Шахтные трубы износостойкие с футеровкой из каменного литья

Вот с этими футерованными трубами вечная путаница — многие думают, что каменное литьё автоматически решает все проблемы абразивного износа. На деле же лет пять назад мы на шахте 'Западная' поставили первую партию таких труб от китайского производителя ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов, и сразу столкнулись с трещинами в зоне сварных стыков. Технология-то требовала особого подхода к монтажу, который в спецификациях описали слишком общо.

Особенности каменного литья как материала футеровки

Когда впервые взял в руки отрезок такой трубы с сайта hzwear.ru, обратил внимание на неравномерность толщины футеровочного слоя — местами до 28 мм, местами едва 22. Для транспортировки пульпы с крупной фракцией это критично: тонкие участки стирались за сезон, хотя производитель заявлял 5 лет службы. При этом сам материал показал интересную особенность — при точечном ударе не давал сколов, в отличие от керамических аналогов.

Химический состав того литья, если верить документации ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов, включал оксид алюминия около 85%, но на практике важнее оказалась структура кристаллизации. В партии осенью 2022 года попались трубы с крупными кристаллами корунда — такие держали удар лучше, но хуже сопротивлялись постоянному трению мелким абразивом.

Замеры на стенде показали: при скорости потока 3.5 м/с и концентрации твёрдого 40% футеровка теряла 0.8 мм за 1000 часов. Это неплохо, но для гидроциклонов, которые компания производит, важнее сопротивление кавитации — здесь каменное литьё проигрывает спечённой керамике.

Монтаж и эксплуатационные ограничения

Самая частая ошибка — попытка резать трубы газовой резкой. Футеровка сразу даёт сетку трещин, хотя визуально это проявляется только через 2-3 месяца эксплуатации. Мы научились использовать только алмазные диски с водяным охлаждением, но это увеличивало стоимость монтажа на 15%.

При стыковке секций важно соблюдать соосность — перекос даже в 3 градуса приводит к локальному истиранию футеровки в первом колене. На компенсацию таких перекосов ушло три месяца экспериментов с разными типами прокладок.

Температурный режим — отдельная история. При -25°C футеровка становилась хрупкой, а при +80°C (такое бывает в системах оборотного водоснабжения) начиналось отслоение от стальной основы. Пришлось разрабатывать систему термокомпенсаторов, которую производитель не предусмотрел.

Сравнение с альтернативными решениями

Пробовали стальные трубы с напылением карбида вольфрама — износ в два раза выше, зато ремонтопригодность лучше. Для участков с переменной нагрузкой это иногда выгоднее, хотя общая экономика хуже.

Керамические вставки от того же hzwear.ru показывали лучшие результаты на прямых участках, но в местах изгибов требовали сложной стыковки. При этом их стоимость за погонный метр была выше на 30%.

Интересный опыт получили при комбинировании: на прямых участках — шахтные трубы износостойкие с футеровкой из каменного литья, на поворотах — сталь с полиуретановым покрытием. Такая гибридная система проработала 4 года без замены, хотя первоначальные опасения были.

Экономические аспекты применения

Первоначальные затраты кажутся высокими — в 2.5 раза дороже обычных стальных труб. Но если учесть, что на участке гидротранспорта концентрата замена требовалась каждые 8 месяцев, то за три года футерованные трубы отбивали стоимость.

Сложнее с учётом простоев — монтаж одной секции занимает в 3 раза дольше, чем стальной. При аварийной замене это критично. Мы стали создавать страховой запас в 10% от общего метража, что замораживало средства.

Для ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов стоило бы предусмотреть программу быстрой поставки стандартных секций — при нашем обращении в 2023 году ждали замену 6 недель, пришлось временно ставить стальные вставки.

Технические доработки и модернизации

На втором году эксплуатации начали усиливать торцевые участки наплавкой — стандартная конструкция не учитывала вибрацию от работающих насосов. После доработки ресурс соединений увеличился на 40%.

Разработали систему диагностики остаточной толщины футеровки ультразвуком — производитель предлагала только визуальный контроль, который не показывал начальные стадии износа.

Для гидроциклонов центробежные трубы с самораспространяющейся керамической футеровкой от этого же производителя показали себя лучше — там иная геометрия нагрузки. Возможно, стоит перенять технологию крепления футеровки для шахтных применений.

Перспективы развития технологии

Сейчас вижу тенденцию к комбинированию материалов — тот же hzwear.ru экспериментирует с добавлением наноструктурированных добавок в состав литья. Если удастся повысить ударную вязкость без потери износостойкости, это решит главную проблему.

Для горнодобывающих предприятий с высоким содержанием сернистых соединений в пульпе нужна стойкость к химической коррозии — текущие составы каменного литья здесь слабоваты.

Интересно было бы испытать трубы с переменной толщиной футеровки — в местах повышенного износа до 35 мм, на прямых участках — 20 мм. Технически это реализуемо, но потребует изменения технологии производства.

В целом же футеровка из каменного литья остаётся рабочим вариантом для 70% участков шахтного гидротранспорта. Главное — понимать её ограничения и не применять слепо там, где нужны другие решения.