في عمليات التكسير ومعالجة المعادن، لا تعد أجزاء التآكل مواد استهلاكية يجب التقليل منها - فهي مكونات مصممة بدقة، حيث يحدد تركيب المواد والبنية الدقيقة والمعالجة الحرارية الإنتاجية وتكلفة التشغيل وجودة المنتج للدائرة بأكملها. يعد الاختيار بين المسبوكات الفولاذية عالية المنغنيز والحديد الزهر عالي الكروم هو قرار المواد الأكثر أهمية في اختيار أجزاء تآكل الكسارة ، والخطأ في الأمر يكلف وقتًا أطول بكثير من وقت التوقف عن العمل، والاستبدال المبكر، وخسارة الإنتاج مقارنة بأي فرق في السعر مقدمًا بين عائلتي السبائك.
يغطي هذا الدليل علم المعادن، وخصائص الأداء، ومنطق الاختيار، ومعايير الشراء للفئات الأربع الأكثر أهمية لصب تآكل الكسارة: تأثير محطم المسبوكات عالية الكروم ، كسارة مسبوكات فولاذية عالية المنغنيز، ومكونات الحديد الزهر عالية الكروم، وألواح فكية فولاذية عالية المنغنيز للكسارة الفكية - مع التركيز بشكل خاص على لوحة الفك الثابتة، وهي جزء التآكل الأكثر استبدالًا في أي تركيب كسارة فكية.
تفشل أجزاء تآكل الكسارة من خلال آليتين متميزتين - التآكل والتأثير - وتستدعي هذه الآليات استجابات مادية مختلفة جذريًا. لا توجد سبيكة واحدة تتفوق في كليهما في نفس الوقت، ولهذا السبب يجب أن يكون اختيار مصبوبات التآكل مدفوعًا بمزيج محدد من شدة التأثير وصلابة الكشط الموجودة في تطبيق التكسير.
يحدث التآكل الكاشط عندما تنزلق أو تتدحرج الجزيئات المعدنية الصلبة - الكوارتز والجرانيت والبازلت وخام الحديد والخبث - على سطح الصب، مما يؤدي إلى حرث الأخاديد الدقيقة وإزالة المواد على مستوى الخشونة. المقاومة الأساسية للتآكل هي صلابة السطح: تتشوه الأسطح الصلبة بشكل أقل عند ملامسة الجسيمات الكاشطة، مما يقلل من عمق الأخدود المحروث وحجم المادة المزاح لكل وحدة مسافة انزلاق. هذا هو السبب في أن الحديد الزهر عالي الكروم، بصلابة 58-68 HRC، يتفوق بشكل كبير على الفولاذ القياسي عالي المنغنيز (الصلابة الأولية 180-220 HBN، أي ما يعادل حوالي 15-20 HRC) في بيئات التآكل النقية.
يحدث التآكل الناتج عن الصدمات عندما تضرب شظايا الصخور سطح الصب بسرعة، مما يؤدي إلى إنشاء تركيزات إجهاد موضعية يمكن أن تكسر المواد الهشة أو تشوه المواد اللدنة. تأتي الصلابة العالية لحديد الزهر الكرومي مع صلابة منخفضة للكسر — قيم تأثير شاربي النموذجية تبلغ 3-8 جول للحديد عالي الكروم مقابل 100-200 جول للفولاذ عالي المنغنيز - مما يجعلها عرضة للتشقق والتشظي تحت تأثيرات الطاقة العالية المتكررة. الميزة الفريدة للفولاذ عالي المنجنيز هي بنيته المجهرية الأوستنيتي: في ظل التحميل المتكرر للصدمات، يتصلب السطح من صلابته المصبوبة من 180-220 HBN إلى 450-550 HBN، مما يخلق طبقة سطحية صلبة مدعومة بنواة صلبة قابلة للسحب تمتص طاقة التأثير دون انتشار الكسر.
آلية تصلب العمل هذه هي الخاصية المميزة للفولاذ عالي المنغنيز والسبب في بقائه المادة المفضلة لألواح الفك وغيرها من أجزاء الكسارة عالية التأثير لأكثر من 130 عامًا منذ براءة اختراع روبرت هادفيلد الأصلية في عام 1882. الشرط الحاسم لحدوث تصلب العمل هو أن ضغط التأثير يجب أن يتجاوز قوة خضوع المادة. في التطبيقات التي تكون فيها طاقة الصدم منخفضة - التكسير الدقيق للصخور الناعمة، أو تشغيل الكسارة الفكية البطيئة - لا يصل سطح فولاذ المنغنيز إلى إمكانات تصلب العمل ويكون أداؤه ضعيفًا مقارنة بالبدائل الأكثر صلابة ولكن الأكثر هشاشة.
يُعد الحديد الزهر عالي الكروم (HCCI) مادة الصب الأولى المقاومة للتآكل لتطبيقات الكسارات حيث يهيمن التآكل الكاشط ويكون تحميل الصدمات متوسطًا إلى منخفضًا. إن ميزة أدائها على فولاذ المنغنيز في التطبيقات المناسبة ليست هامشية - عادةً ما يوفر الحديد الزهر عالي الكروم عمرًا أطول من 2 إلى 5 مرات للفولاذ عالي المنغنيز في التطبيقات عالية التآكل ومنخفضة التأثير وهو الفرق الذي يغير بشكل أساسي اقتصاديات عملية التكسير.
يتميز الحديد الزهر عالي الكروم بمحتوى الكروم بنسبة 12-30% ومحتوى الكربون بنسبة 2.0-3.6%، مما ينتج بنية مجهرية تتكون من كربيدات الكروم الصلبة (نوع M7C3) المدمجة في مصفوفة معدنية يمكن أن تكون مارتنزيتية أو أوستنيتي أو خليط اعتمادًا على المعالجة الحرارية. يتمتع كربيد الكروم M7C3 بصلابة 1,400-1,800 جهد عالي - أصلب من معظم المعادن الموجودة في الكسارات النموذجية، بما في ذلك الكوارتز (حوالي 1100 فولت). تعتبر صلابة الكربيد الشديدة هذه المصدر الرئيسي لمقاومة التآكل لدى HCCI.
يزداد الجزء الحجمي من كربيد الكروم في البنية المجهرية مع محتوى الكربون والكروم. تحقق الدرجات عالية الكربون والكروم العالي (3.0-3.5% C، 25-30% Cr) كسور حجم كربيد تبلغ 35-45%، مما يوفر أقصى مقاومة للتآكل. درجات الكربون المنخفضة (2.0-2.5% C، 12-15% Cr) تضحي ببعض مقاومة التآكل لتحسين المتانة، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات ذات التأثير المتوسط.
يحتوي الحديد المصبوب عالي الكروم على مصفوفة أوستنيتي ذات صلابة معتدلة. تعمل المعالجة الحرارية على تحويل المصفوفة إلى مارتنسيت، مما يزيد بشكل كبير من الصلابة الإجمالية ويحسن قدرة المصفوفة على دعم مرحلة الكربيد تحت التلامس الكاشطة. تسلسل المعالجة الحرارية القياسي لمسبوكات كسارة الحديد عالية الكروم هو:
يحقق الحديد الزهر عالي الكروم المعالج بالحرارة بشكل صحيح صلابة إجمالية تبلغ 58-68 HRC - مستوى من المستحيل تصنيعه بالوسائل التقليدية ويوفر مقاومة للتآكل تتجاوز أي مادة صب حديدية بديلة في ظروف الطحن والتآكل المنزلق عالية الضغط.
| الصف | محتوى الكروم (٪) | محتوى ج (%) | الصلابة (HRC) | صلابة التأثير | التطبيق الأساسي |
|---|---|---|---|---|---|
| Cr12 إتش سي سي آي | 11-14 | 2.0-2.8 | 56-62 | معتدل | قضبان نفخ الكسارة الثانوية، تطبيقات متوسطة التأثير |
| Cr20 إتش سي سي آي | 18-23 | 2.5-3.2 | 60-65 | منخفض-متوسط | قضبان نفخ الكسارة التصادمية، وأطراف الدوار VSI، والبطانات المخروطية |
| Cr26 إتش سي سي آي | 24-28 | 2.8-3.5 | 62-68 | منخفض | شديدة الكشط ومنخفضة التأثير: سحق الخبث والحجر الجيري الناعم |
الكسارات التصادمية — كل من الكسارات ذات العمود الأفقي (HSI) والكسارات ذات العمود الرأسي (VSI) — تُخضع أجزاء التآكل الخاصة بها لنظام تحميل مختلف تمامًا عن الكسارات الفكية أو المخروطية. بدلاً من التكسير الانضغاطي بين سطحين، تعمل الكسارات التصادمية على تسريع الصخور بسرعة عالية إلى سندانات ثابتة أو ضد جزيئات الصخور الأخرى. يجب أن تقاوم أجزاء التآكل في الكسارات الصدمية في نفس الوقت التآكل عالي السرعة للجزيئات المعدنية التي تنزلق عبر سطحها وتحميل الصدمات المتكرر لشظايا الصخور التي تضرب بسرعة طرف الدوار التي تبلغ 25-55 مترًا في الثانية.
إن قضيب النفخ — وهو عنصر الصدم المثبت على الدوار والذي يضرب الصخور القادمة — هو العنصر الأكثر تآكلًا في كسارة HSI، وهو أكثر عمليات الصب أهمية للأداء في الماكينة بأكملها. يجب أن يوازن اختيار مادة قضيب النفخ بين مقاومة التآكل ومتانة الصدمات داخل غلاف التشغيل المحدد للماكينة ومواد التغذية:
صفائح الكسارة (مآزر التصادم) هي أسطح السندان الثابتة التي تضرب عليها شظايا الصخور المتسارعة بقضيب النفخ في كسارات HSI. تجمع آلية التآكل الخاصة بها بين التأثير عالي السرعة في منطقة الضربة الأولية مع التآكل المنزلق الكاشط أثناء إعادة توجيه الشظايا على طول سطح الترماك. إن الحديد الزهر عالي الكروم بدرجة Cr20 هو المادة القياسية لألواح الكسارة في عمليات التكسير بالصدمة الثانوية والثالثية ، حيث يحد حجم التغذية الذي يتم التحكم فيه من طاقة التأثير القصوى إلى مستويات داخل غلاف الصلابة الخاص بـ HCCI. بالنسبة للتكسير الأولي باستخدام التغذية الكبيرة، فإن مآزر الفولاذ المارتنسيتي أو الفولاذ المنغنيز هي خيارات أكثر أمانًا على الرغم من مقاومتها المنخفضة للتآكل.
يظل الفولاذ عالي المنغنيز (فولاذ هادفيلد، فولاذ المنغنيز الأوستنيتي) هو المادة السائدة في أجزاء تآكل الكسارة الفكية، وأغطية الكسارة الدورانية والمقعرة، وأي تطبيق للكسارة يكون فيه التحميل المستمر عالي الطاقة هو آلية التآكل الأساسية. إن مزيجها من الصلابة الأولية المعتدلة، والقدرة القصوى على تصلب العمل، والمتانة الممتازة هو ملف تعريف أداء لا تكرره أي عائلة أخرى من السبائك المقاومة للتآكل.
تم تحسين تركيبة فولاذ هادفيلد القياسية بنسبة 11-14% منغنيز و1.0-1.4% درجة مئوية (ASTM A128 Grade B) على مدار عقود إلى مجموعة من الدرجات ذات التركيبات المعدلة التي تستهدف تطبيقات تكسير محددة:
يحتوي فولاذ المنغنيز المصبوب على رواسب كربيد حبيبية تؤدي إلى هشاشة السبيكة بشدة، مما يجعلها عرضة للكسر أثناء الخدمة. يؤدي التلدين بالمحلول - التسخين إلى 1000-1100 درجة مئوية والتبريد بالماء - إلى إذابة هذه الكربيدات في مصفوفة الأوستنيت، واستعادة البنية الأوستنيتية بالكامل وزيادة المتانة. يعد التلدين غير الكافي هو السبب الأكثر شيوعًا لكسر صفيحة الفك المبكر أثناء الخدمة وهي مواصفات الجودة التي يجب على المشترين التحقق منها عند الحصول على مصبوبات كسارة الصلب عالية المنغنيز. المؤشرات الرئيسية للمعالجة الحرارية المناسبة هي مظهر السطح المروي بالماء (غير المبرد بالهواء)، وبيانات درجة الحرارة المسجلة التي تظهر النقع الكامل في درجة الحرارة، وقيم تأثير شاربي التي تلبي الحد الأدنى ASTM A128 وهو 100 جول للدرجات القياسية.
لوحة الفك هي جزء التآكل الذي يحدد أداء الكسارة الفكية. في الكسارة الفكية، تقوم لوحتان فكيتان - لوحة الفك الثابتة (الثابتة) وصفيحة الفك المتأرجحة (المتحركة) - بإنشاء غرفة التكسير التي يتم فيها ضغط الصخور حتى تتكسر. عادةً ما تتآكل لوحة الفك الثابتة بشكل أسرع من لوحة الفك المتأرجحة لأنه هو السطح الثابت الذي يتم ضغط المواد عليه في الغالب، وتحدد هندسته وجودة المواد بشكل مباشر توزيع حجم المنتج، والإنتاجية، والفاصل الزمني بين استبدال لوحة الفك.
يؤدي السطح المموج للوحة الفك - التلال والوديان المتناوبة عبر الوجه الساحق - وظائف متعددة غالبًا ما لا يتم تقديرها بشكل كامل:
تبلغ درجة ميل الحافة (المسافة بين قمم التلال المجاورة) عادةً 50-100 مم للكسارات الأولية التي تعالج التغذية الكبيرة، وتقل إلى 30-60 مم للتطبيقات الثانوية. يتدهور ارتفاع الحافة الذي يتراوح من 30 إلى 50 مم على الألواح الجديدة إلى مستوى شبه مسطح عند نهاية العمر الإنتاجي - تُعد مراقبة ارتفاع الحافة طريقة موثوقة لتقييم عمر الخدمة المتبقي للوحة الفك دون إزالة اللوحة من الكسارة.
يعد التوزيع المكاني للتآكل على لوحة الفك الثابتة التي تمت إزالتها بمثابة معلومات تشخيصية حول عملية التكسير - وليس مجرد سجل لخسارة المواد. يتيح فهم أنماط التآكل الشائعة اتخاذ الإجراءات التصحيحية التي تعمل على إطالة عمر مجموعة لوحة الفك التالية:
تم تصميم معظم صفائح الفك بشكل متناظر للسماح بالعكس - تدوير اللوحة بزاوية 180 درجة لتقديم الجزء العلوي غير الملبوس إلى منطقة التكسير السفلية شديدة التآكل. يؤدي الانعكاس المنهجي للصفائح الفكية عند منتصف فترة خدمتها إلى إطالة عمر اللوحة الإجمالي بشكل مستمر بنسبة 30-50% ، حيث يتم نقل المواد التي كان سيتم التخلص منها على أنها مهترئة بالكامل في المنطقة السفلية إلى موضع تآكل أقل حيث تستمر في تقديم خدمة مفيدة. هذه الممارسة بسيطة، ولا تضيف أي تكلفة مادية، وهي الإجراء الأكثر فعالية لإطالة عمر لوحة الفك المتاحة لمشغلي الكسارة.
يتطلب الاختيار المنهجي لمواد الصب المقاومة للتآكل تقييمًا صادقًا لمتغيرين للتطبيق: الصلابة الكاشطة لمواد التغذية (معبرًا عنها بصلابة موهس أو محتوى السيليكا) ومستوى طاقة التأثير لمرحلة التكسير. يحدد هذان المتغيران، اللذان تم رسمهما مقابل بعضهما البعض، مصفوفة اختيار توجه اختيار السبائك بشكل أكثر موثوقية من التوصيات العامة.
| التطبيق | مواد العلف | مستوى التأثير | المواد الموصى بها | ميزة الحياة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| لوحة الفك كسارة الفك - الصخور الصلبة الأولية | الجرانيت، الكوارتزيت، البازلت | عالية جدًا | Mn18 أو Mn14Cr2 | أفضل صلابة. تصلب العمل ضروري |
| لوحة الفك كسارة الفك - الصخور الناعمة / المتوسطة | الحجر الجيري، الحجر الرملي | عالية | معيار Mn13 أو Mn14Cr2 | توازن جيد؛ تعمل إضافة الكروم على تحسين الصلابة الأولية |
| شريط النفخ HSI — ثانوي/ثالثي | الحجر الجيري، حجم التغذية <100 مم | معتدل | Cr20 إتش سي سي آي | 3-5× مقابل Mn13؛ يهيمن التآكل |
| شريط النفخ HSI — تغذية أولية كبيرة | الصخور المختلطة، خطر متشرد | عالية جدًا | Mn13 أو الفولاذ المارتنسيتي | خطر كسر HCCI غير مقبول |
| عباءة كسارة مخروطية / مقعرة | صخرة كاشطة صلبة | معتدل–High | Mn14Cr2 أو Mn18 | تصلب العمل أمر بالغ الأهمية لسطح الوشاح الداخلي |
| طرف الدوار VSI — شديد الكشط | رمل السيليكا والجرانيت | معتدل (high velocity) | Cr26 إتش سي سي آي or WC inserts | الحد الأقصى للصلابة المطلوبة عند طرف الدوار |
| كسارة الخبث - عالية التآكل | خبث الفرن وخام الحديد | منخفض-متوسط | Cr26 إتش سي سي آي | مقاومة التآكل القصوى. يناسب التأثير المنخفض HCCI |
لا يعتمد أداء مصبوبات تآكل الكسارة أثناء الخدمة على السبيكة المحددة فحسب، بل أيضًا على جودة ممارسات السبك وتنفيذ المعالجة الحرارية ودقة أبعاد الجزء النهائي. سوف تنكسر اللوحة الفكية المصبوبة من Mn13 المحددة بشكل صحيح ولكن مع التلدين غير المناسب في الأيام الأولى من الخدمة ; سوف يفشل قضيب النفخ عالي الكروم مع مسامية الانكماش الداخلي في حل العيب قبل وقت طويل من الوصول إلى عمر التآكل المتوقع. يعد تحديد السبيكة أمرًا ضروريًا ولكنه ليس كافيًا، كما أن ضمان جودة عملية الصب أمر بالغ الأهمية بنفس القدر.
يعد تحليل قياس طيف الانبعاث البصري (OES) لكوبون اختبار مصبوب مع كل حرارة للمعدن هو الطريقة القياسية للتحقق من أن الصب الذي تم تسليمه يلبي تركيبة السبائك المحددة. العناصر الأساسية التي يجب التحقق منها ونطاقات التسامح الخاصة بها:
يوفر اختبار صلابة المسبوكات النهائية التحقق من جودة المعالجة الحرارية الأكثر سهولة. الحد الأدنى من متطلبات الصلابة وطرق الاختبار:
تعد المسامية الداخلية وتجاويف الانكماش من أكثر عيوب الصب شيوعًا في أجزاء تآكل الكسارة والأكثر خطورة - فهي غير مرئية من الخارج ولكنها تعمل كمواقع تركيز الإجهاد التي تؤدي إلى الكسر المبكر. طرق الاختبار غير المدمرة المطبقة على مصبوبات الكسارة:
أفضل مواصفات صب التآكل توفر قيمتها الكاملة فقط عندما تقترن بممارسات التثبيت الصحيحة، ومراقبة التآكل المنهجية، وجدولة الاستبدال التي تلتقط الحد الأقصى من استخدام المواد دون المخاطرة بفشل فادح في الصب أو تلف هيكل الكسارة.
يتطلب استبدال ألواح الفك وقضبان النفخ في الوقت الصحيح - ليس في وقت مبكر جدًا (إهدار المواد المتبقية) ولا في وقت متأخر جدًا (المخاطرة بكسر الكسارة) - اتباع نهج مراقبة منهجي. ممارسات المراقبة الموصى بها: