1、前言
湘钢烧结厂一烧车间2×24 m2烧结机的设备作业率一直在90%左右的低水平线上徘徊，主要原因是单辊
破碎机铲牙和篦条使用周期短，检修更换时间长，制约了作业率的提高。原铲牙和篦条的材质为高锰钢，这种材料在200～1000℃的工况下冲击韧性、强度和硬度较差，致使耐磨性能较差，其几何断面每天的最大磨损达5-6mm，使用寿命最长不过10天。每次检修整体更换时间为8-l0小时，严重影响了烧结设备作业率和产量。
为解决此问题，我们对单辊铲牙的结构形式进行了改进，并采用新型材质多元高合金超强铸造耐磨钢制造铲牙和篦条，从而延长了其使用寿命，使设备作业率提高到96%以上，不仅提高了烧结矿产量，减少了耐磨材料的消耗，还降低了生产成本。
2、单辊铲牙结构布置的改进
原单辊铲牙的布置形式为顺料方式，从台车落下的烧结矿，顺着铲牙直溜进单辊齿冠与篦条之间，进行挤压破碎。铲牙表面直接受烧结矿磨擦、冲击，极易磨损。现将铲牙的结构布置改为分上直牙区和下横牙区两部分，如图1所示。上直牙区起到撞破、顺料的作用；下横牙区贮存底料，起到料磨料的作用，从而延缓上、下铲牙的磨损，提高其使用寿命。
3、单辊铲牙及篦条材质的改进
3.1多元高合金超强铸造耐磨钢的耐磨原理
金属材料的耐磨性能主要是由强度、硬度、韧性、塑性、疲劳等机械综合性能共同来决定的。在具有冲击载荷的条件下，强度和硬度不变，韧性则是决定其是否耐磨的关键因素。提高金属材料冲击韧性的方法，主要是靠调整元素配置以提高其强度，同时细化晶粒以改善晶间组织结构来实现。多元高合金超强铸造耐磨钢正是根据这一原理而研制的。
3.2多元高台金超强铸造耐磨钢与高锰钢的性能比较
3.2.1组织结构对比
多元高台金超强铸造耐磨钢的铸态组织为奥氏体及以碳化铬为主要成分的碳化物。经水韧处理后，绝大部分碳化铬固溶于奥氏体中，故其组织为奥氏体加少量碳化铬。
高锰钢的铸态组织为奥氏体及以碳化硅为主要成分的碳化物。经水韧处理后，绝大部分碳化硅固溶于奥氏体中，故其组织为奥氏体加少量碳硅。
由于碳化硅的比容较钢大15%左右，粗大的碳化硅在水韧处理时溶于奥氏体中，原碳化硅的位置就会留下空洞，俗称显微裂纹，导致其结构疏松，极大地降低了高锰钢的冲击韧性，严重影响了其耐磨性能的发挥。
而碳化铬的比容只比钢大2%左右，细小的碳化铬在水韧处理时溶于奥氏体中，不仅其本身质地坚硬，同时还能起到加强组织，密实结构的作用，较大地增强了钢的冲击韧性，显著地提高了其抗磨能力。
3.2.2化学元素配置对比
多元高台金超强铸造耐磨钢以锰、铬两种化学元素为基本成分，再根据工况条件添加铝、镍、钒、钛等元素，元素配置至少在两种以上，其性质与高锰钢就有了很大区别。
1)适应温度变化的能力
高锰钢的性质单一，适应温度变化的能力有限，在高温环境中会出现热变形，而低温环境中则出现冷脆，所以零部件设计时，都要成倍地增大体积，既造成资源浪费，又导致制造成本上升。而多元高合金超强铸造耐磨钢可根据高温、常温、低温三种温度区间进行化学元素配置。高温加钼，提高其高温韧性；低温加镍，提高其低温韧性。添加量虽少，却有效地改变了金属材料的性质，克服了高锰钢在高温下软弱不耐磨，低温下脆弱被迅速剥离或脆断的缺点，使其耐磨性能得到充分发挥。
2)冲击韧性
耐磨金属材料在使用中所受到的冲击载荷是极不相同的，相差可达几百倍，要适应这种冲击载荷的变化，就必须改变材料的性质。高锰钢只能靠调整锰和碳的比例来调整冲击韧性，其适应范围非常有限。在重冲击载荷下，其冲击韧性偏低，既不耐磨，又容易断裂；在轻冲击载荷下，磨面诱发产生的马氏体量减少，抗磨损能力下降。多元高合金超强铸造耐磨钢则是根据重冲击、一般冲击、轻冲击等几种不同的载荷状况进行合理的元素配置。重冲击载荷下添加钒和钛，进一步细化结晶，改善晶粒间组织结构，提高冲击韧性以抵抗重冲击载荷；轻冲击载荷下则减少锰含量，提高奥氏体向马氏体转变的能力。元素的增减量虽然不多，却有效地改变了金属材料的性质，克服了高锰钢在重冲击载荷下易断裂，轻冲击载荷下不耐磨的缺点，使其耐磨性得到充分发挥，安全性有了保障。
本厂采用的单辊铲牙和篦条材质的化学成分见表l，物理性能见表2。
3.3多元高合金超强铸造耐磨钢的冶炼及热处理
1)多元高合金超强铸造耐磨钢对冶炼铸造设备要求一般，电弧炉或感应电炉均可，有条件的地方还可采用炉外精炼工艺，以增强其品质。但对热处理设施要求严格，水韧处理时必须非常严格地控制加热温度、速度、保温时间和冷却速度。其热处理工艺制度如图2所示。
2)冶炼过程要严格控制化学成分，防止某一元素偏高或偏低。
3)因其硬度高，加工非常困难，为保证孔型和其它关键部位的尺寸精确，川采用腊模。如果采用砂模，则必须在铸型和型芯上采取适当措施，以防粘砂和掉砂。
4)多元高台金超强铸造耐磨钢的热膨胀系数比较大，线收缩比铸造碳钢大，线收缩率约为2.5%～3%．故要特别注意提高铸型和型芯的退让性。
5)浇注温度尤其关键，为防止晶粒粗大影响铸体的力学性能，应将其严格控制在低温浇铸范围之内。
4、多元高合金超强铸造耐磨钢的使用效果
一烧单辊铲牙、篦条于2002年5月改用此材质后，使用寿命由原来的10天提高到3个月，为原材质的9倍，设备月作业率提高到96%以上，极大地降低了生产成本，提高了烧结矿产量。
5、结语
1)采用新型多元高合金超强铸造耐磨钢替代高锰钢制造单辊铲牙和篦条，大大延长了其使用寿命，有效地提高了设备作业率。
2)新材质的使用，极大地减轻了工人的劳动量，且经济效益十分明显。
3)使用过程中发现，该材质有明显裂纹，说明其碳含量偏高，应作调整。
4)通过进一步提高化学元素的精确配置，可望将其使用寿命延长至6个月以上。
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