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多元高铬铸铁在反击式破碎机板锤上的应用
发布时间：2013-10-02 09:16 来源：未知
各种破碎、粉碎设备在建筑材料和冶金矿山行业中被广泛应用，其中以鄂式、锤式和反击式破碎机为主。在水泥生产中粉碎成本约占生产成本的20%左右，由于传统的高锰钢在应用过程中耐磨性不高，使磨损件的消耗占据了主要地位。我们早在20世纪90年代初就开始了用高铬铸铁生产破碎机易损件的探索，取得了可喜成绩，特别是在反击式破碎机板锤上的应用取得了很大成功。本文就反击式破碎机板锤的应用条件及特点进行了简要分析，阐述了用多元高铬铸铁进行板锤生产的工艺及应用效果。
1、反击式破碎机板锤的工作条件
反击式破碎机具有破碎比大、效率高、结构简单并可以进行选择性破碎等优点，应用及发展速度很快，迅速超过了其它形式的破碎机。目前各种类型的反击式破碎机，被广泛应用在粗碎、中碎、细碎等各破碎阶段。而高锰钢板锤的寿命很短，已严重影响了反击式破碎机更加广泛的应用。
反击式破碎机的板锤以螺钉固定、插入法固定、楔块固定等多种形式安装固定于破碎机的转子上，如图l所示。螺钉固定式结构形式简单，应用较为普遍。它的截面近似于矩形，呈长条状，延长度方向安装在转子的托板上。有依靠的固定形式，为应用高硬度材料创造了条件。工作时板锤以30～40 m/s．甚至达到50 m/s的线速度破碎物料，磨损极为严重，板锤的不断更换不但消耗大量的金属材料，更因为停产大大影响破碎机的生产率，甚至成为生产的限制性环节。
为了适应高硬度材料的应用，要特别注重产品的铸造质量，特别是安装面的几何尺寸及形状误差要保证在合理范围之内，以保证运行时平稳可靠。
2、板锤结构的改进
反击式破碎机板锤的原始结构设计主要依据高锰钢的性能特点而定，改用脆性较大的高铬铸铁时要根据具体产品的结构尺寸进行必要的改进。主要有两个方面：一是将原来可能引起应力集中的方形螺栓孔改为圆形或椭圆形孔，可以有效减少开裂现象：二是将较长（超过900 mm）的板锤从安装孔中间断开，并在不影响粉碎效果的前提下，留适当安装间隙，可以有效减小弯矩，降低对安装面的尺寸及形状要求，有利于牢固平稳安装，保证安全可靠服役。
3、多元高铬铸铁化学成分的确定
反击式破碎机板锤的工作条件恶劣．特别是在破碎高强度、硬度的难破物料时，对材质的强韧性要求较高，普通高铬白口铸铁具有很好的抗磨性，但其强度不高、韧性不足、缺口敏感性大、易于断裂，特别是在应用后期当板锤厚度较小时加剧了板锤的断裂倾向。在使用过程中一旦出现断裂，必然会引起停机停产，严重时还可能造成破碎机的损坏，这也是国内诸多生产厂直至目前仍采用韧性极好的高锰钢材料的主要原因之一。所以我们在进行该产品的开发时首先采取措施来弥补普通高铬铸铁的不足，用以铬为主要合金配合多种其他少量或微量合金元素，达到细化组织，提高强韧性的目的。
成分控制的主要原则：依据经典的高铬铸铁理论，在含碳量一定的条件下，欲得到分布形态好、硬度高的M7C3型碳化物，Cr/C控制在5.0以上。实际生产中我们控制在5.0—6.5．并适量加入了Mo、V、Ti、Mn、Cu等多种合金元素。
其中加入的V、Ti量较少，主要起强化基体、细化组织、提高合金抗磨性和韧性的作用。同时Ti具有良好的脱氧作用，对改善铸态碳化物有益。V在含碳的铁基合金中形成(V、Fe)C简写为MC或(V、Fe)4C3型碳化物，通过回火后的碳化物反映在二次析出硬化方面发挥巨大作用。钒的碳化物VC、V4C3比M2C、M6C硬度更高。
考虑到板锤的几何形状及工作条件，适当加入了Mo、Cu合金。钼的加入主要是为了提高淬透性并使基体具有更好的综合性能。铜的加入可改善铬、钼元素在碳化物和基体组织中的分配比例，有效细化组织，改善材料韧性，提高淬透性。
大量实验研究结果表明，其化学成分（质量分数，%）控制范围在：2.5—2.9C、14～16Cr、0.5-0.9Si、0.7—1.2Mn、1.2—1.8Mo、0.3-0.5V、0.1～0.3Ti、0.8～1.2Cu，应用效果最佳。
4、铸造及热处理工艺
4.1熔炼工艺
铸铁熔炼在酸性中频感应电炉中进行。原材料应无严重锈蚀、油污及其他杂物。配料时注意各种合金的吸收率均在95%以上，只有锰为85%～90%。熔炼时较贵重合金在后期加入，为了使硅铁、锰铁起到更好的沉淀脱氧作用，在出炉前15min加入。进行炉前化验，合格后升温并加入钒铁及钛铁，出炉加覆盖剂。铁水出炉温度控制在1560±25℃。
4.2变质孕育处理工艺
为了使所研制的多元高铬铸铁具有更好的综合性能，我们进行了必要的孕育和变质处理。变质处理方案延用了本生产单位的复合变质处理工艺：用包内冲入法进行变质处理，变质剂使用前进行200～300℃的预热，处理温度为l530±l0℃。为获得更好的变质效果，同时加入一定量的硅铁和稀土合金进行孕育。浇铸温度控制在1400±20℃，一次冲型。用该工艺处理效果较为理想�？梢允固蓟锕铝⒊潭扔兴黾�，分布更加均匀：初生奥氏体直径变小，一次性冲击值明显提高；铸铁中的含硫、氧值有所下降。
4.3造型工艺
多元高铬铸铁的流动性、缩孔率等主要铸造工艺性能与一般同等含碳量、含铬量的普通高铬铸铁相差不大。根据板锤的几何结构特点分析认为，板锤结构简单，形状单一，有一个集中的热节，在确定铸造工艺时首先应注意补缩。为确保工作面的内部质量健全，将工作面放于下箱，此时安装面可能出现较大的凹坑和局部凸起，在采用手工湿砂造型时上箱用整芯做出，并在安装孔中间位置预埋小块冷铁。在不降低工艺出品率的条件下得到外观质量良好，内部健全的合格铸件。
4.4热处理工艺
为了很好的发挥多元高铬铸铁的耐磨性，铸件毛坯必须经过硬化处理，尽管处理前后的碳化物形状、分布、数量及显微硬度等各项指标不会发生实质上的变化，基体组织却发生了根本转变f4J。同时在960～980℃保温较长时间，过饱和奥氏体中会有富铬碳化物析出，形成粒状的M23C6型碳化物。通常认为该相在不降低机械强度的条件下对提高抗磨性有利。保温时间也不能过长，否则会造成晶粒粗大也不利于马氏体的形成，有可能出现珠光体类型的组织，这是我们所不希望得到的，因为它既不利于耐磨性的提高，也不利于机械强度的提高。所以采用了高温保温3-4 h，直接出炉强制风冷，夏季适当进行喷雾冷却的热处理制度。铸件本体硬度可以达到52～60 HRC。
铸件进行250±20℃，保温5h的低温回火，主要目的是减小铸件在硬化处理时所产生的应力。
5、使用效果
我们用多元高铬铸铁生产的板锤在黑龙江尚志水泥厂应用破碎石灰石等水泥原料。原使用的高锰钢板锤每套仅可破碎2 000—3 000t，改用多元高铬铸铁后可破碎10 000 t以上，使用寿命提高4倍多。在大连第三构建厂破碎生产建筑构件的石料，同样条件下，使用寿命比原应用的高锰钢板锤提高4～6倍，并在应用过程中没有出现断裂现象。收到了优良的应用效果，不但降低了板锤的材料消耗，更减少了更换配件所需要的人工、材料费用，特别是大大降低了�；吹纳仕鹗�，以后在十几个建材和矿山企业中得到了推广，收到了很好的效果，创造了更高的经济效益。
6、结论
(1)反击式破碎机板锤工作条件恶劣，磨损严重，高锰钢材料在强韧性上可以满足生产条件要求，但耐磨性不高，特别是在破碎高硬度材料时，寿命很低。
(2)板锤是在有依托的条件下工作，在进行适当的结构改进，并很好保证铸造质量的条件下，应用高硬度耐磨材料是可行的。
(3)合理选择化学成分，并经过变质处理的多元高铬铸铁，在反击式破碎机板锤上的应用安全可靠，寿命比使用高锰钢提高了4倍以上，有利于生产的顺利进行，具有很好的经济效益和社会效益。
