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AG真人平台大型石灰石破碎机锤头材质选择与失效

 

发布日期:2021-07-30 04:31

  大型 石灰石破碎机锤 头 材 质选 择 与失效分析 谢 志 勇 ,许 涛 ,熊 晖 ,刘 永驰 ,孙 桂 祥 , 陈忠 华 ( 合 肥水 泥研 究设计 院 ,安徽 合肥 2 3 0 0 5 1 ) 随着新 型干法水 泥大型装备 技术的快速发展 ,国 内5 O 0 0 t / d 、1 0 O 0 0 t / d 大型干法水泥生产线 日益增多 。 大 型石灰 石 破碎 机关 键易磨 件 的锤 头在 工作 运 转 过 程 中 ,需 要 承 受 大 块 物 料 的强 烈 冲 击 ,要 求 具 有 良好 的 冲击 韧 性 和 较 高 的硬 度 。 由于 各 水 泥 生 产 厂 家 石 灰 石 品质 、转 速 、进 料 粒 度 、物 料 综 石灰 石 作为水 泥 生产 的 主要原 材料 ,为确保 其充 足 供应 ,大多 水泥 生产 厂 家采用 大 型单段 转 子锤式 破 碎机 ( 台产4 0 0 ~1 2 0 0 t / h ,应用 于一破 或粗破 )进行 破碎 ,外形 结构见 图 1 。破碎 后 的石 灰石人球磨 机研 磨 ,粉磨至一定细度后 出磨 ,出磨后 的石灰石粉与其 它辅料一起进入旋 窑 ,经 高温煅 烧后 变成水泥熟料 , 熟料经高温冷却破碎后入 库贮存 ,贮存 的熟料经辊压 合 水 分 等 方 面 的差 异 较 大 , 同样 材 质 锤 头 的使 用 寿 命 差 异 很 大 ,短 则 几 天 就 磨 损 完 ,长 则 几 年 运 转 良好 。 由此 可 见 ,在 成 本 最 低 和 效 率 最 高 的情 况 下 ,选 择 适 合 自己破 碎 机 工 况 条 件 材 质 的锤 头 就显 得 十分关 键 。 机碾压后入球磨机研磨 ,粉磨 至一定细度后出磨 ,出 磨后 的细粉直接作为水泥成品包装销售 。 大型石 灰石破碎 机锤头重 量约8 0~1 5 0 k g ,外形 见 图2 。 目前常用 的锤头材 质主要有 高锰钢 、超 高锰 钢 、双金属液热复合三大类 ,通过特殊的生产工艺而 衍生的材质 1 0 余种 。如有 高锰钢 ( Mn l 3)、合金高锰 钢 ( Mn l 3 C r Mo )、高锰钢工 作表面堆 焊耐磨层 、高 锰钢镶铸高铬合金铸铁 、高锰钢镶铸钢结硬质合金 、 超高锰钢 ( Mn l 8 C r M o )、超 高锰钢工 作表面堆 焊耐 磨层 、超高锰钢镶铸高铬合金铸铁 、超高锰钢镶 铸钢 结硬 质合金 、双金属液热 复合 。 图1 大 型 单 段 锤 式 破 碎 机 结 构 图 1 一 转子 ;2 - 破 碎板 ;3 - 反击板 ; 4 一 保 险 门 ;5 - 出料 篦板 ;6 - 壳 体 水 泥厂 用石 灰石 大 多为露 天 爆破 开采 ,原 始块 度 尺 寸很大 ( 5 0 0~1 5 0 0 mm),由铲车或 装载 车倒 入料 仓 ,经板 链机 输送 至破 碎机 进料 口,石灰 石 落 至带有 减震 装 置 的给料 辊上 ,两 个 同 向回转 的给料 辊 将 石灰 石送 人高 速旋 转 的转子 上 ,锤头 以较 高 的 线 m / s )打击石 灰石 ,同时击 碎或抛起 料 块 ,被抛 起 的料块 撞 击到 反击 衬板 上或 自相 碰撞 图2 大 型 石 灰 石 破 碎 机 锤 头 结 构 图 1 高锰 钢类锤头及适应工况条件 1 . 1 高锰 钢 而 再 次破碎 ,然后被 锤 头带 入破 碎板 和 出料篦 板工 作 区继 续受 到 打击 和挤压 破碎 ,直 至 小于 篦缝 尺寸 ( 篦缝 2 5~7 5 m m)时从 机腔下部 排 出 ,物料破碎 比 高 达 1: 2 0~1: 6 0 ,由此可见 大 型石灰 石破 碎机 的 高 锰 钢是 传 统 的耐磨 材 料 ,距 今 已有 1 O 0 多年 的历 史 。高锰 钢铸 态组 织 为奥 氏体 和部分 碳化 物 。 碳化 物数 量多 时会 在 晶界上 以 网状 出现 ,严重 割裂 基体 组织 ,降低 了基体 组织 的韧 性 ;但 经 过水韧 处 工况条件 十分恶劣 。 理后, 基体组织完全奥氏体化,塑性和韧性大大提 77 2 0 1 2 . 1 1 C HI NA C E ME N T \ \ 名称 序号 \\ \ 化学成分 ( %) 热处理 机 械 性 能 金相组织 2 1 0 . 7 5 ~ 1 - 4 5 1 l 0 ~ 1 4 l 0 . 3 ~ 0 . 6 l ≤ o . 0 7 C l M n l S i I P 水 韧 处 理 冲 击 韧 性( J / e m ) l 硬 度( H B ) ≥ 8 0 l 1 5 0 ~ 2 0 0 奥 氏 体 大 的热应 力和 组织应 力 ,易发 生过热 现象 ;降低 了 焊接接头和焊缝 的韧性 ,同时易产生热裂纹 ] 。 奥 氏体 基 体 组织 受 热 至3 0 0 ℃以 上 时 ,碳 化 物 会 沿 晶界析 出 ,破 坏 了奥 氏体 组织 的完整 性 ,晶界 碳化 物 的聚集 会使 高锰钢 脆化 。为避 免 高锰钢基 体 性 能恶 化 ,基 本上 采用 “ 冷焊 ”工 艺 ,即采用 各种 方 法使 高锰钢 基体 在焊 接过程 中保 持在 较低温 度 , 减 少 基体 在 3 0 0 ℃ 以上 的停 留时 间 。针 对高 锰钢 锤 头 堆焊 后不进 行水 韧处 理 的工 况 ,为降低 焊接 时产 生的热 应力 和组织 应力 ,采用 堆焊 层组 织结构 逐渐 过渡 ( 母 材+ 中间过渡层 + 耐磨层 )的复合堆焊 技术 方 案,确保 焊接 接头 和焊 缝 具有 足够 的韧性 。AG真人平台,堆 焊后 耐磨层金 属 ( 耐磨 层厚 约5~1 0 mm)的硬 度 为 H R C 5 5~ 6 0 ,使用寿命大大提高 。 1 . 4 高锰钢镶铸高铬合金铸铁、镶 铸钢 结硬质合 金 高 锰 钢 韧 性 高 ,抗 强 烈 冲击 能 力 高 。 高铬 合 金铸 铁合金 含量 高 ,经 过适 当 的热处理 后 ,其组 织 为 :M , C 型碳 化物 + 马氏体 + 弥 散分布 的二 次碳化 物 + 残余 奥 氏体 ,宏 观 硬度 达 H R C 6 0 以上 ,抗磨 损 能 力强 。钢 结硬 质合金 是 以难 熔金 属碳化 物 ( 主要 是 T i C、WC) 作硬质相 ,以碳钢为粘结相 ,用粉末冶金 法制 取 的复合 材料 。其组 织特点 是 ,微 细 的硬质 相 晶粒 均 匀弥散 地分 布于碳 钢基体 中 ,具有 较高 的抗 磨损 性 能 。为 充分 发挥 高锰钢优 良的抗 冲击性 能和 高 铬合金 铸铁 ( 或 钢结硬 质合 金 )较 强 的抗磨损 性 能 ,采用镶铸生产 工艺见 图3 ,将 两种材料有 机地结 合 在一 起 ,经水韧 处理 后 ,获得具有 较高 综合 性能 和抗磨损性 能的复合新材料隅 】 。 具 体 镶 铸 生 产 工 艺 过 程 为 :在 型 腔 某 部 位 预 先 放人 具有 良好 耐磨性 的预 制块 ( 高铬合 金 铸铁或 钢结硬 质合 金 ),然后 向型 腔 内浇注具 有 良好韧性 一 图3 镶 铸铸 造 工艺 示意 图 1 一 高 铬合 金铸 铁 预 制块 ;2 一 高 锰 钢 ;3 - 浇L I ;4 - 硬 质合 金 预 制块 ;5 一 铁钉 中国水泥 2 0 ] 2 . 1 ] 的母 液 ( 高锰 钢 ),通过母 液 强烈 的热 作用 ,使 镶 块与母 液 接触 的界 面 上在一 定 的时 间 内处于熔 化 或 溶解 状态 并发 生元 素 的相互 扩散 及冶 金 反应 ,冷凝 为 了进 一 步提 高超 高锰 钢 的耐磨性 能 ,在保 留 足 够韧 性 的前提 下 ,相继研 制 了超 高锰钢 工作 表 面 堆 焊耐 磨层 、超 高锰 钢镶铸 高 铬合金 铸铁 、超 高锰 钢 镶铸 钢结 硬质合 金 锤头 ,其 生产工 艺 和制作 流程 与相应高锰钢材质锤头类似 ,不再 累述 。 2 . 2 适 应 工况 条 件 后 ,镶块与母材牢 同的熔焊为一体 。 综 上 所 述 ,高锰 钢 、合 金 高锰 钢 、高 锰 钢 工 作 表 面 堆 焊 耐 磨 层 锤 头 适 合 石 灰 石 品质 较 高 ( 石 灰石 中硅含 量 ≤2 %,抗 压强 度 ≤1 2 0 MP a)、锤头 线 m / s )、进料 粒度 较大 ( 8 0 0~ 综 上 所 述 ,超 高 锰 钢 、超 高锰 钢 工 作 表 面 堆 焊 耐磨层 锤 头适合 石 灰石 品质较 高 ( 石 灰 石 中硅 含 量 ≤2 %,抗 压 强度 ≤1 2 0 MP a)、锤 头 线 m / s )、进 料 粒 度 很 大 ( 1 0 0 0 ~1 5 0 0 m m )、 1 O 0 0 mm)、物料 综 合 水 分 高 ( ≥2 % )的工 况 条 件 。高锰 钢镶铸 高 铬合 金铸 铁 、镶铸 钢结 硬质 合金 锤 头适合 石灰石 品质较 差 ( 石灰石 中硅含 量 ≥2 %, 抗 压强 度 ≥1 2 0 MP a )、转 速较低 ( 3 0~3 5 m/ s )、 物料综 合水分 较高 ( ≥2 % )的工 况条件 。超高锰 钢 镶铸 高铬 合金 铸铁 、镶 铸钢结 硬质 合金 锤头 适合 石 灰 石 品质 较 差 ( 石 灰 石 中硅含 量 ≥2 % ,抗 压 强 度 ≥1 2 0 MP a )、转 速较高 ( 3 5~ 4 0 m/ s )、进料粒度较 进料 粒度较 小 ( 5 0 0~8 0 0 m m)、物料综 合水分 较低 ( ≤2 %) 的工况条件 。 大 ( 8 0 0 ~1 0 0 0 m m)、物料综合水分较低 ( ≤2 %)的 2 超 高锰 钢类锤头及适应工况条件 2 . 1 超 高锰 钢类锤头 工况条件 。 超 高 锰 钢 是 近 年来 在普 通 高 锰 钢 ( Mn 1 3)标 准 成 分 的基 础 上 通 过 提 高 碳 、锰 的 含量 发 展 而来 的。它 是 在锰 含量 ( 质量 分数 )增 加到 l 4 % ~1 8 % 的 同时 ,加 入 1 % ~3 %的C r 和适 量 的T i 、V、Mo 等 3 双 金 属 液 热 复 合 锤 头 及 适 应 工 况 条 件 3 . 1 双金属液热复合锤头 为解 决单一 材 料韧性 和 硬度 的矛 盾 ,提高 锤头 的抗 磨性能 ,研 制 了新 型抗 磨材料一 双金属 液热复合 锤 头 ,化学 成分及性 能见表3 。采 用双金属 液热复合 铸造生产工艺 ,成功地将具有高硬度 的高铬合金铸铁 合 金强 化 元 素 ,化 学 成 分及 性 能 见表 2 。超 高 锰 钢 的形变强化能力 ( 加 工 硬 化 率 )比普 通 高锰 钢要 好 ,相 同形 变 量 下 ,超 高 锰 钢 比普 通 高 锰 钢有 更 高 的 形 变 硬 度 。如 变 形 2 0 % 时 在 ,普 通 高锰 钢形 ( 锤头工作部位 )与具有 良好韧性 、可加工性 的铸钢 ( 锤头柄部 ) 有机地结合在一起 ,具有单一金属材料 难 以达成的优 良耐磨性 和抗 冲击的整体综合性能 。 利用 双金属 液热 复合铸造 工艺生 产 的高铬 合金 铸铁/ Z G 3 5 双金 属破碎机 锤头成功应 用于强 冲击 工况 变硬度约为3 6 0 HB,而 超 高 锰 钢 形 变 硬 度 可 达 到 4 0 0 HB 。在抵 抗 强 冲击 、大压 力作 用 下 的磨 料 磨损 或凿 削磨损 方 面 ,超高锰 钢 的使 用寿命 是 普通 高锰 钢1 . 5~2 倍。 条件 ,并取得较 好的使用效 果 ,其铸 造工艺见 图3 。 双金 属液 热 复合铸 造工 艺生 产过 程关 键控制 为 :在 超 高锰钢 具 有显 著 的加工 硬化 特点 。铸 态 的超 高锰钢 经 过水 韧处 理后 形成 单一 的奥 氏体 组织 ,硬 度仅为1 7 0~2 2 0 HB,但 是经 过 形 变 后 出现 显 著 加 工 硬化 现象 ,其 显微 组织 出现许 多滑 移带 ,甚 至 出 现 晶粒 扭 曲 、滑 移带 弯 曲或 滑移 台阶 ,形变 层 的硬 度 可 以达 到 5 0 0~8 0 0 HB,AG真人平台硬 化 层 的深 度 可 以达 到 1 0~ 2 0 mm 不使 其混 合 的情况 下 ,使两 种金 属熔 为一体 ;同时 要形 成尽 可能 大 的熔合 面积 ,增加 两种 材料 的粘 结 程度 。为 此 ,采取 了如 下措施 :结 合 面取在最 大 截 面A 处 ,底部设 置u 形冷铁 ,以保证Z G 3 5 由下而上 的 凝 固顺序 ;设 溢流 口B,确保结合 面的位 置不变 ;为 防止在浇 注高 铬合金铸 铁 时 ,Z G 3 5 被 冲混 ,高铬合 金铸铁 浇 口设 在c 、D 处 ,以求水 头平稳 _ 9 】 。 双金 属液 复合 铸造 工艺 的成 败关 键在 于两 种金 这 个深 度及 曲线 的形状 与所 承受 的冲击 载荷 、 化学 成 分 以及 机 械性 能等 因素 有关 。硬 化层 的高 硬 度和良好韧性 , 使其具有了优 良的抗磨性能。 \ 名 称 I 属的界面熔合优劣和熔合强度的高低 ,界面熔合状 机械性能 序 号 \ 2 1 化 学 成 分( % ) C Mn C r S i Mo P . 热 处 理 冲 击 韧 性( J / e m ) 硬 度( H B ) 金 相 组 织 ≤0 . 0 7 1 0~ 1 . 5 1 4~ l 8 1 . 0~ 3 . 0 O3 ~O. 6 0 . 1~0 . 5 水韧处理 ≥1 O 0 1 7 0~2 2 0 奥 氏体 7 9 2 0 ] 2 . 1 1 C HI NA C E ME NT l 冬 二 j I l = . . 1 = . ~ 1 5 ; I l 廖 \ ~ l = . 一 刚 火 刚 付 科 化 学 成 分( % ) 热 处 理 冲 击 韧 性( J / c m ) 硬 度( H R C ) 金 相 组 织 6~1 0 5 8 ~6 4 l 5~ 2 0 \ 移 机 械 性 能 1 C C r Mo N i S i Mn S 、P 2( 头部 ) 2 _ 4 正 火 3 . 0 1 6~2 4 0~1 . O O~1 . 0 O _ 3~0 . 6 0 - 3~O . 6 ≤0 . 0 5 3( 柄部 ) 0 - 3~O - 3 5 0 . 5~1 . 0 O . 4~1 . 0 0 . 4~1 . 0 ≤O . O 5 雾淬 马氏体+ 碳化物 + 残余奥 氏体 铁素体 + 珠 光 体 4 0 ~ 5 0 态分 为冶金 熔合 和机 械熔 合两 大类 。 因为冶金熔 合 强度 远远 高于 机械结 合 强度 ,一般都 追求 冶金 熔合 相 ,大大提 高锤头 的耐磨性 。 4. 3 使 用 工况 状态 ,但很 多 情况都 是冶 金熔 合与机 械熔 合共存 。 界 面熔合 状态 可 以用 冶金 熔合率 来 表征 ,即发 生冶 金熔 合 的界面 面积 占总 界面 面积 的百分数 。只要冶 金熔 合 率大 于一个 临界 值 ,就 可 以认为熔 合 良好 。 石 灰石 品 质 、锤 头 线 速 度 、进 料 粒 度 、物 料 综 合水 分等 使用 工况条 件变 化较 大时 ,锤头材 质未 及时 调整 ,轻则 磨损严 重 ,重则锤 头 断裂 。生产 运 转过 程 中 ,应 根据转 子石灰 石 品质 、转 速 、进料 粒 度 、物料综 合水 分等使 用T 况条 件 的变 化程 度 ,及 熔合 状态 的判 断带 有很 多主观性 和专业性 ,如 何简 易 直观 地定量 表征 界面 熔合状 态还 需要进 行深 入细 致 的研究 。 J 。 3 . 2 适应工况条件 时调整锤头的材质 ,延长锤头 的使用寿命 。 5 结 语 综 上 所 述 ,双 金 属 液 复 合 锤 头 适 合 适 合 石 灰 石 品质较差 ( 石 灰 石 中硅 含 量 ≥2 % ,抗 压 强 度 ≥1 2 0 MP a)、锤 头线 m / s )、进 ( 1 ) 石灰 石破碎机锤 头在工作运转过 程 中 ,需 要承 受大块 物料 的强 烈 冲击 ,要 求具有 良好 的 冲击 韧性和较高的硬度 。 ( 2)由于石灰石 品质 、转速 、进料 粒度 、物 料 料 粒度 较 小 ( 5 0 0~8 0 0 mm)、物料 综 合水 分较 低 ( ≤2 % )的工况 条件 。 综合 水分 等方 面 的差 异 ,同样材 质锤 头 的使 用 寿命 差异很大 ,因此选 择合适 材质 的锤头十分关键 。 4 锤 头 失 效 分 析 与 整 改 措 施 4 . 1 化 学 成 分 ( 3) 石灰 石破碎机锤 头材质主要有 高锰钢 、超 高锰 钢 、双金 属液热 复合 三大类 ,通过 特殊 的生 产 主要元 素 ( C、C r 、S i 、Mn)匹配不合理或有 害 元素 ( S 、P) 含 量超标 时 ,锤头 的机械性 能 大大降 低 ,轻 则磨损 严重 ,重 则锤 头断 裂 。实 际生 产制造 过 程 中 ,应 严格控 制原 材料 有害 成分 ,优化 匹配 主 工艺而衍生 的材质多达1 0 余种 。 ( 4)石 灰石 破 碎 机锤 头 的失 效 主 要 由化 学 成 分 、生产工艺和使 用工况 三方 面原 因引起 。翰 要元素化学成分 ,以获得优 良的综合性能。 4 . 2 生 产 工 艺 参考文献 : 【 1 ] 何 力 ,金 志浩 合 金化 奥 氏体 锰钢 的研究 [ J 】 . 机械 工程 材料 , 2 0 0 0 ( 2 ) :2 2 - 2 4 . [ 2 ] 闫华等 合金化高锰 ̄ N Z GMn 1 3 C r Mo 的组织与性能研究 热加工 工艺 ,2 0 0 6 ( 2 ) :1 1 —1 3 . [ 3 ] 张增志. 耐磨高锰钢[ M] 北京 :冶金工业出版社 ,2 0 0 2 [ 4 ] 谢敬佩 ,李卫等. 耐磨铸钢及熔炼 [ M】 北京 :机械 工业出版社 , 20 03: 2 0—1 03 铸 造工 艺控 制不 当 时 ,锤头 表 面或 内部存 在夹 渣 、缩 孔 、裂纹 、等铸 造缺 陷 ,降低 了锤头 的机 械 性 能 ,严重 时造成 锤头 断裂 。采取 平做 立浇 ( 或者 倾 斜浇 注 )、合 理使用 外冷 铁和 发热 冒口 、严格控 制 浇铸 温度 和浇 注速度 等措 施 ,形成 良好 的凝 固顺 序 和补缩条件 ,获得致密 的内部组织 。 热 处 理 工 艺 制 订 不 当时 ,锤 头 基 体 组 织 中析 【 5 ] 崔 昆 钢铁材料及有色金属材料[ M ] 北京:机械工业 出版社,1 9 8 1 [ 6 】 周振丰 ,张文钺 焊接冶金及金属焊 接性[ M】 北 京 :机 械工业出 版社 。1 9 9 4 4 5 7 — 4 5 8 . 出大量 的网状碳 化物 ,严重 割裂 基体组 织 ,大大 降 低 基体 抗 冲击性 能 ,严 重 时造成 锤头 断裂 。应根 据 锤头 的材质 特性 ,合 理选择 淬火 温度 、保 温时 间和 淬火 介质 ,严格 控制 升温 速度 和冷却 速度 ,在保 证 锤头 具有 足够 冲击 韧性 的前提 下 ,均匀 弥散析 出一 [ 7 ] 郭 长 庆 ,程 军 高锰 钢焊 接 复 合锤 头 的研 制 【 J 】 . 铸造技术, 2 0 0 7 ,2 8 ( 3 ) :3 4 1 — 3 4 3 . [ 8 ] 陈 和兴 ,赵四勇等 . 高锰 钢镶铸硬 质合金锤 头 的研 制 ,铸 造技 术 。2 0 0 0 ( 4 ) :1 3 — 1 4 . [ 9 ] 冯朝跃. 双金属锤头的生产及应用[ J ] 铸造 ,2 0 0 0 ( 9 ) :5 6 1 - 5 6 2 门0 1 志 ,邢书 明. 破 碎机 锤头双 金属 复合 铸造工 艺 的研究 进 展 金属矿山 ,2 0 0 8 ( 5 ) :9 6 — 9 9 8 0定 数 量 的 具 有 较 高 硬 度 的 碳 化 物 , 作 为 基 体 的 强 化 中国水泥 2 0 1 2 . 1 1

 

 

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