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金属耐磨材料在水泥企业的研究和应用

来源:未知 佚名 2019-05-17 浏览
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  一、金属耐磨材料的概述

  材料的耐磨性不仅决定于材料的硬度Hm,而且更主要的是决定于材料硬度Hm和磨料硬度Ha的比值。当Hm/Ha比值超过一定值后,磨损量便会迅速降低。

  当Hm/Ha≤0.5-0.8时为硬磨料磨损,此时增加材料的硬度对材料的耐磨性增加不大。

安徽索立德铸业   当Hm/Ha>0.5-0.8时为软磨料磨损,此时增加材料的硬度,便会迅速地提高材料的耐磨性。

  金属耐磨材料一般都指的是耐磨钢,能抵抗磨料磨损的钢。这类钢还没有成为一个完全独立的钢种,其中公认的耐磨钢是高锰钢。

  二、水泥企业主要使用的耐磨钢

  在水泥工业中大多以磨料磨损为主要磨损方式。耐磨材料主要用于磨机衬板、隔仓板、篦板,球、段,破碎机锤头、板锤、反击板、颚板,立磨辊、盘等。从材质上可分为以下三大类:

  1.高锰钢系列

  该材质在八十年代前的一百余年中始终占据耐磨材料的主导地位,优点:韧性极好,在强冲击条件下产生加工硬化;缺点:易塑性变形,不耐磨。已从非强冲击条件下应用的易损件(磨机衬板类)中退出,但是在强冲击负荷下应用的易损件中,仍保持不可替代的优势。

  普通高锰钢以及为了提高屈服强度添加各种合金元素的合金高锰钢,在大型破碎机锤头、板锤、反击板、篦板、颚式破碎机颚板及圆锥破碎机内外锥等易损件中,占主导地位。超高锰钢仅限用于大型破碎机锤头和板锤。中锰钢也有部分应用。

  2.合金钢系列

  低碳中合金、中碳低合金、中碳中合金、低碳高合金等各种合金钢,由于其化学成分、热处理工艺可在很大范围内变化,最终产品的机械性能指标差距很大,硬度HRC40-60,冲击韧性ak10-100J/cm2,因此可根据易损件的应用工况条件,分析其主要磨损机制,优化和选择合金钢的化学成分和综合机械性能,达到最经济合理的选用。

  中碳低合金钢的优点是:合金量少,生产成本较低,依靠水淬或油淬提高硬度,满足易损件的耐磨寿命。

  中碳中合金钢的优点是:中等的合金含量使其基体组织得到固溶强化且有弥散碳化物,热处理工艺简单且稳定,综合机械性能较佳。与中碳低合金钢相比,即使硬度相同,耐磨性明显增高,但生产成本偏高。

  低碳高合金钢的优点是:低碳、高合金的化学成分配合恰当的热处理工艺,可获得非常高的韧性和较高的硬度,对受冲击负荷较大、结构复杂的易损件具有绝对的优势,缺点是生产成本高。

  3。抗磨白口铸铁系列

  该系列有高铬铸铁、中铬铸铁、低铬铸铁、镍硬铸铁及高铬铸钢等品种。总体优点:硬度高,耐磨性好。缺点:韧性不足。

  高铬铸铁(Cr14-30%)的耐磨性最好,应用范围最广,如中小型磨机衬板,球和段,小型破碎机锤头和板锤,立磨辊和盘等。大型磨机前配置了辊压机后,高铬铸铁即可扬长避短,充分发挥其优异的耐磨性,衬板使用寿命可达8年以上。

  低铬铸铁(Cr1.5-3%)的硬度、韧性均大大低于高铬铸铁,主要应用于球、段以及细磨仓衬板,优点是生产成本低,缺点是应用范围窄,综合性能和抗磨指标一般。

  中铬铸铁(Cr8-14%)仅用于铸球,降低铬含量,既可以降低生产成本,也可满足球的破碎率指标,市场中仍称之为高铬球。

  三、水泥企业常用耐磨材料具体选用(本文以磨机为例)

安徽索立德铸业   1.粗磨仓衬板磨损机理及耐磨材料的选择

  粗磨仓入磨料度为value="15" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">15mmvalue="25" hasspace="False" negative="True" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">-25mm,研磨体平均球径φvalue="75" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">75mm左右,最大球径φvalue="90" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">90mm-lOOmm。磨机回转时,球和物料以较大的冲击力凿削衬板;球在下落的滑动或滚动中挤压物料,物料尖角切削衬板,因此粗磨仓衬板磨损机理是以高应力冲击凿削磨损为主,挤压切削为辅。

  粗磨仓衬板要求材料有足够韧性,受切削磨损要求材料具有高硬度。根据磨损原理,材料硬度(Hm)应为物料硬度(Ha)的0。8倍以上,即Hm/Ha≥0。8,水泥熟料硬度为HV500-550,相当于HRC49-54。所以衬板材料硬度应在HRC50以上才耐磨。由于受高应力冲击凿削,冲击韧性ak≥10J/cm2才能不开裂,才满足使用要求。因此粗磨仓衬板应选择中碳中铬合金钢及其类似合金钢材料,硬度HRC48-55,冲击韧性akl5-20J/cm2,使用寿命可达2-3年。对于单螺孔衬板及沟槽衬板可参照相关标准选择高铬铸铁,使用寿命可达4-6年。对于φvalue="3" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">3m以上的大型磨机衬板,应选择高韧性高铬铸铁,硬度HRC58-62,冲击韧性ak8-12J/cm2,使用寿命可达 6-10年。

  2。细磨仓村板磨损机理及耐磨材料的选择

  通过隔仓板进入到细磨仓的物料已变细,尖角变钝,细磨仓里的球或段直径仅为φvalue="15" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">15mmvalue="60" hasspace="False" negative="True" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">-60mm,冲击力小,因此细磨仓衬板磨损机理是球的应力切削磨损。

  细磨仓衬板可以选择硬度高、韧性低的耐磨材料。如高碳合金钢,高、中、低铬铸铁,抗磨球墨铸铁等材料,硬度HRC>50,冲击韧性ak4-6J/cm2均可使用。

  磨机衬板不宜选择高锰钢。对粗磨仓而言,因为高锰钢的屈服强度低,易产生塑性变形,尺寸长的衬板会发生凸起变形,钢球的冲击也不能充分产生加工硬化,因此不耐磨。细磨仓衬板承受的冲击力更小,高锰钢的耐磨性更不能得到发挥。

  3.磨头端衬板、隔仓板、出科篦板耐磨材料的选择

  (1)磨头端衬板磨损机理及耐磨材料的选择

  磨头端村板在粗磨仓进料端,物料粒度大,研磨体平均球径大,受磨球和物料的侧冲击力大,是以高应力冲击凿削磨损为主、切削冲刷为辅的磨损机理。因此磨头端衬板应选择韧性高耐冲击、硬度高抗切削的材料。以前采用高锰钢,由于所受冲击不足以充分使其产生加工硬化,硬度仅能达到HB350左右,受物料切削冲刷磨损严重,使用寿命低。如果选择中碳多元合金钢衬板,硬度HRC46-50,冲击韧性ak5 J/cm2,使用寿命可比高锰钢提高一倍。φ3.Om以上大型磨机磨头端衬板在径向上分2-4块,可选择高铬铸钢,高铬铸铁类耐磨材料,使用寿命可比高锰钢高3-4倍。

  (2)隔仓板磨损机理及耐磨材料的选择

  粗磨仓粉磨达到一定粒度的物料是通过隔仓板篦缝到细磨仓的。物料对隔仓板蓖缝进行挤压冲刷磨损,球和物料对隔仓板进行测冲击凿削磨损,并且隔仓板为悬臂梁式安装,受力情况恶劣。因此要求材料韧性要好,冲击韧性ak≥25 J/cm2,硬度HRC45-50。

  高锰钢韧性好,但硬度低,不耐磨,并且易产生塑性变形,堵塞蓖缝,影响生产效率。

安徽索立德铸业   因此隔仓板应选择中碳中铬多元合金钢及类似合金钢材料。φvalue="3" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">3.0m以上大型磨机隔仓板是分块制作的,可选择高铬铸钢、高韧性高铬铸铁类耐磨材料,使用寿命可比高锰钢提高2-3倍。

  (3)出料篦板磨损机理及耐磨材料的选择

  出料蓖板在磨机的出口,主要受小球或钢段的挤压切削磨损。因此以硬度为主选择材料,可选择各类高碳合金钢、高韧性抗磨球墨铸铁等。硬度HRC50-55,冲击韧性ak8-10 J/cm2,即可满足使用要求。

安徽索立德铸业   新型耐磨材料-Cr-Ti多元合金钢衬板,冲击韧性65-136 J/cm2,硬度HRC52-58,主要技术指标达到国外同类产品水平,其技术性能满足φvalue="3.8" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">3.8m以上大型球磨机粗磨仓、细磨仓、磨头端衬板,隔仓板、出科蓖板工况条件的要求,应用范围广,寿命比高锰钢提高2-4倍,是替代高铬铸铁和传统中合金衬板的理想材料。

  总之,使用厂家选择理想的耐磨材料,应该考虑以下两点。

  第一,进行磨损失效分析,充分认识配件的工况条件,如采用干法还是湿法生产,受冲击负荷的大小,物料的种类,易磨性,粒度,物料的尖锐度等,依照磨损特性选择合适的材料。

安徽索立德铸业   第二,进行技术经济指标对比,如果价格高,但耐磨性提高比率远大于价格比率,则应该选择质优价高的,才能提高总体经济效益。

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