磨機(jī)襯板、磨球新材質(zhì)的應(yīng)用.doc

磨機(jī)是水泥工業(yè)生產(chǎn)的主機(jī)之一,其中襯板與磨球是主要的易損件。由于對(duì)襯板、磨球選材不當(dāng)或耐磨材料本身的問(wèn)題,往往會(huì)造成耐磨材料使用壽命低,甚至早期開(kāi)裂、失效,消耗大量的鋼材,降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率,因此,提高耐磨材料的壽命勢(shì)在必行。提高耐磨件的使用壽命,材質(zhì)雖是重要因素之一,它還涉及到制造質(zhì)量,工藝控制,生產(chǎn)管理等諸多問(wèn)題?，F(xiàn)將我廠十幾年來(lái)對(duì)耐磨材料的應(yīng)用、研究情況作一簡(jiǎn)單介紹,以求共同探討。 1 磨機(jī)襯板 對(duì)襯板材料的選擇原則是:有整體均勻的硬度和組織結(jié)構(gòu);高的抗沖擊疲勞強(qiáng)度;低磨損率、不變形、不破碎。在符合水泥粉磨工藝要求的前提下,還要進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí),可根據(jù)磨料的特性及不同的粗、細(xì)磨倉(cāng)選擇不同的材料。 根據(jù)生產(chǎn)需要,我廠自1982年起與科研、生產(chǎn)部門(mén)相結(jié)合,開(kāi)始探討、研制和選用新型耐磨材料襯板。我們本著以下原則選用新型耐磨材料襯板: (1)技術(shù)上可靠。不能片面追求耐磨性而忽略綜合力學(xué)性能。 (2)生產(chǎn)上可行。要注重選用材料制造上有較為普通的生產(chǎn)工藝,并且能形成批量生產(chǎn)。 (3)綜合效益好。采用新材料的最終目的是提高經(jīng)濟(jì)效益,要以價(jià)值工程觀念來(lái)分析考慮,不能單看某一材質(zhì)的單價(jià),要分析提高壽命、運(yùn)轉(zhuǎn)率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等多種因素,看整體工程效益來(lái)決定。 (4)科研、生產(chǎn)和使用三方相結(jié)合,針對(duì)工況進(jìn)行科學(xué)分析、設(shè)計(jì)、制造和試用,才能取得良好效益。 1.1 高鉻白口鐵襯板 高鉻白口鐵襯板成分見(jiàn)表1、熱處理工藝見(jiàn)圖。 表1 高鉻白口鐵襯板化學(xué)成分(%) CMnSiCrMoCu2.22.70.60.90.60.9121511.50.51.0 高鉻白口鐵熱處理工藝 襯板的硬度HRC 5862。 高鉻白口鐵材料屬于硬、脆材料。硬度高、耐磨、韌性差,應(yīng)力集中敏感性強(qiáng)。 我廠第一次試用的高鉻白口鐵襯板是鞍山一家鑄鋼廠生產(chǎn)的,于1982年5月裝在2.6m13m水泥磨機(jī)的第一倉(cāng)。為確保生產(chǎn),只選用一種凸型襯板,并且將原件的沉頭帶榫型襯板孔改成橢圓形。經(jīng)一年試驗(yàn),效果良好。于是,1985年將該磨全套襯板都采用高鉻白口鐵襯板。但僅開(kāi)機(jī)一個(gè)月就有27塊襯板碎裂,被迫三次停機(jī)更換。 查其原因:第一次裝機(jī)的是凸型襯板,塊小而厚,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。并且襯板孔已改成橢圓形。這樣,高鉻襯板就揚(yáng)長(zhǎng)避短,充分地發(fā)揮了它的耐磨性能。 第二次裝機(jī)是全套襯板,其中包括端襯板和篦板。襯板孔仍作成圓沉頭帶榫型的。查驗(yàn)所壞襯板多為塊大、偏薄、帶篦孔的襯板。 因此,對(duì)高鉻白口鐵襯板作如下結(jié)論: (1)高鉻白口鐵襯板硬度高、耐磨、韌性差,應(yīng)力集中敏感性強(qiáng),一般適用中、小型磨機(jī),大型磨機(jī)上使用要把握小而厚的原則,還要注意安裝質(zhì)量。 (2)高鉻鑄鐵主要失效形式是碎、裂,在結(jié)構(gòu)復(fù)雜及壁薄的大塊襯板如端板、篦板等不宜采用。由于事后承制廠沒(méi)有查找原因,我廠也停止了對(duì)高鉻襯板的使用。 1.2 貝氏體球鐵襯板 貝氏體襯板的化學(xué)成分和機(jī)械性能見(jiàn)表2。 表2 貝氏體襯板的化學(xué)成分、機(jī)械性能 牌號(hào)化學(xué)成分（）機(jī)械性能CSiMnPSMoCuReMg沖擊值k（J/cm2）硬度（HRC）BKMJQ-G.RBKMJQ-G.Y3.23.82.23.30.10.60.150.0301.001.50.020.050.020.0530102640 貝氏體球鐵是指基體組貝氏體和殘余奧氏體或馬氏體組成的球墨鑄鐵。其生產(chǎn)工藝可以通過(guò)對(duì)球鐵進(jìn)行等溫淬火,也可以通過(guò)合金化的方式在鑄態(tài)獲得。它具有較高的抗彎曲疲勞強(qiáng)度和優(yōu)良的耐磨性。 BKMJQG.Y貝氏體球鐵襯板于1990年7月在2.3m6.5m煤磨第一倉(cāng)與高錳鋼襯板混裝試用。開(kāi)機(jī)一年后停機(jī)檢測(cè),與高錳鋼襯板相比,壽命可提高一倍以上。另外,在錘破錘頭上試用效果更為明顯,為原高錳鋼錘頭壽命的2.7倍。因此,我廠破碎機(jī)錘頭多年來(lái)還一直采用貝氏體材料。 1.3 多元低合金鋼襯板 我廠自1991年起,在特種水泥車(chē)間生產(chǎn)高鋁水泥的2.74m3.96m球磨機(jī)上采用多組元低合金鋼襯板。自1991年1月19日裝機(jī)到1995年10月更換,歷時(shí)4年多,為高錳鋼襯板壽命的4倍以上。自第一套多組元低合金鋼襯板裝機(jī)后,效果很好。于是,1993年又在生產(chǎn)硅酸鹽水泥的2.6m13m的磨機(jī)上使用該種襯板。自1994年起,根據(jù)車(chē)間的要求,廠部決定:我廠所有磨機(jī)的一倉(cāng)必須使用多組元低合金鋼襯板,現(xiàn)在該材質(zhì)的襯板已作為我廠的定型備件。該系列鋼種分中碳(0.3%)、高碳(0.5%)兩種,前者采用水淬低溫回火,后者采用正火低溫回火,我廠襯板采用前者。該系列鋼化學(xué)成分見(jiàn)表3,力學(xué)性能見(jiàn)表4。 表3 多組元低合金鋼系列襯板化學(xué)成分(%) CSiMnCrMoPS0.30.50.61.01.21.60.51.20.30.40.040.04 表4 多組元低合金鋼力學(xué)性能 鋼種HRCk（J/cm2）ZG30CrMnSiMo4750120ZG50CrMnSiMo505350 注:系101055方條試樣。 眾所周知,高鋁水泥中Al2O3含量較高,磨料硬度也較高(Al2O3硬度HV21002200),該磨機(jī)襯板使用壽命能大于4年,效果極好。為了更進(jìn)一步說(shuō)明問(wèn)題,今將特種水泥車(chē)間生產(chǎn)技術(shù)條件列如下:磨機(jī)規(guī)格2.74m3.96m,單倉(cāng);生產(chǎn)水泥牌號(hào)625825;筒體轉(zhuǎn)速19.1r/min;生產(chǎn)能力1416t/h;磨球材質(zhì)45號(hào)鍛球;最大磨球直徑100mm;每月磨球填充量23t/次,每月一次;入磨進(jìn)料粒度825mm;出磨粒度0.08mm。 我廠有磨機(jī)21臺(tái),破碎機(jī)19臺(tái),每年平均消耗高錳鋼300t。如全采用多組元低合金鋼材料,可節(jié)約耐磨鋼備件145150t,將節(jié)省資金7580萬(wàn)元。還可大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于減少了檢修期,提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率,增加了產(chǎn)量,改善產(chǎn)品質(zhì)量,所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。 2 磨球 對(duì)磨球質(zhì)量要求:要有高的耐磨性;要有良好的韌性;有高的淬透性;有好的冶金質(zhì)量。我廠最早是使用碳鋼球,近幾年開(kāi)始使用新耐磨材料,如軸承鋼球、高鉻球、合金球等,在選用磨球方面也在不斷改進(jìn)。 我廠1994年底耗球統(tǒng)計(jì):每噸水泥耗球2.13kg,耗球量十分驚人,于是,筆者對(duì)廠里鋼球作了查驗(yàn),當(dāng)查到合金球時(shí)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題,查驗(yàn)情況如下。 取樣地點(diǎn):特水磨房;磨球直徑100mm;主要化學(xué)成分:C 2.9%;Cr 0.1%0.2%;硬度HRC2830;金相分析球鐵;取樣數(shù)量2件。 查后,由河南耐磨材料協(xié)作網(wǎng)作出結(jié)論:“該磨球質(zhì)量不合格,造成耗球過(guò)大”。 在1994年初,我廠供銷(xiāo)部門(mén)也曾進(jìn)一批南定某鋼廠高鉻球,裝在2.6m濕法原料磨機(jī)上。但使用半年多時(shí)間就將可在水泥磨上用三年以上的多組元低合金鋼襯板陸續(xù)砸壞,工人意見(jiàn)很大。查核原因,確認(rèn)磨球與襯板硬度相差懸殊,造成襯板提前損壞。根據(jù)承制廠的介紹,按照我廠磨機(jī)直徑,該廠生產(chǎn)的高鉻球配該廠的高錳鋼襯板,襯板壽命只有半年,要配高鉻襯板,襯板壽命可到2.53年。以上可看出,我廠磨機(jī)使用高鉻球是不合算的。 3 磨球與襯板的選材與配合 3.1 磨球與襯板的選材配合 根據(jù)工況條件對(duì)現(xiàn)有耐磨材料進(jìn)行合理選材一直是件十分重要的工作。但是磨損系統(tǒng)復(fù)雜且各個(gè)參量交互影響,至今還沒(méi)有獲得有關(guān)磨料磨損系統(tǒng)的選材的普遍規(guī)律。到目前為止,只有材料的硬度在一定程度上與耐磨性有較好的相關(guān)性,可以認(rèn)為在保證磨球不碎、不裂的條件下,提高磨球材料的硬度在一定程度上可以提高其耐磨性能。 究竟磨球和襯板的硬度怎樣才能在磨機(jī)中組成最佳配合呢?在CHM1型磨料磨損試驗(yàn)機(jī)來(lái)模擬球磨機(jī),分析研究了磨球與襯板材料組成最佳配合的磨球硬度應(yīng)該是,磨球HRC比襯板的高23。 多組元低合金鋼襯板ZG30CrMnSiMo在我廠已成“定型產(chǎn)品”,在社會(huì)上應(yīng)用也較為廣泛。適合該襯板硬度的鋼球也很多種,選哪種磨球?yàn)樽罴?必須以價(jià)值工程觀念分析、考慮,看整體工程效益來(lái)決定。磷銅鈦低合金淬火球(簡(jiǎn)稱(chēng)祿豐淬火球)在水泥行業(yè)磨耗大多在130140g/t,沖擊韌性良好,破碎率均低1.0%,其化學(xué)成分、金相組織見(jiàn)表5。 表5 祿豐淬火球化學(xué)成分(%)及金相組織 元素CSiMnPSCuTi成分3.03.62.93.51.01.50.40.80.060.40.80.10.2部位金相組織表面團(tuán)絮狀石墨磷共晶細(xì)針馬氏體少量殘余奧氏體1/2半徑菊花狀石墨磷共晶針狀馬氏體少量殘余奧氏體心部片狀石墨磷共晶針狀馬氏體少量屈氏體少量殘余奧氏體 1991年80mm球送洛陽(yáng)礦山機(jī)器廠檢驗(yàn),硬度:心部HRC47,表面HRC57;體積硬度AVH51.3;抗沖擊疲勞性能用落球機(jī)檢驗(yàn),落球高度3.5m,落球13719次,沖擊22499次,無(wú)掉皮球。 以上可見(jiàn),多組元低合金鋼襯板與祿豐淬火球可以算最佳配合。 3.2 根據(jù)磨機(jī)工況條件調(diào)整襯板與磨球的配合 1994年原料車(chē)間高鉻球砸壞多組元低合金鋼襯板事件在廠引起震動(dòng)。查其損壞原因: (1)高鉻球的HRC為5862,多組元低合金鋼襯板(中碳)HRC為4750,硬度不相匹配。 (2)該原料磨為濕法磨,不同于干法磨,襯板要受到?jīng)_刷,磨損較嚴(yán)重,介質(zhì)對(duì)物料的水解作用,使襯板有一定的腐蝕。 因此,濕法磨比干法磨有新的技術(shù)要求: (1)高硬度。襯板的硬度必須高于磨料的硬度,HRC52。 (2)高韌性。必須能承受100mm磨球的沖砸而不破碎k50J/cm2。 (3)抗腐蝕。襯板的金相組織必須為單相,雜質(zhì)盡量要少。 根據(jù)上述濕法原料磨生產(chǎn)的工況條件,及利用已到廠的一批高鉻球,原來(lái)應(yīng)用的多組元低合金系列鋼種中的ZG30CrMnSiMo就不太相適應(yīng)了,需要改進(jìn)。為此,又在多組元低合金系列鋼種中研制一種新鋼種:ZG40CrMnSiMoNiRe,其化學(xué)成分見(jiàn)表6。 表6 ZG40CrMnSiMoNiRe的化學(xué)成分(%) CCrMnSiNiMoRePS0.350.451.52.00.50.80.30.61.21.50.30.4適量0.040.04 熱處理工藝如下: 首先在煤爐中加熱,除氧處理,保溫6h,高溫加熱3h,空冷。 電爐加熱,在Ac3以上溫度30,保溫2h,水淬,空冷。單塊處理,禁止整爐入水。 電爐回火,保溫810h,空冷。 按上述方案新制