水泥工业中破碎设备的磨损与耐磨材料

水泥工业中破碎设备的磨损与耐磨材料

一．概述：

冶金矿山、建材、火电、化工、煤炭等工业部门，需要各种破碎粉磨设备。这些设备的易损件受研磨体、衬板、物料的磨损，每年消耗大量金属。以1994年为例，我们水泥系统全国水泥年产4.05亿吨。球磨机蓖板、破碎机类损耗金属约为300-350g/t水泥；研磨介质（球、段）为500g/t水泥，这样全年消耗衬板、破碎机类金属约12万吨，研磨体20多万吨，数量十分惊人。如何降低金属材料的消耗，减少设备因更换易损件而被迫停车的时间，提高工厂的经济效益，迫使人们越来越重视探讨研究适应各自工况的耐磨材料以及选购高质量的耐磨备件。

二．破碎设备的磨损与选材

水泥工业中所使用的破碎设备主要有颚式破碎机、反击式破碎机和锤式破碎机。由于锤式破碎机与反击式破碎机锤头与板锤磨损机理相似，下面我们仅以颚式破碎机和锤式破碎机为例加以阐述。

1.颚式破碎机齿板

1> 颚式破碎机齿板磨损失效的主要原因：

经电镜观察分析认为：

（1）物料相对齿板短程滑动，切削齿板形成磨屑。

(2) 物料反复挤压引起齿板材料多次变形，导致金属材料疲劳脱落。

颚式破碎机齿板的磨损属于凿削式磨损。

2> 选材原则：

（1）齿板材料应选择硬度高的材质以抵抗挤压，显微切削失效；

（2）选择韧性足够的材质以抵抗凿削撞击疲劳失效；

由于颚式破碎机的大小规格不同，进料粒度不同，对齿板的挤压，撞击力不同，选材不尽相同。

一般情况下，大中型“鄂破”挤压力大，除考虑材料的抗挤压和抗滑动切削外，还应考虑受撞击时的冲击力和弯曲应力。因此大型齿板应选择韧性高、综合性能好的材质，一般仍以选择奥氏体高锰钢锤头为主或合金高锰钢。相反，小型“鄂破”齿板可选择硬度较高，韧性适当的材料，以提高其抵抗挤压，抵抗显微切削的能力。小型齿板一般可选择中碳多元合金钢，或选用合金中锰钢均较合适。

2.锤式破碎机锤头

不同规格的锤式破碎机，锤头形状大小也各不相同。

一般认为：90—125 ㎏为大型

25—<90 ㎏为中型

<25 ㎏为小型

由于锤头大小不同，使用工况条件不同，它的磨损失效也各不相同。

举例分析：

I 12 ㎏以下锤头

1> 磨损失效的主要原因：

（1）由于小锤头受冲击小，物料小能量冲击锤头，金属表面产生塑性变形和微裂纹，在反

复性变形情况下裂纹扩展，金属受挤压形成碎片脱落，导致冲击磨损；

（2）物料刺入材料表面，在一定法向力与切向力作用下，对材料表层金属产生显微切削、冲刷，使金属表面磨损。

2> 选材原则：

应选择有一定韧性，以硬度提高为主的材料。

由于冲击力小，不能充分发挥高锰钢的加工硬化作用，因此高锰钢作为小锤头的材质，其耐磨性很不理想。

此种情况下，推荐使用淬火锻锤、高铬合金锤头、锻造中低碳低合金淬火锤也有较好的表现。

II 50kg 级锤头

1> 磨损失效的主要原因；

（1）由于50㎏级锤头冲击力大，一般情况下，锤头的磨损以冲击、凿削为主；

（2）伴随冲刷显微切削磨损。

2> 选材原则：

（1）保证材料良好的韧性，确保安全；

（2）根据物料工况，选择能使其加工硬化得到发挥的材料。

这里锤头，通常选用高锰钢。

（3）物料工况条件不同，同样是50㎏级高锰钢锤头，使用寿命也相差很大。

有资料介绍，陕西延河水泥机械厂生产的12p50kg级高锰钢锤头，在永登水泥厂使用2-3个月即失效，在辉县水泥厂可用8-11个月。

原因分析

永登水泥厂辉县水泥厂

电镜观察主要为切削犁沟，有冲击坑存

在主要是冲击坑，有少量切削沟槽

磨损失效原因以切削机理为主，伴随有撞击

磨损以冲撞磨损为主，伴随切削磨损

分析该厂石灰石物料中含泥量大，

粒度小，使冲击负荷减小，高

锰钢加工硬化不明显。同时物

料中常常带有高硬度的硅石

板岩，对高锰钢奥氏体像硬质

合金刀一样切削，留下许多切

削沟槽，所以磨损快。辉县水泥厂石灰石块度大，且均匀、冲击力大，石灰石与锤头磨损面撞击时形成许多撞击坑；另一方面，由于较大冲击力使高锰钢得以被加工硬化，增大了变形抗力，因此表现出较高的抗磨损能力。

对策：

像永登水泥厂这种物料工况，锤头是以切削磨损为主，铸件的硬度将对耐磨性起主导作用。要解决这一问题，可选用超强高锰钢，在保证韧性安全的前提下，大幅度提高其屈服强度，

提高其初始硬度（HB260-300），同时提高其加工硬化速率，可得到比较满意的效果。

从上述实例，我们可以清楚地看出，同是50㎏级锤头，不同工况，使用情况也差别很大，因此我们应该根据工况实际条件，认真分析，选取符合工况需要的材质，才能得到满意的效果。

目前，这类锤头根据破碎物料工况的不同，可相应选用高锰钢、合金高锰钢或超强高锰钢。我厂生产的这一类别的锤头在三门峡水泥厂、广东嘉华水泥厂、七里岗水泥厂，特别是郑州金龙水泥厂都取得了良好的效果。这一方面表明我厂产品质量良好，另一方面也说明供需双方的良好合作、选材成功。

III.大型破碎机90kg和125kg锤头

1> 磨损失效的主要原因：

由于破碎机进料粒度大（1100×1100），破碎比大（进出比1100×1100/《25），转速高，所以锤头受撞击力大，该类锤头是以撞击为主的磨损机制。

2> 选材原则：

应以冲击韧性为主兼顾硬度，强度等综合性能。

可选用合金高锰钢，超高锰钢和超强高锰钢。

三．国内、外破碎机类耐磨材料发展简介：

1.大、中型破碎机：

国内、外大中型颚式破碎机动定颚板与侧护板、锤式破碎机锤头、反击式破碎机板锤与反击板等，目前一般仍以奥氏体高锰钢为主。近年来发展了一些添加合金的改进型高锰钢、超高锰钢、超强高锰钢。

1> 西欧、美国等国研究使用加2%Cr，加0.5-1.0%Mo的合金高锰钢，以克服普遍高锰钢屈服强度低，使用中易产生塑性流变的特点，使其屈服强度从350N/m㎡提高到440/m㎡以上，并相应提高了起始硬度，使耐磨性也有一定的提高。

2>我国冶金和建材部门在高锰钢标准中也增加了Mn13Cr2这一钢种。

3>近年来国内外研究成功超高锰钢。

该钢种将Mn含量增加到16%-18%，同时加入合金元素合金化，其目的是使厚大铸件水韧处理时中心也能得到全奥氏体组织，并经过增加及改进热处理工艺，使超高锰钢达到固溶强化，晶细强化，沉淀强化的目的，以提高屈服强度、初始硬度和加工硬化速率，冀东水泥厂MB70/90型90kg锤头采用超高锰钢磨耗仅为0.6g/t石灰石。

4> 国内研究成功超强高锰钢

超强高锰钢是在原高锰钢的基础上，少量增加锰含量，并加入多种合金元素强化，通过适当的热处理，提高钢的屈服强度，初始硬度和加工硬化速率，从而达到提高耐磨性的目的，江苏中国水泥厂Φ1600mm×1600mm锤式破碎机50㎏锤头原用高锰钢，每套只能使用三个月，后采用超强高锰钢后，使用寿命超过8个月。永登水泥厂50kg级高锰钢锤头，一套仅用2-3个月，改用超高高锰钢后寿命提高一倍以上。

5>中、大型破碎机锤头也有采用高铬铸铁复合锤头和低合金锻造锤头的，但在有的工况使用不是很理想。

冀东水泥厂1983年从德国引进MB70/90型锤式破碎机，90㎏锤头是用双合金铸造的，头部用高铬铸铁，锤柄用低合金钢，使用中锤头剥落，结合处断裂较多，影响正常生产，威胁整机的安全，后换用超高锰钢锤头，问题得到了解决，且磨耗仅为0.66g/t石灰石，优于原双金属锤头0.74g/t石灰石。