磨机衬板、磨球新材质的应用.doc

磨机是水泥工业生产的主机之一,其中衬板与磨球是主要的易损件。由于对衬板、磨球选材不当或耐磨材料本身的问题,往往会造成耐磨材料使用寿命低,甚至早期开裂、失效,消耗大量的钢材,降低设备运转率,因此,提高耐磨材料的寿命势在必行。提高耐磨件的使用寿命,材质虽是重要因素之一,它还涉及到制造质量,工艺控制,生产管理等诸多问题。现将我厂十几年来对耐磨材料的应用、研究情况作一简单介绍,以求共同探讨。 1 磨机衬板 对衬板材料的选择原则是:有整体均匀的硬度和组织结构;高的抗冲击疲劳强度;低磨损率、不变形、不破碎。在符合水泥粉磨工艺要求的前提下,还要进行合理的结构设计。同时,可根据磨料的特性及不同的粗、细磨仓选择不同的材料。 根据生产需要,我厂自1982年起与科研、生产部门相结合,开始探讨、研制和选用新型耐磨材料衬板。我们本着以下原则选用新型耐磨材料衬板: (1)技术上可靠。不能片面追求耐磨性而忽略综合力学性能。 (2)生产上可行。要注重选用材料制造上有较为普通的生产工艺,并且能形成批量生产。 (3)综合效益好。采用新材料的最终目的是提高经济效益,要以价值工程观念来分析考虑,不能单看某一材质的单价,要分析提高寿命、运转率,减轻劳动强度等多种因素,看整体工程效益来决定。 (4)科研、生产和使用三方相结合,针对工况进行科学分析、设计、制造和试用,才能取得良好效益。 1.1 高铬白口铁衬板 高铬白口铁衬板成分见表1、热处理工艺见图。 表1 高铬白口铁衬板化学成分(%) CMnSiCrMoCu2.22.70.60.90.60.9121511.50.51.0 高铬白口铁热处理工艺 衬板的硬度HRC 5862。 高铬白口铁材料属于硬、脆材料。硬度高、耐磨、韧性差,应力集中敏感性强。 我厂第一次试用的高铬白口铁衬板是鞍山一家铸钢厂生产的,于1982年5月装在2.6m13m水泥磨机的第一仓。为确保生产,只选用一种凸型衬板,并且将原件的沉头带榫型衬板孔改成椭圆形。经一年试验,效果良好。于是,1985年将该磨全套衬板都采用高铬白口铁衬板。但仅开机一个月就有27块衬板碎裂,被迫三次停机更换。 查其原因:第一次装机的是凸型衬板,块小而厚,结构简单。并且衬板孔已改成椭圆形。这样,高铬衬板就扬长避短,充分地发挥了它的耐磨性能。 第二次装机是全套衬板,其中包括端衬板和篦板。衬板孔仍作成圆沉头带榫型的。查验所坏衬板多为块大、偏薄、带篦孔的衬板。 因此,对高铬白口铁衬板作如下结论: (1)高铬白口铁衬板硬度高、耐磨、韧性差,应力集中敏感性强,一般适用中、小型磨机,大型磨机上使用要把握小而厚的原则,还要注意安装质量。 (2)高铬铸铁主要失效形式是碎、裂,在结构复杂及壁薄的大块衬板如端板、篦板等不宜采用。由于事后承制厂没有查找原因,我厂也停止了对高铬衬板的使用。 1.2 贝氏体球铁衬板 贝氏体衬板的化学成分和机械性能见表2。 表2 贝氏体衬板的化学成分、机械性能 牌号化学成分（）机械性能CSiMnPSMoCuReMg冲击值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 贝氏体球铁是指基体组贝氏体和残余奥氏体或马氏体组成的球墨铸铁。其生产工艺可以通过对球铁进行等温淬火,也可以通过合金化的方式在铸态获得。它具有较高的抗弯曲疲劳强度和优良的耐磨性。 BKMJQG.Y贝氏体球铁衬板于1990年7月在2.3m6.5m煤磨第一仓与高锰钢衬板混装试用。开机一年后停机检测,与高锰钢衬板相比,寿命可提高一倍以上。另外,在锤破锤头上试用效果更为明显,为原高锰钢锤头寿命的2.7倍。因此,我厂破碎机锤头多年来还一直采用贝氏体材料。 1.3 多元低合金钢衬板 我厂自1991年起,在特种水泥车间生产高铝水泥的2.74m3.96m球磨机上采用多组元低合金钢衬板。自1991年1月19日装机到1995年10月更换,历时4年多,为高锰钢衬板寿命的4倍以上。自第一套多组元低合金钢衬板装机后,效果很好。于是,1993年又在生产硅酸盐水泥的2.6m13m的磨机上使用该种衬板。自1994年起,根据车间的要求,厂部决定:我厂所有磨机的一仓必须使用多组元低合金钢衬板,现在该材质的衬板已作为我厂的定型备件。该系列钢种分中碳(0.3%)、高碳(0.5%)两种,前者采用水淬低温回火,后者采用正火低温回火,我厂衬板采用前者。该系列钢化学成分见表3,力学性能见表4。 表3 多组元低合金钢系列衬板化学成分(%) CSiMnCrMoPS0.30.50.61.01.21.60.51.20.30.40.040.04 表4 多组元低合金钢力学性能 钢种HRCk（J/cm2）ZG30CrMnSiMo4750120ZG50CrMnSiMo505350 注:系101055方条试样。 众所周知,高铝水泥中Al2O3含量较高,磨料硬度也较高(Al2O3硬度HV21002200),该磨机衬板使用寿命能大于4年,效果极好。为了更进一步说明问题,今将特种水泥车间生产技术条件列如下:磨机规格2.74m3.96m,单仓;生产水泥牌号625825;筒体转速19.1r/min;生产能力1416t/h;磨球材质45号锻球;最大磨球直径100mm;每月磨球填充量23t/次,每月一次;入磨进料粒度825mm;出磨粒度0.08mm。 我厂有磨机21台,破碎机19台,每年平均消耗高锰钢300t。如全采用多组元低合金钢材料,可节约耐磨钢备件145150t,将节省资金7580万元。还可大大降低工人的劳动强度。由于减少了检修期,提高了设备运转率,增加了产量,改善产品质量,所创造的经济效益更为可观。 2 磨球 对磨球质量要求:要有高的耐磨性;要有良好的韧性;有高的淬透性;有好的冶金质量。我厂最早是使用碳钢球,近几年开始使用新耐磨材料,如轴承钢球、高铬球、合金球等,在选用磨球方面也在不断改进。 我厂1994年底耗球统计:每吨水泥耗球2.13kg,耗球量十分惊人,于是,笔者对厂里钢球作了查验,当查到合金球时发现了问题,查验情况如下。 取样地点:特水磨房;磨球直径100mm;主要化学成分:C 2.9%;Cr 0.1%0.2%;硬度HRC2830;金相分析球铁;取样数量2件。 查后,由河南耐磨材料协作网作出结论:“该磨球质量不合格,造成耗球过大”。 在1994年初,我厂供销部门也曾进一批南定某钢厂高铬球,装在2.6m湿法原料磨机上。但使用半年多时间就将可在水泥磨上用三年以上的多组元低合金钢衬板陆续砸坏,工人意见很大。查核原因,确认磨球与衬板硬度相差悬殊,造成衬板提前损坏。根据承制厂的介绍,按照我厂磨机直径,该厂生产的高铬球配该厂的高锰钢衬板,衬板寿命只有半年,要配高铬衬板,衬板寿命可到2.53年。以上可看出,我厂磨机使用高铬球是不合算的。 3 磨球与衬板的选材与配合 3.1 磨球与衬板的选材配合 根据工况条件对现有耐磨材料进行合理选材一直是件十分重要的工作。但是磨损系统复杂且各个参量交互影响,至今还没有获得有关磨料磨损系统的选材的普遍规律。到目前为止,只有材料的硬度在一定程度上与耐磨性有较好的相关性,可以认为在保证磨球不碎、不裂的条件下,提高磨球材料的硬度在一定程度上可以提高其耐磨性能。 究竟磨球和衬板的硬度怎样才能在磨机中组成最佳配合呢?在CHM1型磨料磨损试验机来模拟球磨机,分析研究了磨球与衬板材料组成最佳配合的磨球硬度应该是,磨球HRC比衬板的高23。 多组元低合金钢衬板ZG30CrMnSiMo在我厂已成“定型产品”,在社会上应用也较为广泛。适合该衬板硬度的钢球也很多种,选哪种磨球为最佳,必须以价值工程观念分析、考虑,看整体工程效益来决定。磷铜钛低合金淬火球(简称禄丰淬火球)在水泥行业磨耗大多在130140g/t,冲击韧性良好,破碎率均低1.0%,其化学成分、金相组织见表5。 表5 禄丰淬火球化学成分(%)及金相组织 元素CSiMnPSCuTi成分3.03.62.93.51.01.50.40.80.060.40.80.10.2部位金相组织表面团絮状石墨磷共晶细针马氏体少量残余奥氏体1/2半径菊花状石墨磷共晶针状马氏体少量残余奥氏体心部片状石墨磷共晶针状马氏体少量屈氏体少量残余奥氏体 1991年80mm球送洛阳矿山机器厂检验,硬度:心部HRC47,表面HRC57;体积硬度AVH51.3;抗冲击疲劳性能用落球机检验,落球高度3.5m,落球13719次,冲击22499次,无掉皮球。 以上可见,多组元低合金钢衬板与禄丰淬火球可以算最佳配合。 3.2 根据磨机工况条件调整衬板与磨球的配合 1994年原料车间高铬球砸坏多组元低合金钢衬板事件在厂引起震动。查其损坏原因: (1)高铬球的HRC为5862,多组元低合金钢衬板(中碳)HRC为4750,硬度不相匹配。 (2)该原料磨为湿法磨,不同于干法磨,衬板要受到冲刷,磨损较严重,介质对物料的水解作用,使衬板有一定的腐蚀。 因此,湿法磨比干法磨有新的技术要求: (1)高硬度。衬板的硬度必须高于磨料的硬度,HRC52。 (2)高韧性。必须能承受100mm磨球的冲砸而不破碎k50J/cm2。 (3)抗腐蚀。衬板的金相组织必须为单相,杂质尽量要少。 根据上述湿法原料磨生产的工况条件,及利用已到厂的一批高铬球,原来应用的多组元低合金系列钢种中的ZG30CrMnSiMo就不太相适应了,需要改进。为此,又在多组元低合金系列钢种中研制一种新钢种:ZG40CrMnSiMoNiRe,其化学成分见表6。 表6 ZG40CrMnSiMoNiRe的化学成分(%) CCrMnSiNiMoRePS0.350.451.52.00.50.80.30.61.21.50.30.4适量0.040.04 热处理工艺如下: 首先在煤炉中加热,除氧处理,保温6h,高温加热3h,空冷。 电炉加热,在Ac3以上温度30,保温2h,水淬,空冷。单块处理,禁止整炉入水。 电炉回火,保温810h,空冷。 按上述方案新制