Легированные горячекатаные стальные шары: какие марки подходят для различных уровней твёрдости руды?

Мельница может демонстрировать приемлемую производительность, в то время как затраты на мелющие тела незаметно растут: шары слишком быстро теряют сферичность, в разгрузке появляется бой или крупные частицы сохраняются несмотря на увеличение объема загрузки. В таких ситуациях изменение только размера шаров может не решить проблему. Твердость и абразивность руды должны соответствовать марке шаров с правильным балансом поверхностной твердости, вязкости сердцевины и устойчивости к повторяющимся ударам.

В качестве практической отправной точки для более мягких и менее абразивных руд обычно можно использовать низколегированные или марганцовистые стали, когда важны вязкость и контроль затрат; для руд средней твердости часто подходят марки типа B2, B3 или 60Mn; для высокоабразивных твердых руд обычно требуется повышенная износостойкость таких марок, как B2, B2-1, High Carbon B2, B3, B4, B6 или B6-1. Эта первоначальная классификация полезна, но сама по себе недостаточна. Окончательный выбор также должен учитывать диаметр мельницы, размер шаров, крупность питания, химию пульпы и преобладает ли на стадии измельчения ударное или абразивное воздействие.

Начинайте с поведения руды, а не с ее номинального названия

Такие описания, как «золотая руда», «железная руда» или «медная руда», не позволяют автоматически определить подходящую марку мелющих тел. Одно рудное тело может содержать зоны с очень различным содержанием кварца, индексом работы, характером разрушения или твердостью. Один и тот же материал может также вести себя по-разному после смешивания, изменения схемы дробления или изменения гранулометрического состава питания.

Перед сравнением горячекатаных стальных шаров из легированной стали разделите вопрос на три части:

• Насколько трудно разрушать руду? Более твердое питание повышает потребность в ударной нагрузке, особенно в первичном измельчении и контурах грубого измельчения.
• Насколько абразивна руда? Питание с высоким содержанием кремнезема, кварца или иных абразивных компонентов может быстро снимать материал с поверхности шара даже при умеренной ударной нагрузке.
• Как именно мельница воздействует на мелющие тела? Мельница большого диаметра с крупным питанием создает более сильные ударные воздействия, чем мельница тонкого доизмельчения, где скользящее истирание может быть преобладающим механизмом износа.

Марка, которая хорошо работает в условиях тонкого измельчения с невысокой ударной нагрузкой, может преждевременно скалываться или разрушаться в мельнице с крупным питанием. И наоборот, очень твердая марка может быть не самым экономичным решением для мягкого материала, если мелющие тела изнашиваются медленно и контуру измельчения не требуется такой уровень свойств сплава.

Выбор марки в зависимости от уровня твердости руды

Указанные выше наименования марок следует рассматривать как семейства для выбора, а не как универсальные показатели характеристик. Фактический химический состав и результаты термообработки могут различаться в зависимости от спецификации. Углерод, марганец, хром и кремний влияют на прокаливаемость и износостойкость, однако для эксплуатационного решения профиль твердости готового шара и его поведение при ударе полезнее, чем одно лишь название марки.

Мягкая руда не всегда означает «использовать самый дешевый шар»

Для более мягких руд возникает соблазн выбрать самый доступный по стоимости материал. Это может быть разумно, когда абразивность действительно низкая, а мельница работает при ограниченной ударной нагрузке. Однако даже мягкая руда может содержать абразивные минералы пустой породы. Она также может подаваться крупными фракциями, создающими высокую энергию столкновения. В любом случае могут возникать преждевременный поверхностный износ, потеря шарообразности и уменьшение эффективного размера мелющих тел, даже если сама руда не классифицируется как твердая.

Марки в диапазоне 45#, 40Cr, 50Mn, 60Mn и 65Mn часто рассматриваются, когда контуру требуется практический баланс прочности, вязкости и стоимости. Решение должно основываться на том, сохраняет ли шар круглую форму достаточно долго для обеспечения требуемого измельчающего действия. Если его диаметр быстро уменьшается, проблема может заключаться в абразивном износе, а не в твердости руды при разрушении, и тогда может быть оправдано применение более износостойкого семейства сплавов.

Руды средней твердости требуют сбалансированного профиля твердости

При рудах средней твердости выбор марки часто становится менее однозначным. Мелющие тела должны выдерживать повторные удары, сохраняя достаточную твердость поверхности для сопротивления постепенному износу. В зависимости от диаметра шаров и условий эксплуатации могут быть актуальны варианты B2, B3, B2-1, C1090, 60Mn и 65Mn.

Полезным производственным наблюдением является состояние изношенных мелющих тел, извлеченных из мельницы. Равномерное постепенное уменьшение диаметра обычно указывает на нормальный абразивный износ. Глубокие раковины, неравномерные сколы, отслаивание в виде оболочки или разрушенные шары показывают, что выбор нельзя оценивать только по поверхностной твердости. Такие признаки могут свидетельствовать о чрезмерной ударной нагрузке, неподходящем градиенте твердости, нестабильности термообработки или несоответствии диаметра шаров крупности питания.

Если питание средней твердости содержит перемежающиеся твердые прослои, может быть лучше оценить ступенчатую смесь мелющих тел вместо использования одной марки во всех мельницах. Для первичного измельчения может потребоваться более вязкий, ударостойкий вариант, тогда как на последующих стадиях предпочтительнее повышенная износостойкость. Это особенно актуально, когда контур сочетает изменчивость крупного дробления с требованием тонкого конечного помола.

Твердые и абразивные руды: износостойкость должна подкрепляться вязкостью

Высокоабразивные руды часто побуждают специалистов выбирать самый твердый доступный шар. Такой подход может работать только при условии, что шар также обладает достаточной ударной вязкостью и внутренней целостностью. Крупные шары, используемые при измельчении твердых пород, подвергаются повторным высокоэнергетическим ударам. Очень твердая поверхность при недостаточно прочной сердцевине может быть подвержена растрескиванию, особенно при интенсивной динамике загрузки.

Для таких условий обычно рассматривают марки B2, High Carbon B2, B2-1, B3, B4, B6 и B6-1. Их пригодность следует подтверждать спецификацией материала поставщика, результатами измерений твердости и ударных испытаний, а не предполагать по обозначению марки. В доступных параметрах продукции могут указываться поверхностная твердость свыше 55 HRC, 58 HRC или 60 HRC и ударная вязкость не менее 12 J/cm², однако требуемое значение зависит от марки, диаметра и условий работы мельницы. Малый шар в мельнице тонкого измельчения и шар диаметром 120 mm в мельнице с высокой ударной нагрузкой не следует оценивать по одинаковой логике приемки.

Если сильный износ сочетается с высоким риском разрушения, запросите подтверждение стабильности твердости от поверхности к сердцевине. Твердый наружный слой ценен, но резкое падение твердости может снизить способность шара выдерживать повторные удары. Также проверьте наличие поверхностных дефектов, трещин, обезуглероживания и стабильность размеров, прежде чем придавать основное значение заявленной твердости.

Диаметр и марку следует выбирать как единое решение

Диаметр шара изменяет механическую нагрузку на сплав. Более крупные шары передают больше энергии разрушения, но испытывают более сильные удары; меньшие шары обеспечивают больше точек контакта и обычно используются по мере уменьшения крупности питания. Поэтому одна и та же марка может быть приемлемой при 40 mm, но требовать дополнительной квалификации при 100 mm и более.

Мелющие тела обычно доступны в диапазоне от 20 mm до 150 mm. При выборе из этих размеров рассмотрите максимальную крупность питания мельницы, целевую крупность продукта, скорость мельницы, состояние футеровочных лифтеров и уровень загрузки. Изменение марки не может компенсировать распределение размеров шаров, которое принципиально не подходит для задачи измельчения. Аналогично, правильно выбранный диаметр не устранит проблему шара, который слишком быстро изнашивается из-за несоответствия его сплава и термообработки абразивным условиям.

Что запросить перед одобрением поставки

Вместо сравнения предложений только по названию марки и цене за единицу запросите информацию, которая позволяет определить, подходит ли материал для предполагаемых условий эксплуатации. Это особенно важно, когда руда содержит твердые включения или абразивные минералы, которые не всегда корректно отражаются простым показателем твердости.

• Прослеживаемость плавки или партии от сырья до готовых шаров.
• Химический анализ предлагаемой марки, включая углерод, марганец, хром, кремний, фосфор и серу, где применимо.
• Результаты измерения поверхностной и, при необходимости, послойной твердости для запрашиваемого диаметра.
• Данные по ударной вязкости, привязанные к спецификации шара, а не общее заявление.
• Допуски по размерам и критерии визуального контроля трещин, закатов и поверхностных дефектов.
• Четкое объяснение режима термообработки, применяемого для достижения требуемого баланса твердости и вязкости.

Для производств, которым требуются кованые мелющие тела для различных рудных условий, кованые стальные мелющие тела могут быть указаны в марках B2, B3, 65Mn, 60Mn, C1090, B4, B6, 42CrMo и 40Cr, диаметром от 20 mm до 150 mm. Следующим полезным шагом будет сопоставление запрашиваемых марки и диаметра с конкретной стадией мельницы, а затем проверка поставленной партии на соответствие согласованным требованиям по твердости, вязкости и контролю.

Когда необходимо испытание

Контролируемое сравнение рекомендуется, когда изменился состав рудной смеси, мельница была перефутерована, увеличилась максимальная крупность питания или характер разрушения мелющих тел остается неясным. Сравнивайте кандидатов в одинаковом рабочем режиме и контролируйте расход мелющих тел, состояние шаров, гранулометрический состав, стабильность производительности и крупность продукта. Не оценивайте марку только по первоначальному внешнему виду или по короткому интервалу, который не отражает нормальный цикл обновления загрузки.

Подходящие горячекатаные стальные шары из легированной стали — это не просто самые твердые доступные шары. Для мягкой руды приоритетом являются достаточная вязкость и экономичный износ. Для руды средней твердости требуется надежный баланс между твердостью и ударостойкостью. Для твердой абразивной руды следует указывать высокую износостойкость, но подтверждать, что сердцевина шара и качество его термообработки способны выдерживать ударные условия мельницы.