Пластины из оксидно-алюминиевой керамики на заказ

Когда клиенты запрашивают пластины из оксидно-алюминиевой керамики на заказ, многие ошибочно полагают, что это просто 'кусок твёрдого материала'. На деле же — это сложный компромисс между абразивной стойкостью, ударной вязкостью и технологичностью монтажа. В горнодобывающих условиях, где мы чаще всего сталкиваемся с износом, разница между удачным и провальным решением может составлять всего 0,5 мм в геометрии паза или 2% в пористости спечённого материала.

Почему стандартные решения не работают в горной промышленности

На нашем сайте ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов регулярно приходят заявки с формулировкой 'нужна керамика по ГОСТ'. Уже на этапе обсуждения становится ясно: клиенты не всегда учитывают, что динамические нагрузки в гидроциклонах создают не только абразивный, но и ударный износ. Классические прямоугольные пластины здесь часто откалываются по краям — пришлось на практике отрабатывать скруглённые контуры с перепадом толщины.

Один из случаев на обогатительной фабрике в Кемерово: установили штатные керамические плитки в питатель дробилки. Через три недели — массовое выкрашивание. При вскрытии обнаружили, что вибрация вызывала микросдвиги, а жёсткая фиксация без демпфирующего слоя лишь усугубляла проблему. После этого мы стали рекомендовать двухслойную систему с полиуретановой прослойкой — казалось бы, очевидное решение, но его редко учитывают в типовых проектах.

Сейчас в нашей компании для горнорудных предприятий мы предлагаем пластины с тыльным пазом 'ласточкин хвост' — не самое дешёвое решение, но именно оно показало сохранность покрытия после 14 месяцев работы в условиях промывки железорудного концентрата. Хотя и здесь есть нюанс: при толщине керамики менее 8 мм такая форма снижает прочность на излом.

Технологические компромиссы при изготовлении сложных конфигураций

Когда речь идёт о футеровке центробежных труб, геометрия пластин становится критичной. Наши технологи долго спорили о допустимом радиусе кривизны — лабораторные испытания показывали, что для оксидно-алюминиевой керамики минимальный радиус должен быть не менее 3 мм, но практика на карьере 'Алмазы Анабара' доказала: даже при радиусе 5 мм на внутренней поверхности изгиба появляются микротрещины после термоциклирования.

Пришлось разрабатывать градиентное спекание — сейчас это звучит как обычная фраза, но тогда мы потратили четыре месяца на подбор режимов охлаждения. Интересно, что проблему частично решили не технологическими ухищрениями, а банальным увеличением припуска на механическую обработку после обжига. Хотя это и увеличило стоимость на 12%, но снизило процент брака с 18% до 3.

Самый сложный заказ был на пластины для спирального классификатора — требовалось сочетание криволинейной формы с отверстиями под крепёж. Фрезеровка алмазным инструментом после спекания приводила к сколам, пришлось внедрять литьё по выжигаемым моделям. Кстати, именно тогда мы окончательно отказались от идеи универсального состава керамики — для литья пришлось снизить содержание Al2O3 до 92%, что конечно уменьшило твёрдость, но дало выигрыш в ударной вязкости.

Ошибки, которые мы совершили (и которые вам лучше не повторять)

В 2021 году пробовали внедрить систему крепления пластин на металлические шпильки с резьбой — казалось логичным для быстрой замены. В испытаниях на углеобогатительной фабрике резьбовые соединения забивались мелкодисперсной пылью уже через две смены. При демонтаже приходилось вырубать крепёж перфоратором — терялось больше времени, чем экономилось на фиксации.

Другая ошибка — попытка использовать импортные полимерные клеи для монтажа. В условиях постоянной вибрации даже дорогие немецкие составы давали усадку до 0,3 мм, образуя зазоры, в которые проникала пульпа. Пришлось разрабатывать собственный композитный состав на основе эпоксидной смолы с керамическим наполнителем — не идеально, но хотя бы предсказуемо.

Самый показательный провал — заказ на футеровку мельницы МШР, где мы слишком увлеклись плотностью прилегания пластин. Сделали минимальные зазоры (до 0,1 мм), но не учли тепловое расширение — при запуске оборудования в отапливаемом цехе керамика начала 'гулять'. Результат — трещины по стыкам. Теперь всегда оставляем расчётные зазоры, даже если клиент insists на 'монолитности'.

Как мы подбираем параметры под конкретные условия эксплуатации

Для гидроциклонов, которые наша компания производит самостоятельно, используем пластины с разной пористостью — в верхней зоне где больше абразивное воздействие, ставим плотную керамику (пористость менее 2%), в зоне слива — более пористую (до 5%), которая лучше поглощает энергию удара частиц. Это кажется мелочью, но продлевает срок службы на 25-30%.

Всегда спрашиваем у заказчика размер фракции материала — если преобладают частицы свыше 2 мм, рекомендуем увеличивать толщину пластин до 15 мм, даже если конструкция позволяет обойтись 10 мм. Хотя это увеличивает нагрузку на опорную конструкцию, но предотвращает сквозной износ.

Интересный случай был с обогатительной фабрикой в Норильске — там из-за специфического состава пульпы с повышенной кислотностью (pH ~4) стандартная керамика теряла до 40% массы за год. Пришлось разрабатывать состав с добавкой диоксида циркония — увеличило стоимость в 1,8 раз, но дало устойчивость к химической эрозии.

Что действительно важно при заказе керамических пластин

Главное — не твёрдость, как многие думают, а соотношение твёрдости и вязкости. Пластина с твёрдостью 85 HRA может служить дольше, чем с 90 HRA, если у неё лучше показатель ударной вязкости. Мы обычно тестируем образцы на установке SHX-150 — не самая современная, но даёт стабильные результаты.

Всегда просим предоставить данные о температуре эксплуатации — выше 80°C начинаются проблемы с полимерными креплениями, а при 200°C уже нужны полностью металлические системы фиксации. Кстати, именно для высокотемпературных применений мы разработали пластины с пазами под сварные шпильки — решение неэстетичное, но эффективное.

Стоит обращать внимание на условия хранения до монтажа — были случаи, когда идеально изготовленные пластины приходили в негодность из-за конденсата на складе. Теперь всегда упаковываем в вакуумную плёнку с силикагелем, хотя это и добавляет к стоимости.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас экспериментируем с лазерной гравировкой микроканавок на рабочей поверхности — теоретически это должно снижать трение пульпы. Но пока результаты противоречивые: на вязких средах действительно есть эффект, на крупнозернистых — практически нулевой. Дорабатываем методику.

Основное ограничение — размеры монолитных пластин. При превышении 300×300 мм резко растёт вероятность дефектов при спекании. Пробовали делать сборные панели — работает, но стыки остаются слабым местом. Возможно, стоит вернуться к идее бесшовной футеровки жидкими составами, но это уже совсем другая технология.

Из последнего — начали применять ультразвуковой контроль каждой партии после спекания. Дорого, но позволило выявлять внутренние дефекты, которые раньше проявлялись только в процессе эксплуатации. Особенно актуально для ответственных объектов, где простой дороже переплаты за контроль.