تجزیه و تحلیل جامع تخریب غلتک‌های مورد استفاده در سرندهای غلتکی کارخانه‌های گندله‌سازی کنسانتره‌‌آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 شرکت نظم آوران صنعت و معدن گل گهر، سیرجان، ایران

چکیده

مقدمه و اهداف: این پژوهش با هدف بررسی مکانیزم‌های تخریب سه نوع غلتک مورد استفاده در کارخانه‌های گندله‌سازی سنگ‌آهن انجام شده است. این غلتک‌ها شامل فولاد زنگ‌نزن 304، فولاد 1.4313 و فولاد St52 با پوشش کروم‌سخت هستند. هدف نهایی، شناسایی علل شکست و ارزیابی مناسب‌بودن این مواد برای کاربرد صنعتی است. 
مواد و روش‌ها: جهت تحلیل تخریب، از روش‌های طبقه‌بندی ماکروسکوپی و آماری، سختی‌سنجی، کوانتومتری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف‌سنجی پراش انرژی استفاده شد. این روش‌ها امکان بررسی جامع خواص مکانیکی، ساختاری و سطحی نمونه‌ها را فراهم نمودند. 
یافته‌ها: نتایج نشان داد در فولاد زنگ‌نزن 304، سختی پایین (حدود 210 ویکرز) و استحکام تسلیم کم، موجب سایش و تغییر شکل مکانیکی شد. فولاد 1.4313، به دلیل خوردگی حفره‌ای گسترده و ریزساختار ناهمگن، دچار زبری سطحی شدید و پیچش شد. در فولادSt52  با پوشش کروم‌سخت، ضخامت بالای پوشش (تا 200 میکرومتر)، منجر به ایجاد ترک در ناحیه مرزی پوشش و زمینه و جداشدگی موضعی پوشش حین چرخش شد. 
نتیجه‌گیری: مکانیزم‌های تخریب در انواع غلتک‌ها، به ویژگی‌های مکانیکی، ساختاری و فرآیندهای پوشش‌دهی وابسته‌اند. نتایج حاصل می‌تواند در انتخاب بهینه مواد و اصلاح فرآیندهای ساخت غلتک‌ها مؤثر بوده و منجر به افزایش عمر و کارایی آن‌ها در صنایع گندله‌سازی شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comprehensive Failure Analysis of Rollers Screen Used in Iron Ore Pelletizing Plants

نویسندگان [English]

  • Maryam Karbasi 1
  • Amir Karimi 1
  • Sobhan Saadat 2
  • Hamid Talebizadeh Sardari 2
  • Ali Mirzaei 1
1 Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Nazm Avaran Sanat va Madan Gol Gohar Company, Sirjan, Iran
چکیده [English]

Introduction and Objectives: This study investigates the failure mechanisms of three types of rollers used in iron ore pelletizing plants, namely 304 stainless steel, 1.4313 steel, and hard chrome-coated St52 steel. The objective is to identify the causes of failure and assess the suitability of these materials for industrial application.
Materials and Methods: The failure analysis was conducted using macroscopic and statistical classification, hardness testing, quantometer analysis, scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectroscopy (EDS). These methods enabled a comprehensive evaluation of the mechanical, structural, and surface characteristics of the rollers.
Results: The results indicated that 304 stainless steel rollers failed due to low yield strength and insufficient hardness (~210 HV), leading to mechanical deformation and wear. In 1.4313 steel, widespread pitting corrosion and microstructural inhomogeneity caused excessive surface roughness and twisting. For the hard chrome-coated St52 rollers, the excessive coating thickness (up to 200 µm) resulted in brittle, detached layers that cracked at the interface, causing severe local delamination during operation.
Conclusion: The study reveals that failure mechanisms vary depending on the material properties and coating processes. Understanding these differences can inform better material selection and manufacturing practices, potentially extending the service life and improving the efficiency of roller components in pelletizing operations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Failure analysis
  • Mechanical deformation
  • Roller
  • Pitting corrosion
  • Steel

مراجع

  1. Javaheri M, Jafari A, Baradaran GH, Saidi A. Effects of rollers speed regime on the roller screen efficiency. Miner Process Extr Metall Rev. 2022;43(5):648-55. https://doi.org/10.1080/08827508.2021.1916926
  2. Jafari A, Javaheri M, Baradaran G. Computer simulation to optimize roller screen settings providing higher efficiency in green pellets classification. Comput Chem Eng. 2022; 161: 107767. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2022.107767
  3. de Moraes SL, de Lima JRB, Ribeiro TR. Iron ore pelletizing process: An overview. In: Arvas A, editor. Iron ores and iron oxide materials. London: IntechOpen; 2018. p. 41–59. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.73164
  4. Andrade AG, Beaudin S, Athayde M. Impact of key parameters on the iron ore pellets roller screening performance. Metall Res Technol. 2022;119(3):311. https://doi.org/10.1051/metal/2022045
  5. e Silva BB, da Cunha ER, de Carvalho RM, Tavares LM. Improvement in roller screening of green iron ore pellets by statistical analysis and discrete element simulations. Miner Process Extr Metall Rev. 2020;41(5):323-34. https://doi.org/10.1080/08827508.2019.1635473
  6. Yang X-D, Zhao L-L, Li H-X, Liu C-S, Hu E-Y, Li Y-W, et al. DEM study of particles flow on an industrial-scale roller screen. Adv Powder Technol. 2020;31(11):4445-56. https://doi.org/10.1016/j.apt.2020.09.020
  7. Mohammadi M, Baharloo A, Salemi H. Investigation of the causes of iron ore adhesion to the rollers of the screening unit in the pelletizing plant. In: 7th International Conference on Materials Engineering and Metallurgy & 12th National Joint Symposium of the Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society and the Iranian Casting Society; 2018 May 15–17; Tehran, Iran.
  8. Waldi M, Samudra HB, Leksana AMA, Prajitno DH, Tjahaya H. Cyclic Oxidation Behavior of HVOF Thermally Sprayed WC Cermet Based on AISI 1045 Steel. Maj Ilm Pengkaj Indust; J Indust Res Innov. 2022;16(2):73-80. https://doi.org/10.29122/mipi.v16i2.5311
  9. Zhang Q, Wang J, Shen W, Huang F, Zhao Y. Failure Analysis of Chromium Plating Layer on the Surface of the Piston Rod of the Hydraulic Jack. Coat. 2022;12(6):774. https://doi.org/10.3390/coatings12060774
  10. Bai H-d, Zheng B-c, Li W, Tu X-h. Failure analysis of ring die of a feed pellet machine. China Foundry 2020;17:167-72. https://doi.org/10.1007/s41230-020-9104-8
  11. Makhlouf ASH, Aliofkhazraei M. Handbook of Materials Failure Analysis: With Case Studies from the Electronic and Textile Industries: Elsevier Science; 2019.
  12. Shi Z, Liu J, Chen Z, Shao Y, editors. Vibration analysis of a roller bearing with a bump defect. In: Proceedings of the ASME 2018 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (IDETC/CIE 2018); 2018 Aug 26–29; Quebec City, Canada. New York (NY): American Society of Mechanical Engineers; 2018. https://doi.org/10.1115/DETC2018-85060
  13. Huth S. Metallic materials for tribocorrosion systems. In: Mischler S, editor. Tribocorrosion of passive metals and coatings. Cambridge: Elsevier; 2011. p. 265–95. https://doi.org/10.1533/9780857093738.2.265
  14. Kanjanaprayut N, Siripongsakul T, Promdirek P. Intergranular Corrosion Analysis of Austenitic Stainless Steels in Molten Nitrate Salt Using Electrochemical Characterization. Metals 2024; 14(1):106. https://doi.org/10.3390/met14010106
  15. Jansen E, Sloof W, de Wit J. Inclusions in stainless steels—their role in pitting initiation. In: Landolt D, Marcus P, editors. Modifications of passive films. Boca Raton (FL): CRC Press; 2023. p. 290–5.
  16. Yusron R, Bisono R, Pramudia M. Effect of electrolyte temperature and electrode distance on electroplating hard chrome on medium-carbon steel. In: Proceedings of the Journal of Physics: Conference Series; 2020. Bristol (UK): IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1569/4/042007

 

 

مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 45، شماره 2
(شماره پیاپی 53)
تیر 1405
صفحه 1-21

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

تحت نظارت وف بومی