Изготовление керамических износостойких труб на заказ

Когда слышишь про керамические износостойкие трубы, многие сразу думают о чём-то вроде обычных стальных труб с напылением. На деле же — это сложная штука, где керамика должна работать в паре с металлом, а не просто приклеена как заплатка. Мы в ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов через это прошли: вначале думали, что главное — твёрдость керамики, а оказалось, что критические моменты — это адгезия слоя и поведение при термоциклировании.

Почему керамика, а не просто сталь?

В горняцких условиях, скажем, на гидроциклонах, обычная сталь живёт от силы полгода — абразив съедает стенки за считанные месяцы. Пробовали и биметалл, и литые вставки, но когда запустили первую партию керамических труб с самораспространяющейся футеровкой, разница стала очевидной: в зоне наибольшего износа керамика держалась втрое дольше. Хотя и тут есть нюанс — если кривизну трубы не учесть при прессовании, в местах изгибов появляются микротрещины.

Заметил, что некоторые конкуренты до сих пор используют эпоксидные составы для фиксации керамических вставок. Мы тоже так начинали, но на горячих пульпах (до 90°C) клей терял эластичность, и через пару циклов нагрузок футеровка отставала. Пришлось переходить на механическое крепление с компенсационными зазорами — не идеально, но хотя бы предсказуемо.

Кстати, о температуре: для энергетиков делали трубы с керамикой на основе оксида алюминия — вроде бы логично, твёрдость заявлена 9 по Моосу. Но в условиях термоударов (когда сбрасывают пар) появлялись сколы. Позже выяснили, что нужно легировать цирконием, пусть и теряем 5% твёрдости, но получаем втрое большую стойкость к растрескиванию.

Технология, которая не всегда работает как в учебнике

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) — в теории всё гладко: экзотермическая реакция, плотное спекание. На практике же процент брака при изготовлении на заказ достигает 30%, если не контролировать влажность шихты. Запомнился случай, когда для обогатительной фабрики в Воркуте сделали партию — вроде бы всё по ГОСТу, но через месяц пошли рекламации. Оказалось, в их воде была повышенная концентрация хлоридов, которые мы не учли при подборе состава связки.

Геометрия — отдельная головная боль. Когда заказчик просит трубу с переменным диаметром (например, переходники для гидроциклонов), равномерность керамического слоя почти невозможно обеспечить штатными методами. Приходится делать пресс-формы под конкретный типоразмер — экономически невыгодно для мелких серий, но другого варианта нет.

И да, про толщину слоя: многие технологи стараются сделать потолще, мол, запас. Но на вибронагруженных линиях (например, на грохотах) толстый слой работает как хрупкая оболочка — достаточно резкого удара, и по всей длине идёт трещина. Вывели для себя эмпирическое правило: для труб диаметром до 200 мм оптимально 8-12 мм, свыше — 15-18, но не более.

Оборудование, которое нас выручило

На https://www.hzwear.ru мы не зря акцентируем центробежные установки — без них керамические трубы были бы неровными по плотности. Раньше использовали виброуплотнение, но в зонах с обратными углами (отводы, тройники) всегда оставались пустоты. Перешли на центрифуги с регулируемым ускорением — брак по неоднородности упал с 25% до 7-8%.

Проблема с обжигом: стандартные печи с шагом нагрева 100°C/час не подходят для крупногабаритных изделий. Пришлось модернизировать — сейчас используем печи с зональным подогревом, где можно задавать разные температурные профили по длине трубы. Особенно критично для изделий длиной свыше 3 метров — без этого середина недопекалась, а края перегревались.

Контроль качества — отдельная тема. Ультразвуковой дефектоскоп хорош для стальных труб, но с керамикой сигнал сильно рассеивается. Применяем комбинацию методов: вихревые токи для выявления отслоений + рентген для плотности. Да, дороже, но зато не пропускаем скрытые дефекты типа микротрещин в переходных зонах.

Где мы облажались и что вынесли

Был заказ от цементного завода — просили износостойкие трубы для транспортировки клинкера. Рассчитали всё на абразивный износ, но не учли химическую агрессию: щелочная среда буквально выедала связующие компоненты за полгода. Пришлось переделывать с корундовой керамикой — дороже, но хотя бы работает.

Ещё один провал — попытка сделать футеровку для мельницы МШР. Думали, раз с трубами справляемся, тут тоже ничего сложного. Но циклические ударные нагрузки оказались критичными — керамика не успевала демпфировать, пошли сколы. Вывод: не всё, что работает в гидротранспорте, подходит для дробильного оборудования.

Сейчас осторожнее подходим к новым сферам — всегда просим образцы рабочей среды и тестируем в течение месяца. Даже если заказчик торопит, лучше потерять время на испытания, чем потом разбираться с рекламациями.

Что в итоге работает

Для горнодобывающих предприятий (наша основная специализация по данным https://www.hzwear.ru) оптимальны трубы с корундо-циркониевой керамикой — пусть дороже, но в пересчёте на срок службы выгоднее. Для ЗИФ, где нагрузки помягче, можно брать и оксид алюминия, но только если нет кислот в пульпе.

Крепление — либо механическое с компенсационными швами, либо СВС-покрытие, но только на прямых участках. Для колен и отводов лучше подходит футеровка сборными сегментами, хоть и появляются стыки — зато нет риска отслоения при вибрации.

И главное — никаких универсальных решений. Каждый раз, когда слышу про ?керамическую трубу для любых условий?, понимаю, что человек далёк от реальности. Даже в пределах одного карьера на разных участках могут быть абсолютно разные требования к материалу.

Сейчас в ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов для каждого заказа делаем пробный участок — пусть заказчик тестирует в своих условиях. Только после этого запускаем в производство. Да, теряем время, зато клиенты возвращаются — знают, что мы не впариваем кота в мешке.