Durezza e tenacità: Cosa conta davvero per le parti di usura dei mulini verticali

Quando i miei manicotti a rulli si guastavano presto, davo la colpa alla "bassa durezza". Poi ho visto rulli molto duri rompersi in pochi mesi, mentre quelli più morbidi a volte duravano di più. A quel punto ho iniziato a considerare attentamente la durezza, l'impatto e le reali condizioni di lavoro.

La durezza controlla la velocità di usura della superficie. La tenacità controlla la velocità di rottura del pezzo. Per i mulini verticali, la durata reale dipende dalla ricerca di un equilibrio tra i due fattori, in base al livello di impatto, alla dimensione dell'avanzamento e alla modalità di rottura dominante, non solo alla durezza.

%(一定要是百分比键，而不是感叹号)Durezza del manicotto a rulli VRM vs. tenacità

Voglio illustrare le domande esatte che molti team di impianti mi pongono in loco. Non parlerò solo dei numeri di laboratorio, ma anche di come si comportano le maniche quando il mulino vibra, l'alimentazione cambia o una grossa palla di clinker cade nella zona di macinazione. Spero che questo vi aiuti a considerare la durezza e la tenacità in modo più semplice e pratico.

Perché i miei manicotti a rulli VRM si guastano anche quando la durezza è elevata?

Molti ingegneri mi dicono: "Il fornitore ha dato HRC 60, ma il manicotto si è rotto lo stesso". L'ho sentito dire tante volte. Capisco la frustrazione, perché sulla carta sembra tutto a posto.

L'elevata durezza da sola non impedisce la formazione di cricche o scagliature. Se la microstruttura è fragile o la tenacità è bassa, i manicotti molto duri possono cedere precocemente in seguito a urti, vibrazioni o sollecitazioni locali, anche se il valore della prova di durezza sembra impressionante.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)criccatura del manicotto VRM ad alta durezza

Cosa nasconde l'elevata durezza

Quando visito i mulini, vedo spesso maniche con:

I fornitori a volte spingono il contenuto di carbonio e di leghe per ottenere una durezza più elevata e poi raffreddano la colata troppo velocemente. La pistola di durezza segna HRC 60+, quindi tutti si sentono al sicuro. Ma la matrice si riempie di grossi carburi in una rete fragile. Sotto la pressione di laminazione e l'impatto improvviso di un avanzamento eccessivo, in questi punti deboli si formano microcricche. Si uniscono e causano la caduta di pezzi superficiali. In un VRM, il carico non è statico. La pressione cambia, lo spessore del letto non è costante e i rulli scivolano e vibrano. In questo ambiente reale, una durezza leggermente inferiore con un supporto più duttile spesso funziona meglio di una struttura "molto dura ma vetrosa".

Come posso bilanciare la durezza e la resistenza per prolungare la durata della manica a rulli?

Spesso vedo impianti passare da materiali "super duri" a materiali "molto duri" dopo un brutto guasto. Poi si accorgono che l'usura diventa troppo rapida. Questo cambio continuo costa tempo, denaro e fiducia all'interno dell'impianto.

Per bilanciare durezza e tenacità, considero innanzitutto la modalità di guasto principale. Se il limite è l'usura, aumento la durezza con una tenacità sicura. Se il limite è la cricca, regolo la lega e il trattamento termico per aumentare la tenacità, anche se la durezza diminuisce leggermente.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)tabella di equilibrio della durezza e della tenacità

Il mio modo semplice di pensare all'equilibrio

Quando parlo con le squadre mi piace una tabella molto semplice:

Per stabilire il giusto equilibrio, utilizziamo la progettazione della lega e il trattamento termico. Ad esempio, possiamo affinare i carburi, evitare reti continue fragili e mantenere una matrice forte ma più duttile. Con i progetti di compositi metallo-ceramica, posso posizionare zone molto dure dove l'usura da scorrimento è maggiore, e acciaio più duro nelle regioni soggette a impatto e flessione. In pratica, non inseguo un singolo valore magico di durezza. Definisco un intervallo di durezza insieme a un obiettivo di durezza all'impatto (come un valore Charpy) che si adatta al tipo di mulino, alla pressione e all'alimentazione. Questo mix offre una durata molto più stabile rispetto alla sola durezza.

Perché la mia attuale parte soggetta a usura si rompe sotto i carichi d'urto?

Molti utenti mi dicono che all'inizio il manicotto sembra a posto. Ma dopo un arresto pesante o il passaggio di un grosso pezzo di metallo, trovano una crepa sulla superficie. A volte il mulino scatta prima per le vibrazioni elevate.

Le cricche sotto i carichi d'urto di solito significano che il materiale non è in grado di assorbire l'energia d'urto. La matrice è troppo fragile, la progettazione crea una concentrazione di tensioni, oppure la fusione e il trattamento termico hanno lasciato difetti nascosti che si sviluppano quando l'impatto colpisce.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)rullo vrm a impatto

Cosa fa realmente l'impatto all'interno della manica

Mi piace dividere la questione in tre parti:

Un singolo impatto pesante invia un'onda di stress attraverso il manicotto. Se la struttura è piena di carburi grossolani in una rete debole, le cricche iniziano in questi punti. Se i difetti di fusione, come la porosità o il ritiro, si trovano sotto la superficie, l'impatto può trasformarli in macro-crepe. Anche gli spigoli vivi e le sezioni trasversali sottili aumentano le sollecitazioni locali. Ho visto manicotti con rapporti di durezza perfetti ma con dati di tenacità all'impatto pari a zero. Nel nostro lavoro, chiediamo sempre prove d'urto, prove di flessione e talvolta anche analisi della frattura dopo il cedimento. In questo modo possiamo giudicare se il manicotto è fallito perché il materiale non è riuscito a piegarsi e a riprendersi sotto un urto reale.

In che modo i rulli in composito metallo-ceramico migliorano la resistenza del mio sistema VRM?

Quando ho introdotto per la prima volta i manicotti in composito metallo-ceramica in uno stabilimento, le persone temevano che la ceramica avrebbe reso il manicotto più fragile. Pensavano che "ceramica" significasse "fragile come il vetro". I risultati sul campo li hanno sorpresi.

I rulli compositi metallo-ceramica utilizzano zone di ceramica molto dura incorporate in una matrice metallica resistente. Migliorano la tenacità del sistema perché la matrice sopporta gli urti e la flessione, mentre la ceramica subisce la maggior parte dell'abrasione in superficie.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)rullo vrm composito metallo-ceramico

Come funziona la struttura composita

Di solito spiego la struttura in questo modo:

Nei progetti compositi di Dafang-Casting, inseriamo la ceramica nella superficie di usura, dove il materiale scivola e macina. La matrice che la circonda è una lega di acciaio appositamente progettata con durezza controllata e buona resistenza agli urti. Questa combinazione fa sì che la ceramica protegga dall'usura, mentre l'acciaio previene i cedimenti fragili. La chiave è il legame. Utilizziamo un processo composito centrifugo in modo che la ceramica e il metallo siano ben fusi e non si separino durante il servizio. Quando il rullo incontra un clinker di grosse dimensioni o un barbone metallico, la parte metallica assorbe la maggior parte dell'urto. In questo modo, la ceramica non si rompe e il manicotto complessivo non si rompe. In pratica, i progetti in composito possono aumentare la durata dell'usura e la resistenza del sistema, se progettati correttamente.

Quale livello di durezza è effettivamente adatto alle condizioni del mio mulino per cemento o delle materie prime?

Spesso mi viene chiesto un "numero HRC ideale" al telefono. Le persone vogliono una risposta semplice come "usare HRC 60 per tutto". Ma ho visto che questo non funziona con mulini e impianti diversi.

La durezza adatta dipende dal tipo di materiale, dalle dimensioni delle particelle, dalla pressione e dal livello di impatto. I mulini grezzi spesso utilizzano una durezza leggermente inferiore con una maggiore tenacità, mentre i mulini per cemento di finitura e i mulini per scorie possono utilizzare una durezza più elevata se l'impatto è sotto controllo.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)gamma di durezza del mulino a cemento

Tipici intervalli di durezza che utilizzo come punto di partenza

Questa è una semplice tabella di partenza che uso nei colloqui (i valori sono intervalli generali, il progetto reale richiede maggiori dettagli):

Nei mulini grezzi, il calcare morbido di grandi dimensioni urta i rulli ad alta pressione. Preferisco una durezza leggermente inferiore, ma una matrice forte e resistente. Nei mulini di finitura del cemento, il clinker è più abrasivo, quindi una durezza più elevata è utile, a patto che la progettazione impedisca grandi impatti. Per le scorie, il materiale è molto abrasivo, quindi i compositi ceramici o le leghe di durezza superiore hanno senso, ma sempre con una durezza sicura. I mulini a carbone vedono spesso la presenza di corpi estranei come pietre o metallo; in questo caso la tenacità ai bordi è fondamentale. Questi valori non sono regole fisse. Faccio sempre un controllo incrociato con la modalità di guasto principale e il comportamento precedente del manicotto prima di indicare un obiettivo di durezza finale.

Come posso ridurre le scagliature e le cricche nei manicotti dei rulli del mio mulino a carbone?

I mulini a carbone sono spesso i più problematici. Ho visto manicotti rompere pezzi vicino ai bordi e causare gravi vibrazioni. Molti impianti accettano questa situazione come "normale", ma non è necessario che sia così.

Per ridurre le scagliature e le cricche nei manicotti dei mulini a carbone, mi concentro su leghe più resistenti, su una migliore progettazione dei bordi, su un rigoroso controllo della qualità della fusione e su pratiche operative che limitino l'ingresso di metallo e pietre e le variazioni improvvise di carico.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)scagliatura del rullo del mulino a carbone

Chiavi che controllo nei casi di mulino a carbone

Ecco come strutturo la mia ispezione:

Il carbone è meno abrasivo del clinker, quindi non è necessaria una durezza estrema. Tuttavia, abbiamo un forte impatto da parte di pietre e corpi estranei. Di solito scelgo materiali nella gamma HRC 48-56, con una maggiore tenacità all'impatto e una buona resistenza alle cricche. Modifichiamo anche la forma dei bordi per evitare angoli acuti e labbra sottili che si rompono facilmente. La qualità della fusione è molto importante. I difetti nascosti si trasformano in iniziatori di cricche in caso di impatto. Per questo motivo, richiediamo rigorosi controlli non distruttivi sui componenti in composito e in lega. Dal punto di vista operativo, ricordo ai team di utilizzare metal detector, magneti e una semplice schermatura. Ho visto grandi miglioramenti nella durata dei manicotti semplicemente impedendo a pietre e metalli di grandi dimensioni di entrare nel mulino.

Devo privilegiare la resistenza agli urti o la durezza superficiale per i miei materiali operativi?

Quando partecipo a riunioni con i team di processo e di manutenzione, spesso una parte vuole più durezza e l'altra più durezza. Entrambi hanno buone ragioni basate sul loro dolore quotidiano.

Se il problema principale è l'usura rapida e uniforme, la priorità è la durezza. Se il problema principale è la scheggiatura, la scagliatura o la fessurazione, privilegiare la resistenza agli urti. Nella maggior parte dei VRM, la durezza viene impostata per prima, per poi garantire che la tenacità sia sufficientemente elevata da non causare guasti.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)priorità di impatto vs. durezza

Semplice logica decisionale che utilizzo

Spesso disegno un tavolino sulla lavagna:

Non è necessario sceglierne uno e dimenticare l'altro. Piuttosto, decidiamo quale dei due guida la progettazione. Per una linea di macinazione delle scorie con letto stabile e un buon controllo del processo, mi sento sicuro di spingere la durezza in alto, anche con zone ceramiche. Per una linea che presenta spesso uno spessore del letto instabile o corpi estranei, dico al team che la resistenza all'urto deve essere la principale. In Dafang-Casting, il nostro approccio ingegneristico di tipo wenetting parte sempre dalla modalità di guasto, non dai numeri di durezza del catalogo.

Perché la tenacità è più importante quando il mio mulino tratta clinker o materiali ad alto impatto?

Molti pensano che la macinazione del clinker richieda una durezza elevata solo perché il clinker è molto abrasivo. In realtà, il clinker può anche comportarsi come un martello duro quando grossi grumi entrano nel mulino.

La tenacità è importante nella macinazione del clinker perché i pezzi e gli anelli di clinker di grandi dimensioni creano forti carichi locali di impatto e flessione. In assenza di una sufficiente tenacità, i rulli ad alta durezza possono scheggiarsi sui bordi e sfaldarsi sotto questi carichi d'urto.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)durezza d'impatto del clinker

Cosa succede in realtà nei VRM a clinker

Nei VRM a clinker vedo due modelli:

L'elevata durezza contribuisce a ridurre la normale usura da scorrimento sulla superficie. Ma quando una grossa sfera di clinker passa sotto il rullo, l'energia d'impatto va a colpire una piccola area di contatto. Se il materiale non può deformarsi leggermente e riprendersi, si formano microfratture che in seguito diventano schegge visibili. Anche i rivestimenti e gli anelli sul tavolo possono sollevare il rullo e creare tensioni di flessione nel manicotto. La durezza consente al materiale di gestire questi eventi senza subire rotture improvvise. Per questo motivo preferisco un equilibrio tra durezza e durezza per il clinker, non una strategia "solo durezza". I compositi metallo-ceramici sono utili in questo caso, perché la matrice di acciaio offre ancora duttilità nelle zone molto dure.

Come posso verificare le reali prestazioni di durezza dei manicotti a rulli che acquisto?

Molti acquirenti ricevono solo un foglio di prova della durezza e un'analisi chimica di base. Questo non è sufficiente per giudicare le prestazioni reali. Incoraggio sempre gli impianti a chiedere più dati reali.

Per verificare le prestazioni di durezza e durezza, chiedo i rapporti di prova completi: durezza in sezione, valori di durezza all'urto, foto della microstruttura, rapporti NDT e, se possibile, analisi dei pezzi usurati dopo il servizio.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)durezza tenacità verifica della qualità

Cosa richiedo ai fornitori (e fornisco ai miei clienti)

Ecco una lista di controllo che utilizzo:

La durezza non deve essere un singolo punto sulla superficie. Un profilo dalla superficie all'anima ci dice se il manicotto sarà stabile sotto carico. I valori di impatto Charpy a temperatura ambiente e ad alta temperatura danno un'idea di come il materiale si comporta in condizioni di funzionamento reali. Le immagini della microstruttura mostrano se i carburi sono fini e ben distribuiti o se esistono reti fragili. I test non distruttivi, come l'ispezione a ultrasuoni, a raggi X e con particelle magnetiche, individuano ritiri e cricche prima della consegna. Dopo un certo periodo di servizio, mi piace tagliare un rullo usurato per analizzarlo. In questo modo si chiude il cerchio tra i test di laboratorio e il comportamento reale dell'usura, aiutandoci a regolare gli ordini futuri.

Come scegliere il materiale composito giusto per il mio mulino e il materiale di alimentazione specifici?

Con così tante opzioni di compositi sul mercato, molti impianti si sentono smarriti. Sentono parole come "bimetallo", "metallo-ceramica", "borchiato" e "rivestito", ma non sanno quale sia il più adatto alla loro cartiera.

Scelgo i materiali compositi valutando il tipo di mulino, la durezza del materiale, la dimensione delle particelle, il livello di impatto e la storia dei guasti passati. Poi li abbino a diverse strutture di compositi e a diversi intervalli di durezza-durezza.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)scegliere il materiale composito vrm

Come abbinare il tipo di composito alle condizioni del mulino

Spesso utilizzo una semplice tabella di selezione come primo filtro:

In Dafang-Casting, progettiamo la forma, la spaziatura e la profondità della ceramica in base alle dimensioni dell'alimentazione e alla distribuzione della pressione. Per un avanzamento morbido ma di grandi dimensioni, evitiamo una quantità eccessiva di ceramica esposta per ridurre le scheggiature. Per materiali molto abrasivi ma fini, esponiamo più ceramica per massimizzare la durata dell'usura. Anche la composizione della matrice metallica e la durezza possono essere regolate per ogni caso. La scelta finale è sempre legata a ciò che l'utente ha visto in precedenza: usura rapida, scheggiatura dei bordi o grandi scagliature. La scelta giusta del composito è quella che elimina la modalità di guasto dominante, non quella con i numeri di catalogo più aggressivi.

Conclusione

Nel mio lavoro con i mulini verticali, ho imparato che i numeri della durezza da soli non raccontano mai tutta la storia. La vita reale nel mulino mescola sempre abrasione e impatto, quindi dobbiamo progettare sia la durezza che la tenacità insieme. Se desiderate un aiuto nella scelta di rulli compositi metallo-ceramici o di altre parti soggette a usura con il giusto equilibrio, il nostro team di Dafang-Casting e il nostro supporto ingegneristico in stile wenet possono collaborare con il team del vostro impianto per prolungare la vita utile, ridurre i tempi di fermo e mantenere i vostri VRM, mulini per materie prime e mulini per carbone in funzione in modo sicuro e regolare.