranog čelika koji sadrži 4,5%~5,5% Cr i 0,3%~0,7% Mo, i tretiran RE inokulacijom, također razvijen od strane Hefei Cement Research and Design Institute, uspješno je primijenjen u mlinovima za cementne kugle.
④ Cr-Ti srednji-mangan čelik. Srednji-manganski čelik koji sadrži 5,5%~8,0% Mn, 1,5%~2,0% Cr, 0,05%~0,1% Ti, i tretiran sa 0,02%~0,05% RE, dobio je jednu austenitnu strukturu sa finijim zrnima od običnog čelika visokog{12}}gašenja mangana pri 30°C ±10°C kroz vodu. Obloge napravljene od ovog materijala postigle su dobre rezultate u kugličnim mlinovima u rudniku željeza Banshigou i rudniku bakra Tonghua Željezare Tonghua. Njegova relativna otpornost na habanje je 1,64 puta veća od čelika s visokim sadržajem{18}}mangana pri mljevenju rude magnetita; i 1,48 puta više u odnosu na čelik s visokim{20}}mangenom pri mljevenju rude bakra. Glavni razlog za poboljšanu otpornost na habanje ovog materijala je njegova bolja radna kaljenja u kugličnim mlinovima u poređenju sa običnim čelikom sa visokim{22}}manganom.
⑤ Cr-Mo više-niskolegirani čelik-. Ispitivana višefazna niskolegirana -nelegirana- čelična košuljica otporna na habanje, koja sadrži 3% Cr i 0,4% Mo, podvrgnuta je toplotnoj obradi izotermnog gašenja kako bi se dobila mikrostruktura bainit + martenzit + zadržani austenit. Ovaj materijal ima visoku žilavost i veliku tvrdoću, što rezultira odličnom otpornošću na udar, zamor, deformacije i habanje. Terenske primjene su pokazale da ova košuljica ima vijek trajanja 1 do 2 puta duži od običnog čelika s visokim sadržajem{14}}mangana.
