Murskauksessa ja mineraalien käsittelyssä kulutusosat eivät ole minimoivia kulutusosia – ne ovat tarkasti suunniteltuja komponentteja, joiden materiaalikoostumus, mikrorakenne ja lämpökäsittely määräävät koko piirin läpimenon, käyttökustannukset ja tuotteen laadun. Valinta runsasmangaanipitoisten teräsvalujen ja runsaasti kromia sisältävän valuraudan välillä on merkittävin yksittäinen materiaalipäätös murskaimen kulutusosien valinnassa , ja sen vääristäminen maksaa paljon enemmän seisokkeissa, ennenaikaisessa vaihdossa ja tuotannon menetyksissä kuin mikään ennakkohintaero näiden kahden seosperheen välillä.
Tämä opas kattaa metallurgian, suorituskykyominaisuudet, valintalogiikan ja hankintakriteerit neljälle kriittisimmälle murskainten kulumisvalukategorialle: iskumurskain korkea kromi valukappaleet , murskaimen runsasmangaanipitoiset teräsvalut, runsaasti kromia sisältävät valurautakomponentit ja leukamurskaimen runsasmangaanipitoiset teräsleukalevyt – keskittyen erityisesti kiinteään leukalevyyn, joka on eniten vaihdettu kulutusosa kaikissa leukamurskainasennuksessa.
Murskaimen kuluvat osat rikkoutuvat kahden erillisen mekanismin – hankauksen ja iskun – kautta, ja nämä mekanismit vaativat olennaisesti erilaisia materiaalireaktioita. Mikään yksittäinen metalliseos ei loista molemmissa samanaikaisesti, minkä vuoksi kulutusvalujen valinnassa on otettava huomioon iskunvakavuuden ja hankauskovuuden erityinen yhdistelmä murskaussovelluksessa.
Hankaavaa kulumista tapahtuu, kun kovat mineraalihiukkaset - kvartsi, graniitti, basaltti, rautamalmi, kuona - liukuvat tai rullaavat valupintaa vasten, auraavat mikrouria ja poistavat materiaalia asperiteettitasolla. Ensisijainen kulutuskestävyys on pinnan kovuus: kovemmat pinnat muotoutuvat vähemmän hankaavien hiukkasten kosketuksessa, mikä pienentää auratun uran syvyyttä ja siirtyneen materiaalin määrää liukuetäisyysyksikköä kohti. Tästä syystä runsaskrominen valurauta, jonka kovuus on 58–68 HRC, ylittää merkittävästi korkean mangaaniteräksen (alkukovuus 180–220 HBN, mikä vastaa noin 15–20 HRC:tä) puhtaassa hankausympäristössä.
Iskukuluminen tapahtuu, kun kivenpalaset iskevät valupintaan suurella nopeudella luoden paikallisia jännityskeskittymiä, jotka voivat murtaa hauraita materiaaleja tai muuttaa plastisesti sitkeitä. Korkean kromivaluraudan äärimmäinen kovuus ja alhainen murtolujuus - Tyypilliset Charpy-iskuarvot 3–8 J runsaalla kromipitoisella raudalla ja 100–200 J runsasmangaanipitoisella teräksellä — tehdä siitä herkkä halkeilulle ja halkeilemiselle toistuvien suurienergisten iskujen vaikutuksesta. Korkeamangaaniteräksen ainutlaatuinen etu on sen austeniittinen mikrorakenne: toistuvassa iskukuormituksessa pintatyö kovettuu 180–220 HBN:n valukovuudesta 450–550 HBN:iin, jolloin muodostuu kova pintakerros, jota tukee sitkeä, sitkeä ydin, joka imee iskuenergiaa ilman murtumien etenemistä.
Tämä työstökarkaisumekanismi on korkeamangaanipitoisen teräksen ominaisuus, ja siksi se on pysynyt materiaalina leukalevyjen ja muiden iskunkestävän murskaimen kulutusosien valmistuksessa yli 130 vuoden ajan Robert Hadfieldin alkuperäisen patentin vuonna 1882 jälkeen. Kriittinen vaatimus työkarkaisun esiintymiselle on, että iskujännityksen tulee ylittää materiaalin myötöraja. Sovelluksissa, joissa iskuenergia on alhainen – pehmeän kiven hienomurskaus tai hidas leukamurskaimen toiminta – mangaaniteräspinta ei saavuta työstökovetuspotentiaaliaan ja toimii huonosti verrattuna kovempiin, mutta hauraampiin vaihtoehtoihin.
Korkeakromivalurauta (HCCI) on ensiluokkainen hankausta kestävä valumateriaali murskaimissa, joissa hankaava kuluminen hallitsee ja iskukuormitus on kohtalainen tai pieni. Sen suorituskykyetu mangaaniteräkseen verrattuna sopivissa sovelluksissa ei ole marginaalinen — runsaskrominen valurauta tarjoaa tyypillisesti 2–5 kertaa korkeamman mangaanipitoisen teräksen käyttöiän korkean kulutuksen ja vähän iskuja aiheuttavissa sovelluksissa , ero, joka muuttaa perusteellisesti murskaustoiminnan taloudellisuutta.
Korkeakromivaluraudalle on ominaista kromipitoisuus 12–30 % ja hiilipitoisuus 2,0–3,6 %, jolloin muodostuu metallimatriisiin upotettu kovista kromikarbideista (tyyppi M7C3) koostuva mikrorakenne, joka voi olla martensiittista, austeniittista tai lämpökäsittelystä riippuen seosta. M7C3 kromikarbidin kovuus on 1 400–1 800 HV — kovempi kuin useimmat tyypillisissä murskaimen syötöissä olevat mineraalit, mukaan lukien kvartsi (noin 1 100 HV). Tämä kovametallin äärimmäinen kovuus on HCCI:n kulutuskestävyyden ensisijainen lähde.
Kromikarbidin tilavuusosuus mikrorakenteessa kasvaa hiili- ja kromipitoisuuden myötä. Hiilipitoiset ja kromipitoiset laatulajit (3,0–3,5 % C, 25–30 % Cr) saavuttavat karbidin tilavuusosuuden 35–45 %, mikä tarjoaa maksimaalisen kulutuskestävyyden. Alemmat hiililaadut (2,0–2,5 % C, 12–15 % Cr) uhraavat jonkin verran hankauskestävyyttä parantaakseen sitkeyttä, mikä tekee niistä sopivampia kohtalaisiin iskuihin.
As-valulla korkeakromiraudalla on austeniittista matriisia, jonka kovuus on kohtalainen. Lämpökäsittely muuttaa matriisin martensiitiksi, mikä lisää dramaattisesti kokonaiskovuutta ja parantaa matriisin kykyä tukea karbidifaasia hankaavassa kosketuksessa. Korkeakromipitoisten rautamurskainvalujen vakiolämpökäsittelyjärjestys on:
Oikein lämpökäsitelty runsaskrominen valurauta saavuttaa kokonaiskovuuden 58–68 HRC — taso, jota olisi mahdotonta työstää tavanomaisin keinoin ja joka tarjoaa kulutuksenkestävyyden, joka ylittää minkä tahansa vaihtoehtoisen rautavalumateriaalin korkean jännityksen hionta- ja liukukulumisolosuhteissa.
| Arvosana | Cr-pitoisuus (%) | C-sisältö (%) | Kovuus (HRC) | Iskusitkeys | Ensisijainen sovellus |
|---|---|---|---|---|---|
| Cr12 HCCI | 11–14 | 2,0–2,8 | 56–62 | Kohtalainen | Toissijaiset murskainpuhalluspalkit, kohtalaisen iskunkestävät sovellukset |
| Cr20 HCCI | 18-23 | 2,5–3,2 | 60–65 | Matala – kohtalainen | Iskumurskaimen puhallustangot, VSI-roottorin kärjet, kartiovaipat |
| Cr26 HCCI | 24–28 | 2,8–3,5 | 62–68 | Matala | Erittäin hankaava, vähän iskunkestävää: kuonanmurskaus, hieno kalkkikivi |
Iskumurskaimet – sekä vaaka-akseliset iskumurskaimet (HSI) että pystyakseli-iskulaitteet (VSI) – kohdistavat kuluviin osiinsa olennaisesti erilaisen kuormituksen kuin leuka- tai kartiomurskaimet. Sen sijaan, että murskattaisiin puristamalla kahden pinnan välillä, iskumurskaimet kiihdyttävät kiveä suurella nopeudella kiinteisiin alasimiin tai muita kivihiukkasia vastaan. Iskumurskaimen kuluvien osien on kestettävä samanaikaisesti niiden pinnalla liukuvien mineraalihiukkasten nopeaa hankausta ja toistuvaa iskukuormitusta roottorin kärjen nopeuksilla 25–55 metriä sekunnissa.
Puhallustanko – roottoriin asennettu iskuelementti, joka iskee sisääntulevaan kiveen – on HSI-murskaimen eniten kuluva komponentti ja suorituskyvyn kannalta kriittisin valu koko koneessa. Puhallustangon materiaalin valinnassa on tasapainotettava kulutuskestävyys ja iskunkestävyys koneen ja syöttömateriaalin erityisessä käyttöalueella:
Breaker levyt (iskuesiliinat) ovat kiinteitä alasinpintoja, joita vasten puhallustankokiihdytetyt kivenpalaset iskevät HSI-murskaimissa. Niiden kulumismekanismi yhdistää nopean iskun alkuiskuvyöhykkeellä hankaavaan liukuvaan kulumiseen sirpaleiden ohjautuessa esiliinan pintaa pitkin. Runsaskrominen valurauta Cr20 on vakiomateriaali murskauslevyille toissijaisessa ja tertiaarisessa iskumurskauksessa , jossa säädelty syöttökoko rajoittaa huippuiskuenergian tasolle, joka on HCCI:n sitkeysalueen sisällä. Primäärimurskaamiseen suurella syötöllä martensiittiset teräs- tai mangaaniteräsesiliinat ovat turvallisempia valintoja alhaisemmasta kulutuskestävyydestään huolimatta.
Runsasmangaaniteräs (Hadfield-teräs, austeniittinen mangaaniteräs) on edelleen hallitseva materiaali leukamurskaimen kulutusosissa, pyörivämurskaimen vaipat ja koverat ja kaikki murskaimet, joissa jatkuva suurienerginen iskukuormitus on ensisijainen kulumismekanismi. Sen kohtalaisen alkukovuuden, äärimmäisen työkarkaisukyvyn ja erinomaisen sitkeyden yhdistelmä on suorituskykyprofiili, jota mikään muu kulutusta kestävä metalliseosperhe ei toista.
Normaali Hadfield-teräskoostumus 11–14 % Mn ja 1,0–1,4 % C (ASTM A128 Grade B) on jalostettu vuosikymmenten aikana laatuperheeksi, jonka koostumus on muunneltu tiettyihin murskaussovelluksiin:
Valettu mangaaniteräs sisältää raerajakarbidisaostumia, jotka haurastavat seoksen voimakkaasti, mikä tekee siitä alttiita murtumaan käytön aikana. Liuoshehkutus – lämmitys 1 000–1 100 °C:seen ja vesisammuttaminen – liuottaa nämä karbidit austeniittimatriisiin, palauttaen täysin austeniittisen rakenteen ja maksimoiden sitkeyden. Riittämätön liuoshehkutus on yleisin syy ennenaikaiseen leukalevyn murtumiseen käytössä ja se on laatuvaatimus, joka ostajien on tarkistettava hankkiessaan runsaasti mangaanipitoisia teräsmurskainvaluja. Oikean lämpökäsittelyn tärkeimmät indikaattorit ovat vesijäähdytteisen pinnan ulkonäkö (ei ilmajäähdytteinen), tallennetut aika-lämpötilatiedot, jotka osoittavat täydellisen liotuksen lämpötilassa, ja Charpy-iskuarvot, jotka vastaavat ASTM A128:n 100 J:n vähimmäisvaatimuksia vakiolaatuille.
Leukalevy on kulutusosa, joka määrittää leukamurskaimen suorituskyvyn. Leukamurskaimessa kaksi leukalevyä - kiinteä (kiinteä) leukalevy ja heiluva (liikkuva) leukalevy - muodostavat murskauskammion, jossa kiviä puristetaan, kunnes se murtuu. Kiinteä leukalevy kuluu tyypillisesti nopeammin kuin kääntöleukalevy koska se on kiinteä pinta, jota vasten materiaalia pääasiassa puristetaan, ja sen geometria ja materiaalin laatu määräävät suoraan tuotteen kokojakauman, suorituskyvyn ja leukalevyjen vaihtovälin.
Leukalevyn aallotettu pinta – vuorottelevat harjanteet ja laaksot murskauspinnan poikki – palvelee useita toimintoja, joita ei useinkaan täysin arvosteta:
Harjanteen nousu (viereisten harjanteiden välinen etäisyys) on tyypillisesti 50–100 mm suuria syöttöjä käsittelevissä ensiömurskaimissa, ja se pienenee 30–60 mm:iin toissijaisissa sovelluksissa. Uusien levyjen 30–50 mm:n harjanteen korkeus heikkenee käyttöiän lopussa lähes tasaiseksi – harjanteen korkeuden seuranta on luotettava menetelmä leukalevyn jäljellä olevan käyttöiän arvioimiseen ilman levyn poistamista murskaimesta.
Irrotetun kiinteän leukalevyn kulumisen tilajakauma on murskaustoimenpiteen diagnostista tietoa – ei vain materiaalin menetystä. Yleisten kulumismallien ymmärtäminen mahdollistaa korjaavan toimenpiteen, joka pidentää seuraavan leukalevysarjan käyttöikää:
Useimmat leukalevyt on suunniteltu symmetrisesti mahdollistamaan kääntyminen – levyä käännetään 180°, jotta kulumaton yläosa tulee kuluneelle alemmalle murskausalueelle. Leukalevyjen järjestelmällinen kääntäminen niiden käyttöiän puolivälissä pidentää jatkuvasti levyjen kokonaisikää 30–50 %. , koska materiaali, joka muuten hävitettäisiin täysin kuluneena alemmalla vyöhykkeellä, siirretään vähemmän kuluvaan asentoon, jossa se jatkaa hyödyllistä palvelua. Tämä käytäntö on yksinkertainen, ei lisää materiaalikustannuksia ja on tehokkain yksittäinen leukalevyn käyttöiän pidentämistoimenpide murskainten käyttäjille.
Kulutusvalumateriaalin systemaattinen valinta edellyttää kahden sovellusmuuttujan rehellistä arviointia: syöttömateriaalin hankaavan kovuuden (ilmaistuna Mohsin kovuuden tai piidioksidipitoisuuden) ja murskausvaiheen iskuenergiatason. Nämä kaksi muuttujaa, jotka on piirretty toisiaan vastaan, määrittelevät valintamatriisin, joka ohjaa metalliseoksen valintaa luotettavammin kuin peukalosääntösuositukset.
| Sovellus | Syöttömateriaali | Vaikutustaso | Suositeltu materiaali | Odotettu elämänetu |
|---|---|---|---|---|
| Leukamurskaimen leukalevy — kova kivi ensisijainen | Graniitti, kvartsiitti, basaltti | Erittäin korkea | Mn18 tai Mn14Cr2 | Paras sitkeys; työharjoittelu välttämätön |
| Leukamurskaimen leukalevy — pehmeä/keskikokoinen kivi | Kalkkikivi, hiekkakivi | Korkea | Vakio Mn13 tai Mn14Cr2 | Hyvä tasapaino; Cr-lisäys parantaa alkukovuutta |
| HSI-puhalluspalkki — toissijainen/tertiaarinen | Kalkkikivi, mitoitettu syöttö <100mm | Kohtalainen | Cr20 HCCI | 3–5× vs. Mn13; hankaus hallitsee |
| HSI puhalluspalkki — ensisijainen, suuri syöttö | Sekakivi, trampriski | Erittäin korkea | Mn13 tai martensiittista terästä | HCCI-murtuman riskiä ei voida hyväksyä |
| Kartiomurskaimen vaippa/kovera | Kova hankauskivi | Kohtalainen–High | Mn14Cr2 tai Mn18 | Työkarkaisu kriittinen vaipan sisäpinnalle |
| VSI-roottorin kärki – erittäin hankaava | Piidioksidihiekka, graniitti | Kohtalainen (high velocity) | Cr26 HCCI- tai WC-osat | Suurin vaadittu kovuus roottorin kärjessä |
| Kuonamurskain - korkea hankaus | Uunikuona, rautamalmi | Matala – kohtalainen | Cr26 HCCI | Äärimmäinen kulutuskestävyys; matalaisku sopii HCCI:lle |
Murskaimen kulutusvalujen suorituskyky käytössä ei riipu vain määritellystä seoksesta, vaan valimokäytännön laadusta, lämpökäsittelyn suorituksesta ja valmiin osan mittatarkkuudesta. Oikein määritellystä Mn13:sta valettu leukalevy, jonka liuoshehkutus on riittämätön, murtuu ensimmäisinä käyttöpäivinä ; korkea kromipuhalluspalkki, jossa on sisäinen kutistumishuokoisuus, epäonnistuu viassa kauan ennen kuin sen odotettu kulumisikä on saavutettu. Seoksen määrittäminen on välttämätöntä, mutta ei riittävää – valuprosessin laadunvarmistus on yhtä kriittinen.
Optinen emissiospektrometria (OES) -analyysi testikupongille valusta kullakin metallin lämmöllä on vakiomenetelmä sen varmistamiseksi, että toimitettu valukappale täyttää määritetyn seoskoostumuksen. Tärkeimmät tarkistettavat elementit ja niiden toleranssialueet:
Valmiiden valukappaleiden kovuustestaus tarjoaa helpoimman laadunvarmistuksen lämpökäsittelyn riittävyydestä. Vähimmäiskovuusvaatimukset ja testimenetelmät:
Sisäinen huokoisuus ja kutistumisontelot ovat yleisimmät valuviat murskaimen kulutusosissa ja vaarallisimpia – ne ovat näkymättömiä ulkoisesti, mutta toimivat jännityskeskittymiskohtina, jotka aiheuttavat ennenaikaisen murtumisen. Murskainvaluihin soveltuvat ainetta rikkomattomat testausmenetelmät:
Paras kulumisvaluspesifikaatio antaa täyden arvonsa vain, kun se yhdistetään oikeisiin asennuskäytäntöihin, järjestelmälliseen kulumisen seurantaan ja vaihtoaikatauluun, joka kaappaa materiaalin maksimaalisen käytön vaarantamatta valun katastrofaalista epäonnistumista tai murskaimen rakenteen vaurioitumista.
Leukalevyjen ja puhallustankojen vaihtaminen oikeaan aikaan – ei liian aikaisin (jäljellä olevan materiaalin hukkaaminen) eikä liian myöhään (murskaimen rikkoutumisen vaara) vaatii järjestelmällistä valvontaa. Suositeltavat seurantakäytännöt: