La guía de ingeniería de bombas de lodos con alto contenido de cromo: de la metalurgia al mantenimiento

Una bomba de lodos con alto contenido de cromo Es una bomba centrífuga que tiene piezas de desgaste humedecidas fundidas con hierro blanco con alto contenido de cromo (generalmente una aleación ASTM A532 Clase III Tipo A que contiene 25-30% Cr más una matriz endurecida superior a 600 Brinell (aproximadamente HRC 58-62). Esta aleación fue diseñada específicamente para resistir la alimentación ciclónica altamente erosiva en la industria minera, la descarga de molinos altamente erosiva de plantas de procesamiento de minerales, arrecifes de oro, transporte de relaves, dragado y pigging de cal de plantas de energía que aniquilarían las piezas de hierro dúctil o Ni-Hard 4 en cuestión de meses. Este artículo va mucho más allá del revuelo del marketing: por qué funciona la metalurgia, cómo cada mecanismo de desgaste erosivo ataca el acero, cómo detectar modos de falla, cuándo el alto contenido de cromo pierde frente al caucho o la cerámica, y cómo se ve una curva de costos de cinco años.

¿qué hace que una bomba de lodo sea “alta en cromo”? La metalurgia detrás de ASTM A532 Clase III

Una bomba de lodo con alto contenido de cromo recibe este nombre porque el impulsor, el casquillo de garganta y los revestimientos de la carcasa están hechos de una familia especial de planchas blancas resistentes a la abrasión que están fundiendo una familia específica de planchas blancas resistentes a la abrasión según ASTM A532 / A532M que incluye:

• 1.a clase NC 80 “dureza media, tipo de aleación más antiguo, cromo generalmente solo alrededor de 4%, limitado por masa, utilizado para aplicaciones de alto impacto y producción.
• Cromo-molibdeno ñame de clase II de 12 a 20% Cr (A, B, D). Más dúctil que la Clase III, pero contiene menos carbono.
• Clase III Tipo A-contraño25-30% Cr hierro blanco con alto contenido de cromo. Esto suele ser lo que la industria denomina “bomba de lodo con alto contenido de cromo”.

El componente de esta aleación que genera trabajo útil son los principales carburos de cromo 'partículas inertes separadas de (Cr, Fe)7 C3, normalmente expresadas como M7 C3, que se forman a medida que la fase líquida se enfría, antes que el resto de la fundición. Hay indicaciones de difracción de rayos X revisadas por pares, en el componente M7 C3 de hierro fundido blanco con alto contenido de cromo, con valores de dureza de aproximadamente 1.025 a 1.500 HV; los carburos secundarios M23 C6 son aproximadamente 800 HV, siendo la rara fase de carburo M6 C tan dura como 1.800 HV. Los carburos, que comprenden partículas angulares y forman alrededor de 25% en volumen de la aleación de Clase III Tipo A, están contenidos dentro de una matriz austenítica, que después del tratamiento térmico puede transformarse más fácilmente en una matriz martensítica.

La estructura cruda como fundida no es la estructura de servicio. Las piezas fundidas de la bomba de lodo con alto contenido de cromo se someten a un tratamiento térmico de desestabilización, generalmente de 950 a 1050 grados Celsius para precipitar los carburos secundarios de la austenita y convertir la mayor parte de la matriz en martensita al enfriarse. Un temple subcrítico (alrededor de 450 a 500 grados Celsius) para aliviar la tensión interna sin examinar los carburos duros. Como pieza terminada se produce una fundición en HRC 58 a 62, la abreviatura comercial (industria) de “lo suficientemente duro como para que el cuarzo no raye la matriz más blanda”

Cómo la suspensión abrasiva destruye el metal de la bomba: explicación de tres mecanismos de desgaste

Una bomba de lodo resistente al desgaste no es resistente al desgaste. El alto contenido de cromo prolonga la vida útil al retardar un conjunto de mecanismos físicos que aún tienen lugar en cada impacto y cada paso de corte. La lodo erosiona el metal de la bomba a través de 3 medios relacionados, y cada uno varía de manera diferente con el volumen de carburo, la dureza de la matriz y la forma de la superficie mojada.

¿cómo erosionan las partículas abrasivas las superficies de las bombas de lodo?

La erosión en una bomba de lodo se ajusta a la forma general teorizada por primera vez por Finnie y por puntos de énfasis posteriores, Amargo: la tasa de desgaste aumenta a la energía cinética de la partícula en el momento del impacto, multiplicada por una corrección del ángulo de impacto. El objetivo duro y quebradizo, por supuesto, funciona mejor en un ángulo de impacto poco profundo (15 30) donde las partículas perforan astillas en lugar de cráteres. La cara frontal típica de una paleta impulsora está exactamente en este rango de ángulos, y ahí es donde aparece el desgaste más temprano.

Tres caminos discurren en paralelo:

1. Abrasión por hendidura. Las partículas angulares gruesas (más de aproximadamente 2 mm) tienen suficiente impulso de partícula para atravesar una pista visible a través de la matriz. Si la hendidura pasa a través de una banda de carburo, el carburo mantiene la profundidad debajo de la superficie. Si la hendidura pasa entre carburos, la matriz se corta y un carburo puede caer entero.
2. Erosión por deslizamiento o de tres protuberancias. Entre la cara de trabajo de la carcasa y la cubierta del impulsor, en el espacio entre el anillo de garganta y en la lengüeta de la carcasa, quedan atrapadas pequeñas partículas entre las dos superficies paralelas. No es inusual una velocidad relativa superior a 25 m/s. Las partículas desgastan ambas superficies simultáneamente, razón por la cual esas dos ubicaciones tienen un patrón de desgaste de 18 a 24 meses independientemente del material, la composición o la dureza.
3. Erosión acelerada por corrosión. Cuando la química de la suspensión ataca la matriz (piense en drenaje de mina con pH bajo o FGD cargado de cloruro), se desarrolla una fina película pasiva que luego es eliminada por el siguiente impacto y luego se reforma. Cada repetición levanta unos pocos micrómetros de metal. Este es el efecto que hace que el caucho parezca una buena idea sobre el papel y que el concepto australiano de alimentación ciclónica falle en la planta.

“Es una tormenta perfecta de abrasión constante, alta presión y calor que hace que los componentes de la bomba se degraden rápidamente. Con materiales típicos, las piezas se desgastan como si las estuvieran lijando. Primero hay agujeros, luego básicamente se erosiona hasta quedar en nada”.

Un error es pensar que el caucho siempre supera al metal en la abrasión porque el elastómero realmente se distorsiona bajo el impacto. En un concentrador de cobre alimentado con relaves de flotación de sólidos 18% a pH 9,2, por esta razón se convirtió una bomba de 4/3 con un revestimiento de hierro fundido a una versión revestida de caucho. Seis meses después, se cortó el caucho donde partículas de sílice de 3 mm impactaron la lengua en un ángulo alto. Se reinstaló un revestimiento con alto contenido de cromo y el sitio adoptó un ciclo de cambio de 12 meses. El caucho gana cuando las partículas son lo suficientemente pequeñas y redondas como para rebotar; El cromo alto gana cuando las partículas se desprenden.

Lo que realmente significa la calificación HRC para la vida útil de su bomba de lodo

La dureza es un sustituto elegante de una pregunta más insistente: ¿puede la superficie de desgaste mejorar el mineral que también se desprenderá?

Las lechadas mineras rara vez son una molienda monomineral: consisten en un abrasivo dominante y un lecho de tierra generalizada. Emparejar el material de desgaste con la combinación abrasivo-mineral seleccionada es el crisol de la vida útil y el valor de dureza publicado es de importancia secundaria en un sentido absoluto.

Cuarzo, que se encuentra con mayor frecuencia en minerales extraídos, arena dragada y voladuras abrasivas; cae en Mohs 7 y entre aproximadamente 900 y 1100 HV en Vickers. El granate, en Mohs 7,5, está entre aproximadamente 1.100 y 1.300 HV. La alúmina y su primo corindón superan a un Mohs 9, en el Vickers 1.800 2.000 HV.

La gama compartida con cuarzo y granate, 1025 a 1500, se superpone al rival de las alúminas, el cromo, pero no lo suficiente como para ganar ventaja frente al mineral dragado con mucho alúmina. Ese margen es precisamente lo que hace que la Clase III Tipo A sea el material np1/predeterminado en cobre, oro, hierro y, por supuesto, dragado con arena y reafirma el hecho de que la descarga ultrafina de molienda de alúmina está estrechamente alineada con el mercado cerámico y no con alto contenido de cromo.

En otras palabras: la suspensión de molienda de alúmina no está destruyendo el impulsor Clase III Tipo A porque la aleación es inferior, es porque el mineral/abrasivo dominante es superior. Primero verifique los Mohs, segundo el HRC y tercero el nombre comercial del producto. BBP ha desarrollado un cuadro comparativo de vida útil del mineral para la mayoría de los minerales extraídos.

Alto contenido de cromo frente a materiales de desgaste alternativos: un marco de decisión más allá del caucho y el Ni-Hard

Si estuviera buscando una bomba de lodo para una mina, la mayoría de las guías de selección abortarían la búsqueda en las tres opciones claras “amarillas” con alto contenido de cromo, Ni-duro y caucho. Pero te deja “dinero” sobre la mesa si el perfil de lodo se desvía hacia cualquier extremo. A continuación se muestra una “tabla” de recomendación “condicional” que agregaría revestimiento cerámico, cermet WC-Co y acero inoxidable dúplex como opciones “nominales” cuatro, cinco y seis para nichos particulares.

¿cuándo debería elegir bombas de lodo revestidas de cerámica en lugar de altas en cromo?

El cruce ocurre cuando la dureza más abrasiva del carburo de cromo se cruza con la dureza de los relaves que se procesan ', ya sea que el abrasivo dominante se haya acelerado en una descarga de recorte con partículas de Mohs 8,5-9 o si los relaves ricos en alúmina, el proceso de arena de circonio o la descarga de recorte se están reprocesando 8,5-9 partículas o, por lo tanto, los carburos de cromo se desgastarán aproximadamente al mismo ritmo que la matriz. Los revestimientos cerámicos (alúmina endurecida con circonio o alúmina pura) están a HV 1.500-2.000 y reanudan el equilibrio a favor de la bomba. Las desventajas de esta solución son la fractura frágil del componente sinterizado en caso de que la escala de la tubería afecte, un costo unitario significativamente mayor (2-4 veces el componente comparable con alto contenido de cromo) y plazos de entrega significativamente más largos.

El patrón típico de instalación en campo es cerámico, donde la arena es más fina y dura y con alto contenido de cromo desde allí, fuera de la tubería, hasta los desechos de arena media más gruesos y gruesos. Generalmente dentro del mismo circuito.

En los casos en los que su perfil de suspensión parezca incierto (mineralogía cambiante, pH fluctuante o oscilaciones estacionales de sólidos), comience usando BBP herramienta de selección de material de alto cromo, que relaciona la química de la suspensión con una lista de posibles materiales de desgaste. Para comparaciones centradas en el caucho, consulte el línea de bombas de lodo revestidas de goma.

Modos comunes de falla de la bomba de lodo con alto contenido de cromo: diagnóstico a partir de patrones de desgaste

Generalmente, si una bomba de lodo con alto contenido de cromo falla en servicio, dejará un rastro visible en la geometría del desgaste. Interpretar ese rastro le permitirá concluir si la causa es el material, el sistema hidráulico, la química o el operador. Cinco de esos senderos representan un enorme porcentaje de ‘paradas imprevistas’.

Hendidura de vanguardia de paletas

Firma: Erosión festoneada de 45′ en el tercio exterior de cada paleta hasta que se vuelve un poco más profunda la cubierta; La causa raíz -normalmente son sólidos de gran tamaño, grandes que el tamaño del paso publicado para la bomba o un cambio gradual en la densidad de alimentación que aumentó el impulso de las partículas. Acción correctiva: antes de la bomba, verifique la pantalla de alimentación y la densidad de flujo inferior del ciclón, no es una mejora del material.

Lavado de lengua con casquillo de garganta y carcasa

Firma: un patrón de desgaste en forma de campana en los contornos de las palas donde la corriente de partículas se reacelera más allá de la velocidad de diseño (generalmente ubicada en la posición de 5 a 7 en punto en una voluta horizontal). Razón Raíz-Causa es un cambio de punto de trabajo hacia la derecha del punto de mejor eficiencia que aumenta la velocidad de la punta y las velocidades de separación. En una carcasa de la serie BBP AM, esto suele evidenciarse por el desgaste acelerado del casquillo de la garganta antes del impulsor.

Picaduras del revestimiento de succión sin cicatrices de abrasión

Firma: cráteres en forma de hendidura concentrados cerca del ojo, falta de ranuras direccionales. Esto es cavitación, no abrasión 'la suspensión se vaporizó en puntos de baja presión y las burbujas que colapsan golpearon el metal (desgaste acelerado). Hidráulica correcta: aumentar el NPSH disponible, disminuir la elevación por succión, acelerar la bomba, sobredimensionar la tubería de succión, no perseguir una mejora metalúrgica.

El alto contenido de cromo es más resistente a la cavitación que el hierro fundido, pero ningún material de desgaste es resistente a la cavitación indefinidamente.

Fuga del sello glandular con desgaste del manguito del eje axial

Placa de identificación: marcas de desgaste de rayas axiales en el manguito del eje, el empaque se comprimió asimétricamente, el flujo de agua de descarga fue mucho menor que la placa de identificación. De hecho, la causa principal fue que la presión del agua de descarga era demasiado baja para mantener la suspensión alejada de la caja de relleno. Un encuentro frecuente en el campo con la bomba de lodo de cal FGD anamoly es el “desgaste prematuro de las glándulas”, ya que el suministro de agua de descarga está bloqueado.

Ablandamiento de la matriz después de la exposición a alta temperatura

Firma:.El valor de dureza de Brinell se degrada de 5 a 8 puntos del valor asignado sin desgaste visible a simple vista. Causa raíz más probable: un evento de temple subcrítico en el que la fundición fue tratada térmicamente por encima de 500 °C el tiempo suficiente para registrar un inicio de transformación de martensita en una matriz de ferrato más carburo: incidente de incendio, reparación de soldadura en el campo, ruptura que altera el proceso. Las piezas afectadas no pueden volver a endurecerse en el campo y deben desecharse.

Cuando las piezas de desgaste llegan al final de su vida útil, BBP inventario de piezas de desgaste de bombas de lodo mantiene los impulsores, casquillos de garganta, revestimientos de carcasa y manguitos de eje listos para su envío, y el herramienta de decisión de materiales de revestimiento ayuda a decidir si reordenar la misma especificación o actualizar.

Mejores prácticas operativas: ampliación de la vida útil en lodos de alta densidad

La mayoría de las fallas de las bombas de lodo de servicio pesado se pueden evitar con un pequeño conjunto de prácticas operativas cuya implementación no cuesta casi nada. Una bomba que se imprime correctamente, se pone en marcha con agua clara, se pone en servicio contra una línea base de vibración y se vuelve a apretar según lo previsto funcionará entre un 30 y un 50 por ciento más que la misma bomba instalada según el libro pero operada sin disciplina.

¿cómo se prepara una bomba de lodo con alto contenido de cromo?

Una bomba de lodo horizontal no se autoceba. El cuerpo de la bomba y la línea de succión deben llenarse con líquido antes del arranque. Normalmente agua limpia, no la suspensión del proceso. Secuencia: cerrar la válvula de descarga, abrir la válvula de succión, llenar el volumen a través de la conexión de cebado hasta que el líquido se desborde de la válvula de liberación de aire, cerrar la liberación de aire, arrancar el motor a velocidad reducida si el accionamiento lo permite, rampa para diseñar RPM en más de 30 segundos, luego abrir gradualmente la descarga para tareas de diseño. Para sitios remotos sin agua limpia, las cámaras de cebado del lado del expulsor o de succión son alternativas viables, pero el primer principio se cumple: los sólidos nunca deben ingresar a una carcasa seca.

Unos 30 minutos iniciales de bombeo con agua clara brindan la oportunidad de registrar la tendencia de la temperatura de carga desde el ambiente, verificar la presión justo fuera de la glándula desde la línea de drenaje de la glándula (generalmente de 0,35 a 0,5 bar por encima de la presión de drenaje del suministro de succión) y luego establecer una línea base. firma de vibración.

Margen NPSH para servicio de purines

El requisito de NPSH en la curva del fabricante supone agua limpia. Para lodos de alta densidad, agregue una corrección: la práctica típica de la industria ve de 0,5 a 1,5 metros de margen de NPSH por unidad de gravedad específica sobre el agua. Una suspensión de SG 1,4 que bombea a un NPSH_r publicado de 4 metros debe tener al menos de 5 a 6 metros disponibles. Las tuberías de succión de tamaño insuficiente y una geometría de sumidero apretada son los culpables habituales cuando un sitio afirma “cavitación inexplicable” en una bomba que se probó bien en fábrica.

Programa de reapriete para revestimientos de juntas cónicas

Las caras de acoplamiento cónicas de los revestimientos de la serie AM dependen del ajuste de interferencia sostenido por pernos pasantes. Con 100 horas de servicio, vuelva a apretar según las especificaciones OEM y la interferencia se asiente y se relaja un poco en el rodaje. Un segundo nuevo par a las 500 horas captura cualquier relajación lenta antes de que la migración del revestimiento produzca desgaste por espacios. El ajuste del impulsor externo, una característica de los marcos BBP AM, permite reajustar el espacio libre delantero sin desmontarlo; Realice un seguimiento de los giros de ajuste para que la alineación de los rodamientos se pueda monitorear por separado.

monitoreo de pH y puntos de inflexión de calidad material

El acero inoxidable Clase III Tipo A con 27 por ciento de Cr funciona bien hasta aproximadamente pH 4,5 en servicio continuo. Por encima de eso, la matriz experimenta una disolución pasivante entre carburos, de ahí que A49 al 30 por ciento de Cr esté disponible para sistemas de drenaje ácido de mina y FGD que pueden descender por debajo de pH 4. Si la química del proceso tiene una tendencia ácida estacionalmente, registrar el pH en la bomba. La succión trimestral es menos costosa que un cambio prematuro de piezas de desgaste.

Para preguntas sobre tallas, el BBP herramienta de dimensionamiento de bomba de lodo de alto contenido de cromo solicita la entrada de puntos de servicio y devuelve marcos AM candidatos.

Costo total de propiedad: la matemática del ciclo de vida de las bombas de lodo con alto contenido de cromo

Una bomba de lodo con alto contenido de cromo es inicialmente más cara que un equivalente de hierro dúctil, pero significativamente menos en cinco años. Una curva TCO es donde se gana o se pierde el argumento de la adquisición. Tres factores dominan el cálculo: la frecuencia con la que se reemplaza la bomba, el costo de las piezas por cada cambio y los beneficios de producción del tiempo de inactividad por cada cambio.

El trabajo de predicción del desgaste de componentes de bombas de lodo revisado por pares realizado por Sellgren (TexasAM, 2005) y los seguimientos académicos coinciden: el costo de su ciclo de vida estará impulsado por el mantenimiento y el tiempo de inactividad inducido, no por las piezas. Una forma práctica muy útil de dividir de dónde vendrán sus costos proyectados es un valor de tiempo de inactividad del 70 por ciento, un 15 por ciento de piezas, un 15 por ciento de mano de obra, un refinamiento útil de la cifra de costo del ciclo de vida del 70 por ciento que termina etiquetando el ‘costo’ a veces tres veces, primero en piezas y segundo en mano de obra.

Estos números son representativos del servicio de alimentación ciclónica de tamaño mediano (4/3 a 8/6 cuadros). Ese patrón se generaliza: con un valor de tiempo de inactividad bajo, el hierro dúctil a Ni-Duro y alto en cromo es la progresión lógica porque domina el costo de las piezas. Con un valor de tiempo de inactividad alto (alrededor de $2,400 por hora y más, típico de las operaciones continuas de concentradores), la cerámica y el alto contenido de cromo convergen porque el tiempo de inactividad ahorrado supera el costo de las piezas más alto. Para la mayoría de los sitios mineros con un valor de tiempo de inactividad de $500 a $1,500 por hora, el tipo A con alto contenido de cromo es el ganador absoluto.

Para conocer los puntos de referencia específicos de la minería que tienen en cuenta la dureza del mineral, la densidad de alimentación ciclónica y las tasas de mano de obra del sitio, consulte comparación de TCO específicos de la minería herramienta.

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