Применение композитных материалов в горно-металлургической промышленности, настоящее и будущее.
Автор: Z J de BEER
Источник: www.saimm.co.za
Автор: Z J de BEER
Источник: www.saimm.co.za
Z J de BEER Применение композитных материалов в горно-металлургической промышленности, настоящее и будущее. В статье рассмотрены примеры применения композитных материалов на шахтах США и ЮАР. Приведены достоинства и недостатки таких материалов.
Композитные материалы считаются «революционными» и инновационными изобретениями. Однако, на самом деле композиты были известными материалами в течение нескольких веков. В той форме, которой мы привыкли воспринимать такие материалы, они существуют около 50 лет.
Композитные материалы популярны из-за своей широкой применяемости. В промышленности их используют благодаря высоким прочностным свойствам, а также их стойкости к химическим веществам и коррозии. Другие полезные свойства, такие как низкая масса, низкая стоимость, возможность производить материалы в широком диапазоне их свойств, легкость создания деталей сложной формы, также ценятся производителями машин и аппаратов.
В статье рассматривается применение композитов в горной промышленности в Соединенных Штатах Америки, а также в Южной Америке.
Для шахт этого региона в угольной и металлургической промышленности ценны следующие свойства:
- Химическая стойкость трубопроводов и резервуаров для переработки платины;
- Изоляция оболочки для водяного охлаждения;
- Вентиляционные каналы.
Конкретные примеры применения композиционных материалов в США отображены ниже:
- Композитные трубы для пресной воды, кислотных вод и шламов.
- Каналы для транспортирования золы. Материал состоит из 12% оксида железа, 40% диоксида кремния, 16% алюминия, 22% кальция, 2% магния 1% натрия. Срок использования трубопровода из такого материала на год-два дольше, чем из чугуна.
- Установка Hodge-Union Texas проекта в Оклахоме, состоящая из композитных материалов, считается одной из крупнейшей. Высота трубы примерно 150 000 и она устойчива к коррозии и отложениям парафина на ее стенках.
- Бумажная фабрика в Висконсине использует 800 м стеклопластиковых труб, а также использует растительную очистку воды. Вместо нержавеющей стали теперь используется сплав с гидроксидом натрия, стойкий к коррозии.
Некоторые из возможных способов применений в промышленности приведены ниже:
- Низкая масса оборудования;
- Высокая термическая изоляция труб;
- Низкая масса и высокая прочность канатов;
- Низкая масса оборудования для тушения пожаров;
- Транспорт шлама;
- Вентиляционные каналы;
- Трубопроводы гидроэнергетического оборудования;
- Устойчивые к коррозии кабели и решетки;
- Взрывозащита;
- Гидравлическое оборудование;
- Воздушные привода.
Шахтное оборудование нуждается в применении композитных материалов больше, чем любое другое. Обычные стали плохо переносят высокую влажность и подвержены коррозии. Однако, стальные конструкции имеют ряд преимуществ: невысокая цена, высокая разрывная прочность. И все-таки композитные материалы, являются перспективным и успешным направлением развития материалов для применения в шахтном оборудовании.
Использование охлажденной воды в угольной промышленности ЮАР способствовало множеству проблем с изоляцией трубопровода. Сперва было принято решение использовать термопластик, однако, такой материал абсолютно неприемлем в шахтных условиях с точки зрения пожароопасности. Альтернативный подход заключился в разработке термореактивных фенольных труб, с присущими им огнестойкостью и высокой изолирующей способностью.
Преимущества такого материала: не требует дополнительной изоляции, устойчивый к коррозии, трубопровод становится более легкий, что облегчает его монтаж, и имеет меньшие габариты.
Композитные трубы могут быть пригодны для передачи жидкостей, эмульсий под высоким давлением. В таких условиях также важны антикоррозионные свойства материала, а также его повышенная удельная прочность.
Преимуществом гидравлических систем, которые созданы из композитных материалов, в первую очередь будет их низкая масса, которая не создает большую неравномерность передачи жидкости. Во-вторых повышенная износостойкость материала позволяет увеличить ресурс оборудования.
Безусловно для скипового подъема главным свойством, которое улучшает его работу является уменьшение массы скипа. Это позволит поднимать грузы с более высокой скоростью, повысить производительность, уменьшить износ канатов, а также экономить электроэнергию.
Несмотря на такие серьезные преимущества и уже солидный стаж эксплуатирования композитных материалов, нельзя утверждать что это идеальный материал без недостатков. Первой проблемой является сложность структурного дизайна продуктов из композитных материалов и неоднородность свойств материала от образца к образцу.
Подбор свойств материала для обеспечения его химической и коррозионной стойкости также является проблемой. Производство химических реактивов, которые бы могли подходить к любым материалам, должно быть совместно с производством композитов. Производители реактивов стремятся улучшать и изменять формулы, что может непредсказуемо сказаться на свойствах композитных материалов.
В настоящее время еще нет конкретной базы стандартов, каталожных данных о истинных механических и химических свойствах, что является барьером для их широкого использования.
Существует немного фирм, которые имеют оборудование и квалификацию выпускать сложные композиционные материалы. Процесс производства усложняется непостоянством свойств композитов и дороговизной. Поэтому немногие заводы могут позволить себе их выпуск.
Композиционные материалы смогут сильно изменить качество угледобычи в лучшую сторону. Однако, истинный потенциал материала будет реализован, если производители согласятся пойти на риск и внедрять инновации, инвестировать в технологии и оборудование. К счастью, в настоящее время, большая часть необходимой технологии известна, местами налажено производство и можно полагать, что внедрения композитных материалов в угледобывающую промышленность – это вопрос времени.