孙悟空的三个锦囊
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錘頭材料的選擇
時間:2010-06-24  

錘式破碎機是礦山、冶金、建材及電力行業廣泛使用的破碎設備,用于將開采的礦石破碎成適于粉磨的物料,其工作量極其繁重,而工作條件又極其苛刻。錘頭是其主要的易磨損件,消耗量極大,如何提高錘頭的使用壽命,關鍵在于分析其工況條件及磨損機理, 根據工況條件合理的選擇材質。本文簡要介紹錘頭研究及使用情況,為合理選材提供參考。

1. 錘式破碎機的工作原理

錘式破碎機破碎物料時, 主要是利用高速旋轉的錘頭將由高處落下的物料破碎。被破碎的物料以高速度向篦條方向沖擊, 粒度較大的物料經過反復破碎, 當粒度合乎要求時, 即從篦

縫中排出,

錘式破碎機工作頻率高, 運行速度快, 但沖擊力并不太大,因此傳統使用的高錳鋼錘頭的加工硬化效果較差, 尤其是小型錘頭(610kg 左右) 加工硬化效果更差。雖然表面最高硬度可達Hm500 左右,但加工硬化層深度僅為015mm ,而距表面011mm處硬度最高值僅為Hm380 左右。

2. 錘頭的磨損機制

錘頭在工作期間,并不是整個錘面全部用于破碎物料,只有靠近邊緣的區域進行破碎,我們稱之為工作區,隨著錘頭不斷磨損, 工作區不斷發生變化, 如圖2 所示, 物料對錘頭的磨損方式也隨之發生變化。前期以撞擊磨損為主,逐漸地轉變為后期以沖刷磨損和顯微切削為主。當錘頭被磨損到一定程度時,破碎效率降低很多,只好倒換錘面或更換錘頭。從SEM 電鏡分析可以看出[1 ] ,物料撞擊錘面產生較大的撞擊坑,其沖擊力全部轉換為對錘面的壓應力,造成了錘頭表面的加工硬化, 形成硬化層。物料對硬化層的多次撞擊產生疲勞裂紋,裂紋擴展交割形成磨屑,磨屑脫離錘面而造成磨損。

實際上, 物料的形狀為不規則的多面體, 在與錘頭相互撞擊時,以尖角與錘面接觸的幾率為最大。當進行正向撞擊時,物料尖角壓入錘面形成撞擊坑,沖擊力F 全部轉換為對錘面的壓應力,使錘面產生變形硬化。當沖擊力F 以沖擊角α打擊錘面時,物料對錘頭的磨損方式發生了變化。F 可以分解為兩個力

3. 錘頭材質

由上述可知,錘頭的磨損機理是以沖刷磨損為主,并伴有低應力的撞擊磨損。因此錘頭材質的選擇不僅要求從磨損機理考慮, 而且要根據工況條件及錘頭的大小來考慮。從小型錘式破

碎機錘頭材質來分析,通常使用的材質有以下幾種:

311 高錳鋼錘頭

高錳鋼仍是錘頭傳統材質, 經多年使用觀察發現高錳鋼錘頭并不耐磨, 使用壽命短, 破碎石灰石的錘頭一般可工作2~ 3個月, 在有些工況條件下, 使用不到一個星期, 高錳鋼錘頭之所以不耐磨, 如前所述, 一是錘頭的磨損是以沖刷磨損為主, 二是錘式破碎機錘頭在運轉過程中所受的沖擊力并不大, 使高錳鋼錘頭的加工硬化效果不顯著,如圖3所示。由圖3可見,錘頭重量越大, 所受的沖擊力越大, 其強化效果越顯著。因此, 作為大型錘頭的材質,強化高錳鋼仍是可供選擇的材質。加入Cr的強化高錳鋼錘頭,在破碎鐵礦石時,錘頭的使用壽命比普通高錳鋼提高50 %,另外也可采用含錳量為17~ 19 %的超高錳鋼, 同時增加Cr、Mo等元素, 提高其屈服強度和初始硬度等性能,在實際生產中也得到了較好的使用效果。表1高碳錳合金鑄鋼錘頭與高錳鋼錘頭對比試驗[ 2 ]

312 中錳鋼錘頭

為了不增加錘頭的價格, 又能達到ZGMn13錘頭的使用效果, 根據錳量降低后, 奧氏體穩定性下降, 從而提高奧氏體形變硬化效果的理論基礎, 人們開發了中錳鋼錘頭(錳含量為5~

9 %) , 其實際使用壽命比ZGMn13提高了50 %以上, 如表2所示,取得了較好的使用效果。我們研制的鑄態中錳鋼錘頭在破碎鈉長石時,其使用壽命比ZGMn13提高60 %以上[ 3 ] 。同時鑄態中錳鋼錘頭最大的優點在于其有磁性, 可通過磁選除去礦石中的鐵屑, 保證陶瓷制品的燒結質量, 而高錳鋼因無磁性, 其磨屑混雜在鈉石粉中,就會影響陶瓷制品的燒結質量。中錳鋼錘頭的使用效果[ 4 ]

313 高鉻鑄鐵復合錘頭

眾所周知, 高鉻鑄鐵是一種具有優良抗磨性能的耐磨材料,但韌性較低, 易發生脆性斷裂, 為使高鉻鑄鐵錘頭安全運行, 人們開發了復合錘頭, 即將高鉻鑄鑲鑄在高錳鋼或低合金鋼錘頭頭部, 或者錘頭工作部分采用高鉻鑄鐵, 錘柄部分采用碳鋼, 將兩者復合起來, 使錘頭頭部具有高硬度, 高耐磨性, 而錘柄部具有高韌性, 充分發揮兩種材料的各自優點而克服單一材料的缺點,滿足使用性能要求。在水泥行業破碎水泥熟料,其使用壽命比高錳鋼錘頭提高2 倍以上,;破碎石灰石和白云石提高5 倍以上;在立式破碎機上破碎硅石時可提高10 倍以上,但復合工藝要求較高,復合部位或鑲鑄塊需仔細處理,否則易出廢品。復合錘頭與Mn13 錘頭對比[6 、7 ]

低合金鋼錘頭

高鉻鑄鐵復合錘頭,雖具有較高的使用壽命,但其制造工藝復雜, 工藝要求較嚴格, 同時嚴禁鐵塊進入破碎機, 一般要求在喂料前端有二級吸鐵裝置。為此, 近年來研制開發了多種多元低合金鋼錘頭,其基體組織有馬氏體,貝氏體或貝氏體+ 馬氏體復合組織。錘頭硬度HRC E 45 ,沖擊韌性dk ≥15J / cm2 。在同等工況條件下,其使用壽命至少比高錳鋼錘頭提高1 倍以上,

4. 錘頭材質選擇的幾點建議

綜上所述, 錘頭在使用中不同程度地承受撞擊磨損與切削磨損, 對使用的材質提出高韌性與高硬度的要求, 但眾所周知,韌性與硬度是一對矛盾。因此在實際選擇材質時,一定要充分了解工況條件及其磨損機制,合理選用材質。

4. 1 錘式破碎機的大小及錘頭的重量。

破碎機規格越大,錘頭重量越重, 其所破碎物料的塊度越大, 因此, 錘頭受到的沖擊載荷

也越大。為此,在選擇材質時應首先考慮在保證錘頭韌性的前提下提高其硬度。

4. 2 所破碎物料的塊度與硬度。

物料硬度越高,對錘頭材質的硬度要求越高;而物料塊度越大,對其韌性要求越高。

4. 3 在選用錘頭材質時,

還應考慮到技術經濟效果, 力爭做到優質價廉,具有市場競爭力。同時還應考慮其工藝合理性,使生產廠易于組織生產與質量控制。與應用,

 

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