Применение стали марки HARDOX в горной промышленности

Боголюб Грнеж, технический менеджер компании SSAB Oxelcsund AB (Швеция)

В горнодобывающей промышленности наиболее существенные затраты приходятся на техническое обслуживание оборудования и его замену после износа. Применение высокопроизводительного оборудования, износостойких компонентов, способных выдерживать значительные нагрузки в процессе ведения горных работ, обеспечивает значительную экономию средств предприятий.

Стали марки HARDOX являются продуктом, обладающим длительной износостойкостью, и позволяют снизить затраты и повысить производительность труда в горной промышленности. HARDOX - сталь, улучшенная закалкой и отпуском - заслужила солидную репутацию в мире благодаря высококачественной поверхности и твердости, позволяющей противостоять большинству видов износа, а также легкости при обработке в ремонтно-механиче-ских цехах горных предприятий.

Стали марки HARDOX -эксклюзивный продукт компании SSAB Oxelosund AB

За многие годы использования HARDOX стала именем нарицательным всех износостойких сталей. Однако оригинальную износостойкую листовую сталь HARDOX выпускает только один производитель - шведская компания SSAB Oxelcsund AB (SSAB). Только износостойкие листовые стали HARDOX удовлетворяют самым высоким требованиям заказчиков к свойствам продукта (чрезвычайно высокая точность проката, гладкая и ровная поверхность, прекрасная ударная вязкость, предсказуемый срок службы и равномерный износ) и гарантируются компанией SSAB.

Постоянное совершенствование продукции - стиль работы компании SSAB Oxelosund AB

Сталь HARDOX впервые начала изготавливаться в 1970-х годах, в течение последующего времени ее качество постоянно улучшалось. Сталь имеет шесть классов твердости (по Бринеллю): 350 HB, 400 HB, 450 HB, 500 HB, 550 HB и 600 HB, ее прочность обеспечивается эффективной закалкой и отпуском, выполняемыми на разработанной компанией SSAB линии закалки стали в воде.

Этот постоянно совершенствующийся технологический процесс позволяет получать очень прочную листовую сталь и пластичный лист при небольшом содержании легирующих добавок. В результате лист получается ударостойким и может выдерживать большие напряжения при работе машины даже в условиях очень низких температур.

Несмотря на высокий уровень твердости, сталь HARDOX легко обрабатывается в цехах по ремонту машин, а низкие значения углеродного эквивалента позволяют без проблем производить сварочные работы. Лист легко режется газовой, плазменной или лазерной резкой. Однородное качество и чистота делают сталь удобной для стыкования и сваривания швов. Эти качества также позволяют выполнять механическую обработку без специального оборудования.

Конечно, при увеличении твердости листа возрастают трудности его механической обработки. Но даже самые твердые марки стали HARDOX можно успешно резать, сваривать и обрабатывать на металлорежущих и обрабатывающих станках.

Срок службы

Для каждого карьера чрезвычайно важно минимизировать время нахождения горных технологических машин в регламентных видах технического обслуживания и увеличить интервалы их сервисного обслуживания. Поэтому компания SSAB заинтересована в выполнении прогноза по износу на много лет вперед.

Компанией SSAB разработана модель процесса износа при скольжении металла по поверхности, известная как модель относительного износа. Это довольно простой подход к решению проблем износа, но он показал свою надежность и точность в выполнении прогноза срока службы стали различных марок на длительный период.

В основе этого метода заложено сравнение интенсивности износа различных марок сталей с интенсивностью износа обычной стали, например, Ст.3, в результате чего определяется сравнительный коэффициент интенсивности их износа. Для этого проводится определение и сравнение повреждения поверхности стального листа при его истирании абразивным материалом.

Компания SSAB представляет модель сравнительного исследования относительного износа стали в компьютерной программе WearCalc. Эта программа обеспечивает пользователю легкий доступ к модели. В программе заложена возможность сравнения большого количества марок стали, например, марки HARDOX и Ст.3. В то же время имеется возможность использовать данные износа для других сталей на основе знаний об их твердости.

Кроме того, в программе имеется информация о нескольких сотнях минералов, которые воздействуют на сталь, приводя ее к истиранию. Это позволяет анализировать разрушающее воздействие большого количества горных пород и руд разного состава. Каждый их вид создает уникальный износ.

Заказчики продукции компании SSAB могут получить копию программы после вводного курса, проведенного сотрудником SSAB.

Применение стали HARDOX в карьерной и вспомогательной технике


Благодаря сочетанию технологичности, прочности и других свойств, таких как вязкость и пластичность, сталь HARDOX прекрасно подходит для широкого применения в горной промышленности, от кузовов самосвалов и ковшей экскаваторов, до дробилок и мельниц. Чем выше твердость руды и горных пород, тем больше выгода от использования сталей HARDOX.

Упрочение ковшей гидравлических экскаваторов

Наружные боковые плоскости ковша экскаватора наиболее подвержены истирающему и ударному видам износа практически по всей площади их поверхности. Учитывая размеры и мощность современных ковшей, правильное применение износостойкой обшивки увеличит интервалы обслуживания и позволит избежать незапланированных простоев экскаватора вследствие ремонта ковша.

Боковые стенки и кромки, углы, днище ковша можно защитить от ударного и истирающего видов износа с помощью наварных стержней, выполненных из HARDOX 500 и имеющих после установки максимальную твердость, не требуя достижения полной твердости, как в случае с марганцевыми сталями. Для замены изношенной режущей кромки ковша предпочтительной является сталь HARDOX HiTuf, которая имеет прекрасное сочетание свойств ударная вязкость/прочность.

Внутренняя поверхность передней и боковых стенок ковша экскаватора подвержена наибольшему износу. Наваренные на эти поверхности полосы из HARDOX 500 или HARDOX 550 способны наилучшим образом защитить их от износа. Полосы могут плотно прилегать друг к другу так, чтобы не было продольных зазоров. Сварка в пазах в поперечном направлении обеспечивает защиту от разрушения сварных швов при наполнении ковша горной породой.

При загрузке и разгрузке ковша его днище подвергается особенно сильному истиранию. Наибольший износ наблюдается на нижней части кромки днища, поскольку в этом месте горные породы зависают при выгрузке в кузов транспортного сосуда. В этой области днища обшивка из HARDOX 500 и HARDOX 550 обеспечивает максимальную защиту от ударного и абразивного видов износа.

Упрочнение ковшей экскаватора типа прямая лопата

Наружная стенка ковша подвергается износу при ударе и скольжении во время черпания породы, особенно в нижней части стенки. Стержни износа из HARDOX 500, приваренные поперечно потоку зачерпывания горной породы, защищают эту область, а также угловые сварные швы, от абразивного износа.

Углы ковшей экскаваторов типа прямая лопата не закруглены, как у ковшей мехлопат с канатным и реечным ковшами, а имеют угол, близкий к прямому. Эти части ковшей подвергаются наибольшему износу при ударе и скольжении зачерпываемой горной породы, боковые стенки ковша могут быть эффективно защищены с помощью полос из HARDOX 500.

Плоскость внешней стороны передней стенки ковша испытывает наибольшее истирающее воздействие. Кроме того, передняя стенка изнашивается от ударов крупных кусков породы при наполнении ковша в забое. На внутренней поверхности задней стенки ковша полосы из HARDOX 500 привариваются параллельно линии передней режущей кромки, что обеспечивает максимальную защиту его и сварных швов от износа.

Наружные и внутренние поверхности боковых стенок ковша и кромок подвергаются ударному воздействию при внедрении ковша в навал горной породы или в массив забоя, а также истирающему износу при попадании породы в ковш. Защитная обшивка из HARDOX 500 обеспечивает необходимую защиту ковша от этих двух видов износа.

Внутренняя поверхность задней стенки основания ковша воспринимает удары от породы при его наполнении, а при разгрузке породы эта поверхность подвергается истирающему износу. Листы из HARDOX 500 позволяют обеспечить основанию ковша максимальную защиту от ударного и истирающего при скольжении породы износа.

Во время рабочего цикла экскавации и разгрузки ковша днище подвергается сильному ударному и истирающему износу. Нижняя кромка ковша подвергается наибольшему износу во время разгрузки, когда горные породы из ковша быстро перемещаются через эту кромку. Поэтому, для защиты кромки от этих видов износа, привариваются полосы из стали HARDOX 500, поперечно направлению движения горных пород при разгрузке ковша.

Упрочнение ковша драглайна

До недавних пор ковши драглайна выполнялись только литыми. Сегодня сложилась тенденция использования в конструкции ковша вместо литых деталей износостойкие пластины. Ковши драглайна - это крупное и технологически сложное оборудование, подверженное высоким напряжениям и сильному износу. Поэтому к материалу ковша предъявляется строгое требование по уровню твердости и ударной вязкости, которым отвечают стали HARDOX 400 и HARDOX 450.

В процессе ремонта ковша драглайна изношенные и поврежденные участки его поверхности вырезаются и заменяются на новые, выполненные из сталей HARDOX.

Упрочнение ковша погрузчика

Режущая кромка ковша подвергается наибольшему износу от ударов и истирающих нагрузок. Кроме того, при каждом рабочем цикле она изгибается. Поэтому к материалу режущей кромки предъявляются строгие требования по твердости и ударной вязкости. Выбор материала для режущей кромки зависит также от ее толщины и геометрических размеров ковша. Для режущих кромок толщиной до 60 мм, можно использовать HARDOX 400, HARDOX 450 или HARDOX 500. Для кромок большей толщины предпочтительно использовать HARDOX HiTuf.

Передняя стенка ковша фронтального погрузчика подвергается постоянному износу при ударе и скольжении по разрабатываемым горным породам. Дно ковша требует защиты от износа по всей поверхности. Защитные полосы из износостойкого листа приваренные - между зубьями, за козырьком, а также на опорных пластинах с обратной стороны ковша, могут быть выполнены из HARDOX 500, что обеспечит надежную защиту от ударного и истирающего износа.

В ковшах большего размера пластины защитной оболочки и между зубьями обычно укрепляются на штифтах, также как и литые или кованые резцы в боковых и нижней частях стенок. При необходимости листы стали HARDOX 500 могут быть разрезаны на пластины нужных размеров в ремонтно-механическом цехе предприятия.

Ковши самых мощных карьерных погрузчиков оборудуются широкими нотами, укрепляемыми в боковых стенках ковша, предназначение которых - расчистить пути движения колес погрузчиков при черпании и движении по забою и предотвратить порезы шин. Ножи могут также облицовываться пластинами из стали HARDOX 400.

Внутренние поверхности передней и задней стенок ковша могут быть защищены листами из HARDOX 500 или HARDOX 550, а боковых стенок - из HARDOX 500. Наружная поверхность передней стенки и боковин ковша могут быть обшиты стальными листами из HARDOX 500.

Упрочнение рабочего оборудования бульдозеров и рыхлительно-бульдозерных агрегатов


Рабочим оборудованием бульдозеров обычно являются бульдозерный отвал и рыхлительный зуб.

Режущие кромки и бока отвала бульдозера подвержены ударному и истирающему износу. Эти детали могут быть выполнены из HARDOX 500, что позволяет продлить срок их службы. Хорошая механическая обрабатываемость HARDOX 500 позволяет выполнять требуемую коническую зенковку отверстий под крепежные болты. Плоскость отвала подвергается ударам и истиранию скользящей породы и крупных валунов во время их перемещения бульдозером. Формованная плоскость отвала из HARDOX 500 выдерживает такие тяжелые нагрузки и позволяет увеличить срок службы рабочего оборудования бульдозера.

Рыхлительный зуб обычно подвержен износу от ударных и истирающих нагрузок в процессе рыхления утрамбованной поверхности породного отвала дорог и поверхности рабочих площадок. Сталь HARDOX HiTuf для стойки рыхлителя обеспечивает наилучшую износостойкость.

Защита кузовов карьерных самосвалов


Кузова самосвалов подвергаются износу во время загрузки и разгрузки породой. Во время загрузки он подвергается ударным нагрузкам падающих кусков породы ковша погрузочной машины, особенно при выгрузке первого ковша. В процессе разгрузки самосвала днище и борта кузова испытывают истирающие нагрузки от скользящей горной породы. Вероятность ударного износа при разгрузке кузова мала.

Для обшивки кузовов самосвалов часто используются стальные листы HARDOX 400, HARDOX 450 и HARDOX 500. Выбор марки стали и толщины листа зависит от грузоподъемности самосвала и твердости перевозимой породы. В основном, на бортах используется HARDOX 400 и HARDOX 450 толщиной от 6 до 15 мм, а на днище кузова - HARDOX 450 и HARDOX 500 толщиной от 14 до 25 мм.

Учитывая, что наибольшие куски руды, загружаемой экскаватором в кузов самосвала, могут весить до пяти тонн, HARDOX 500 обладает также высокой
стойкостью к истирающим нагрузкам, поэтому рекомендуется для обшивки бортов кузовов самосвалов.

Например, для транспортирования железной руды с составом 30% магнетита, 40% кварца, 20% амфибола и 10% плагиоклаза, срок службы кузова (т.е. срок полного износа от истирающих нагрузок) из HARDOX 400, рассчитанный с помощью WearCalc, приблизительно вдвое больший, чем при использовании мягкой стали. Переход с HARDOX 400 на HARDOX 500 может также увеличить срок службы кузова на 70%.

По уровню износостойкости лист 20 мм из HARDOX 400 эквивалентен листу 14 мм из HARDOX 500. Поэтому, например, если для самосвала грузоподъемностью 85 тонн, (имеющего площадь поверхности кузова 40 м2) использовать для обшивки кузова HARDOX 500 толщиной 14 мм, то его грузоподъемность можно увеличить на 2 тонны (и одновременно уменьшить эксплуатационные расходы, потребление топлива, износ шин, и т.д.).

Стремясь облегчить собственную массу кузова, ряд производителей самосвалов начали использовать HARDOX в качестве несущих листов в конструкции днища и стенок карьерных большегрузных автомобилей.

Еще одна возможность уменьшить собственную массу кузова самосвала, может быть реализована за счет использования концепции «пустые карманы». В этом случае обшивка кузова выполняется не из сплошных листов металла, а из листов, в которых выполнены отверстия, или полос износа, укрепленных на днище и по бортам кузова поперечно направлению движения потока разгружаемого груза.

Этот подход предполагает износ исходного материала. Стержни, закрепленные к листу перпендикулярно направлению потока материала, выполняют функцию «пустых карманов». В «карманах» будут оседать абразивные материалы типа песка, измельченных пород. В пространстве между полосами осевшие частицы породы будут сами изнашиваться и защищать поверхность металла от контакта с выгружаемой породы.

Небольшой износ происходит в верхней части полос, поскольку мелкие частицы перемещаются по стальной полосе под определенным давлением. Если породы крупнокусковые и не оседают в «карманах», то они при загрузке перекатываются и оказывают меньшее истирающее воздействие, чем при скольжении по чистой стальной поверхности. В результате интенсивность износа снижается приблизительно до 30-40% по сравнению с листом из гладкого металла.

Защита кузовов железнодорожных полувагонов

Железнодорожные полувагоны и думпкары, используемые для транспортировки полезных ископаемых из карьеров до перерабатывающего завода, как и кузова самосвалов, подвергаются ударному и истирающему износу. Общий способ защиты кузовов вагона от такого износа - изготовление его из листов HARDOX 400 или HARDOX 450, в результате которого срок их службы существенно возрастает.

Больше, чем просто продажи


Предприятия горной промышленности, которые воспользуются преимуществами, предоставляемыми сталями HARDOX, получают больше чем высококачественный износостойкий материал. Компания SSAB Oxelosund занимается не только продажами, но и предоставлением различных услуг, таких как проведение бесплатных семинаров на предприятиях с целью максимизации эффективности использования сталей HARDOX и других продуктов.

В компании имеется группа специалистов-менеджеров, отвечающих за техническую помощь заказчикам в различных географических регионах. Созданы также различные группы специалистов (Группа технологии износа, Группа концептуального проектирования и др.), в обязанности которых входит обеспечение технической поддержки заказчиков.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2008, стр.34