El desgast mecànic implica molts aspectes, entre els quals el desgast abrasiu representa més del 50% de tot el desgast industrial. Països com Alemanya i el Regne Unit pateixen milers de milions de dòlars anuals en pèrdues a causa del desgast abrasiu, i a Austràlia, la indústria minera perd el 2% dels seus ingressos per vendes de productes minerals cada any a causa del desgast abrasiu. Una part important d'aquest desgast abrasiu es produeix als revestiments de molí de boles. Hi ha dos enfocaments principals per abordar aquest problema: en primer lloc, millorar la resistència al desgast dels materials; i en segon lloc, la millora de l'entorn de desgast mitjançant l'optimització del procés. Aquesta investigació se centra principalment en l'aspecte material.
Material tradicional ZGMn13 utilitzat en molins de boles:
ZGMn13 és un acer alt-manganès, inventat per Hadfield el 1882. Es fa afegint aproximadament un 13% de Mn a l'acer, utilitzant la característica de Mn per desplaçar el "nas" de la corba S- de l'acer cap a la dreta i baixar les línies Ms i Mf. S'obté una estructura totalment austenítica mitjançant una retenció prolongada a 1000-1050 graus seguida d'un refredament forçat. Aquesta estructura totalment austenítica presenta propietats d'enduriment per treball. El seu ús com a revestiment de molí de boles té com a objectiu aconseguir l'enduriment del treball mitjançant l'impacte de boles de mòlta i materials abrasius sobre el revestiment. Tanmateix, durant el funcionament del molí de boles, les boles de mòlta i els materials abrasius es transporten a un punt alt per la rotació del cilindre i després cauen en cascada. Les boles de mòlta i els materials abrasius que cauen des d'una alçada només afecten directament les boles de mòlta i els materials abrasius a la base de la pila de material i afecten indirectament el revestiment a través de la capa acumulada de boles de mòlta i materials abrasius. Això es tradueix en una menor intensitat d'impacte i un enduriment del treball menys significatiu. L'experiència pràctica demostra que a les fàbriques de carbó de les centrals elèctriques, la duresa-temprat per treball de l'acer austenític d'alt-manganès està entre HB230 i 250, i en els molins de processament de mineral, no supera HB300, molt per sota del límit{20}}d'enduriment per treball de l'acer-manganès HB{{502}alt. Per tant, utilitzar acer amb alt-manganès per fabricar revestiments de molí de boles és inadequat perquè no utilitza les propietats resistents al desgast-de l'acer amb alt contingut de manganès.
Estat de desenvolupament dels materials de revestiment
Atesa l'aplicació inadequada del material ZGMn13 en revestiments de molí de boles, els metal·lúrgics de tot el món han estat investigant nous materials de revestiment des de la dècada de 1960, aconseguint molts resultats.
(1) Noves novetats a ZGMn13
Els investigadors han millorat ZGMn13 afegint elements com ara Cr, Mo i V per formar carburs d'aliatge d'alta duresa-granulars i dispersos i estables, com ara (FeCr)3C i VC. Això dificulta el creixement dels grans d'austenita durant el tractament d'extinció de l'aigua, donant lloc a una estructura austenítica amb punts durs de carbur dispersos, millorant així la capacitat d'enduriment i l'efecte d'enduriment del material.
Els Estats Units produeixen acer de fosa estàndard d'alt-manganès amb un 1,5% ~ 2,5% de Cr (grau C) i acer de fosa estàndard d'alt-manganès amb un 0,9% ~ 1,2% o 1,8% ~ 2,1% de Mo (graus E-1 i E-2).
El Japó produeix acer de fosa estàndard d'alt-manganès amb un 1,5% ~ 2,5% de Cr (grau SCMnH11) i acer de fosa estàndard d'alt-manganès amb un 2,0% ~ 3,0% de Cr i 0,4% ~ 0,7% de V (grau SCMnH12). L'Institut de Recerca de Forja i Colada de Mongòlia Interior ha desenvolupat acer-crom que conté un alt-manganès amb un 1,5% ~ 2,5% de Cr i ha tractat l'acer fos amb elements de terres rares. La capa superficial (0,01 mm) d'aquest acer de crom-conté alt-manganès pot assolir una duresa de HB390 després de l'enduriment per treball en un molí de boles, que és 1,5 vegades la de l'acer d'alt-manganès normal, i la seva vida útil és d'1,5 a 2 vegades més llarga{24}}de l'acer de manganès normal.
(2) Aliatge de ferro colat blanc
① Ferro colat blanc 15Cr-3Mo i el seu desenvolupament. El material alternatiu més representatiu per a revestiments d'acer d'alt-manganès és el ferro colat blanc martensític que conté un 15% de Cr + 3% Mo. Aquest material consisteix en ferro eutèctic-discontinu de carburs de crom (Cr, Fe)7C3 i de crom-conté carburs secundaris rics en carburs 40% aproximadament distribuïts en carburs secundaris 40%, ocupats aproximadament en un carbur de mar. al 50% del volum total. Aquests carburs de crom tenen una duresa molt alta, tot superior a HV1200-1800, suficient per resistir el desgast dels abrasius comuns. No obstant això, la duresa de la matriu martensítica és al voltant de HRC50, que és més suau que alguns abrasius i es desgastarà, potencialment desallotjant els carburs. Per tant, l'excel·lent resistència al desgast dels carburs només s'utilitza parcialment. L'Institut Tecnològic de Harbin també ha realitzat una gran feina per millorar el rendiment de la fosa blanca de 15Cr-3Mo-crom alta. Van utilitzar sals i aliatges de K, Na, Mg i Ca per dur a terme el tractament de modificació de polvorització sobre ferro colat 15Cr-3Mo, eliminant la distribució original de la xarxa de carburs i fent-los semblar com a cuc o grumolls, alhora que reduïen la mida dels carburs. Això va millorar significativament la duresa i la resistència al desgast del material. Els estudis han demostrat que la taxa de desgast de la fosa blanca d'alt crom 15Cr-3Mo tractada amb diferents elements modificadors és inferior a la del material no tractat. Concretament, la taxa de desgast mitjana del ferro colat blanc d'alt crom 15Cr-3Mo modificat amb potassi va ser un 63,2% inferior a la del material no tractat i la taxa de desgast de la solució òptima va ser un 74,4% inferior a la del material no tractat.
② Cu-que conté ferro colat blanc d'aliatge. Aquest aliatge de ferro colat blanc, desenvolupat amb èxit per Shandong Xinwen Tool Factory, es produeix afegint 1,0% de Cu i 0,9% d'aliatge de ferrosilici de terres rares per a la modificació i la inoculació abans de la fosa, seguit d'un tractament de normalització de 950 graus i tremp de 600 graus, donant lloc a carburs dispersos, fins i uniformement distribuïts. Les proves a màquines van demostrar que en un molí de ciment de 1,83 m × 6,4 m, la resistència relativa al desgast del revestiment de ferro colat blanc d'aliatge que conté Cu-de terres rares era 2,4 vegades superior a la del revestiment d'acer d'alt-manganès. (3) Acers d'aliatge mitjà i baix
Tot i que els revestiments de molí de boles d'acer d'alt-manganès o de ferro colat blanc aliat amb elements d'aliatge afegits mostren una resistència al desgast significativament millorada en comparació amb els revestiments d'acer d'alt-manganès ordinaris, aquests materials són més cars a causa de la inclusió de grans quantitats de metalls preciosos com Cr, Ni i Mo, i són propensos a trencar-se i, fins i tot, a fracturar-se durant la producció i, fins i tot, la fractura. Per aquestes raons, els metal·lúrgics i els treballadors de la foneria xinesos, tenint en compte les condicions específiques del meu país, van començar a investigar l'ús d'acers d'aliatge mitjà i baix per a revestiments de molí de boles i han aconseguit resultats encoratjadors.
① Acer resistent al desgast-de baix-aliatge de carboni-Cr, Mo, Cu mitjà. L'acer resistent al desgast-d'aliatge mitjà-baix-carboni-que conté Cr, Mo i Cu i tractat amb elements de terres rares, desenvolupat per la Universitat Tecnològica de Shenyang, va assolir una duresa superior a HRC50 i un valor d'impacte de 25-60 J/cm² després d'apagar l'aire a 950 graus i temperat a 250ºC. La seva matriu és martensita temperada, i la microscòpia electrònica d'escaneig va revelar una estructura de feixos de martensita-en forma de llistó. Sota una microscòpia electrònica de transmissió d'alta-ampliació, l'estructura mostrava clarament una barreja de martensita de dislocació i una petita quantitat de martensita geminada, amb una pel·lícula fina discontínua-com l'austenita retinguda distribuïda entre els llistons de martensita. Aquesta forma i distribució de l'austenita va millorar la resistència a l'impacte i la resistència relativa al desgast de l'acer. La resistència al desgast d'aquest acer sota diferents energies d'impacte va mostrar un contrast sorprenent amb l'acer alt en manganès.
Amb l'augment de l'energia d'impacte, la resistència al desgast per impacte de l'acer d'alt-manganès va millorar significativament, mentre que la resistència al desgast de l'acer Cr, Mo, Cu recentment desenvolupat va disminuir. Tanmateix, en totes les condicions d'energia d'impacte seleccionades a les proves comparatives, la resistència al desgast de l'acer nou era superior a la de l'acer d'alt-manganès. Usat en un molí de boles L1,83m × 3m a la mina de ferro de Qian'an a la província de Hebei, el revestiment fet d'aquest material tenia una vida útil de 10-12 mesos, mentre que la vida útil dels revestiments ZGMn13 era de només 3-5 mesos.
② Cr-Mo-V-Ti mitjà-acer d'aliatge multi-de carboni. L'acer d'aliatge de carboni mitjà -multi-component que conté Cr, Mo i traces de V, Ti i Nb, desenvolupat pel Hefei Cement Research and Design Institute, obté una martensita temperada + una petita quantitat de matriu bainita inferior amb fases dures de carbur dispers després del tractament de terres rares (RE) i un tractament tèrmic específic. Les proves mostren que aquest tipus de revestiment té una duresa elevada, una bona resistència al desgast abrasiu i una gran tenacitat a l'impacte i resistència a la flexió, amb una vida útil més de tres vegades la de l'acer d'alt-manganès normal. S'ha utilitzat en molins de mòlta a la planta de ciment Huaihai (L4,2m×12m), la planta de ciment Kunming (L3,5m×11m) i la planta de ciment Sichuan Dukou (L2,2m×13m), amb una taxa de desgast mitjana de 3,16 g/t a la primera cambra i 1,53 g/t a la segona; mentre que la taxa de desgast mitjana dels revestiments d'acer d'alt{20}}manganès és de 13 g/t de ciment.
③ Acer d'aliatge de crom d'alt-carboni mitjà-. Un altre revestiment d'acer d'aliatge de crom d'alt -carboni mitjà- que conté un 4,5% ~ 5,5% de Cr i un 0,3% ~ 0,7% de Mo i tractat amb inoculació de RE, també desenvolupat per l'Institut d'Investigació i Disseny de Ciment Hefei, s'ha aplicat amb èxit en molins de boles de ciment.
④ Acer al manganès Cr-Ti mitjà-. L'acer de manganès mitjà que conté un 5,5% ~ 8,0% de Mn, un 1,5% ~ 2,0% de Cr, un 0,05% ~ 0,1% de Ti i tractat amb un 0,02% ~ 0,05% de RE, va obtenir una estructura d'austenita única amb grans més fins que l'acer ordinari d'alt-manganès ± 0,30 a través d'aigua. Els revestiments fets d'aquest material han aconseguit bons resultats en molins de boles a la mina de ferro de Banshigou i la mina de coure de Tonghua Steel Plant. La seva resistència relativa al desgast és 1,64 vegades la de l'acer d'alt-manganès quan es tritura mineral de magnetita; i 1,48 vegades més que l'acer d'alt{20}}manganès quan es tritura mineral de coure. La raó principal de la millora de la resistència al desgast d'aquest material és el seu millor rendiment d'enduriment al treball en molins de boles en comparació amb l'acer d'alt-manganès normal.
⑤ Acer de baix-aliatge multi-Cr-Mo. El revestiment d'acer resistent al desgast de baix-aliatge-multifàsic estudiat, que conté un 3% de Cr i un 0,4% de Mo, es va sotmetre a un tractament tèrmic d'extinció isotèrmica per obtenir una microestructura bainita + martensita + austenita retinguda. Aquest material té una alta tenacitat i una gran duresa, el que resulta en una excel·lent resistència a l'impacte, la fatiga, la deformació i el desgast. Les aplicacions de camp han demostrat que aquest revestiment té una vida útil d'1 a 2 vegades més llarga que la de l'acer d'alt-manganès normal.
