Científicos del Instituto de Mecánica Teórica y Aplicada (ITPM) S. A. Khristianovich SO RAN, junto con el fabricante de equipos minero-metalúrgicos "Gormasheksport", desarrollaron un recubrimiento gradiente resistente al desgaste para los dientes de trituradoras de tornillo dentado. El recubrimiento, basado en una matriz metálica de hierro, tungsteno y molibdeno con componentes cerámicos, reduce la velocidad de desgaste de los dientes de trituración cuatro veces en comparación con las piezas de serie. Las piezas con el nuevo recubrimiento ya se han instalado en máquinas industriales y están pasando pruebas operativas en tres complejos industriales: en estructuras de "NLMK", "Evrazruda" y "RUSAL". Un papel clave en la investigación lo desempeñó la radiación de sincrotrón de las fuentes VEPP-3 y VEPP-4 del Instituto de Física Nuclear SO RAN en Novosibirsk.
Recubrimiento de los dientes de trituradoras: composición del material y mecánica del desgaste
Las trituradoras de tornillo dentado procesan mineral, carbón, caliza fundente y coque de petróleo. En uno de los complejos minero-metalúrgicos, una trituradora de caliza procesa alrededor de 700 toneladas de mineral por hora, y los dientes experimentan unos 35 millones de ciclos de carga durante su funcionamiento. La vida útil de los dientes de serie en este mineral es de 8 mil horas.
El principal problema es la temperatura. Durante la trituración de la roca, la energía mecánica se transforma en calor, y la superficie de los dientes se calienta hasta 400–500 grados Celsius. El nuevo material, según los datos de experimentos con radiación de sincrotrón, comienza a perder sus características de resistencia solo después de los 1300 grados Celsius.
Radiación de sincrotrón en ciencia de materiales: experimentos in situ en VEPP-3 y VEPP-4
La radiación de sincrotrón permitió realizar experimentos in situ: observar el comportamiento del material directamente bajo carga, y no solo registrar el hecho de la destrucción a posteriori. Los científicos pudieron determinar en qué puntos se originan las grietas y ajustar la composición del recubrimiento para prevenir fallas.
La aplicación de fuentes de radiación de sincrotrón en la creación de nuevos materiales amplía considerablemente nuestras posibilidades. Los experimentos tanto bajo carga estática como dinámica con el uso de SI permiten averiguar de dónde comienzan las fallas, calcular los focos de destrucción y, en el futuro, prevenir su aparición
Un efecto adicional es el autoafilado del diente durante el proceso de trabajo. La estructura gradiente del recubrimiento se desgasta de manera desigual, lo que conserva la geometría de corte y aumenta la eficiencia de trituración.
Características técnicas del nuevo recubrimiento para los dientes de trituradoras de tornillo dentado
- Base de la matriz: hierro, tungsteno, molibdeno con componentes cerámicos
- Límite de resistencia a la compresión: 25–30% superior en comparación con las mejores calidades de aleaciones de alta resistencia
- Reducción de la velocidad de desgaste: 4 veces en comparación con las piezas de serie
- Umbral térmico de degradación: disminución de las características de resistencia, después de 1300 °C
- Temperatura de trabajo de la superficie de los dientes en explotación: 400–500 °C
- Efecto adicional: autoafilado del diente
- Estado: pruebas industriales en complejos de "NLMK", "Evrazruda", "RUSAL"
- Financiación: subvención del Programa Federal Científico-Técnico para el desarrollo de investigaciones de sincrotrón y neutrones hasta 2030
Antes de la puesta en marcha del CKP "SKIF" —la Fuente Siberiana Circular de Fotones—, los especialistas rusos en materiales trabajaban con las fuentes VEPP-3 y VEPP-4, diseñadas para muestras pequeñas. Según Stepanenko, la puesta en funcionamiento de SKIF permitirá investigar muestras naturales de gran tamaño bajo cargas industriales reales; se trata de un nivel de experimentación cualitativamente distinto.
Una reducción cuádruple de la velocidad de desgaste en la industria minera no es una cifra abstracta. Para un complejo que procesa 700 toneladas de mineral por hora, sustituir los dientes significa detener la línea. Si la vida útil de la pieza aumenta de 8 a unas 32 mil horas, el período entre reparaciones y los costos operativos cambiarán de forma radical. Las pruebas en empresas de tres grandes grupos metalúrgicos del país significan que la tecnología ya ha superado el ámbito del banco de laboratorio.
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