Avances en la metalurgia de las piezas de desgaste de los chancadores están ayudando a los operadores a reducir el impacto del desgaste en sus operaciones
Por Simon Walker, Editor en Europa

Desde el carguío de mineral directo de la mina hasta el manejo de concentrados para almacenamiento o embarque, hacer frente al desgaste es una batalla constante. Las minas que trabajan minerales blandos no-abrasivos son muy pocas, así que para la gran mayoría de las faenas, mantener el desgaste bajo control es elemento de costos significativo en el presupuesto de producción. Si se hace mal, las implicaciones financieras pueden ser severas: de ahí el incentivo para revestir componentes de alto desgaste con materiales que puedan resistir abrasión continua y proteger máquinas y equipos para manipulación de materiales hechos a partir de aceros estándar.

Y, aunque los cucharones de las excavadoras y las camas de los camiones transportan la carga inicial de mineral directo de la mina, los chancadores los siguen de cerca en segundo lugar en términos de tonelaje de material manipulado y su persistente exposición a la abrasión por un lado, y a las fuerzas masivas que se necesitan para romper rocas por el otro. Está de más decir que la abrasión causa desgaste, mientras las continuas fuerzas de chancado ponen a prueba la integridad mecánica de cualquier material expuesto a ellas. Por esta razón, las piezas de desgaste que se instalan en los chancadores tienen una doble función. No sólo deben proteger la máquina en sí, sino también deben ser lo suficientemente fuertes físicamente para sobrevivir en un ambiente de trabajo brutalmente duro.

E&MJ le preguntó a algunos de los principales fabricantes de chancadores y proveedores de piezas de desgaste a nivel mundial acerca de su visión de una serie de aspectos claves relacionados al diseño y la producción de piezas de desgaste para chancadores. Obviamente, existe un equilibrio entre durabilidad  y costo de adquisición, dado que la producción de piezas de desgaste involucra técnicas de fundición altamente sofisticadas usando aleaciones especializadas, así que frecuentemente ocurre que los materiales de piezas de desgaste más apropiados para una operación específica solamente se pueden determinar una vez que el mineral ha pasado por el chancador a niveles de producción de diseño a lo largo del tiempo.

Los Mejores Materiales
La creación en 1882 de acero austenítico rico en manganeso (acero Hadfield), conteniendo entre  un 11% y 14% de manganeso y alrededor de un 1,2% de carbono, llevó a su uso en aplicaciones de alto desgaste. Las principales ventajas de este material incluyen su resistencia y ductilidad, y el hecho que los continuos impactos en la superficie resultan en endurecimiento mecánico sin que aumente su fragilidad. En consecuencia, los aceros Hadfield y sus descendientes tecnológicos entregan tenacidad y resistencia a la abrasión; cualidades que son esenciales para que las piezas de desgaste puedan soportar los rigores del proceso de chancado.

Chris Sydenham, director técnico de CMS Cepcor dijo que los contenidos de primera del acero manganeso de hoy tienen un mayor contenido de manganeso, normalmente en el rango entre 18% y 24%. Además, dijo, a menudo se incorporan otros elementos de aleación, siendo los más comunes el cromo y el molibdeno, y en menor grado el titanio, vanadio y níquel. Estas modificaciones específicas a la composición metalúrgica se proponen lograr una mejor resistencia al desgaste y mayor dureza.

Tal como lo confirmara Steven Hanny, gerente de línea de productos para cámaras de chancado minero en Sandvik, existen muchos tipos de acero manganeso. Los más comunes normalmente contienen diferentes elementos de aleación para realzar la resistencia y la dureza. Se necesita más manganeso para la unión con los otros materiales de aleación, sin embargo; un mayor contenido de manganeso no significa necesariamente que las piezas de desgaste serán mejores en una aplicación específica. Trabajar con aleaciones que sean apropiadas para diferentes aplicaciones ha sido uno de los importantes mejoramientos de los últimos 20 años, agregó. Al usar diferentes aleaciones de manganeso, los materiales se pueden ajustar a las aplicaciones del cliente, conduciendo a una mayor productividad.

Sin embargo, como vicepresidente de Metso para soluciones al desgaste de los chancadores, Osmo Mäki-Uuro, indicó que agregar otros elementos de aleación puede realzar una característica pero debilitar otras. Cada situación particular debe ser bien comprendida antes de recomendar alternativas, dijo.

No toda la investigación ha sido sobre metales de aleación. “Recientes avances se han centrado en mayores contenidos de carbono para mejorar el rendimiento frente al desgaste, incorporando otros elementos para mantener las propiedades de sección pesada en estos mayores niveles de carbono,” dijo John Dillon, vicepresidente de servicios técnicos e ingenieriles en ESCO Corp.

“En ESCO, patentamos una aleación que incorpora aluminio para aumentar la cantidad de carbono que podemos introducir en la aleación sin sacrificar la ductilidad. Hasta donde sé, ese es el mayor contenido de carbono en producción rutinaria. La introducción de mayores contenidos de carbonos—comenzando hace alrededor de 20 años atrás—ha sido el mejoramiento más significativo para la metalurgia,” dijo Dillon.

Los aceros con alto contenido de manganeso no están exentos de desafíos cuando llega el momento de la fabricación. Las piezas de desgaste de todos los tipos generalmente son moldes de fundición, siendo uno de los requisitos claves controlar la formación de carburos dentro del material mientras este se enfría. El tratamiento térmico, usado para seguir fortaleciendo el material, también puede causar precipitación de carburo, especialmente en secciones gruesas.

Endurecimiento Mecánico Prolonga la Vida
Uno de los atributos claves del acero con alto contenido de manganeso, el endurecimiento mecánico, produce una superficie más resistente para la pieza, ayudando a protegerla del desgaste. Igualmente importante, dijo Hanny, es que el material sea muy fuerte y resistente, y pueda soportar altas fuerzas sin agrietarse. El acero manganeso desarrolla una superficie pulida de baja fricción que da lugar a mejores propiedades de chancado para la cámara de chancado, mientras es exigente con propiedades que evitan la propagación de grietas y permiten mayores tiempos de vida útil.

Los aceros con baja aleación y los materiales especiales con alto contenido de cromo han ampliado sus áreas de aplicación y hoy ofrecen importantes mejoramientos de vida útil, dijo Mäki-Uuro. Además, los compuestos de matriz metálica—que implican la adición de polímeros y cerámicos—están jugando un papel cada vez mayor en las soluciones para desgaste, y han dado algunos impresionantes resultados. Usar estos materiales también es ampliar el rango de uso para algunas tecnologías de chancadores, continuó, con su menor pérdida de peso por tonelada al usarlos en piezas de desgaste, hoy el equipo se puede usar económicamente en más aplicaciones abrasivas que en el pasado.

Otras compañías han explorado con éxito el potencial para aumentar el contenido de manganeso de la aleación, según explica Alan George, gerente de marketing y comunicaciones de Columbia Steel. Refiriéndose al acero con 24% de manganeso Xtralloy de la compañía para piezas de desgaste de chancadores, indicó que ninguna otra fundición puede fabricar piezas de desgaste con contenido de manganeso, y que la compañía ha estado entregando piezas de desgaste de chancadores con 24% Mn para la industria minera desde 1988. La compañía informa que Xtralloy tiene contenidos de manganeso y carbono significativamente mayores que el acero Hadfield convencional, afirmando que hasta ha duplicado la vida útil comparado con materiales anteriores, especialmente al manipular roca resistente y abrasiva.

De acuerdo a Hanny, fundir secciones más gruesas en aleaciones con alto contenido de manganeso puede ser difícil. El acero con mayor contenido de manganeso tiene menor transferencia de calor durante el revenido, lo que lo hace más difícil fundir piezas gruesas. Para compensar la menor transferencia de calor, se deben agregar otros metales de aleación, lo que puede hacer que el proceso de fundir sea más complejo y más caro, dijo.

“La fluidez del acero manganeso es relativamente buena, haciendo posible fundir formas complejas,” dijo Sydenham. Sin embargo, el acero manganeso logra sus propiedades inherentes de buena resistencia y la capacidad de endurecer mediante tratamiento térmico, lo que implica enfriamiento por agua desde su temperatura de ´solucionamiento´ de más de 1.000°C. Esta severa acción de enfriamiento causa problemas de distorsión a la pieza, especialmente a aquellas de formas complejas que tienen diferentes grosores de sección.”

“Los controles de proceso en el tratamiento de forja y el tratamiento térmico han seguido evolucionando, con el consiguiente mejoramiento en la consistencia de parte de fabricantes de calidad,” dijo Dillon.

Cambios en la Geología Traen Nuevos Desafíos
Claramente, la vida económica útil de las piezas de desgaste de los chancadores no sólo depende de los materiales de lo que están hechos. Cambiantes parámetros de las rocas, tales como el contenido de sílice, tendrán un impacto notable en el tiempo de ciclo del recambio, como también en el tonelaje de material manejado y en el diseño de la cámara de chancado en sí.

Una tendencia general es que los chancadores de hoy en día absorben más energía y usan mayores fuerzas de chancado que antes. Debido a esto, dijo Mäki-Uuro, las propiedades físicas de las piezas de desgaste deben ajustarse a las condiciones cambiadas, mientras apuntan a minimizar la velocidad de desgaste en términos de la pérdida de peso del material (en gramos por tonelada de producto total).

Existe también el asunto de la condiciones cambiantes en la geología de los yacimientos en los que se trabaja actualmente, comparado con, digamos 20 – 30 años atrás. Tal como indicara Osmo Mäki-Uuro, existen importantes diferencias entre los minerales de hierro producido en los EEUU (dura, abrasiva taconita) y en Australia, donde el hierro es menos abrasivo. Y, dijo que las minas que se explotan como proyectos ‘greenfield’ hoy en día a menudo se basan en depósitos que son albergados en rocas menos abrasivas que donde se están expandiendo las minas existentes.

Hanny estuvo de acuerdo en que ha habido cambios en las características de las rocas que se procesan hoy en día en comparación con hace 20 años. Estas cambian incluso dentro de una mina específica, por profundidad y ubicación, como resultado de variaciones en las condiciones geológicas y de la mineralogía de la roca/mineral. Usualmente las minas encuentran roca menos erosionada al ir profundizando, con la posibilidad de menos alteración y material más duro. “Lo que podemos ver es que las compañías mineras están trabajando minerales de menor ley, y mucho más roca estéril, que puede ser más dura en razón de su mineralogía,” dijo Hanny.

“Un factor que está teniendo un efecto es que las leyes de mineral están bajando, así que hay que procesar más roca para producir la misma cantidad de mineral. La atención al diseño del chancador y a la selección de la aleación es crítica para limitar el costo de la piedra chancada,” dijo Dillon.

Optimizando la Mantención
Los chancadores usualmente son componentes claves dentro de cualquier sistema de procesamiento mineral, así lo operadores se esfuerzan por minimizar el tiempo muerto resultante del recambio de piezas de desgaste. Además, cada mina tiene que acuñar su propio equilibrio entre el costo de comprar partes de reemplazo y el costo de la producción perdida mientras hace los ajustes correspondientes. Piezas más baratas no siempre se traduce en menores costos operacionales al adoptar una perspectiva más general.

Aunque todos los principales proveedores de piezas de desgaste, tanto OEMs como empresa de post-venta independientes, garantizan la compatibilidad de sus componentes con los equipos para los que están hechos, ello no significa necesariamente que cambiar antiguo por nuevo será algo sencillo. Los chancadores, por su naturaleza, tienen un estilo de vida intenso, que se puede traducir en difíciles condiciones de recambio ya que los revestimientos antiguos están encajados firmemente en su lugar.

De acuerdo a Mäki-Uuro, Metso ofrece una amplia gama de opciones en su portafolio de servicios, desde servicio de recambio hasta servicios programados durante todo el ciclo de vida. Muchos clientes, agregó, tienen en existencia componentes de recambio tales como cabezales de repuesto y conjuntos de ejes que permiten recambios rápidos, reemplazando las piezas de desgaste en el taller.

“La compañía considera la gran capacidad de servicio del chancador de cono como un beneficio clave para el cliente, y también estamos desarrollando diferentes herramientas de levante para nuestros repuestos, que harán que el trabajo de mantención sea más rápido y seguro,” dijo Hanny. “Los sistemas ASRi (Regulación de Ajuste Automática) de Sandvik mantienen un seguimiento al desgaste del revestimiento, lo que facilita planificar cambios de revestimiento y minimizar interrupciones en la producción.”

“Cuando es posible, ESCO incorpora dispositivos de levante moldeados in situ directamente a sus piezas de desgaste, lo que ayuda a los procedimientos de manipulación segura para levantar estas grandes piezas desde dentro y fuera de las carcasas de los chancadores,” dijo Dillon.

“Nuestros ingenieros constantemente se esfuerzan por mejorar el diseño de nuestros productos para mejorar la manipulación segura y para facilitar una fácil adaptabilidad,” dijo Sydenham. “Un ejemplo de esto serían nuestros segmentos cóncavos de acero aleado, en que recientemente hemos entregado una solución para un cliente al reducir el número de segmentos en un juego de 60 a 16. Esto no solamente reduce el número de partes que se levantan, sino que también el ajuste tarda mucho menos.”

Optimizando los Costos de las Piezas de Desgastes
El costo de reemplazar revestimientos y otros elementos de desgaste en la planta de chancado en forma periódica está en función del material que se está chancando, de la calidad de las piezas de desgaste que se están usando y, lo que es más importante, de la forma en que está instalada la cámara de chancado. Según explicó Mäki-Uuro, la forma en que fluye la roca a través de la cámara de chancado es crítica, y depende del diseño de la cámara. Cada aplicación debe ajustarse a las condiciones particulares del lugar, dependiendo de las características del material de alimentación y del tipo de producto que se requiera: esto puede ser muy diferente para una faena minera y para la producción de áridos.

Claramente, puede haber importantes diferencias de costos para reemplazar piezas de desgaste, no sólo en términos de la pieza en sí, sino también en la mano de obra que se necesita. Los revestimientos que se gastan rápido deberán ser reemplazados en forma más frecuente, y como resultado el chancador estará sin funcionar más a menudo.

Entonces, ¿qué debieran esperar las minas en términos de costos regulares de reemplazo, como una proporción del costo inicial de un chancador?

“La vida útil de la pieza de desgaste está directamente relacionada con las características materiales y las operaciones mineras. Como una regla de oro muy general, uno podría estimarla entre un tercio y la mitad,” dijo Hanny.

“El consumo de las piezas de desgaste depende mucho del uso de la máquina y de factores tales como la resistencia a la compresión y el índice de trabajo,” dijo Sydenham. En el peor de los casos, una compañía minera podría gastar aproximadamente el 50% del costo de capital del chancador de base por año en piezas de desgaste para esa máquina.”

“La duración de las piezas ha aumentado en los últimos años. Como se desarrollaron mayores contenidos de carbono, la resistencia al desgaste ha mejorado, y consecuentemente las piezas duran más en la mayoría de las aplicaciones. Mejores diseños han optimizado la colocación de metal de desgaste para mejorar la producción que pasa por el chancador, a la vez que entregan una mayor vida útil. La vida útil realmente debiera medirse como toneladas de material producido en lugar de en horas, así que el rendimiento de chancado es un área de interés crítica,” dijo Dillon.

Tendencias del Mercado
El mensaje claro de parte de todos los fabricantes es que cada faena tiene que idear la mejor solución a la operación de su chancador para sus propias circunstancias individuales, lo que bien puede cambiar en el tiempo.

Según Hanny, una prioridad principal dentro de la industria minera es reducir el tiempo muerto debido a cambios de revestimiento. Incluso una corta detención por mantención no programada puede significar una gran pérdida de utilidades. El impacto ambiental también está creciendo en importancia con nuestros clientes, así que estamos trabajando con materiales, duraciones, el proceso de producción y la logística, de manera de minimizar nuestro impacto ambiental y el de nuestros clientes.

Otros materiales también están jugando un papel. “Se han introducido otros materiales a parte del acero manganeso para las piezas de desgaste, especialmente en segmentos cóncavos giratorios primarios,” dijo Sydenham. Diferentes contenidos de acero bajo perlítico y martensíticos y hierro tratados térmicamente para una mayor dureza están ganando más popularidad por sobre los segmentos cóncavos de acero manganeso. Algunos fabricantes también han hecho pruebas sobre insertos de hierro de aleación de fundición de alta dureza en el material matriz del acero manganeso para mejorar la resistencia al desgaste.”

“En el futuro, veo soluciones más a la medida en cada etapa de chancado para mejorar el valor total de la operación, ayudando a optimizar la forma del producto, la cantidad de finos, la capacidad del sistema, el uso de energía y los costos por desgaste para cada cliente específico,” dijo Mäki-Uuro.

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