Как выбрать износостойкие литые мелющие шары для различных условий измельчения руды?

Износостойкие литые шары следует выбирать, исходя из условий измельчения, а не ориентируясь только на определённую целевую твёрдость. При измельчении руды один и тот же шар, который хорошо работает в одном контуре, может преждевременно выйти из строя в другом, поскольку преобладающий механизм повреждения меняется. В некоторых мельницах в основном возникает абразивный износ при переработке руды с высоким содержанием твёрдого кварца. В других среда подвергается повторяющимся столкновениям с высокой ударной нагрузкой при измельчении крупного питания. При мокром измельчении химический состав пульпы может дополнительно изменить результат за счёт износа, ускоряемого коррозией. Обоснованный выбор начинается с определения механизма, который контролирует расход шаров внутри мельницы.

Твёрдость руды обычно является первым критерием отбора, но её не следует рассматривать изолированно. Твёрдые и абразивные руды, как правило, требуют более высокой поверхностной твёрдости, чтобы шар противостоял образованию борозд и потере материала. Если руда содержит острый пустотный материал с высоким содержанием кремнезёма, мягкие или неправильно термообработанные мелющие тела могут сплющиваться, выкрашиваться или слишком быстро терять диаметр, что в дальнейшем изменяет кинетику измельчения и распределение частиц по крупности. Однако чрезмерно высокая твёрдость при недостаточной внутренней вязкости может создать другую проблему — растрескивание под воздействием ударов. Поэтому износостойкие литые шары для первичного измельчения, крупного питания или мельниц большого диаметра следует оценивать одновременно по твёрдости и устойчивости к разрушению.

Соответствие шара зоне мельницы

В первой камере, со стороны подачи или в зоне крупного измельчения обычно наблюдается наибольшая энергия удара. Крупные куски руды, большая высота падения и более сильные столкновения шаров друг с другом создают повышенную нагрузку на сердцевину мелющих тел. В этой зоне хрупкий литой шар может демонстрировать серповидные трещины, разрушение кромок или полное разрушение, даже если его номинальная твёрдость выглядит привлекательной на бумаге. Напротив, в последующей зоне измельчения обычно преобладает абразивный износ, а не ударное воздействие, поэтому износостойкость становится важнее экстремальной ударной вязкости.

Именно поэтому выбор диаметра так же важен, как и химический состав. Более крупные шары обычно применяются там, где питание более крупное, а нагрузка при разрушении выше. Шары меньшего размера подходят для тонкого измельчения, поскольку увеличивают количество точек контакта и могут улучшать обработку более мелких частиц. На предприятии, использующем смесь размеров, следует проверить, действительно ли максимальный размер решает задачу разрушения крупных частиц или только увеличивает ударную нагрузку на футеровку и расход мелющих тел. Слишком крупные шары могут привести к тому, что эффективность тонкого измельчения окажется ниже целевого уровня, тогда как слишком мелкие шары могут плохо разрушать самые крупные частицы питания и увеличивать циркулирующую нагрузку.

Материаловедческие и металлургические факторы, влияющие на характеристики

При выборе износостойких литых шаров следует учитывать химический состав, стабильность термообработки, профиль твёрдости от поверхности до сердцевины и контроль дефектов. Шары из высокоуглеродистых и хромсодержащих марок стали часто выбирают при преобладании абразивного износа, поскольку они способны сохранять твёрдую рабочую поверхность. Однако фактический результат эксплуатации зависит от равномерности этой твёрдости и стабильности структуры после повторяющихся ударных воздействий в процессе работы.

Особое внимание следует уделять контролю содержания фосфора и серы, поскольку их избыточный уровень может повысить хрупкость или ухудшить внутреннюю сплошность. Углерод, марганец, кремний и хром необходимо рассматривать в совокупности, а не как изолированные показатели. Шар с твёрдой внешней оболочкой, но нестабильной сердцевиной всё равно может быстро выйти из строя в крупной самоизмельчительной или шаровой мельнице. Поэтому одних данных о поверхностной твёрдости недостаточно. Более важный вопрос заключается в том, сохраняет ли шар достаточную твёрдость по мере износа, одновременно сохраняя ударную стойкость по всему рабочему сечению.

В некоторых контурах измельчения оценка включает сравнение сгорячекатаными стальными шарами. Такое сравнение актуально при высоком риске разрушения, поскольку горячекатаные изделия марок B2, B3, 65Mn, 60Mn или 42CrMo могут обеспечивать иное сочетание твёрдости и вязкости. Типовые доступные диаметры от 20mm до 150mm, поверхностная твёрдость выше 60HRC и ударная вязкость на уровне не менее 12 при указанных условиях могут служить ориентиром при оценке литых мелющих тел для той же области применения.

Мокрое измельчение изменяет критерии выбора

При мокром измельчении pH пульпы, растворённый кислород, содержание хлоридов и наличие гальванических эффектов могут изменять потери мелющих тел. Когда коррозия способствует износу, самый дешёвый шар по цене единицы продукции может оказаться самым дорогим по норме расхода. Шар, который показывает приемлемые результаты в испытании на сухой абразивный износ, может быстрее разрушаться в кислой или электропроводящей пульпе. Если качество технологической воды колеблется или минералогический состав руды создаёт агрессивную химическую среду, испытания мелющих тел следует проводить достаточно долго, чтобы зафиксировать этот эффект, а не полагаться только на короткие интервалы осмотра.

Плотность пульпы также имеет значение. Плотная пульпа в определённой степени может смягчать удар, но в зависимости от размера частиц и характера циркуляции способна усиливать абразивный контакт. Очень жидкая пульпа может допускать более сильные удары, но уменьшать часть скользящего абразивного износа. Эти взаимосвязи означают, что выбор мелющих тел следует рассматривать совместно с такими рабочими параметрами, как коэффициент заполнения, концентрация пульпы, скорость вращения мельницы и эффективность классификации. В противном случае износ шаров может быть ошибочно отнесён к качеству материала, хотя сам контур создаёт аномальную нагрузку.

Где чаще всего ошибаются при оценке

• Выбор только по исходному значению твёрдости. Высокий показатель на поверхности не подтверждает устойчивость к растрескиванию, внутренним дефектам или стабильному износу в течение всего срока службы.
• Игнорирование максимального размера питания. Если после взрывных работ, изменения настройки дробилки или корректировки шихты крупность поступающей руды увеличивается, прежняя марка шаров может больше не соответствовать ударной нагрузке.
• Отношение ко всей руде одного месторождения как к одинаковой. Изменения содержания кварца, доли глины, влажности и степени окисления могут заметно изменить механизм износа.
• Сравнение поставщиков при разных условиях испытаний, разном времени отбора проб или разном размере добавляемых шаров, что затрудняет интерпретацию результатов.

Практическая последовательность оценки

Начните с характеристик руды: твёрдости, абразивности, распределения питания по крупности и вероятности возникновения сильных ударов на входе в мельницу. Затем изучите конфигурацию мельницы, особенно её диаметр, расположение камер, профиль футеровки и рабочую скорость. После этого проанализируйте текущий механизм разрушения мелющих тел, уже находящихся в эксплуатации. Если шары в основном постепенно теряют массу, проблема ближе к абразивному износу. Если часто встречаются расколотые половины, радиальные трещины или шелушение, больший вес следует придать вязкости и целостности изготовления.

Данные поставщика следует анализировать внимательно. Важны не только номинальный химический состав, но и допуск по диаметру, диапазон твёрдости, стабильность термообработки и прослеживаемость каждой партии. Если для мелющего шара установлены ограничения по сере и фосфору, например не более 0.035, это может свидетельствовать о внимании к чистоте стали, однако показатель всё равно следует сопоставлять с характером разрушения в реальной мельнице. Для крупных мелющих тел, таких как Phi90–Phi150, внутреннее качество приобретает особое значение, поскольку крупные сечения более чувствительны к термическим и структурным отклонениям.

Транспортировку и хранение легко недооценить. Мелющие тела могут прибыть повреждёнными, если упаковка, погрузка или защита от влаги выполнены ненадлежащим образом. Сама по себе ржавчина не всегда означает сокращение срока службы, однако глубокая коррозия до загрузки может исказить результаты испытаний, особенно в мокрых контурах. Смешивание запасов разного срока хранения, различных диаметров или разных марок в одном периоде оценки также может скрыть фактические характеристики износостойких литых шаров.

Контролируемые промышленные испытания должны проводиться при максимально стабильном рабочем диапазоне. В течение периода сравнения фиксируйте источник руды, размер питания, производительность, потребляемую мощность, состояние футеровки, плотность пульпы и норму добавки мелющих тел. Взвешивания только загруженных шаров недостаточно; количество разрушенных шаров, распределение изношенных диаметров, а также наличие трещин или выкрашивания дают необходимые данные для различения износа и разрушения. Если период испытаний слишком короткий, раннее состояние поверхности можно ошибочно принять за долгосрочную стабильность.

Выбор становится более надёжным после чёткого определения предполагаемых условий работы. Для сильно абразивного тонкого измельчения предпочтение может отдаваться более твёрдым мелющим телам со стабильной структурой. Для крупного измельчения с повторяющимися ударами баланс смещается в сторону вязкости и устойчивости к дефектам. Если технологические условия находятся между этими крайностями, лучшими износостойкими литыми шарами обычно являются те, которые обеспечивают предсказуемую потерю диаметра без аномального разрушения, поскольку это позволяет лучше контролировать эффективность измельчения, добавление мелющих тел и последующую классификацию.