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XAR^® in Brecheranlagen und Mühlen

• Tribologisches System

• Typische Bewegungsformen des Gegenkörpers in...

• Eigenschaftsprofile verschiedener Materialien...

• Materialauswahl in Abhängigkeit der...

• XAR^®-Stahl für den Einsatz in Brecher- und...

In Brecheranlagen und Mühlen werden Materialien wie Gesteine, Ablagerungen, und Mineralien, aber auch Kohle, Müll oder Schrott zerkleinert, wobei Verschleiß und Abrasion (von lateinisch abrasio „Abkratzung“) auftreten. Einen wesentlichen Einfluss auf die Langlebigkeit und Betriebszuverlässigkeit der Anlagen hat somit der Werkstoff, aus dem die Brecher oder Mühlen gebaut sind.

XAR^® (eXtra Abrasion Resistant)-Stähle von ThyssenKrupp Steel Europe, einem der weltweit führenden Flachstahlhersteller, bieten durch ihre hohe Härte einen hervorragenden Schutz gegen die im Zerkleinerungsprozess in Mühlen und Brechern entstehenden Kräfte und Verschleißbedingungen. Die Fertigung der verschleißfesten Sonderbaustähle XAR^® erfolgt im Geschäftsfeld Grobblech in Duisburg-Hüttenheim, welches der Business Area Steel Europe von ThyssenKrupp angehört. Durch die ständige Weiterentwicklung der Stähle existiert heute ein Produktportfolio mit Blechdicken zwischen 3 und 100 mm und Brinellhärten von 300 bis 600 HB, welche sie durch eine besondere chemische Zusammensetzung und den so genannten Vergütungsprozess erhalten. Zu den typischen Anwendungsfeldern von XAR^®-Stählen gehören ­neben Brecheranlagen und Mühlen z.  B. auch Siebanlagen, Erdbewegungsmaschinen, Zementwerke und Landmaschinen.

Um für eine bestimmte Verschleißanwendung die optimale Werkstoffauswahl treffen zu können, müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. In einem ersten Schritt betrachtet man die Struktur des tribologischen Systems (Tribologie = griech. „Reibungslehre“), welche aus den vier Komponenten Grundkörper, Gegenkörper, Umgebungsmedium und Zwischenstoff besteht (Bild 1). In Brechern und Mühlen ist der Gegenkörper das zu zerkleinernde Material, das Umgebungsmedium ist z.  B. Luft und der Zwischenstoff kann beispielsweise Öle und Stäube enthalten. Den Grundkörper stellt die Mühlen- oder Brecheranlage selbst dar. Da Gegenkörper, Umgebungsmedium und Zwischenstoff bei einer Anwendung nicht oder nur schwer verändert werden können, muss der Grundkörper also so ausgelegt werden, dass dieser dem durch die anderen drei Komponenten verursachten Beanspruchungskollektiv möglichst gut widerstehen kann.

Dieses Beanspruchungskollektiv setzt sich wiederum aus den entstehenden Kräften, Geschwindigkeiten, Temperaturen, der Beanspruchungsdauer sowie der Bewegungsform zueinander (z.  B. rollen/gleiten oder prallen/stoßen) zusammen. Die hohe Härte eines Werkstoffes wirkt sich dabei positiv auf die Verschleißbeständigkeit gegen Gleiten und Rollen aus, wohingegen eine prallende Beanspruchung eine hohe Zähigkeit des Werkstoffes erfordert. In der Praxis sind jedoch die Eigenschaften Härte und Zähigkeit meist gegenläufig, so ist z.  B. Keramik sehr hart und somit sehr verschleißbeständig gegen gleitende und rutschende Bewegungen, sie ist jedoch aufgrund der geringen Zähigkeit sehr spröde und zerbricht daher schon unter geringster Prall- oder Schlagbeanspruchung. Andersherum bieten Gummi oder Manganstahl aufgrund ihrer Zähigkeit guten Schutz gegen Stoßen und Prallen, verschleißen aber unter gleitender Relativbewegung äußerst schnell, da sie eine zu geringe Härte aufweisen.

Betrachtet man nun die Bewegungsform zwischen Grund- und Gegenkörper in Brechern und Mühlen (Bild 2), so stellt man fest, dass sowohl rollende/gleitende Bewegungen durch Rutschen als auch prallende/stoßende Bewegungen durch Herabfallen auf den Grundkörper wirken. Bei der Werkstoffauswahl ist also zu beachten, dass der gewählte Werkstoff einen großen Widerstand sowohl gegen Kräfte aus prallender als auch gegen Kräfte aus gleitender Bewegung aufweist.

Bild 3 zeigt die Anwendungsspektren von Keramik, ­Gummi, Manganstahl und XAR^®-Stählen. Es ist zu erkennen, dass XAR^®-Stähle aufgrund ihrer hervorragenden Härte- und Zähigkeitseigenschaften ein sehr großes Anwendungsspek­trum aufweisen da sie sowohl gegen Gleitverschleiß als auch gegen Prallverschleiß eine große Verschleißbeständigkeit besitzen. Insbesondere wenn Mischformen beider Verschleißformen auftreten, wie sie in der Praxis nahezu bei jeder Anwendung vorkommen, bieten XAR^®-Verschleißstähle optimalen Schutz und deutliche Vorteile gegenüber alternativen Materialien.

Neben der Verschleißbeständigkeit muss in der Praxis auch die Realisierbarkeit einer Applikation betrachtet werden. Hierzu zählen insbesondere geringe Kosten und eine einfache Verarbeitung. Bild 4 zeigt schematisch, dass XAR^®-Stähle die für die Anwendung in Mühlen und Brechern (Bild 5) notwendigen guten Härte- und Zähigkeitseigenschaften aufweisen. Zudem ist XAR^® deutlich kostengünstiger und leichter zu verarbeiten als alternative Werkstoffe.

Für Anwendungen mit nur geringer oder moderater Ver-schleißbeanspruchung steht die Güte XAR^®  300 zur Verfügung, welcher durch normalisierendes Walzen ohne nachträgliche Wärmebehandlung erzeugt wird. Sie bietet daher ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis in Kombination mit einer hervorragenden Oberflächenqualität.

Die Standardgüte für Verschleißanwendungen ist der XAR^® 400 mit einer Härte von 400 Brinell, mit dem im Vergleich mit konventionellem Baustahl eine rund fünffache Bauteil-Lebensdauer erreicht werden kann. Der XAR^®  400 verbindet eine hohe Härte und Verschleißbeständigkeit mit exzellenten Verarbeitungseigenschaften. So lässt sich der XAR^®  400 hervorragend schneiden, schweißen, kaltumformen und zerspanen. Die warmfeste Variante XAR^®  400  W eignet sich zudem für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen bis zu 400 °C. Der XAR^®  450 besitzt einerseits eine höhere Verschleißfestigkeit, andererseits aber ein nahezu der Standardgüte XAR^®  400 entsprechendes Verarbeitungsverhalten. Es ist zu erwarten, dass der XAR^®  450 die Standardgüte XAR^® 400 in Zukunft verdrängen wird.

Für besonders starke Verschleißbeanspruchungen steht die Stahlsorte XAR^® 500 zur Verfügung. Dieser Stahl ist für das Umformen und Schweißen geeignet. Für extreme Verschleißbeanspruchungen wurde in jüngerer Zeit der Stahl XAR^® 600 entwickelt. Ein Kaltumformen dieses Stahles ist aufgrund seiner außergewöhnlichen Härte nicht zu empfehlen.

Optimierte Verarbeitung und Anwendung der ­XAR^®-Stähle erfordern eine enge Zusammenarbeit von Lieferant und Verbraucher. Deshalb wurde ein umfassender technischer Kundenservice eingerichtet, der Hilfestellung in allen Fragen der Ver­arbeitung, der Konstruktion und des Verschleißes leisten kann.

Unterstützend dazu offeriert ThyssenKrupp Steel ­Europe kostenfrei die Anwendungsprogramme ProWeld und ProWear (für Schweiß- und Verschleißberechnungen) sowie eine reichhaltige Auswahl an Prospektmaterial.