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Application de plaques céramiques résistantes à l'usure dans les chutes minières
Description du produit
L'environnement de travail des goulottes minières est extrêmement difficile, et leurs mécanismes d'usure sont complexes et diversifiés, se manifestant principalement par trois problèmes majeurs : premièrement, l'usure par érosion, où des particules de minerai à haute dureté tombent d'une certaine hauteur, impactant la paroi interne de la goulotte à des vitesses de dizaines de mètres par seconde, provoquant de forts effets de coupe et d'écaillage, en particulier dans des zones telles que les coins de goulotte et les points de chute de matériaux, où l'usure est plus concentrée ; deuxièmement, l'usure par impact, où l'impact périodique de gros blocs de minerai entraîne facilement la déformation et la fissuration des plaques de revêtement, et peut même endommager la base de la goulotte ; et troisièmement, l'usure corrosive, où l'environnement humide des mines souterraines et les milieux acides et alcalins dans la boue de minerai accélèrent la corrosion des plaques de revêtement métalliques, réduisant encore leur résistance à l'usure.
Pendant longtemps, les mines ont principalement utilisé des plaques de revêtement métalliques telles que l'acier au manganèse et la fonte à haute teneur en chrome comme matériaux de protection pour les goulottes, mais la dureté Rockwell de ces matériaux n'est que de HRC50-60, et leur résistance à l'usure est limitée. Les données montrent que la durée de vie des plaques de revêtement métalliques traditionnelles n'est généralement que de 3 à 6 mois, et dans certaines zones à forte usure, elle est même inférieure à 1 mois. Le remplacement fréquent des plaques de revêtement nécessite non seulement une grande quantité de main-d'œuvre et de ressources, mais entraîne également des arrêts de la chaîne de production, avec une perte d'arrêt unique atteignant souvent des centaines de milliers de yuans, ce qui représente une lourde charge opérationnelle pour les sociétés minières. Par conséquent, le développement de matériaux de protection qui combinent une haute résistance à l'usure, une résistance aux chocs et une résistance à la corrosion est devenu un besoin urgent pour l'industrie minière.
Les principaux avantages des plaques céramiques résistantes à l'usure :
Plaques céramiques résistantes à l'usure sont fabriquées à partir d'alumine de haute pureté (Al₂O₃), de carbure de silicium (SiC) et d'autres matières premières de base par frittage à haute température et usinage de précision. Leurs propriétés physiques et chimiques surpassent globalement les matériaux métalliques traditionnels, offrant une protection complète contre l'usure pour les goulottes minières. Leurs principaux avantages se reflètent principalement dans les aspects suivants :
Résistance à l'usure extrême
La dureté Mohs des plaques céramiques en alumine peut atteindre 9 (seconde seulement après le diamant), et la dureté Rockwell est aussi élevée que HRA85 ou plus. Sa résistance à l'usure est 266 fois supérieure à celle de l'acier au manganèse et 171,5 fois supérieure à celle de la fonte à haute teneur en chrome, résistant efficacement à l'érosion et à l'abrasion de diverses particules de minerai. Les plaques céramiques améliorées avec l'ajout de particules de carbure de silicium peuvent encore augmenter la dureté à HV1800, améliorant la résistance à l'usure de 25 % par rapport aux plaques céramiques ordinaires, ce qui les rend adaptées aux conditions très abrasives telles que les goulottes de boue de minerai et les pompes à boue.
Résistance aux chocs équilibrée
Pour remédier à la fragilité des matériaux céramiques, l'industrie utilise une conception de structure composite comprenant une "céramique + substrat résistant". Grâce à une couche tampon en caoutchouc ou à un adhésif spécial, la plaque céramique est solidement collée à un substrat résistant, tel qu'une plaque d'acier Q235B. La couche céramique dure gère la résistance à l'usure, tandis que la couche élastique en dessous absorbe efficacement l'énergie d'impact du minerai, empêchant la plaque céramique de se fissurer et de se détacher, réalisant ainsi à la fois une "haute résistance à l'usure" et une "résistance aux chocs". Des tests pratiques ont montré que cette structure composite peut résister à une résistance aux chocs de 10 à 15 J/cm², parfaitement adaptée aux conditions à fort impact des goulottes minières.
Résistance stable à la corrosion et aux hautes températures
Les céramiques d'alumine ont des propriétés chimiques extrêmement stables, résistant aux milieux acides et alcalins et à la corrosion de la boue de minerai sans rouiller. Cela les rend adaptées aux environnements complexes humides et corrosifs que l'on trouve dans les mines souterraines. En même temps, leur excellente stabilité thermique leur permet de maintenir des performances stables dans des environnements à haute température supérieurs à 800°C, ce qui les rend adaptées à des conditions spéciales telles que le transport de poudre à haute température, prolongeant la durée de vie de 4 à 6 fois par rapport aux revêtements en caoutchouc de polyuréthane traditionnels.
Avantages économiques globaux significatifs
Bien que l'investissement initial dans les plaques céramiques résistantes à l'usure soit supérieur à celui des revêtements métalliques, l'avantage en termes de coût du cycle de vie est significatif. D'une part, leur durée de vie peut être prolongée à 2-5 ans, réduisant considérablement la fréquence de remplacement des revêtements et les temps d'arrêt ; d'autre part, la densité des plaques céramiques n'est que de 1/3 de celle des matériaux métalliques, ce qui réduit le poids total de la goulotte et diminue la consommation d'énergie motrice. De plus, la surface céramique lisse et le faible coefficient de frottement réduisent l'adhérence des matériaux et les risques de colmatage, améliorant ainsi l'efficacité du transport. Des études de cas montrent qu'après la modernisation de la goulotte d'une mine de charbon avec des plaques céramiques, les coûts de maintenance annuels ont été réduits de plus de 800 000 yuans, ce qui a entraîné un retour sur investissement de plus de 300 %.
Paramètres du produit
| Articles |
Spécifications |
| Teneur en alumine |
≥95% |
| Densité |
≥3,8 g/cm3 |
| Dureté Rockwell A |
≥85HRA |
| Résistance aux chocs |
≥1500 MPa |
| Résilience à la rupture |
≥4,0MPa·m1/2 |
| Résistance à la flexion |
≥330MPa |
| Conductivité thermique |
20W/m.K |
| Coefficient de dilatation thermique |
7,2×10 6m/m.K |
| Usure volumique |
≤0,02cm3 |
Processus d'application et solutions de correspondance pour les carreaux céramiques résistants à l'usure
L'application de carreaux céramiques résistants à l'usure dans les goulottes minières doit suivre les principes de "l'adaptation aux conditions et de la normalisation des processus". Le type de céramique et le processus d'installation appropriés doivent être sélectionnés en fonction de la structure de la goulotte et des caractéristiques des matériaux (taille des particules, dureté et hauteur de chute) pour assurer une protection maximale.
Comparaison des principaux processus d'installation
Actuellement, il existe trois principaux processus d'installation pour les revêtements céramiques dans les goulottes minières, chacun adapté à des conditions de travail différentes :
Méthode de collage adhésif : Les revêtements céramiques sont collés à la paroi interne de la goulotte à l'aide d'un adhésif structural époxy à haute résistance. Cette méthode offre une grande efficacité de construction et une surface lisse, et convient aux goulottes plates ou légèrement incurvées de grande taille et aux conditions de travail avec une résistance aux chocs des matériaux ≤ 5 J/cm². Pendant la construction, la surface du substrat doit être propre et sèche, avec une rugosité de Ra3,2-Ra6,3 μm. La couche adhésive doit être pleine et exempte de vides, et le temps de durcissement doit être d'au moins 24 heures.
Méthode de soudage de goujons : Les revêtements céramiques sont fixés à la base de la goulotte à l'aide d'un soudage de goujons. Chaque goujon a une résistance à la traction de ≥ 15 kN, et la méthode offre une excellente résistance aux chocs, ce qui la rend adaptée aux conditions de travail à forte chute (≥ 5 m) et à fort impact. Ce processus nécessite une étanchéité de soudure appropriée et un traitement anti-desserrage pour empêcher la pénétration de la boue et la corrosion ultérieure du matériau de base.
Processus composite à rainure en queue d'aronde : Cette méthode utilise une combinaison d'attaches mécaniques et d'adhésif structural pour une double fixation. La résistance de liaison de l'interface est ≥ 8 MPa, et elle offre une excellente résistance aux vibrations, ce qui la rend adaptée aux goulottes, aux cribles vibrants et à d'autres équipements soumis à des vibrations haute fréquence à long terme. Ses inconvénients incluent des exigences de précision d'usinage élevées et une période d'installation plus longue.
Méthode de sélection des céramiques résistantes à l'abrasion
| Modèle de produit |
Température de fonctionnement (℃) |
Milieux applicables |
Particules de matériau (mm) |
Champ d'application |
| Type de pâte |
300 |
Poudre/Boue |
≤3 |
Transport pneumatique de poudre ou de boue en dessous de 300°C |
| Soudé |
300-800 |
Poudre/Boue |
≤10 |
Transport pneumatique de poudre ou de boue à particules plus grosses en dessous de 800°C |
| Queue d'aronde |
≤800 |
Poudre/Boue |
≤200 |
Transport de poudre à particules plus grosses ou d'équipements rotatifs à grande vitesse en dessous de 800°C |
| Résistant aux chocs |
≤800 |
Granulés/Boue |
≤200 |
Système de transport de matériaux en vrac en dessous de 800°C, particulièrement adapté à un mélange de matériaux en vrac durs et de matériaux pulvérulents |
| Type composite caoutchouc-céramique |
-50~150 |
Granulés/Boue |
≤10 |
Un système de transport de matériaux en vrac en dessous de 150°C, particulièrement adapté au transport de matériaux en vrac mous purs, peut résister à un impact important |
Q1 : Quelles sont les différences entre les carreaux de céramique standard et les plaques composites céramiques à dos de caoutchouc ? Quelles sont leurs applications respectives ?
A1 :Carreaux de céramique : Collés ou boulonnés directement en place, offrant la plus haute dureté et une résistance à l'usure supérieure, adaptés aux sections droites des goulottes où l'usure par glissement est le principal mode d'usure.
Plaques composites céramiques à dos de caoutchouc : Les blocs de céramique sont intégrés dans du caoutchouc, améliorant la résistance aux chocs de 40 %. Ils conviennent aux zones à fort impact de matériaux et à des vibrations importantes, telles que les sorties de concasseurs et les points d'alimentation des machines de criblage.
Les deux peuvent être utilisés en combinaison, avec des plaques composites utilisées dans les zones d'impact et des carreaux de céramique standard dans les sections droites, ce qui permet d'obtenir une rentabilité optimale.
Q2 : Comment choisir entre 92 %, 95 % et 99 % de teneur en alumine ?
A2 : Ces trois représentent différents équilibres de rentabilité :
92 % d'alumine : Choix économique, adapté aux conditions d'usure moyennes telles que le charbon et le calcaire, avec une résistance à l'usure 120 fois supérieure à celle de la fonte à haute teneur en chrome.
95 % d'alumine : Qualité industrielle grand public, adaptée à la plupart des minerais métalliques et non métalliques, offrant le meilleur rapport coût-performance.
99 % d'alumine : Type haute performance, utilisé dans des environnements d'usure extrêmes (tels que des matériaux à haute dureté comme le sable de silice et le corindon) ou des pièces critiques nécessitant une résistance à l'usure extrêmement élevée.
Généralement, 95 % d'alumine peuvent répondre aux besoins de 90 % des applications minières.
Q3 : Combien de temps faut-il pour arrêter la production pour l'installation de céramiques résistantes à l'usure ?
A3 : Cela dépend du plan d'installation :
Réparation rapide en ligne : Des réparations locales peuvent être effectuées à l'aide d'adhésifs à durcissement rapide, ce qui permet de reprendre la production en 1 à 2 heures pour les réparations ponctuelles.
Installation segmentée : Les grandes goulottes peuvent être installées en trois segments, chaque segment nécessitant un arrêt de 8 à 12 heures.
Remplacement complet : Cela nécessite un arrêt de 2 à 3 jours. Par rapport au remplacement des revêtements métalliques traditionnels, le temps peut être réduit de 60 %.
Q4 : Qu'est-ce qui est le mieux : le collage adhésif ou la fixation par boulons ?
A4 : Les deux ont leurs avantages et sont souvent utilisés en combinaison :
Le collage adhésif offre plusieurs avantages, notamment l'absence de perçage, une surface lisse et une répartition uniforme de la contrainte. Il convient aux céramiques minces (≤15 mm) et aux surfaces planes.
Fixation par boulons : Offre une résistance mécanique plus élevée et une plus grande résistance aux chocs. Il convient aux céramiques épaisses (≥20 mm) ou aux zones soumises à des vibrations importantes.
Fixation combinée : Pour les zones critiques, une approche "coller d'abord, puis riveter" est utilisée, ce qui signifie que les pièces sont d'abord collées avec de l'adhésif, puis qu'un petit nombre de boulons sont utilisés pour une fixation auxiliaire afin d'assurer une fiabilité complète.
Q5 : Les matériaux adhéreront-ils ou s'accumuleront-ils sur la surface céramique ?
A5 : Par rapport aux surfaces métalliques, les céramiques présentent une tendance significativement réduite à l'adhérence des matériaux :
Surface lisse : Le coefficient de frottement n'est que de 1/3 de celui de l'acier, ce qui rend difficile l'adhérence des matériaux.
Traitement hydrophobe : Un revêtement hydrophobe est disponible en option pour empêcher l'adhérence des matériaux humides et collants.
Faible énergie de surface : La faible énergie de surface libre des céramiques rend l'adhésion chimique moins probable.
Les données montrent que la quantité d'accumulation de matériaux sur les surfaces céramiques est de 60 à 80 % inférieure à celle des surfaces en acier, ce qui la rend particulièrement adaptée à la manipulation de matériaux collants tels que l'argile humide et les concentrés.
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