破砕および鉱物処理において、摩耗部品は最小限に抑えるべき消耗品ではありません。摩耗部品は精密に設計された部品であり、その材料組成、微細構造、熱処理によって回路全体のスループット、運用コスト、製品品質が決まります。 高マンガン鋼鋳物と高クロム鋳鉄の選択は、クラッシャー摩耗部品の選択において最も重要な材料の決定です。 そして、それを誤ると、2 つの合金ファミリー間の初期価格の差よりも、ダウンタイム、時期尚早の交換、生産損失の方がはるかに多くのコストがかかります。
このガイドでは、冶金、性能特性、選択ロジック、およびクラッシャー摩耗鋳造の最も重要な 4 つのカテゴリの調達基準について説明します。 インパクトクラッシャー高クロム鋳物 、クラッシャー高マンガン鋼鋳物、高クロム鋳鉄部品、ジョークラッシャー高マンガン鋼ジョープレート - ジョークラッシャー設置において最も交換される摩耗部品である固定ジョープレートに特に焦点を当てています。
クラッシャーの摩耗部品は、摩耗と衝撃という 2 つの異なるメカニズムによって破損し、これらのメカニズムでは根本的に異なる材料反応が必要になります。この両方に同時に優れた単一の合金は存在しません。そのため、摩耗鋳物の選択は、破砕用途で存在する衝撃強度と摩耗硬度の特定の組み合わせによって決定される必要があります。
摩耗は、石英、花崗岩、玄武岩、鉄鉱石、スラグなどの硬質鉱物粒子が鋳造表面に対して滑ったり転がったりして、微細な溝を耕し、凹凸レベルの材料を除去するときに発生します。耐摩耗性の主な要素は表面硬度です。 硬い表面は砥粒の接触下での変形が少なく、耕された溝の深さが減少し、単位滑り距離ごとに移動する材料の体積が減少します。 これが、硬度 58 ~ 68 HRC の高クロム鋳鉄が、純粋な摩耗環境において標準的な高マンガン鋼 (初期硬度 180 ~ 220 HBN、約 15 ~ 20 HRC に相当) よりも大幅に優れている理由です。
衝撃摩耗は、岩石の破片が鋳造表面に高速で衝突すると発生し、局所的な応力集中が生じ、脆性材料が破壊されたり、延性材料が塑性変形したりする可能性があります。高クロム鋳鉄の極めて高い硬度は、低い破壊靱性を伴います - 典型的なシャルピー衝撃値は、高クロム鉄では 3 ~ 8 J であるのに対し、高マンガン鋼では 100 ~ 200 J - 繰り返しの高エネルギー衝撃を受けると亀裂や剥離が発生しやすくなります。高マンガン鋼の独特の利点は、そのオーステナイト微細構造です。繰り返しの衝撃荷重の下で、表面加工硬化が 180 ~ 220 HBN の鋳放し硬度から 450 ~ 550 HBN に硬化し、破壊を伝播させることなく衝撃エネルギーを吸収する強靭で延性のあるコアで裏打ちされた硬い表面層が形成されます。
この加工硬化メカニズムは高マンガン鋼の特徴であり、1882 年にロバート ハドフィールドが最初に特許を取得して以来、130 年以上にわたって高マンガン鋼がジョー プレートやその他の高衝撃クラッシャー摩耗部品に選ばれる材料であり続けている理由です。 加工硬化が発生するための重要な要件は、衝撃応力が材料の降伏強度を超えなければならないことです。 衝撃エネルギーが低い用途(軟岩の細かい粉砕や低速ジョークラッシャー操作)では、マンガン鋼の表面は加工硬化能力に達せず、より硬いがより脆い代替品と比較して性能が劣ります。
高クロム鋳鉄 (HCCI) は、摩耗が多く、衝撃荷重が中程度から低いクラッシャー用途に最適な耐摩耗性鋳造材料です。適切な用途においてマンガン鋼を上回る性能上の利点はわずかではありません。 高クロム鋳鉄は通常、高摩耗、低衝撃の用途において高マンガン鋼の 2 ~ 5 倍の摩耗寿命を実現します。 、この違いは破砕作業の経済性を根本的に変えるものです。
高クロム鋳鉄は、クロム含有量が 12 ~ 30%、炭素含有量が 2.0 ~ 3.6% であることを特徴とし、熱処理に応じてマルテンサイト、オーステナイト、または混合物となる金属マトリックスに埋め込まれた硬質炭化クロム (M7C3 タイプ) からなる微細構造を生成します。 M7C3 炭化クロムの硬度は次のとおりです。 1,400~1,800HV — 石英(約 1,100 HV)を含む、一般的な粉砕機の原料に含まれるほとんどの鉱物よりも硬い。この極めて高い超硬硬度が、HCCI の耐摩耗性の主な源です。
微細構造中の炭化クロムの体積分率は、炭素とクロムの含有量が増加するにつれて増加します。高炭素、高クロムグレード (3.0 ~ 3.5% C、25 ~ 30% Cr) は、炭化物体積分率 35 ~ 45% を達成し、最大の耐摩耗性を提供します。低炭素グレード (2.0 ~ 2.5% C、12 ~ 15% Cr) は、靱性を向上させるために耐摩耗性をある程度犠牲にし、中程度の衝撃を受ける用途により適しています。
鋳放しの高クロム鉄は、適度な硬度のオーステナイト母材を持っています。熱処理によりマトリックスがマルテンサイトに変化し、全体の硬度が劇的に向上し、摩耗接触下で炭化物相をサポートするマトリックスの能力が向上します。高クロム鉄クラッシャー鋳物の標準的な熱処理順序は次のとおりです。
適切に熱処理された高クロム鋳鉄は、全体の硬度 58 ~ 68 HRC を達成します。 — 従来の方法では機械加工が不可能なレベルであり、高応力研削および滑り摩耗条件において他の鉄鋳造材料を超える耐摩耗性を提供します。
| グレード | Cr含有量(%) | C含有量(%) | 硬度(HRC) | 衝撃靱性 | 主な用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| Cr12 HCCI | 11–14 | 2.0~2.8 | 56–62 | 中等度 | 二次クラッシャーブローバー、中程度の衝撃用途 |
| Cr20 HCCI | 18~23 | 2.5~3.2 | 60–65 | 低~中程度 | インパクトクラッシャーブローバー、VSIローターチップ、コーンライナー |
| Cr26 HCCI | 24–28 | 2.8~3.5 | 62–68 | 低い | 研磨性が高く、衝撃が少ない: スラグ破砕、細かい石灰石 |
インパクト クラッシャー (水平シャフト インパクター (HSI) と垂直シャフト インパクター (VSI) の両方) は、摩耗部品にジョー クラッシャーやコーン クラッシャーとは根本的に異なる荷重領域を与えます。インパクトクラッシャーは、2 つの表面間で圧縮破砕するのではなく、岩石を高速で加速して固定アンビルに入れたり、他の岩石粒子に衝突させたりします。 インパクトクラッシャーの摩耗部品は、表面を滑る鉱物粒子の高速摩耗と、毎秒 25 ~ 55 メートルのローター先端速度で衝突する岩石破片の繰り返しの衝撃荷重に同時に耐える必要があります。
ブローバー (入ってくる岩石を叩くローターに取り付けられた衝撃要素) は、HSI クラッシャーの中で最も摩耗しやすいコンポーネントであり、機械全体の中で最も性能が重要な鋳物です。ブローバーの材料選択では、機械と供給材料の特定の動作範囲内で耐摩耗性と衝撃靱性のバランスをとる必要があります。
ブレーカー プレート (インパクト エプロン) は、HSI 破砕機でブローバーで加速された岩石の破片が衝突する固定アンビルの表面です。その摩耗メカニズムは、最初のストライクゾーンでの高速衝撃と、破片がエプロン表面に沿って向きを変えるときの摩耗性の滑り摩耗を組み合わせたものです。 高クロム鋳鉄Cr20グレードは、二次および三次衝撃破砕におけるブレーカープレートの標準材質です。 、制御された送りサイズにより、ピーク衝撃エネルギーが HCCI の靭性エンベロープ内のレベルに制限されます。大量の送りを伴う一次粉砕の場合、耐摩耗性は低いものの、マルテンサイト鋼またはマンガン鋼のエプロンがより安全な選択肢となります。
高マンガン鋼 (ハドフィールド鋼、オーステナイト系マンガン鋼) は、ジョークラッシャーの摩耗部品、ジャイレトリークラッシャーのマントルと凹面、および持続的な高エネルギー衝撃荷重が主な摩耗メカニズムとなるクラッシャー用途で依然として主要な材料です。 適度な初期硬度、極度の加工硬化能力、および優れた靭性の組み合わせは、他の耐摩耗性合金ファミリーが再現できない性能プロファイルです。
11 ~ 14% の Mn および 1.0 ~ 1.4% C のハドフィールド鋼の標準組成 (ASTM A128 グレード B) は、数十年にわたって、特定の粉砕用途をターゲットに組成が変更された一連のグレードに精製されてきました。
鋳放しのマンガン鋼には、合金を著しく脆化させる粒界炭化物析出物が含まれており、使用中に破損しやすくなります。溶体化焼鈍 (1,000 ~ 1,100°C に加熱して水焼入れ) を行うと、これらの炭化物がオーステナイト マトリックスに溶解され、完全なオーステナイト構造が復元され、靭性が最大化されます。 不適切な溶体化焼鈍は、使用中のジョープレートの早期破損の最も一般的な原因です これは、バイヤーが高マンガン鋼クラッシャー鋳物を調達するときに確認する必要がある品質仕様です。適切な熱処理の重要な指標は、水焼き入れされた表面の外観 (空冷ではない)、その温度での完全な浸漬を示す記録された時間と温度のデータ、および標準グレードの ASTM A128 最小値 100 J を満たすシャルピー衝撃値です。
ジョープレートはジョークラッシャーの性能を決める摩耗部品です。ジョークラッシャーでは、固定 (静止) ジョー プレートとスイング (可動) ジョー プレートの 2 つのジョー プレートが破砕室を形成し、その中で岩石が砕けるまで圧縮されます。 固定ジョープレートは通常、スイングジョープレートよりも早く摩耗します。 なぜなら、それは材料が主に圧縮される静止表面であり、その形状と材料の品質が製品のサイズ分布、スループット、およびジョープレートの交換間隔を直接決定するからです。
ジョープレートの波形表面(破砕面全体で山と谷が交互に並んでいる)は、十分に理解されていないことが多い複数の機能を果たします。
リッジピッチ (隣接するリッジの頂点間の距離) は、通常、大量の原料を処理する一次破砕機では 50 ~ 100 mm ですが、二次用途では 30 ~ 60 mm に減少します。新しいプレートのリッジ高さ 30 ~ 50 mm は耐用年数の終わりにはほぼ平らに劣化します。リッジ高さを監視することは、プレートをクラッシャーから取り外さずにジョープレートの残りの耐用年数を評価するための信頼できる方法です。
取り外した固定ジョープレートの摩耗の空間分布は、単なる材料損失の記録ではなく、破砕作業に関する診断情報となります。一般的な摩耗パターンを理解すると、次のジョー プレート セットの寿命を延ばす修正措置が可能になります。
ほとんどのジョープレートは、プレートを 180 度回転させて、磨耗していない上部セクションを摩耗の激しい下部破砕ゾーンに提示する、反転ができるように対称的に設計されています。 耐用年数の中間点でジョープレートを体系的に反転させることで、プレートの総寿命が一貫して 30 ~ 50% 延長されます これは、下部ゾーンで完全に摩耗したために廃棄される材料が、摩耗の少ない位置に移動され、有用なサービスが提供され続けるためです。この実践は簡単で、追加の材料費はゼロで、破砕機オペレーターが利用できる唯一の最も効果的なジョー プレートの寿命延長策です。
摩耗鋳造材料を体系的に選択するには、供給材料の研磨硬度 (モース硬度またはシリカ含有量として表される) と破砕段階の衝撃エネルギー レベルという 2 つのアプリケーション変数を正直に評価する必要があります。これら 2 つの変数を相互にプロットすると、経験則による推奨よりも確実に合金を選択できる選択マトリックスが定義されます。
| アプリケーション | 飼料材料 | 影響レベル | 推奨素材 | 期待寿命の利点 |
|---|---|---|---|---|
| ジョークラッシャージョープレート - ハードロックプライマリ | 花崗岩、珪岩、玄武岩 | 非常に高い | Mn18 または Mn14Cr2 | 最高の靭性。加工強化に不可欠な |
| ジョークラッシャージョープレート - ソフト/ミディアムロック | 石灰岩、砂岩 | 高 | 標準 Mn13 または Mn14Cr2 | バランスが良い。 Cr添加により初期硬さが向上 |
| HSI ブローバー - 二次/三次 | 石灰石、サイズ飼料 <100mm | 中等度 | Cr20 HCCI | 3 ~ 5× 対 Mn13;摩耗が支配的 |
| HSI ブローバー — プライマリ、大送り | 混合岩、浮浪者の危険 | 非常に高い | Mn13 またはマルテンサイト鋼 | HCCI骨折のリスクは容認できない |
| コーンクラッシャーマントル/コンケーブ | 硬い砥石 | 中等度–High | Mn14Cr2またはMn18 | マントル内部表面にとって重要な加工硬化 |
| VSI ローターチップ - 研磨性が高い | 珪砂、花崗岩 | 中等度 (high velocity) | Cr26 HCCI または WC インサート | ローター先端に要求される最高の硬度 |
| スラグクラッシャー - 高摩耗性 | 炉スラグ、鉄鉱石 | 低~中程度 | Cr26 HCCI | 極めて優れた耐摩耗性。低衝撃スーツ HCCI |
使用中のクラッシャー摩耗鋳物の性能は、指定された合金だけでなく、鋳造業務の品質、熱処理の実行、完成部品の寸法精度にも依存します。 正しく指定された Mn13 から鋳造されたジョー プレートは、溶体化焼鈍が不十分であると、使用開始数日で破損します。 ;内部収縮多孔性を備えた高クロムブローバーは、予想される摩耗寿命に達するずっと前に欠陥で破損します。合金の指定は必要ですが、十分ではありません。鋳造プロセスの品質保証も同様に重要です。
金属を加熱するたびに鋳造されたテストクーポンの発光分光分析 (OES) 分析は、納品された鋳造品が指定された合金組成を満たしていることを検証するための標準的な方法です。検証する重要な要素とその許容範囲:
完成した鋳物の硬度試験は、熱処理の適切性の品質検証を最も容易に行うことができます。最小硬度要件と試験方法:
内部気孔と引け巣はクラッシャー摩耗部品で最も一般的な鋳造欠陥であり、最も危険です。これらは外部からは見えませんが、早期破壊を引き起こす応力集中部位として機能します。クラッシャー鋳物に適用できる非破壊検査方法:
最適な摩耗鋳造仕様は、正しい設置方法、系統的な摩耗監視、および鋳造品の壊滅的な故障やクラッシャー構造への損傷の危険を冒さずに材料の利用を最大限に活用する交換スケジュールを組み合わせた場合にのみ、その真価を発揮します。
ジョープレートとブローバーを適切な時期に交換するには、早すぎても(残りの材料が無駄になる)、遅すぎても(破砕機が破損する危険があります)、体系的なモニタリングアプローチが必要です。推奨される監視方法: