On the Wear Mechanism of High-Chromium Gyratory Crusher Mantle Lining in Terms of the Assessment of the Used Material

• Autorzy: Bembenek Michał , Krawczyk Janusz , Zagórski Krzysztof , Pawlik Jan

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.2931

Warianty tytułu

PL

Analiza zużycia stożka wewnętrznego kruszarki stożkowej pod kątem oceny zastosowanego materiału

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

After the rock is excavated in bulky chunks, it must be processed into fractions usable by diverse branches of industry. There are many approaches to achieving a fine aggregate, and the gyratory crusher is often preferable. Alas, since its working surfaces are subjected to heavy loads of abrasive material, the lining of the gyratory crusher is prone to specific geometry degeneration mechanisms. The authors subjected the mantle lining to a series of tests, such as metallurgical microstructure analysis, chemical composition and hardness evaluation and X-ray examination. Although most mantles are manufactured from the high-manganese Hadfield steel family, the lining was fabricated from high-chromium hypoeutectic white cast steel with a white iron structure. The difference in the chosen material's chemical composition resulted in an uncommon wear mechanism with visible inclined craters emerging in the lower part of the cone, where erosive, dynamically-moving particles were concentrated.

PL

Po wydobyciu skały w dużych kawałkach wymaga ona przetworzenia na frakcje nadające się do wykorzystania przez różne gałęzie przemysłu. Istnieje wiele sposobów na uzyskanie drobnego kruszywa, a kruszarka stożkowa jest często preferowaną opcją. Niestety, jej powierzchnie robocze poddawane są dużym obciążeniom ściernym, co skutkuje tym, że wykładzina kruszarki stożkowej jest podatna na specyficzne mechanizmy degeneracji geometrii. Autorzy poddali wyłożenie stożka szeregowi badań, m.in. analizie mikrostruktury, ocenie składu chemicznego, rentgenowskiej analizie fazowej i twardości w odniesieniu do właściwości tribologicznych na podstawie analizy mechanizmu zużycia. Większość stożków jest wykonywana ze stali wysokomanganowej rodziny Hadfielda, w tym przypadku wyłożenie zostało wykonane z wysokochromowej, podeutektycznego staliwa o strukturze odpowiadającej żeliwu białemu. Zastosowany materiał spowodował występowanie charakterystycznego mechanizmu zużycia w postaci tworzenia się kraterów, gdzie zużycie erozyjne koncentruje się w dolnej części stożka, przy której koncentruje się oddziaływanie większych dynamicznie przemieszczających się cząstek.

Słowa kluczowe

EN

gyratory crusher; erosion wear mechanism; high-chromium cast steel

PL

kruszarki stożkowe; mechanizm zużycia erozyjnego; staliwo wysokochromowe

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 1
• Strony: 27--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bembenek Michał

• Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, AGH University of Science and Technology, A. Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7665-8058

autor

Krawczyk Janusz

• Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, AGH University of Science and Technology, A. Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7893-1177

autor

Zagórski Krzysztof

• Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, AGH University of Science and Technology, A. Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1898-8307

autor

Pawlik Jan

• Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, AGH University of Science and Technology, A. Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1914-9900

Bibliografia

• 1. Henckens T.: Scarce Mineral Resources: Extraction, Consumption and Limits of Sustainability. Resources, Conservation and Recycling 2021, 169, 105511, doi:10.1016/j.resconrec.2021.105511.
• 2. Rajan B., Singh D.: Investigation on Effects of Different Crushing Stages on Morphology of Coarse and Fine Aggregates. International Journal of Pavement Engineering 2020, 21, 177–195, doi:10.1080/1029 8436.2018.1449951.
• 3. Fladvad M., Onnela T.: Influence of Jaw Crusher Parameters on the Quality of Primary Crushed Aggregates. Minerals Engineering 2020, 151, 106338, doi:10.1016/j.mineng.2020.106338.
• 4. Johansson M., Bengtsson M., Evertsson M., Hulthén E.: A Fundamental Model of an Industrial-Scale Jaw Crusher. Minerals Engineering 2017, 105, 69–78, doi:10.1016/j.mineng.2017.01.012.
• 5. Revnivtsev V.I., Kapralov Ye.P., Finkelstein G.A., Zarogatsky L.P., Ivanov N.A., Blekhman I.I., Ivanov B.G.: Selective Liberation of Minerals in Inertial Cone Crushers. Powder Technology 1984, 38, 195–203, doi:10.1016/0032-5910(84)80050-9.
• 6. Evertsson M.: Cone Crusher Performance. 2015, doi:10.13140/RG.2.1.2212.7526.
• 7. Bengtsson M., Hulthén E., Evertsson C.M.: Size and Shape Simulation in a Tertiary Crushing Stage, a Multi Objective Perspective. Minerals Engineering 2015, 77, 72–77, doi:10.1016/j.mineng.2015.02.015.
• 8. Cepuritis R., Garboczi E.J., Jacobsen S.: Three Dimensional Shape Analysis of Concrete Aggregate Fines Produced by VSI Crushing. Powder Technology 2017, 308, 410–421, doi:10.1016/j. powtec.2016.12.020.
• 9. Bembenek M., Krawczyk J., Pańcikiewicz K.: The wear mechanism of mill beaters for coal grinding made-up from high manganese cast steel. Engineering Failure Analysis 2022, 142, 106843, https://doi. org/10.1016/j.engfailanal.2022.106843.
• 10. Gang D., Xiumin F., Dongming H.: Analysis and Optimization of Cone Crusher Performance. Minerals Engineering 2009, 22, 1091–1093, doi:10.1016/j.mineng.2009.03.020.
• 11. Lindroos M., Apostol M., Heino V., Valtonen K., Laukkanen A., Holmberg K., Kuokkala V.-T.: The Deformation, Strain Hardening, and Wear Behavior of Chromium-Alloyed Hadfield Steel in Abrasive and Impact Conditions. Tribol Lett 2015, 57, 24, doi:10.1007/s11249-015-0477-6.
• 12. Allende-Seco R., Artigas A., Bruna H., Carvajal L., Monsalve A., Sklate-Boja M.F.: Hardening by Transformation and Cold Working in a Hadfield Steel Cone Crusher Liner. Metals 2021, 11, 961, doi:10.3390/met11060961.
• 13. Petrov Y.N., Gavriljuk V.G., Berns H., Schmalt F.: Surface Structure of Stainless and Hadfield Steel after Impact Wear. Wear 2006, 260, 687–691, doi:10.1016/j.wear.2005.04.009.
• 14. Krawczyk J., Bembenek M., Pawlik J.: The Role of Chemical Composition of High-Manganese Cast Steels on Wear of Excavating Chain in Railway Shoulder Bed Ballast Cleaning Machine. Materials 2021, 14, 7794, doi:10.3390/ma14247794.
• 15. Johansson M., Quist J., Evertsson M., Hulthén E.: Cone Crusher Performance Evaluation Using DEM Simulations and Laboratory Experiments for Model Validation. Minerals Engineering 2017, 103–104, 93–101, doi:10.1016/j.mineng.2016.09.015.
• 16. Cleary P.W., Morrison R.D.: Geometric Analysis of Cone Crusher Liner Shape: Geometric Measures, Methods for Their Calculation and Linkage to Crusher Behaviour. Minerals Engineering 2021, 160, 106701, doi:10.1016/j.mineng.2020.106701.
• 17. Ma Y., Fan X., He Q.: Prediction of Cone Crusher Performance Considering Liner Wear. Applied Sciences 2016, 6, 404, doi:10.3390/app6120404.
• 18. Lindqvist M., Evertsson C.M.: Prediction of Worn Geometry in Cone Crushers. Minerals Engineering 2003, 16, 1355–1361, doi:10.1016/j.mineng.2003.08.011.
• 19. Lindqvist M., Evertsson C.M.: Development of Wear Model for Cone Crushers. Wear 2006, 261, 435– 442, doi:10.1016/j.wear.2005.12.010.
• 20. Atabaki M.M., Jafari S., Abdollah-pour H.: Abrasive Wear Behavior of High Chromium Cast Iron and Hadfield Steel–A Comparison. J. Iron Steel Res. Int. 2012, 19, 43–50, doi:10.1016/S1006- 706X(12)60086-7.
• 21. Klueh R.L., Maziasz P.J., Lee E.H.: Manganese as an Austenite Stabilizer in Fe Cr Mn C Steels. Materials Science and Engineering: A 1988, 102, 115–124, doi:10.1016/0025-5416(88)90539-3.
• 22. Ortega-Cubillos P., Nannetti-Bernardini P.A., Celso-Fredel M., Antonio Campos R.: Wear Resistance of High Chromium White Cast Iron for Coal Grinding Rolls. Rev. Fac. Ing. Antioquia 2015, doi:10.17533/ udea.redin.n76a16.
• 23. Dumrudkarn C., Muangjunburee P.: Wear Behavior of Hardfacing Deposits on Hadfield Steel. KEM 2015, 658, 172–176, doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.658.172.
• 24. Jilleh A., Kishore Babu N., Thota V., Anis A.L., Harun M.K., Talari M.K.: Microstructural and Wear Investigation of High Chromium White Cast Iron Hardfacing Alloys Deposited on Carbon Steel. Journal of Alloys and Compounds 2021, 857, 157472, doi:10.1016/j.jallcom.2020.157472.
• 25. Okechukwu C., Dahunsi O.A., Oke P.K., Oladele I.O., Dauda M.: Development of Hardfaced Crusher Jaws Using Ferro-Alloy Hardfacing Inserts and Low Carbon Steel Substrate. 2018, 20.
• 26. Okechukwu C., Dahunsi O.A., Oke P.K., Oladele I.O., Dauda M.: Review on Hardfacing as Method of Improving the Service Life of Critical Components Subjected to Wear in Service. Nig. J. Tech. 2018, 36, 1095, doi:10.4314/njt.v36i4.15.
• 27. Krawczyk J.: The role of the microstructure in tribological wear of iron alloys. AGH University of Science and Technology Press, Dissertations, Monographs 274, Krakow 2013 (in Polish).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).