Como é que as mangas de rolos compostas de cerâmica e metal atingem uma vida útil 2-2,5x superior?

Muitos diretores de fábricas contam-me a mesma história. As suas mangas de alto crómio desgastam-se rapidamente, racham cedo e obrigam a paragens na pior altura. Eu tive o mesmo problema nos meus primeiros anos. As mangas compostas de cerâmica e metal alteraram esse padrão para os meus clientes.

As buchas de rolos compostas de cerâmica e metal alcançam uma vida útil 2-2,5x mais longa, combinando zonas de cerâmica muito duras para resistência ao desgaste com uma matriz metálica resistente para resistência ao impacto, além de uma forte ligação metal-cerâmica que impede fissuras, fragmentação e perda rápida de material sob moagem pesada.

manga de rolo composta cerâmica-metal

Neste artigo, explico, passo a passo, como funciona a conceção do compósito no interior da manga. Partilho ideias reais de campo de fábricas que acompanhei durante anos. Verá como a vida útil, a estabilidade e o custo por hora mudam quando passa de casquilhos tradicionais de crómio elevado para casquilhos compostos.

O que faz com que a minha manga de rolos de compósito cerâmico-metal seja mais resistente ao desgaste do que as mangas de crómio elevado?

Muitas pessoas pensam que mais crómio significa sempre uma melhor vida útil. Eu pensava o mesmo quando comecei. Depois vi alguns casquilhos com "elevado teor de crómio" morrerem precocemente sob o efeito de clínquer duro e escórias.

As mangas compostas são mais resistentes ao desgaste porque as pastilhas de cerâmica dura suportam a maior parte da carga abrasiva, enquanto a matriz metálica as suporta. A fase cerâmica resiste muito melhor à abrasão de dois e três corpos do que o ferro com alto teor de crómio ou o revestimento de soldadura, pelo que a taxa de desgaste global diminui drasticamente.

Como a estrutura do compósito altera o desgaste

Numa manga com alto teor de crómio, toda a superfície de desgaste é uma liga. Quando as partículas duras cortam a superfície, o material não tem uma fase de "apoio" para partilhar a carga. Numa manga composta, concebo um esqueleto de cerâmica dura dentro de um corpo metálico resistente. A cerâmica bloqueia o corte e o micro-desbaste, enquanto o metal suporta o impacto.

Numa fábrica de cimento com a qual trabalhei, a linha de clínquer mudou de casquilhos com alto teor de crómio para casquilhos compostos. O padrão visual de desgaste após 6.000 horas era completamente diferente. A superfície composta ainda tinha "ilhas" de cerâmica claras, enquanto os casquilhos antigos já estavam profundamente estriados em metade desse tempo.

Como é que a força de ligação cerâmica-metal afecta a vida útil da minha manga de rolo?

Já vi belas inserções de cerâmica em desenhos falharem na primeira campanha. A razão é simples. A cerâmica não se manteve no sítio.

A forte ligação metalúrgica entre a cerâmica e o metal é fundamental. Uma boa ligação prende a cerâmica à matriz para que não caia, não se parta ou não se desfaça, o que mantém a superfície protetora intacta e prolonga significativamente a vida útil da manga.

Porque é que a qualidade da ligação decide a vida real

Muitos dos primeiros projectos de compósitos utilizavam apenas ancoragem mecânica ou ligações fracas. Sob cargas reais de VRM, a interface tornou-se a camada mais fraca. As microfissuras começaram no espaço entre a cerâmica e o metal. Assim que as primeiras pastilhas caíram, o desgaste acelerou muito rapidamente.

No meu trabalho de design, concentro-me na incorporação metalúrgica. A liga fundida envolve as peças cerâmicas e infiltra-se em pequenas superfícies. Isto cria um contacto estreito e contínuo.

Num caso de um moinho de carvão, as primeiras mangas compostas de outro fornecedor perderam 20-30% da sua cerâmica após 2.000 horas. Depois de mudarmos para uma manga com forte ligação metalúrgica, a perda de cerâmica foi quase nula durante uma campanha completa. O aumento da vida útil foi mais de duas vezes superior.

Porque é que as minhas mangas de rolos VRM tradicionais se partem enquanto as mangas compostas evitam a falha?

Muitos clientes só me telefonam depois de uma quebra súbita. A fábrica está em baixo. Toda a gente está sob pressão. Perguntam porque é que as mangas de alto cromo se partiram tão cedo.

As mangas VRM tradicionais fissuram porque são duras mas não suficientemente resistentes, pelo que o stress e o choque térmico criam fissuras longas e quebradiças. As mangas compostas utilizam uma matriz metálica mais resistente e uma distribuição cerâmica amortecedora de tensões, o que retarda o início das fissuras e impede o seu crescimento.

Como os compósitos controlam o início e o crescimento de fissuras

O ferro com elevado teor de crómio tem uma elevada dureza mas uma tenacidade limitada. Sob carga elevada, vibração, ciclos térmicos e corpos estranhos ocasionais, o material pode iniciar uma microfissura. Uma vez iniciada a fissura, esta tem um percurso reto e contínuo através da estrutura frágil.

Num compósito metal-cerâmica, utilizo a ideia oposta. A matriz metálica resistente envolve as zonas cerâmicas e absorve o impacto súbito. A fase cerâmica está disposta de forma a não criar uma linha fraca longa e reta.

Lembro-me de uma linha de moagem de escória em que as fissuras mataram três conjuntos de mangas tradicionais de seguida. Depois de mudar para casquilhos de material compósito, o moinho viu apenas pequenas lascas na superfície após eventos semelhantes, sem fissuras de passagem em mais de 8.000 horas.

Como é que uma manga em material compósito pode reduzir o tempo de inatividade e os custos de manutenção do meu moinho?

Quando visito as fábricas, o maior custo oculto não é a manga em si. É a paragem: toneladas perdidas, horas extraordinárias e peças sobresselentes não planeadas.

As mangas em compósito reduzem o tempo de inatividade porque duram mais tempo, mantêm o seu perfil e evitam fissuras repentinas ou fragmentação. Isto significa menos substituições, mais manutenção planeada e um custo total de manutenção mais baixo por ano.

Transformar uma vida mais longa em dinheiro real

Uma manga que dura 2-2,5x mais tempo faz mais do que poupar uma compra. Também reduz o número de paragens. Normalmente, reúno-me com as equipas de manutenção e produção e faço o levantamento do custo total.

Com as mangas compostas, é possível alinhar frequentemente a substituição da manga com outras paragens importantes. Assim, evitam-se paragens adicionais apenas para os rolos. Um cliente de uma central eléctrica disse-me que, depois de mudar para casquilhos em material compósito, eliminou uma paragem de manutenção totalmente planeada do seu calendário anual. O retorno não se deveu apenas à vida útil, mas também a um planeamento mais simples.

Como é que uma microestrutura reforçada com cerâmica melhora a estabilidade de moagem do meu moinho?

Muitos moinhos não falham por fissuração. Perdem lentamente a sua forma. Os rolos tornam-se irregulares. A vibração aumenta. Os operadores lutam com o moinho em cada turno.

Uma microestrutura reforçada com cerâmica mantém o perfil do rolo mais estável ao longo do tempo. O esqueleto de cerâmica dura retarda o desgaste irregular, pelo que a pressão de moagem, a vibração e a finura do produto se mantêm mais estáveis durante toda a vida útil da manga.

O que significa a microestrutura para a vibração e a qualidade do produto

Numa manga uniforme de alto crómio, os pontos quentes locais, os padrões de fluxo de material e as condições de alimentação podem causar um desgaste desigual. Um lado da manga desgasta-se mais rapidamente. O padrão de contacto muda e a vibração aumenta. Vejo frequentemente os operadores reduzirem a alimentação ou alterarem os parâmetros apenas para parar os alarmes.

Numa manga composta, concebo a distribuição da cerâmica para criar uma "grelha" mais rígida e resistente ao desgaste. Esta grelha suporta a superfície e mantém a forma.

Num VRM que acompanhei, a equipa de operação informou que, após 4.000 horas de utilização de mangas compostas, o moinho ainda funcionava com os níveis de vibração originais. Antes, tinham de reduzir a produção em 5-8% após 3.000 horas para se manterem dentro dos limites.

Uma manga de rolo composta pode ajudar-me a manusear materiais mais duros, como clínquer ou escória?

Muitas fábricas mudam a sua mistura de matérias-primas ou combustível. De repente, o material é mais duro ou mais abrasivo. As mangas antigas não conseguem acompanhar.

Sim. Os casquilhos compósitos são muito adequados para materiais duros e abrasivos, como o clínquer e as escórias. A fase cerâmica assume a ação de corte destas partículas duras, enquanto a matriz metálica suporta a carga pesada e o impacto.

Adequação do desenho do compósito à dureza do material

Nem todas as buchas compostas são iguais. Para materiais muito duros, aumento o teor de cerâmica ou escolho tipos de cerâmica com maior dureza. Também ajusto o padrão das inserções para proteger as zonas de maior carga.

Num projeto de moagem de escórias, as mangas de alto teor de crómio da fábrica duravam apenas 2.500-3.000 horas. Após a mudança para mangas compostas de cerâmica-metal adaptadas para escórias, a vida útil aumentou para mais de 7.000 horas em condições de funcionamento semelhantes. O moinho também registou menos reparações na superfície dos rolos entre as campanhas.

Como é que a utilização de mangas compostas reduz o meu custo por hora de funcionamento?

O preço de compra é apenas uma parte da história. Quando me reúno com as equipas de compras e finanças, estas querem ver o custo por tonelada ou o custo por hora, e não apenas a fatura.

As mangas compostas reduzem o custo por hora de funcionamento, combinando uma vida útil mais longa, menos paragens e menos soldaduras de reparação. Mesmo que cada manga custe mais, o custo total dividido por horas ou toneladas é normalmente muito inferior ao das mangas com elevado teor de crómio.

Uma forma simples de comparar a economia

Utilizo frequentemente uma tabela simples com os clientes. Introduzimos os seus próprios números. Pode fazer o mesmo.

Quando utilizo dados reais da fábrica, o resultado é muito claro. Mesmo com um preço inicial mais elevado, a opção composta apresenta quase sempre o menor custo por hora, especialmente quando as paragens não planeadas são dispendiosas.

Que melhorias de desempenho posso esperar depois de atualizar o meu VRM com mangas compostas?

Muitos clientes perguntam-me não só sobre a vida, mas também sobre o desempenho. Querem saber o que é que vai mudar no funcionamento diário.

Após a atualização para casquilhos compostos, pode esperar um funcionamento estável mais longo entre revisões, uma pressão de moagem mais consistente, menor desvio de vibração, menos trabalho de reparação e um planeamento de manutenção mais previsível.

O que muda no funcionamento real do VRM

Quando acompanho um moinho antes e depois de uma atualização, concentro-me em alguns indicadores simples.

Num grande VRM de cimento, a fábrica informou que as mangas compostas ajudaram a manter o rendimento projetado durante quase toda a campanha. Com as mangas antigas, reduziram a alimentação em 5-10% no último terço da vida útil da manga. Para eles, esta produção extra era tão importante como a própria vida útil.

Como posso confirmar se as mangas de rolos compósitos correspondem às especificações do meu moinho?

Muitos engenheiros preocupam-se com o ajuste. Perguntam se as mangas compostas se adequarão ao tipo de moinho, tamanho e condições de carga existentes.

Pode confirmar o ajuste fazendo corresponder o seu modelo de moinho, desenho e dados operacionais com o desenho da manga composta. Comparo dimensões, carga, tipo de material e áreas problemáticas actuais para escolher ou personalizar a solução de compósito correta.

Dados que normalmente peço

Quando trabalho com uma planta pela primeira vez, sigo uma lista de controlo simples. Isto mantém a decisão segura e clara.

Por vezes, podemos utilizar um modelo de manga composta padrão para esse tipo de moinho. Noutros casos, especialmente com materiais de alimentação especiais, proponho um padrão cerâmico modificado ou uma liga de matriz. De qualquer forma, o processo é estruturado e não adivinhatório.

Como posso obter apoio técnico para otimizar a vida útil dos meus casquilhos de rolos compósitos?

A compra de uma manga é apenas o primeiro passo. Para atingir 2-2,5x a vida útil, também precisa de um bom apoio.

Obtém-se a melhor vida útil das mangas compostas quando se trabalha com um fornecedor que oferece análise de desgaste, seleção de materiais e inspeção de acompanhamento. Forneço apoio no local ou à distância para ajustar a conceção e o funcionamento com base em padrões de desgaste reais.

Como é um bom suporte técnico

Ao longo de mais de vinte anos, constatei que as fábricas com um apoio técnico próximo obtêm sempre melhores resultados. Um bom apoio não é apenas uma visita durante a instalação.

Com este ciclo, muitos dos meus clientes passaram de 1,5x a vida útil para 2-2,5x ou mais em duas ou três campanhas. O conceito de composto é forte, mas os melhores resultados surgem quando tratamos cada fábrica como um caso específico e não como um caso genérico.

Conclusão

As mangas de rolos compostas de cerâmica e metal duram 2-2,5x mais tempo porque unem a dureza da cerâmica, a resistência do metal e a forte ligação num sistema estável. Se pretende menos paragens, um custo mais baixo por hora e uma moagem mais estável, convido-o a trabalhar connosco e com as nossas soluções de wenetting na Dafang-Casting para conceber a manga em compósito certa para o seu moinho.