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      金屬耐磨材料在水泥企業的研究和應用
      來源:本站    發布日期:2012/9/16    

            本文從金屬耐磨材料的概述、水泥企業常用的耐磨材料以及根據磨損原理具體的選用金屬耐磨材料,對金屬耐磨材料進行了研究、分析,對其他選用金屬耐磨材料給予一定的參考和借鑒。
      [關鍵詞] 金屬耐磨材料 水泥企業 研究 應用
            一、金屬耐磨材料的概述
          材料的耐磨性不僅決定于材料的硬度Hm,而且更主要的是決定于材料硬度Hm和磨料硬度Ha的比值。當Hm/Ha比值超過一定值后,磨損量便會迅速降低。
          當Hm/Ha≤0.5-0.8時為硬磨料磨損,此時增加材料的硬度對材料的耐磨性增加不大。
          當Hm/Ha>0.5-0.8時為軟磨料磨損,此時增加材料的硬度,便會迅速地提高材料的耐磨性。
      金屬耐磨材料一般都指的是耐磨鋼,能抵抗磨料磨損的鋼。這類鋼還沒有成為一個完全獨立的鋼種,其中公認的耐磨鋼是高錳鋼。
            二、水泥企業主要使用的耐磨鋼
          在水泥工業中大多以磨料磨損為主要磨損方式。耐磨材料主要用于磨機襯板、隔倉板、篦板,球、段,破碎機錘頭、板錘、反擊板、顎板,立磨輥、盤等。從材質上可分為以下三大類:
      1.高錳鋼系列
             該材質在八十年代前的一百余年中始終占據耐磨材料的主導地位,優點:韌性極好,在強沖擊條件下產生加工硬化;缺點:易塑性變形,不耐磨。已從非強沖擊條件下應用的易損件(磨機襯板類)中退出,但是在強沖擊負荷下應用的易損件中,仍保持不可替代的優勢。
            普通高錳鋼以及為了提高屈服強度添加各種合金元素的合金高錳鋼,在大型破碎機錘頭、板錘、反擊板、篦板、顎式破碎機顎板及圓錐破碎機內外錐等易損件中,占主導地位。超高錳鋼僅限用于大型破碎機錘頭和板錘。中錳鋼也有部分應用。
            2.合金鋼系列
          低碳中合金、中碳低合金、中碳中合金、低碳高合金等各種合金鋼,由于其化學成分、熱處理工藝可在很大范圍內變化,最終產品的機械性能指標差距很大,硬度HRC40-60,沖擊韌性ak10-100J/cm2,因此可根據易損件的應用工況條件,分析其主要磨損機制,優化和選擇合金鋼的化學成分和綜合機械性能,達到最經濟合理的選用。
            中碳低合金鋼的優點是:合金量少,生產成本較低,依靠水淬或油淬提高硬度,滿足易損件的耐磨壽命。
            中碳中合金鋼的優點是:中等的合金含量使其基體組織得到固溶強化且有彌散碳化物,熱處理工藝簡單且穩定,綜合機械性能較佳。與中碳低合金鋼相比,即使硬度相同,耐磨性明顯增高,但生產成本偏高。
      低碳高合金鋼的優點是:低碳、高合金的化學成分配合恰當的熱處理工藝,可獲得非常高的韌性和較高的硬度,對受沖擊負荷較大、結構復雜的易損件具有絕對的優勢,缺點是生產成本高。
            3.抗磨白口鑄鐵系列
            該系列有高鉻鑄鐵、中鉻鑄鐵、低鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵及高鉻鑄鋼等品種?傮w優點:硬度高,耐磨性好。缺點:韌性不足。
            高鉻鑄鐵(Cr14-30%)的耐磨性最好,應用范圍最廣,如中小型磨機襯板,球和段,小型破碎機錘頭和板錘,立磨輥和盤等。大型磨機前配置了輥壓機后,高鉻鑄鐵即可揚長避短,充分發揮其優異的耐磨性,襯板使用壽命可達8年以上。
             低鉻鑄鐵(Cr1.5-3%)的硬度、韌性均大大低于高鉻鑄鐵,主要應用于球、段以及細磨倉襯板,優點是生產成本低,缺點是應用范圍窄,綜合性能和抗磨指標一般。
      中鉻鑄鐵(Cr8-14%)僅用于鑄球,降低鉻含量,既可以降低生產成本,也可滿足球的破碎率指標,市場中仍稱之為高鉻球。
            三、水泥企業常用耐磨材料具體選用(本文以磨機為例)
            1.粗磨倉襯板磨損機理及耐磨材料的選擇
             粗磨倉入磨料度為15mm-25mm,研磨體平均球徑φ75mm左右,最大球徑φ90mm-lOOmm。磨機回轉時,球和物料以較大的沖擊力鑿削襯板;球在下落的滑動或滾動中擠壓物料,物料尖角切削襯板,因此粗磨倉襯板磨損機理是以高應力沖擊鑿削磨損為主,擠壓切削為輔。
            粗磨倉襯板要求材料有足夠韌性,受切削磨損要求材料具有高硬度。根據磨損原理,材料硬度(Hm)應為物料硬度(Ha)的0.8倍以上,即Hm/Ha≥0.8,水泥熟料硬度為HV500-550,相當于HRC49-54。所以襯板材料硬度應在HRC50以上才耐磨。由于受高應力沖擊鑿削,沖擊韌性ak≥10J/cm2才能不開裂,才滿足使用要求。因此粗磨倉襯板應選擇中碳中鉻合金鋼及其類似合金鋼材料,硬度HRC48-55,沖擊韌性akl5-20J/cm2,使用壽命可達2-3年。對于單螺孔襯板及溝槽襯板可參照相關標準選擇高鉻鑄鐵,使用壽命可達4-6年。對于φ3m以上的大型磨機襯板,應選擇高韌性高鉻鑄鐵,硬度HRC58-62,沖擊韌性ak8-12J/cm2,使用壽命可達 6-10年。
            2.細磨倉村板磨損機理及耐磨材料的選擇
            通過隔倉板進入到細磨倉的物料已變細,尖角變鈍,細磨倉里的球或段直徑僅為φ15mm-60mm,沖擊力小,因此細磨倉襯板磨損機理是球的應力切削磨損。
            細磨倉襯板可以選擇硬度高、韌性低的耐磨材料。如高碳合金鋼,高、中、低鉻鑄鐵,抗磨球墨鑄鐵等材料,硬度HRC>50,沖擊韌性ak4-6J/cm2均可使用。
            磨機襯板不宜選擇高錳鋼。對粗磨倉而言,因為高錳鋼的屈服強度低,易產生塑性變形,尺寸長的襯板會發生凸起變形,鋼球的沖擊也不能充分產生加工硬化,因此不耐磨。細磨倉襯板承受的沖擊力更小,高錳鋼的耐磨性更不能得到發揮。 
            3.磨頭端襯板、隔倉板、出科篦板耐磨材料的選擇
            (1)磨頭端襯板磨損機理及耐磨材料的選擇
            磨頭端村板在粗磨倉進料端,物料粒度大,研磨體平均球徑大,受磨球和物料的側沖擊力大,是以高應力沖擊鑿削磨損為主、切削沖刷為輔的磨損機理。因此磨頭端襯板應選擇韌性高耐沖擊、硬度高抗切削的材料。以前采用高錳鋼,由于所受沖擊不足以充分使其產生加工硬化,硬度僅能達到HB350左右,受物料切削沖刷磨損嚴重,使用壽命低。如果選擇中碳多元合金鋼襯板,硬度HRC46-50,沖擊韌性ak5 J/cm2,使用壽命可比高錳鋼提高一倍。φ3.Om以上大型磨機磨頭端襯板在徑向上分2-4塊,可選擇高鉻鑄鋼,高鉻鑄鐵類耐磨材料,使用壽命可比高錳鋼高3-4倍。
            (2)隔倉板磨損機理及耐磨材料的選擇
            粗磨倉粉磨達到一定粒度的物料是通過隔倉板篦縫到細磨倉的。物料對隔倉板蓖縫進行擠壓沖刷磨損,球和物料對隔倉板進行測沖擊鑿削磨損,并且隔倉板為懸臂梁式安裝,受力情況惡劣。因此要求材料韌性要好,沖擊韌性ak≥25 J/cm2,硬度HRC45-50。高錳鋼韌性好,但硬度低,不耐磨,并且易產生塑性變形,堵塞蓖縫,影響生產效率。因此隔倉板應選擇中碳中鉻多元合金鋼及類似合金鋼材料。φ3.0m以上大型磨機隔倉板是分塊制作的,可選擇高鉻鑄鋼、高韌性高鉻鑄鐵類耐磨材料,使用壽命可比高錳鋼提高2-3倍。
            (3)出料篦板磨損機理及耐磨材料的選擇
            出料蓖板在磨機的出口,主要受小球或鋼段的擠壓切削磨損。因此以硬度為主選擇材料,可選擇各類高碳合金鋼、高韌性抗磨球墨鑄鐵等。硬度HRC50-55,沖擊韌性ak8-10 J/cm2,即可滿足使用要求。新型耐磨材料-Cr-Ti多元合金鋼襯板,沖擊韌性65-136 J/cm2,硬度HRC52-58,主要技術指標達到國外同類產品水平,其技術性能滿足φ3.8m以上大型球磨機粗磨倉、細磨倉、磨頭端襯板,隔倉板、出科蓖板工況條件的要求,應用范圍廣,壽命比高錳鋼提高2-4倍,是替代高鉻鑄鐵和傳統中合金襯板的理想材料。

            總之,使用廠家選擇理想的耐磨材料,應該考慮以下兩點。
             第一,進行磨損失效分析,充分認識配件的工況條件,如采用干法還是濕法生產,受沖擊負荷的大小,物料的種類,易磨性,粒度,物料的尖銳度等,依照磨損特性選擇合適的材料。
            第二,進行技術經濟指標對比,如果價格高,但耐磨性提高比率遠大于價格比率,則應該選擇質優價高的,才能提高總體經濟效益。

      作者:Admin
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