Многокомпонентные мелющие шары из сплавов

Когда слышишь ?многокомпонентные мелющие шары из сплавов?, первое, что приходит в голову — это что-то сложное, высокотехнологичное, чуть ли не с наночастицами. На деле же, в нашей отрасли износостойких материалов для ТЭС, под этим часто скрывается довольно прагматичный подход к составу стали, и не всегда он ведёт к успеху. Многие заказчики гонятся за ?многокомпонентностью? как за панацеей, не понимая, что ключ — не в количестве элементов в сплаве, а в их балансе и в том, как это работает именно в их мельнице, под их конкретную золу-унос или шлак. Я в ?ООО Нинго Люйша Стройматериалы? не раз сталкивался с ситуациями, когда красивая формула на бумаге давала проседание по износостойкости на деле. Вот об этих подводных камнях и хочется порассуждать.

Что на самом деле скрывается за ?многокомпонентностью??

Если отбросить маркетинг, то для нас, производителей, многокомпонентные мелющие шары — это, прежде всего, попытка через легирование решить сразу несколько противоречивых задач. Нужна и твёрдость, чтобы дробить, и вязкость, чтобы не кололись от ударных нагрузок, и стойкость к абразивному износу, который на ТЭС бывает разным. Добавляем хром для твёрдости и коррозионной стойкости, никель и молибден для вязкости и прокаливаемости, иногда марганец... Но вот беда — каждый новый элемент нелинейно влияет на структуру стали и, что критично, на стоимость. Нельзя просто взять и смешать ?всего побольше?.

Помню один наш ранний эксперимент по заказу с одной сибирской ТЭЦ. Инженеры заказчика настаивали на рецептуре с упором на высокое содержание хрома и добавку ванадия для мелкозернистой структуры. Сделали партию. Лабораторные испытания на малых образцах показывали фантастические цифры по твёрдости. А в реальной мельнице шары начали давать сколы уже через две недели. Оказалось, что при нашей технологии термообработки такой состав привёл к образованию излишне хрупких карбидов по границам зёрен. То есть, компоненты-то были, а синергии — нет. Пришлось срочно корректировать режим закалки и отпуска, фактически подбирая технологию заново. Это был хороший урок: состав — это только полдела.

Поэтому сейчас мы в Нинго Люйша, когда говорим о разработке состава, всегда привязываем его к технологическому циклу нашего производства — к параметрам плавки, разливки, ковки (да, мы используем поковку для шаров крупных диаметров, это даёт лучшую плотность металла) и, конечно, термообработки. Наш сайт nglsjc.ru не просто так акцентирует специализацию на энергетике — мы знаем специфику износа в размольных трактах. Многокомпонентность для нас — это инструмент, а не самоцель.

Полевые испытания: теория встречается с золой и шлаком

Лабораторный стенд — это одно. Он даёт сравнительные данные. Но истинный тест для мелющих шаров из сплавов — это работа в барабане мельницы, где вместе с материалом идёт постоянный удар, трение, воздействие влаги и химически активных сред. Вот здесь и вылезают нюансы, которые в спокойной обстановке КХЛ не предусмотришь.

Например, история с одной угольной мельницей на Дальнем Востоке. Мы поставили шары по, казалось бы, отработанному составу. Но через месяц эксплуатации получили неожиданно высокий, и главное — неравномерный — износ. Стали разбираться. Оказалось, местный уголь имел повышенную зольность с высоким содержанием кварца (очень абразивный материал), а кроме того, в системе шламовых вод была специфическая кислотность. Наш сплав, хорошо показавший себя на ?стандартной? золе, здесь столкнулся с комбинированным износом — абразивным плюс коррозионно-усталостным. Пришлось оперативно адаптировать состав, немного сместив баланс в сторону элементов, повышающих химическую стойкость, даже в ущерб некоторой твёрдости. В итоге, общий ресурс выровнялся и даже вырос.

Такие случаи — не редкость. Они и формируют тот самый практический опыт, который не купишь и не скачаешь. Именно поэтому в наших техзаданиях всегда есть графа ?особенности измельчаемого материала и среды?. Без этого любая ?многокомпонентность? — лотерея.

Неочевидная связь: шары и футеровка

Часто рассуждают о шарах в отрыве от футеровки мельницы. А это большая ошибка. Они работают в паре. Несбалансированная твёрдость может привести к катастрофическому износу не шаров, а самой футеровки, замена которой в разы дороже и сложнее. У нас в компании как раз сильное направление по футеровкам, поэтому мы можем рассматривать систему комплексно.

Был показательный проект, где мы поставляли и шары, и футеровку. Изначально заказчик хотел получить максимально твёрдые шары. Мы же, зная характеристики нашей футеровочной стали, предложили немного ?смягчить? состав шаров, чтобы пара ?шар-футеровка? изнашивалась более синхронно и предсказуемо. Расчёты и последующая эксплуатация подтвердили правильность подхода — межремонтный период работы мельницы увеличился, общие затраты на мелющие тела и броню снизились. Вот она, реальная выгода от комплексного подхода, а не от гонки за отдельными параметрами.

Экономика вопроса: когда ?дороже? не значит ?лучше?

Легирующие элементы — это деньги. Никель, молибден, ванадий — их добавка ощутимо бьёт по себестоимости. И здесь встаёт главный вопрос для потребителя: а окупится ли это? Иногда — да, безусловно. Например, на очень абразивных материалах или в агрессивных средах повышенная стойкость многокомпонентного сплава быстро отбивает разницу в цене за счёт увеличения межзавалочного периода и снижения расхода металла на тонну размолотого продукта.

Но есть и обратные примеры. Для относительно ?мягких? бурых углей или на мельницах с небольшой нагрузкой применение супер-легированных шаров из сплавов может быть избыточным. Экономия на расходе будет мизерной, а переплата при покупке — существенной. Мы часто консультируем заказчиков на эту тему, предлагая, по сути, более простые и дешёвые марки стали, если анализ условий эксплуатации показывает их достаточность. Честность в таких оценках, думаю, и создаёт долгосрочные отношения. Наша задача как специалистов ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? — не продать самое дорогое, а предложить оптимальное по критерию ?стоимость/ресурс? для конкретных условий.

Это, кстати, касается и размерного ряда. Крупные шары (которые мы как раз делаем методом поковки) несут другие нагрузки, чем мелкие. И подход к их многокомпонентности тоже разный. Для крупных калибров критична ударная вязкость, чтобы не лопались, поэтому в сплаве может делаться акцент на элементы, повышающие именно это свойство. Мелочь же работает больше на истирание, тут важнее поверхностная твёрдость. Обобщать тут нельзя.

Взгляд в будущее: куда движется разработка сплавов?

Если говорить о трендах, то простое наращивание количества компонентов в чушке — это тупиковый путь. Будущее, на мой взгляд, за более умным, адресным легированием и, что важнее, за совершенствованием методов обработки. Объёмно-поверхностная закалка, создание градиентных структур, когда сердцевина шара остаётся вязкой, а поверхностный слой — сверхтвёрдым — вот это перспективно.

Мы сами в рамках Нинго Люйша экспериментируем с модификацией структуры на этапе разливки и последующей термомеханической обработкой поковок. Цель — получить более однородную и мелкозернистую структуру без резкого увеличения доли дорогих легирующих. Пока что результаты обнадёживающие, но до серийного внедрения ещё нужно пройти путь доводки и, опять же, полевых испытаний.

Ещё один момент — это учёт вторичной переработки. Металл изношенных шаров и футеровок идёт в переплав. Сложные многокомпонентные сплавы иногда создают проблемы для металлургов-переработчиков, так как точно проконтролировать состав шихты сложнее. Это тоже фактор, который начинают учитывать прогрессивные потребители, думающие о полном цикле.

Вместо заключения: принцип разумной достаточности

Так что же такое в итоге многокомпонентные мелющие шары для практика? Это не волшебная таблетка, а один из инструментов в арсенале инженера-материаловеда и технолога. Их эффективность на 100% зависит от корректной диагностики условий работы и грамотной адаптации состава и технологии под эти условия.

Самый ценный совет, который я могу дать, глядя на опыт нашей работы на nglsjc.ru — не зацикливайтесь на самом термине. Сфокусируйтесь на диалоге с производителем. Чем детальнее вы опишете ему работу своей мельницы — характеристики питания, тонкость помола, которую нужно получить, особенности среды, — тем больше шансов, что вам предложат по-настоящему оптимальное решение. Возможно, это будет сложный многокомпонентный сплав. А возможно — более простая, но идеально подогнанная под вашу задачу сталь. И это будет правильный выбор.

В конечном счёте, тишина в цехе и стабильный график нагрузки на мельницу — лучшая оценка для любых мелющих тел, сколько бы компонентов в их сплаве ни значилось.