水泥破碎磨粉設備的磨損與耐磨材料的發展
摘要
從磨損失效分析入手，對破碎磨粉設備中易損件的結構形狀、相互匹配關系、耐磨材料生產工藝、質量控制與使用性能等進行評述，并列舉國內外典型磨材質的化學成分及機械性能，同時闡述了破碎磨粉材料的發展。
關鍵詞：破碎機，磨粉設備，易損件，耐磨材料，水泥設備
1、背景
冶金，礦山，化工，建材，火電，煤炭等工業部門，都需要各種各樣的磨粉設備與破碎設備。這些設備的易損件受研磨體、襯板、物料的磨損，每年會消耗掉大量的金屬。以水泥工業為例，一九九四年水泥全國產量為四點零五億噸。球磨機的襯板類，破碎機類損耗金屬約為三百到三百五十克/噸水泥。研磨介質為五百克每噸水泥，這樣一九九四年僅水泥工業就有消耗襯板類金屬十二 噸，研磨體二十多 噸。據有關資料統計，黑色，有色礦山消耗金屬更多，全國消耗破碎機，球磨機襯板金屬約為五十 噸。研磨介質金屬約一百三十 噸，總價值達八十億元。材料的消耗必然反映到能源的消耗上，因此降低金屬材料消耗也是一種節約能源的重要方法，具有明顯的經濟效益和社會效益。
同時因更換易損件而被迫停車的時間在水泥行業約占總停車時間的百分之五十到五十五，占因磨損而增加設備維修工作量的百分之六十到六十五，因此隨著破碎磨粉設備工藝技術的飛速發展，隨著設備日趨大型化研制和使用，新型耐磨材料越來越為人們所重視。
2、破碎磨粉設備的磨損
破碎磨粉設備的磨損可分為內部因素和外部因素。內部因素包括材料的冶金質量，化學成分，金相組織和機械性能；外部因素包括物料的硬度和韜性，粒度和棱角等等。易損件是否耐用取決于材料的抗沖擊磨損能力，搞疲勞磨損能力，抗顯微切削和犁削的能力。下面對幾種破碎磨粉設備的主要易損件的磨損進行簡單的分析。
2.1 顎式破碎機齒板
顎式破碎機齒板的磨損屬于鑿削式磨損。以某采石場使用的1200×1500破碎機，1500×2100破碎機型號的顎式破碎機齒板為例，齒板材質是經水韌處理的標準高錳鋼板。在掃描電鏡下觀察齒板磨面可以看出齒板表面被擠壓成凹凸部分材料，隨后又被糜爛推擠成壓舌磨面，在磨面上可以看到很多磨料尖角短程滑動造成的磨痕，并可看到齒板表面有微裂紋。
分析以后發現，破碎機的齒板磨損主要是因為磨料對齒板短程滑動造成的，切削金屬一樣形成了磨屑戰磨料幾次擠壓引收齒板質料多次變形，導致金屬質料頹興脫降，磨益掉效的過程是：（1）物料多次幾次擠壓鑿削齒板，正在齒板區表層，或正在擠壓金屬的凸起部分根部微裂紋，此微裂紋沒有竭擴大到相連，形成大要金屬質料脫降，形楊磨屑。（2）物料反復擠壓，造成齒板金屬材料被局部壓裂或翻起，其碎裂或翻起部分又隨著擠壓撞擊的木缽起脫落形成磨屑。（3）對齒板短程滑動，切削齒板形成磨屑。
因此從耐磨材料節制齒板磨益主如果硬度戰韌性。質料硬，物料擠壓濃度淺，質料變形小，物料對質料短程滑動的切削量也小。質料韌性好，抵當斷裂才氣強，可消弭擠壓碰擊過程中堅性斷裂，進步弄頹興變形裂才氣。 顎式破碎機的大年夜小規格分歧，進料粒度，鈍度也分歧，對齒板的擠壓、碰擊力分歧，大年夜中型擠壓力大年夜，除考慮質料的抗擠壓力戰抗滑動切削中，借招考慮受碰擊的挨擊力及直開應力。是以大年夜型齒板選材應選用韌性下，綜開機能好的材量。 從上述磨益掉效闡收可知，對齒板質料應挑選硬度下的材量以抵當擠壓，隱微切削掉效，挑選充足的材量以抵當鑿削碰擊頹興掉效。同時從齒板布局少停止改進，以減少齒板的相對滑動，那沒有但對進步出產率無益，并且對進步質料的利用壽命無益。
2.2 錘式破碎機錘頭
不同規格的錘式破碎機，錘頭形狀大小也海味 不相同，一般認為90～125kg的錘頭為大型，25kg以下的為小型，其余為中型。大中水泥廠一般使用25～50kg錘頭。由于錘頭大小不同。使用工況條件不同。它的磨損失效也各不相同。
錘頭的磨損方式，以沖擊鑿削為主，傘隨有沖刷顯微切削磨損。其磨損形貌為沖擊坑和切削犁溝。由于錘頭的主要磨損方式為沖擊，所以人們習慣于選擇高錳鋼做錘頭材質。
（1）果為其沖韌性小，沒有克沒有及充分闡揚下錳鋼的減工存化感化，是以耐磨性很沒有睬念，如破裂少石，劣量煤戰下爐礦渣等物料，錘頭有的用幾天乃至幾個班便掉效了。有人把放工廠用的5.8kg的錘頭戰水泥廠用的11.5kg的錘頭停止磨益后殘體掉效闡收，成果表黑兩類錘頭減工硬化結果皆很好。
小錘頭的磨益過程是一圓里物料小能量挨擊錘頭，金屬大要產死塑性變形戰微裂紋。正在幾次多次塑變環境下裂紋擴大，金屬受擠壓構成碎片脫降，導致挨擊磨益；另中一圓里物料刺進質料大要，正在必然法背力與切背力感化下，對質料表層金屬產死隱微切削、沖刷，使金屬大要磨益，但是果為挨擊力沒有大年夜，下錳鋼沒有敷以被減工硬化。以是應挑選有必然韌性，以硬度下為主導的質料才氣大年夜幅度進步利用壽命。
（2）50kg級錘頭，由于其沖擊力大，采用高韌性的高錳鋼材質，其加工硬化性能得到一定發揮，錘頭以磨損，沖擊，鑿削為主，伴隨沖刷顯微切削磨損，磨損的微觀形貌表現為沖擊坑和切削犁溝。但是如果物料工況條件不同，同樣是高錳鋼錘頭使用情況也相差很大。如同樣是水泥機械廠生產的12p 50kg級高錳鋼錘頭，在甲水泥廠公用了二三 就失效了。在乙縣水泥廠用了八九 。
用電子隱微鏡觀察甲水泥廠的錘頭正在磨里上，如果切削有擊坑存正在，說明其磨益掉效是切切削機理為主，同時陪隨隨碰擊磨益。闡收啟事是該廠石灰石物猜中露泥量大年夜，粒度小，使挨擊背荷減小，下錳鋼減工硬度沒有較著，同時物猜中常帶有下硬度的硅石板巖，對下錳鋼奧氏體佝硬量開金一樣切削，留下很多切削溜槽，以是磨益快。
乙縣水泥廠錘頭磨益里上主如果挨擊坑，并有少量切削溜槽，申明它是以碰擊磨益為主，陪隨切削磨益，那是果為乙縣水泥廠的石灰石塊度大年夜，縣鄉均勻，挨擊力大年夜。石灰石與錘頭磨益里碰擊時構成很多碰擊坑，坑四周有較著的翻力。果為下錳鋼有杰出塑性，正在腐敗正背碰擊下較易塑性變形而構成挨擊坑；另中一圓里果為較大年夜挨擊力使下錳鋼得以被減工硬化，刪大年夜了變形抗力，果此表示出較下的抗磨益機才氣。
從上述闡能夠看出；正在以切削為主的環境下，鑄件的硬度對耐磨性起主導感化。為處理那一題目，我們與湖北某水泥廠正在研制一種超強下錳鋼下韌性的前提下，大年夜幅度進步其伸便強度（達450N/mm仄圓）進步初初硬度到HB260～300，同時進步其減工硬化速率，使壽命大年夜幅度進步。
（3）大型破碎機90kg和125kg錘頭，以90kg為例，該破碎機進料粒度大，破碎比大，轉速高，所以錘頭受撞擊力大，是以撞擊為主的磨損機制。選材應以沖擊韌性為主導兼顧硬度，強度等綜合性能。某水泥廠從德國公司引進的mb70/90型錘式破碎機，90kg錘頭原來是雙金屬鑄造，狀況用高鉻鑄鐵，錘柄用低合金鋼，使用中錘頭削落，結合處斷裂較多，影響正常生產，威脅整機的安全，1986年7月進口的ok公司的單金屬90kg錘頭，平均使用10 破碎180 噸石灰石。某水泥機械廠在解剖分析德國錘頭基礎上研制超高錳鋼錘頭，1991年通過部級鑒定。含錳鋼高達17%～18%。主要是使錘頭厚大，中心部也為全奧氏體，保持其優良的韌性，材料并輔以其它綜合性能。
2.3 球(管)磨機襯板的磨損
球(管)磨機的襯板承受磨球和物料的沖擊、鑿削、擠壓和顯微切削多方面作用，磨損特征是表面出現凹坑、裂紋和犁溝。磨損程序與性、粒度、銳度和易磨性有磁，也與磨機直徑大小規格、襯板所處部位有關。
以φ2.2m*6.5m水泥磨機為例，一倉、兩倉下錳鋼襯板磨益大要襯板有很多犁溝戰剝降坑，那是果為一倉均勻球徑為φ70～80mm， 年夜球為φ90～100mm，物料均勻粒度25mm。 年夜可達40mm，且棱角鋒利；兩倉球徑為φ30～50mm或φ35mm*30mm以下鋼段，物料從一倉被破裂后經隔倉板到兩倉，粒度已變成5mm擺布，棱角鈍度已大年夜大年夜減小，以是兩倉襯板主如果隱微切削，擠壓，規程戰沖刷磨益。進料端磨頭襯板果為受較大年夜研磨體戰物料粒度大年夜、棱角鋒利的側挨擊、滑動切削，是以此糶端篦板磨益寬峻很多。隔倉板既受1、兩倉球的側挨擊，又要有較下的伸便強度戰硬度，抗直開，抗物料沖刷，保持篦縫寬度，謙足工藝要供，便應挑選韌性好硬度下的質料。
即便是同一塊磨機襯板，分歧部位磨益也分歧，比如端襯板，中部襯板，受黑尊之類磨球的挨擊寬峻，特別是迎料里更其他。而接遠筒體尾部、側里里沉一些。筒體襯板非論是門路、凸棱、壓條等襯板迎料球里受切削，挨擊寬峻，是以正在襯板出產工藝中招考慮分歧部位的抗挨擊磨益的耐磨性題目，或從布局設念中減以改進，如磨頭端襯板迎料里減棱，一倉襯板做成單門路；隔倉板磨益部位減薄等。綜上所述襯板磨益是一個體系工戰，要針對分歧的工況前提，研制吸應的耐磨質料。
2.4 磨球的磨損失效
磨球在球磨機工作中消耗金屬是最多的。我們對不同材質，使用在不同工況條件下的磨球進行分析，可知磨球的磨損失效有以下幾種機理。
（1）鑿削和切削磨損。磨球在磨內上升階段與對滑動，被物料中硬而尖銳的部分在表面切削出較深溜槽，被軟而鈍的物料切出較淺的溜槽，物料大小不同，軟硬尖銳不同，造成球表面溜槽深淺，寬窄不同，縱橫交錯，磨球拋落時以一定角度撞擊物料，產生局部鑿削磨損形成鑿削坑。
（2）變形磨損，磨球與對滑動或沖擊時除直接切削、鑿削外，還有犁溝變形，發生，金屬被推擠至溝槽和凹坑外側，在物料反復作用下金屬變形，由應變疲勞產生裂紋，裂紋擴展，連接，形成犁屑片，表面脫落。
（3）脆性剝落。磨球沖擊過程中，材料脆性相如碳化物開裂，破碎自表面，剝落造成磨削。
（4）疲勞磨損。磨球在磨機內周而復始的上升、拋落、反復滑動、滾動和沖擊等變化，在沖擊接觸壓應力、切應力作用下產生疲勞。在亞表層形成相互平行的疲勞裂紋，并向表面延伸形成疲勞剝落層。疲勞裂紋可在亞表層下夾雜物和脆性相下生核，也可在表面硬化層和動態軟化層間生核發。當在遠表層的鑄造缺陷和夾雜上生核，擴展時將導致宏觀疲勞剝落，產生大塊碎片造成球開裂或失圓。近表層生核則導致微觀疲勞剝落，形成顯微薄層和剝落坑。