Для горнодобывающей отрасли характерен постоянный и агрессивный контакт техники с горной массой. Каждый кубометр породы, каждый килограмм руды – это миллионы твердых частиц, которые неумолимо воздействуют на металл. Процесс механического разрушения поверхностей оборудования под действием трения твердых тел или частиц называют абразивным износом. Он становится одной из главных причин выхода из строя дорогостоящей техники и снижения общей эффективности производства.
Природа и причины абразивного воздействия
В своей основе абразивный износ – это микрорезание, царапание и пластическая деформация поверхностного слоя детали. Горная порода состоит из минералов различной твердости. Частицы кварца, гранита и других твердых минералов, обладающие острыми гранями, работают как микроскопические резцы. При движении породы по поверхности оборудования они срезают тончайшую стружку металла или оставляют глубокие борозды. Интенсивность этого процесса зависит от нескольких факторов: твердости абразивных частиц (чем тверже порода, тем быстрее износ), их размера и формы, а также от силы прижатия и скорости перемещения.
Какое оборудование страдает больше всего?
Практически вся техника, задействованная в цепочке от добычи до обогащения, подвергается интенсивному абразивному истиранию. Постоянный контакт с породой приводит к быстрому разрушению наиболее нагруженных узлов. Список самых уязвимых элементов достаточно широкий и охватывает почти весь парк машин карьера или шахты. К ним относятся:
- ковши экскаваторов и погрузчиков, особенно режущие кромки и днища;
- зубья, коронки и адаптеры, непосредственно контактирующие с массивом;
- футеровка кузовов карьерных самосвалов и думпкаров;
- рабочие органы дробильного оборудования (щеки, конусы, била молотковых дробилок);
- элементы мельниц самоизмельчения и шаровых мельниц;
- трубопроводы, по которым перемещается пульпа (смесь воды и измельченной руды);
- сита и колосники грохотов, сортирующих породу по фракциям.
В результате преждевременного разрушения компонентов оборудования нужно не просто их менять. Последствия гораздо серьезнее: незапланированные простои техники останавливают всю производственную линию, что оборачивается колоссальными финансовыми потерями. Снижается производительность, увеличиваются затраты на ремонт и обслуживание. Кроме того, внезапный отказ изношенной детали может создать аварийную ситуацию, угрожающую безопасности персонала.
Современные методы противодействия износу
Инженеры и технологи разработали множество способов продления срока службы оборудования, которые можно разделить на две большие группы: упрочнение существующих поверхностей и использование изначально стойких материалов. Выборать подходящее решение необходимо, отталкиваясь от типа оборудования, условий его эксплуатации и экономической целесообразности.
Упрочнение рабочих поверхностей
Этот метод предполагает нанесение на рабочую поверхность детали специального защитного слоя, который принимает основной удар на себя. Такой слой более твердый и износостойкий, чем основной металл конструкции. Это позволяет сохранить прочность и пластичность несущей детали, одновременно защитив ее от истирания.
Основные технологии упрочнения:
- Наплавка. На деталь с помощью сварки наносят слой износостойкого сплава. Часто используют материалы на основе карбидов вольфрама, хрома или титана. Технология позволяет восстанавливать геометрию изношенных деталей и многократно продлевать их ресурс.
- Газотермическое напыление. Частицы защитного материала (металла, керамики) нагреваются до расплавленного или пластичного состояния и с высокой скоростью наносятся на поверхность. Так создается плотное покрытие с заданными свойствами.
- Использование биметаллических плит. Это композитные листы, состоящие из двух слоев: пластичной стальной основы и сверхпрочного наплавленного слоя. Такими плитами футеруют кузова самосвалов, бункеры и перегрузочные течки.
Применение описанных технологий дает возможность значительно увеличить межремонтные интервалы и сократить время простоев. Благодаря правильно подобранному составу наплавки или напыления можно повысить стойкость детали в 5-10 раз по сравнению с исходным состоянием.
Применение износостойких материалов
Другое направление – изготовление деталей целиком из материалов, которые по своей природе хорошо сопротивляются абразивному воздействию. Это высокопрочные стали, специальные чугуны, а также неметаллические соединения.
Например, для изготовления щек дробилок широко применяется марганцовистая сталь Гадфильда, которая обладает уникальным свойством самоупрочняться под ударными нагрузками. В насосах для перекачки пульпы и футеровке гидроциклонов хорошо показывают себя высокохромистые чугуны, стойкие не только к абразии, но и к коррозии. В последние годы все большее распространение получают керамические и полимерные материалы. Футеровка из оксида алюминия или карбида кремния практически не истирается даже при контакте с самыми твердыми породами, а резиновые или полиуретановые покрытия отлично гасят энергию ударов и защищают от износа при транспортировке мелкофракционной руды.
Эффективное противодействие абразивному износу – это непрерывный процесс анализа, подбора материалов и технологий. Сочетание различных методов защиты позволяет горнодобывающим предприятиям поддерживать оборудование в рабочем состоянии, обеспечивать стабильность производственного процесса и повышать безопасность труда.