acier ferritique

Quand ils parlent deacier ferritique, beaucoup de gens pensent immédiatement aux échantillons de laboratoire ou à l’électronique. Mais dans notre métier - la production d'équipements miniers lourds - tout est différent. Ici, ce matériau fonctionne dans des conditions que peu de gens imaginent : vibrations, chocs, changements de température et exposition constante à la poussière abrasive. Une erreur courante consiste à supposer que l’essentiel estacier ferritique- c'est l'induction magnétique maximale. Oui, c'est important, mais si le matériau ne résiste pas aux charges mécaniques, l'ensemble du système tombe en panne. Sur notreLONGI CorporationIl y a eu un cas où un lot de séparateurs magnétiques a montré d'excellents résultats sur un banc d'essai, mais après trois mois de travail à l'usine d'enrichissement, des problèmes ont commencé. Il s’est avéré qu’à basse température dans la carrière, la structure en ferrite devenait fragile. Nous avons dû revoir toute la technologie du traitement thermique.

De la théorie à la pratique : pourquoi la composition n'est qu'un début

Tout est beau dans les manuels : j'ai déterminé la composition chimique, effectué un traitement thermique et obtenu les propriétés magnétiques nécessaires. En réalité, dans notre usine de Fushun, même deux fontes ayant la même composition nominale après laminage et recuit peuvent se comporter différemment. Tout se résume à des détails qui, souvent, ne sont pas précisés dans les normes. Par exemple, la vitesse de refroidissement après homogénéisation. Pendant longtemps, nous n'avons pas réussi à obtenir une cohérence dans les lots pour les séparateurs à tambour. Les indicateurs de force coercitive ont bondi de 10 à 15 %. Ils ont commencé à le comprendre et à suivre chaque étape. Il s'est avéré que le problème était un refroidissement inégal des pièces de grande section dans l'atelier - un côté refroidissait plus rapidement en raison d'un courant d'air. Cela semblerait être une petite chose. Mais c’est précisément à cause de si petites choses que se pose la différence entre un noyau magnétique bon et un noyau magnétique défectueux.

Un autre point est l'influence du traitement mécanique. Couper, percer, fraiser - tout cela introduit des contraintes internes dans la couche superficielleacier ferritique. Ces contraintes peuvent modifier localement la perméabilité magnétique. Nous l'avons remarqué lorsque nous avons testé des noyaux pour de nouveaux électro-aimants puissants pour appareils de levage. Après assemblage mécanique, les performances ont chuté. Il a fallu introduire une opération supplémentaire : le recuit à basse température après toutes les opérations mécaniques. Cela augmentait le coût, mais garantissait que chaque unité assemblée àLONGI Corporation, travaillera sur les valeurs du passeport.

Les gens demandent souvent pourquoi nous ne passons pas à des alliages amorphes ou nanocristallins plus modernes pour tous les équipements. La réponse est économique et fiable. Pour 90% des applications dans les équipements miniers - dans les mêmes séparateurs ou pièges magnétiques - correctement traitésacier ferritiqueoffre un équilibre optimal entre coût, durabilité et maintenabilité. Notre département d'ingénierie, où plus de 60 % des employés ont fait des études supérieures, recherche constamment de nouveaux matériaux, mais une transition massive n'est souvent pas justifiée. Le nouveau matériau doit non seulement mieux fonctionner en laboratoire, mais il doit également survivre à une carrière à -40°C et être compatible avec l'infrastructure de réparation existante.

Cas de l'atelier : un échec qui a appris plus que le succès

Je voudrais parler d'un projet spécifique qui a failli échouer en raison d'une sous-estimation du matériau. La discussion a porté sur le développement d'un séparateur magnétique de haute intensité pour l'enrichissement humide. La conception nécessitait la création d’un champ magnétique puissant et compact. Nous avons choisi l'une des nuances d'acier électrique présentant des caractéristiques de perte apparemment idéales. Un prototype a été réalisé. Lors des tests en usine, il a montré une efficacité fantastique - 20 % supérieure à celle de ses analogues.

Mais lorsque le séparateur a été envoyé pour tests à une entreprise en exploitation - une usine d'enrichissement à Kemerovo - les problèmes ont commencé. Après deux semaines de travail continu 24h/24 et 7j/7, les opérateurs ont commencé à se plaindre d'une baisse d'efficacité. L'unité a été démontée. Il s'est avéré que dans l'environnement agressif de la pâte (un mélange d'eau, de minerai et de réactifs), une corrosion intense commençait à la surface du système magnétique. Le revêtement protecteur, qui fonctionnait parfaitement dans les séparateurs secs, n’a pas tenu ici. La couche de corrosion a créé un espace non magnétique supplémentaire, ce qui a considérablement réduit l'intensité du champ. Il s’agissait d’un cas classique de focalisation sur les propriétés magnétiquesacier ferritique, mais j'ai oublié la résistance à la corrosion dans un environnement spécifique.

Une solution a été trouvée, mais elle s’est avérée complexe. Il a fallu non seulement changer la nuance d'acier pour une plus résistante (ce qui a augmenté le coût), mais aussi revoir complètement la conception de l'unité afin de minimiser le contact avec la pâte, et développer un nouveau système de protection multicouche. Cette expérience constitue désormais un cas de formation obligatoire pour nos jeunes ingénieurs. Cela montre clairement qu'un matériau n'est pas seulement un chiffre dans une spécification, mais un comportement dans des conditions réelles, souvent non idéales. Désormais, chacun de nos nouveaux projets destinés aux environnements humides est soumis à des tests de corrosion obligatoires à long terme non seulement au brouillard salin, mais également dans un véritable simulateur de pâte à papier.

Interaction avec d'autres composants : un système, pas une pièce

Le matériau magnétique ne fonctionne jamais tout seul. Ses caractéristiques dépendent directement de la manière dont il est assemblé, de la conception de l'arcade, de la qualité de l'isolation entre les colis, voire du mode de fixation. Dans notre zone de production de 140 000 m2, nous produisons plus de 4 000 équipements par an, et chaque unité magnétique est toujours un compromis.

Par exemple, pour réduire les courants de Foucault, nous assemblons des noyaux magnétiques à partir de tôles isolées les unes des autresacier ferritique. Il semblerait que plus la feuille est fine, moins il y a de perte. Mais en pratique, pour les électro-aimants de levage puissants qui soulèvent des morceaux de minerai de plusieurs tonnes, une tôle trop fine (moins de 0,3 mm) crée des problèmes de rigidité de l'ensemble de la structure. Avec des mises en marche/arrêt fréquentes et des charges de choc, la micro-mobilité de l'emballage commence, ce qui conduit à l'abrasion de l'isolation et, finalement, à des courts-circuits et à une surchauffe. Il a fallu trouver empiriquement l'épaisseur optimale pour chaque type d'équipement. Pour certaines tâches, il est de 0,35 mm, pour d'autres, de 0,5 mm. Aucune théorie ne fournira cela, seulement l'expérience et, parfois, l'analyse d'unités défaillantes.

Une autre histoire est le vieillissement du matériau. Oui, les aciers ferromagnétiques peuvent changer de propriétés au fil du temps, en particulier lorsqu'ils travaillent dans des conditions de charges mécaniques variables. Nous conservons des statistiques sur les composants clés qui sont retournés pour des réparations programmées. Nous remarquons certaines tendances. Par exemple, dans les systèmes magnétiques des alimentateurs vibrants, après plusieurs années de fonctionnement, on observe une légère augmentation de la force coercitive - le matériau semble « se fatiguer » des vibrations constantes. Ceci est pris en compte lors de la conception - nous avons initialement mis en place des modes de magnétisation légèrement différents, de sorte qu'après cinq ans, l'équipement fonctionnera toujours selon les paramètres de conception. Cette approche de la fiabilité à long terme est l'une des raisons pour lesquelles la technologieLONGI Corporationvalorisé dans de nombreuses usines d’extraction et de transformation.

L’avenir et le conservatisme de l’industrie

Où va l’industrie ? Les demandes en matière d'efficacité énergétique augmentent, ce qui signifie que les exigences en matière de réduction des pertes dans les systèmes magnétiques augmentent également. Cela nous pousse à rechercher de nouvelles solutions. Nous expérimentons l'alliage, de nouveaux modes de découpe laser qui minimisent la zone affectée thermiquement sur le bord, avec des revêtements isolants améliorés.

Mais l’industrie minière est conservatrice. Tout changement de matériau ou de technologie doit non seulement être meilleur, mais aussi prouver qu'il dure dans le temps. Introduction d'une nouvelle gammeacier ferritiqueest toujours un gros risque. Il est nécessaire de reconstruire les chaînes technologiques, de recycler le personnel et de réaliser un cycle complet de tests. Les changements se produisent donc au cours de l’évolution. Par exemple, le passage d'une nuance d'acier à une autre, avec des pertes spécifiques améliorées de 5 %, ne peut durer un an et demi qu'au stade des tests et de l'ajustement de toutes les réglementations de production.

En fin de compte, quelle est la chose la plus importante lorsque l’on travaille avec des aciers ferritiques pour des applications comme la nôtre ? Il ne s’agit pas d’une adhésion aveugle aux normes, mais d’une compréhension approfondie de la physique des processus se produisant dans le matériau soumis à une charge. Il s’agit de la capacité de considérer un matériau comme faisant partie d’un système complexe et d’anticiper son comportement non pas sur un banc d’essai, mais dans les conditions difficiles d’une carrière ou d’une usine de transformation. C’est cette expérience pratique, souvent acquise par essais et erreurs, qui distingue un produit simple d’un équipement industriel fiable qui doit fonctionner pendant des années sans panne. Et c’est peut-être notre tâche principale en tant que fabricant.