Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
6.2. Повышение долговечности шахтного водоотливного оборудования применением специальных материалов
Одним из направлений повышения износостойкости шахтных центробежных насосов является применение специальных материалов. Таким материалом может служить высокопрочная износостойкая сталь марки HARDOX, выпускаемая Шведской компанией SSABОxelosundAB.
HARDOX® («Хардокс») – семейство марок сверхтвердых сталей, обладающих высокой стойкостью к износу, одинаковой по всей толщине листа. В настоящее время выпускаются марки – HARDOX® 400, 450, 500, 550, 600 и 650. Индекс показывает величину твердости данной марки по Бринелю (HBW).
Характерной особенностью листовой стали HARDOX является ее одинаковая твердость как на поверхности, так и в центре листа. Эксклюзивная технология изготовления позволяет достичь высокой твердости при минимальном содержании легирующих элементов в стали.
Типичный химический состав, например, для марки HARDOX 400 (толщина листа 30 мм): С=0,16 %; Si=0,32 %; Mn=1,3 %; Cr=0,60 %; B=0,002 %.
В результате этого листы стали HARDOX® могут быть легко подвергнуты механической обработке, изгибу и сварке. Стали HARDOX® являются идеальным материалом для изготовления и ремонта рабочих узлов различного горного оборудования.
Износостойкая сталь HARDOX была специально создана для того, чтобы противостоять сильному абразивному износу. Фактический срок службы толстолистовой стали зависит от твердости материала, контактирующего с листом, а также от типа износа.
При работе с горными породами оборудование обычно подвергается изнашивающему воздействию нескольких типов – износ при трении и ударе, часто в сочетании с сильной деформацией. Различные условия износа обычно требуют использования материалов с различным составом и свойствами. Так, керамические изнашиваемые детали отличаются превосходным сопротивлением износу при трении скольжения, но совершенно непригодны в условиях износа при ударе. Резина и марганцовистая сталь противостоят износу лишь при условии, что частицы материала соударяются с износостойкой поверхностью под прямым углом, в то время как их сопротивление износу при трении скольжения неудовлетворительно.
Износостойкие листы из стали HARDOX с твердостью по Бринелю 400-600 способны выдерживать большинство типов износа, в том числе при соударениях под углом, характерных для лопаток насосов.
Использование при производстве стали HARDOX чистых исходных материалов и небольшое количество примесей, попадающих в сталь в ходе получения готового проката, дают возможность сочетать высокую твердость стали с высокой ударной вязкостью, в т. ч. при низких температурах. По прочности сталь HARDOX превосходит другие свариваемые стали, а по значению ударной вязкости сравнима с обычными конструкционными сталями. Так, сталь марки HARDOX400 имеет при t = -40 °С гарантированное значение уд. вязкости > 30 J/см2 (образец с V-образным надрезом). Типичное значение предела прочности стали HARDOX400 составляет 1250 МПа, предела текучести 1000 МПа, относительное удлинение 15 %, относительное сужение 63 %.
Кроме хороших показателей при использовании в кузовах самосвалов, бульдозерах, ковшах погрузчиков и экскаваторов стали HARDOX также с успехом применяются в следующем оборудовании: молотки, изготовленные из Хардокса, будут изнашиваться равномерно, без сколов, что не нарушает балансировку при вращении, дает возможность сэкономить на осях и спрогнозировать сроки сервисного обслуживания. Заметим, что равномерное изнашивание рабочих колес повышает срок службы до капитального ремонта.
В среднем изделия из износостойкой стали Хардокс служат в 5-7 раз дольше, чем из 10 ХСНД или других сталей российского производства.
Бутары, изготовленные из износостойких сталей служат до 10 раз дольше, по сравнению с изготовленными из обычных материалов и не требуют применения дорогостоящих футеровок из полимеров или резины.
Шнеки для транспортировки и погрузки, выгрузки сыпучих материалов, таких как уголь, руда, минералы, соя, пшеница и др., изготовленные из износоустойчивых сталей, служат до 10 раз дольше по сравнению с изготовленными из стандартных материалов. То же самое можно сказать относительно рабочих колес центробежных насосов, работающих в условиях интенсивного гидроабразивного износа.
Специальная технология дает возможность изготовления сит из листовой износостойкой стали без потери твердости материала. Сита, изготовленные из стали Хардокс, имеют более продолжительный срок службы по сравнению с ситами из российских сталей и зарекомендовали себя как прекрасная альтернатива готовым ситам иностранного производства.
Таким образом, выбор стали HARDOX для защиты горного оборудования является, как правило, наилучшим как с технологической, так и с экономической точки зрения. Партнером фирмы SSABOxelosundAB на Урале является компания ЗАО НПП «Машпром». Конечно, в каждом конкретном случае все эти вопросы требуют для себя соответствующего технико-экономического обоснования.
Накопленный в ООО СКБ «Мысль» опыт изготовления вентиляторных установок получил свое дальнейшее развитие в удачных попытках изготовления деталей насосов специального назначения, предназначенных для перекачки технической воды, агрессивных жидкостей и пульпы. Проведенные испытания насосов главного водоотлива шахт с рабочими колесами, выполненными из композитов в условиях действующей шахты, показали, что производительность насосов возросла на 20 %, энергопотребление снизилось на 12 %. Указанные результаты достигнуты за счет оптимизации проточной части колеса и снижения гидравлических потерь в насосе.
В СКБ «Мысль» изготовлен и испытан насос для перекачки кислоты с большим содержанием абразивного металла в химическом растворе. Корпус насоса выполнен по технологии контактного формирования с нанесением на внутреннюю поверхность дисперсного абразиво-химстойкого покрытия, а рабочее колесо выполнено по технологии прессования из дисперсного абразиво-химстойкого композита с полной заменой применявшихся ранее материалов из чугуна и стали.
Описанный опыт изготовления элементов шахтных центробежных насосов, работающих в условиях кислотного и гидроабразивного изнашивания, показывает, что использование для этих целей композитов является весьма перспективным и востребованным.