Keausan mekanis melibatkan banyak aspek, di antaranya keausan abrasif menyumbang lebih dari 50% dari seluruh keausan industri. Negara-negara seperti Jerman dan Inggris menderita kerugian miliaran dolar setiap tahunnya karena keausan abrasif, dan di Australia, industri pertambangan kehilangan 2% pendapatan penjualan produk mineralnya setiap tahun karena keausan abrasif. Sebagian besar keausan abrasif ini terjadi pada liner ball mill. Ada dua pendekatan utama untuk mengatasi masalah ini: pertama, meningkatkan ketahanan aus material; dan kedua, memperbaiki lingkungan keausan melalui optimalisasi proses. Penelitian ini berfokus terutama pada aspek material.
Bahan tradisional ZGMn13 yang digunakan di ball mill:
ZGMn13 adalah baja-mangan tinggi, ditemukan oleh Hadfield pada tahun 1882. Dibuat dengan menambahkan sekitar 13% Mn ke baja, memanfaatkan karakteristik Mn untuk menggeser "hidung" kurva S-baja ke kanan dan menurunkan garis Ms dan Mf. Struktur austenitik sepenuhnya diperoleh melalui penahanan berkepanjangan pada suhu 1000-1050 derajat diikuti dengan pendinginan paksa. Struktur yang sepenuhnya austenitik ini menunjukkan sifat pengerasan kerja. Penggunaannya sebagai liner ball mill bertujuan untuk mencapai pengerasan kerja melalui dampak bola gerinda dan bahan abrasif pada liner. Namun, selama pengoperasian ball mill, bola gerinda dan bahan abrasif dibawa ke titik tinggi oleh putaran silinder dan kemudian jatuh secara berjenjang. Bola gerinda dan material abrasif yang jatuh dari ketinggian hanya berdampak langsung pada bola gerinda dan material abrasif di dasar tumpukan material, dan secara tidak langsung berdampak pada liner melalui akumulasi lapisan bola gerinda dan material abrasif. Hal ini menghasilkan intensitas dampak yang lebih rendah dan pengerasan kerja yang kurang signifikan. Pengalaman praktis menunjukkan bahwa di pabrik batu bara di pembangkit listrik, kekerasan-kekerasan kerja baja mangan tinggi austenitik adalah antara HB230 dan 250, dan di pabrik pengolahan bijih, kekerasannya tidak melebihi HB300, jauh di bawah batas pengerasan kerja-HB500 untuk baja{22}}mangan tinggi. Oleh karena itu, penggunaan baja mangan tinggi untuk memproduksi pelapis ball mill tidak tepat karena gagal memanfaatkan sifat tahan aus baja mangan tinggi.
Status Pengembangan Bahan Liner
Mengingat penerapan material ZGMn13 yang tidak tepat pada pelapis ball mill, ahli metalurgi di seluruh dunia telah meneliti material pelapis baru sejak tahun 1960an dan mencapai banyak hasil.
(1) Perkembangan Baru di ZGMn13
Para peneliti telah menyempurnakan ZGMn13 dengan menambahkan elemen seperti Cr, Mo, dan V untuk membentuk karbida paduan kekerasan tinggi berbentuk pulau-berbutir-yang stabil dan tersebar seperti (FeCr)3C dan VC. Hal ini menghambat pertumbuhan butiran austenit selama perlakuan pendinginan air, menghasilkan struktur austenitik dengan titik keras karbida terdispersi, sehingga meningkatkan kemampuan pengerasan kerja dan efek pengerasan material.
Amerika Serikat memproduksi baja mangan tinggi-cor standar dengan 1,5%~2,5% Cr (grade C) dan baja mangan tinggi cor standar dengan 0,9%~1,2% atau 1,8%~2,1% Mo (grade E-1 dan E-2).
Jepang memproduksi baja mangan tinggi-cor standar dengan 1,5%~2,5% Cr (grade SCMnH11) dan baja mangan tinggi cor-standar dengan 2,0%~3,0% Cr dan 0,4%~0,7% V (grade SCMnH12). Institut Penelitian Pengecoran dan Penempaan Mongolia Dalam telah mengembangkan baja kromium-mengandung-mangan tinggi dengan 1,5%~2,5% Cr, dan mengolah baja cair tersebut dengan unsur tanah jarang. Lapisan permukaan (0,01 mm) dari baja kromium-yang mengandung-mangan tinggi ini dapat mencapai kekerasan HB390 setelah dilakukan pengerasan di ball mill, yaitu 1,5 kali lipat dari baja-mangan tinggi biasa, dan masa pakainya 1,5 hingga 2 kali lebih lama dibandingkan baja-mangan tinggi biasa.
(2) Paduan Besi Cor Putih
① Besi cor putih 15Cr-3Mo dan pengembangannya. Bahan alternatif yang paling representatif untuk pelapis baja mangan tinggi-adalah besi cor putih martensit yang mengandung 15% Cr + 3% Mo. Bahan ini terdiri dari besi eutektik diskontinyu-kromium karbida (Cr, Fe)7C3 dan karbida sekunder kaya kromium-yang didistribusikan dalam matriks martensit, dengan karbida menempati sekitar 40% hingga 50% dari total volume. Karbida kromium ini memiliki kekerasan yang sangat tinggi, semuanya di atas HV1200-1800, cukup untuk menahan keausan akibat bahan abrasif umum. Namun, kekerasan matriks martensit berada di sekitar HRC50, yang lebih lembut dibandingkan beberapa bahan abrasif dan akan terkikis, sehingga berpotensi mencabut karbida. Oleh karena itu, ketahanan aus yang luar biasa dari karbida hanya dimanfaatkan sebagian. Harbin Institute of Technology juga telah melakukan upaya ekstensif dalam meningkatkan kinerja besi cor putih kromium tinggi 15Cr-3Mo. Mereka menggunakan garam dan paduan K, Na, Mg, dan Ca untuk melakukan perlakuan modifikasi semprotan pada besi tuang 15Cr-3Mo, sehingga menghilangkan distribusi jaringan asli karbida dan membuatnya tampak seperti cacing atau menggumpal, sekaligus mengurangi ukuran karbida. Hal ini secara signifikan meningkatkan ketangguhan dan ketahanan aus material. Penelitian telah menunjukkan bahwa tingkat keausan besi cor putih kromium tinggi 15Cr-3Mo yang diolah dengan elemen modifikasi berbeda lebih rendah dibandingkan dengan bahan yang tidak diolah. Secara khusus, tingkat keausan rata-rata besi cor putih kromium tinggi 15Cr-3Mo termodifikasi kalium adalah 63,2% lebih rendah dibandingkan bahan yang tidak diolah, dan tingkat keausan larutan optimal adalah 74,4% lebih rendah dibandingkan bahan yang tidak diolah.
② Cu-mengandung paduan besi cor putih. Besi cor putih paduan ini, yang berhasil dikembangkan oleh Pabrik Perkakas Shandong Xinwen, diproduksi dengan menambahkan 1,0% Cu dan 0,9% paduan ferrosilikon tanah jarang untuk modifikasi dan inokulasi sebelum pengecoran, diikuti dengan normalisasi 950 derajat dan perlakuan tempering 600 derajat, menghasilkan karbida yang terdispersi, halus, dan terdistribusi secara merata. Pengujian mesin menunjukkan bahwa pada pabrik semen berukuran L1,83m × 6,4m, ketahanan aus relatif lapisan pelapis besi cor putih yang mengandung Cu-tanah jarang adalah 2,4 kali lipat dari lapisan baja-mangan tinggi. (3) Baja Paduan Sedang dan Rendah
Meskipun pelapis ball mill baja-mangan tinggi atau besi cor putih paduan dengan elemen paduan tambahan menunjukkan peningkatan ketahanan aus yang signifikan dibandingkan pelapis baja-mangan tinggi biasa, bahan ini lebih mahal karena mengandung sejumlah besar logam mulia seperti Cr, Ni, dan Mo, dan rentan terhadap retak dan bahkan patah selama produksi dan penggunaan. Berdasarkan alasan ini, ahli metalurgi dan pekerja pengecoran Tiongkok, dengan mempertimbangkan kondisi spesifik negara saya, mulai meneliti penggunaan baja paduan menengah dan rendah untuk pelapis ball mill dan telah mencapai hasil yang menggembirakan.
① Baja tahan aus-paduan rendah karbon-Cr, Mo, Cu. Baja-rendah karbon-tahan aus-sedang yang mengandung Cr, Mo, dan Cu, dan diolah dengan unsur tanah jarang, dikembangkan oleh Universitas Teknologi Shenyang, mencapai kekerasan lebih dari HRC50 dan nilai benturan 25-60 J/cm² setelah pendinginan udara pada 950 derajat dan temper pada 250 derajat . Matriksnya adalah martensit yang ditempa, dan pemindaian mikroskop elektron menunjukkan struktur kumpulan martensit yang berbentuk bilah. Di bawah mikroskop elektron transmisi perbesaran tinggi, struktur tersebut dengan jelas menunjukkan campuran martensit dislokasi dan sejumlah kecil martensit kembar, dengan film tipis terputus-putus seperti austenit tertahan yang didistribusikan di antara bilah martensit. Bentuk dan distribusi austenit ini meningkatkan ketangguhan impak dan ketahanan aus relatif baja. Ketahanan aus baja ini pada energi tumbukan yang berbeda menunjukkan perbedaan yang mencolok dengan baja mangan tinggi.
Dengan meningkatnya energi tumbukan, ketahanan aus baja mangan tinggi meningkat secara signifikan, sedangkan ketahanan aus baja Cr, Mo, Cu yang baru dikembangkan menurun. Namun, dalam semua kondisi energi tumbukan yang dipilih dalam uji komparatif, ketahanan aus baja baru ini lebih tinggi dibandingkan baja-mangan tinggi. Digunakan pada ball mill berukuran L1,83m×3m di Tambang Besi Qian'an di Provinsi Hebei, liner yang terbuat dari bahan ini memiliki umur pakai 10-12 bulan, sedangkan umur liner ZGMn13 hanya 3-5 bulan.
② Baja paduan multi-elemen Cr-Mo-V-Ti medium-karbon multi-. Baja paduan-karbon multi-sedang yang mengandung Cr, Mo, dan sejumlah kecil V, Ti, dan Nb, yang dikembangkan oleh Institut Penelitian dan Desain Semen Hefei, memperoleh martensit temper + sejumlah kecil matriks bainit rendah dengan fase keras karbida terdispersi setelah perlakuan tanah jarang (RE) dan perlakuan panas spesifik. Pengujian menunjukkan bahwa jenis liner ini memiliki kekerasan yang tinggi, ketahanan aus abrasif yang baik, serta ketangguhan dan kekuatan lentur dampak tinggi, dengan masa pakai lebih dari tiga kali lipat baja mangan tinggi biasa. Telah digunakan di pabrik penggilingan di Pabrik Semen Huaihai (L4.2m×12m), Pabrik Semen Kunming (L3.5m×11m), dan Pabrik Semen Sichuan Dukou (L2.2m×13m), dengan tingkat keausan rata-rata 3,16 g/t di ruang pertama dan 1,53 g/t di ruang kedua; sedangkan tingkat keausan rata-rata pelapis baja{20}}mangan tinggi adalah 13 g/t semen.
③ Baja paduan kromium-karbon sedang-tinggi. Lapisan baja paduan kromium-sedang-karbon tinggi lainnya yang mengandung 4,5%~5,5% Cr dan 0,3%~0,7% Mo, dan diolah dengan inokulasi RE, juga dikembangkan oleh Institut Penelitian dan Desain Semen Hefei, telah berhasil diterapkan di pabrik bola semen.
④ Baja mangan Cr-Ti medium-. Baja-mangan sedang yang mengandung 5,5%~8,0% Mn, 1,5%~2,0% Cr, 0,05%~0,1% Ti, dan diolah dengan 0,02%~0,05% RE, memperoleh struktur austenit tunggal dengan butiran lebih halus dibandingkan baja mangan tinggi biasa melalui pendinginan air pada suhu 1100±30 derajat . Liner yang terbuat dari bahan ini telah mencapai hasil yang baik di ball mill di Tambang Besi Banshigou Pabrik Baja Tonghua dan Tambang Tembaga Tonghua. Ketahanan aus relatifnya adalah 1,64 kali lipat baja mangan tinggi saat menggiling bijih magnetit; dan 1,48 kali lipat dari baja{20}}mangan tinggi saat menggiling bijih tembaga. Alasan utama peningkatan ketahanan aus material ini adalah kinerja pengerasan kerja yang lebih baik di ball mill dibandingkan dengan baja mangan tinggi biasa.
⑤ Baja paduan-mo multi-fase rendah-Cr. Lapisan baja tahan aus-paduan rendah-multifasa yang diteliti, mengandung 3% Cr dan 0,4% Mo, dikenai perlakuan panas pendinginan isotermal untuk memperoleh struktur mikro bainit + martensit + austenit sisa. Bahan ini memiliki ketangguhan dan kekerasan yang tinggi, sehingga menghasilkan ketahanan yang sangat baik terhadap benturan, kelelahan, deformasi, dan keausan. Aplikasi lapangan telah menunjukkan bahwa lapisan ini memiliki masa pakai 1 hingga 2 kali lebih lama dibandingkan baja mangan tinggi biasa.
