破碎石灰石用什么材质的锤头比较好

发布网友 发布时间：2022-04-27 10:08

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热心网友 时间：2023-09-11 18:37

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热心网友 时间：2023-09-11 18:38

随着新型干法水泥大型装备技术的快速发展，国内5 000t/d、10 000t/d大型干法水泥生产线日益增多。石灰石作为水泥生产的主要原材料，为确保其充足供应，大多水泥生产厂家采用大型单段转子锤式破碎机（台产400～1 200t/h，应用于一破或粗破）进行破碎，外形结构见图1。破碎后的石灰石入球磨机研磨，粉磨至一定细度后出磨，出磨后的石灰石粉与其它辅料一起进入旋窑，经高温煅烧后变成水泥熟料，熟料经高温冷却破碎后入库贮存，贮存的熟料经辊压机碾压后入球磨机研磨，粉磨至一定细度后出磨，出磨后的细粉直接作为水泥成品包装销售。

水泥厂用石灰石大多为露天爆破开采，原始块度尺寸很大（500～1 500mm），由铲车或装载车倒入料仓，经板链机输送至破碎机进料口，石灰石落至带有减震装置的给料辊上，两个同向回转的给料辊将石灰石送入高速旋转的转子上，锤头以较高的线速度（30～50m/s）打击石灰石，同时击碎或抛起料块，被起的料块撞击到反击衬板上或自相碰撞而再次破碎，然后被锤头带入破碎板和出料篦板工作区继续受到打击和挤压破碎，直至小于篦缝尺寸（篦缝25～75mm时从机腔下部排出，物料破碎比高达1∶20～1∶60，由此可见大型石灰石破碎机的工况条件十分恶劣。

大型石灰石破碎机关键易磨件的锤头在工作运转过程中，需要承受大块物料的强烈冲击，要求具有良好的冲击韧性和较高的硬度。由于各水泥生产厂家石灰石品质、转速、进料粒度、物料综合水分等方面的差异较大，同样材质锤头的使用寿命差异很大，短则几天就磨损完，长则几年运转良好。由此可见，在成本最低和效率最高的情况下，选择适合自己破碎机工况条件材质的锤头就显得十分关键。

大型石灰石破碎机锤头重量约80～150kg，外形见图2。目前常用的锤头材质主要有高锰钢、超高锰钢、双金属液热复合三大类，通过特殊的生产工艺而衍生的材质10余种。如有高锰钢（Mn13）、合金高锰钢（Mn13CrMo）、高锰钢工作表面堆焊耐磨层、高锰钢镶铸高铬合金铸铁、高锰钢镶铸钢结硬质合金、超高锰钢（Mn18CrMo）、超高锰钢工作表面堆焊耐磨层、超高锰钢镶铸高铬合金铸铁、超高锰钢镶铸钢结硬质合金、双金属液热复合。

以下内容由致力新材料公司（耐磨锤头生产厂家）总结提供

1 高锰钢类锤头及适应工况条件

1.1 高锰钢

高锰钢是传统的耐磨材料，距今已有100多年的历史。高锰钢铸态组织为奥氏体和部分碳化物。碳化物数量多时会在晶界上以网状出现，严重割裂基体组织，降低了基体组织的韧性；但经过水韧处理后，基体组织完全奥氏体化，塑性和韧性大大提高，化学成分及性能见表1。在较大的冲击或接触应力的作用下，高锰钢表层奥氏体组织发生相变硬化和加工硬化，原始硬度由HB180～200迅速上升到HB450～500，耐磨性得到极大的提高。

外载荷越大，高锰钢表层加工硬化程度越高；但从表面向内的变形程度逐渐减少，加工硬化程度逐渐降低；因此加工硬化层的下面仍是奥氏体组织，它与硬化层牢固地结合在一起，具有良好的抗磨料犁削磨损性能和较好的抗冲击疲劳性能。当表层硬化层逐渐被磨耗的同时，在强烈外载荷的作用下，硬化层不断向内发展，始终维持稳定的硬化层，具有较好的抗磨性能。

1.2 合金化高锰钢

为了进一步提高高锰钢的耐磨性能，在保留足够韧性的前提下，对高锰钢进行合金化处理，研制了改性合金高锰钢。如单独或复合加入Cr、Mo、V等，改善高锰钢的屈服强度、奥氏体加工硬化能力、晶粒细化度、弥散强化程度等，进一步提高高锰钢的使用寿命。

Cr是强扩散元素，影响碳的扩散过程，提高奥氏体的稳定性、屈服强度和淬透性。Cr是较强的碳化物形成元素（与Mn比较），能形成比（Fe·Mn）3C更稳定的（Fe·Cr）3C型合金渗碳体。当Cr含量超过2.5％时，基体组织韧性急剧下降。高温时，Mo固溶奥氏体，冷却凝固后部分固溶于体中，部分分布在碳化物中，改善奥氏体沿树枝晶发展的倾向，抑制过冷奥氏体分解，提高奥氏体的稳定性。合金化高锰钢经过沉淀强化热处理，晶粒细化，奥氏体晶界基本无碳化物出现。虽然基体上有部分碳化物，但呈细小颗粒状均匀弥散分布，是奥氏体基体的强化相，大大提高了合金高锰钢的耐磨性。

1.3 高锰钢工作表面堆焊耐磨层

随着表面堆焊技术的发展，研制了高锰钢工作表面堆焊耐磨层锤头。堆焊时，在高温脆性区，晶界周围易产生低熔点共晶体，如Fe+FeS（熔点985℃）、FeS+FeO（熔点940℃）及Fe+Fe3P（熔点1 050℃）等。由于高锰钢的线膨胀系数大（约为低碳钢的1.3倍），导热系数低（约为低碳钢的1/5），焊接时易产生较大的热应力和组织应力，易发生过热现象；降低了焊接接头和焊缝的韧性，同时易产生热裂纹。

奥氏体基体组织受热至300℃以上时，碳化物会沿晶界析出，破坏了奥氏体组织的完整性，晶界碳化物的聚集会使高锰钢脆化。为避免高锰钢基体性能恶化，基本上采用“冷焊”工艺，即采用各种方法使高锰钢基体在焊接过程中保持在较低温度，减少基体在300℃以上的停留时间。针对高锰钢锤头堆焊后不进行水韧处理的工况，为降低焊接时产生的热应力和组织应力，采用堆焊层组织结构逐渐过渡（母材+中间过渡层+耐磨层）的复合堆焊技术方案，确保焊接接头和焊缝具有足够的韧性。堆焊后耐磨层金属（耐磨层厚约5～10mm）的硬度为HRC55～60，使用寿命大大提高。

1.4 高锰钢镶铸高铬合金铸铁、镶铸钢结硬质合金

高锰钢韧性高，抗强烈冲击能力高。高铬合金铸铁合金含量高，经过适当的热处理后，其组织为：M7C3型碳化物+马氏体+弥散分布的二次碳化物+残余奥氏体，宏观硬度达HRC60以上，抗磨损能力强。钢结硬质合金是以难熔金属碳化物（主要是TiC、WC）作硬质相，以碳钢为粘结相，用粉末冶金法制取的复合材料。其组织特点是，微细的硬质相晶粒均匀弥散地分布于碳钢基体中，具有较高的抗磨损性能。为充分发挥高锰钢优良的抗冲击性能和高铬合金铸铁（或钢结硬质合金）较强的抗磨损性能，采用镶铸生产工艺见图3，将两种材料有机地结合在一起，经水韧处理后，获得具有较高综合性能和抗磨损性能的复合新材料。

具体镶铸生产工艺过程为：在型腔某部位预先放人具有良好耐磨性的预制块（高铬合金铸铁或钢结硬质合金），然后向型腔内浇注具有良好韧性的母液（高锰钢），通过母液强烈的热作用，使镶块与母液接触的界面上在一定的时间内处于熔化或溶解状态并发生元素的相互扩散及冶金反应，冷凝后，镶块与母材牢同的熔焊为一体。

综上所述，高锰钢、合金高锰钢、高锰钢工作表面堆焊耐磨层锤头适合石灰石品质较高（石灰石中硅含量≤2%，抗压强度≤120MPa）、锤头线速度较高（35～40m/s）、进料粒度较大（800～1 000mm）、物料综合水分高（≥2%）的工况条件。高锰钢镶铸高铬合金铸铁、镶铸钢结硬质合金锤头适合石灰石品质较差（石灰石中硅含量≥2%，抗压强度≥120MPa）、转速较低（30～35m/s）、进料粒度较小（500～800mm）、物料综合水分较低（≤2%）的工况条件。

2 超高锰钢类锤头及适应工况条件

2.1 超高锰钢类锤头

超高锰钢是近年来在普通高锰钢（Mn13）标准成分的基础上通过提高碳、锰的含量发展而来的。它是在锰含量（质量分数）增加到l4%～18％的同时，加入1%～3％的Cr和适量的Ti、V、Mo等合金强化元素，化学成分及性能见表2。超高锰钢的形变强化能力（加工硬化率）比普通高锰钢要好，相同形变量下，超高锰钢比普通高锰钢有更高的形变硬度。如变形20％时在，普通高锰钢形变硬度约为360HB，而超高锰钢形变硬度可达到400HB。在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，超高锰钢的使用寿命是普通高锰钢1.5～2倍

超高锰钢具有显著的加工硬化特点。铸态的超高锰钢经过水韧处理后形成单一的奥氏体组织，硬度仅为l70～220HB，但是经过形变后出现显著加工硬化现象，其显微组织出现许多滑移带，甚至出现晶粒扭曲、滑移带弯曲或滑移台阶，形变层的硬度可以达到500～800HB，硬化层的深度可以达到10～20mm。

这个深度及曲线的形状与所承受的冲击载荷、化学成分以及机械性能等因素有关。硬化层的高硬度和良好韧性，使其具有了优良的抗磨性能。

为了进一步提高超高锰钢的耐磨性能，在保留足够韧性的前提下，相继研制了超高锰钢工作表面堆焊耐磨层、超高锰钢镶铸高铬合金铸铁、超高锰钢镶铸钢结硬质合金锤头，其生产工艺和制作流程与相应高锰钢材质锤头类似，不再累述。

2.2 适应工况条件

综上所述，超高锰钢、超高锰钢工作表面堆焊耐磨层锤头适合石灰石品质较高（石灰石中硅含量≤2%，抗压强度≤120MPa）、锤头线速度很高（40～50m/s）、进料粒度很大（1 000～1 500mm）、物料综合水分较高（≥2%）的工况条件。超高锰钢镶铸高铬合金铸铁、镶铸钢结硬质合金锤头适合石灰石品质较差（石灰石中硅含量≥2%，抗压强度≥120MPa）、转速较高（35～40m/s）、进料粒度较大（800～1 000mm）、物料综合水分较低（≤2%）的工况条件。

3 双金属液热复合锤头及适应工况条件

3.1 双金属液热复合锤头

为解决单一材料韧性和硬度的矛盾，提高锤头的抗磨性能，研制了新型抗磨材料-双金属液热复合锤头，化学成分及性能见表3。采用双金属液热复合铸造生产工艺，成功地将具有高硬度的高铬合金铸铁（锤头工作部位）与具有良好韧性、可加工性的铸钢（锤头柄部）有机地结合在一起，具有单一金属材料难以达成的优良耐磨性和抗冲击的整体综合性能。

利用双金属液热复合铸造工艺生 产的高铬合金铸铁/ZG35双金属破碎机锤头成功应用于强冲击工况条件，并取得较好的使用效果，其铸造工艺见图3。双金属液热复合铸造工艺生产过程关键控制为：在不使其混合的情况下，使两种金属熔为一体；同时要形成尽可能大的熔合面积，增加两种材料的粘结程度。为此，采取了如下措施：结合面取在最大截面A处，底部设置U形冷铁，以保证ZG35由下而上的凝固顺序；设溢流口B，确保结合面的位置不变；为防止在浇注高铬合金铸铁时，ZG35被冲混，高铬合金铸铁浇口设在C、D处，以求水头平稳。

双金属液复合铸造工艺的成败关键在于两种金属的界面熔合优劣和熔合强度的高低，界面熔合状态分为冶金熔合和机械熔合两大类。因为冶金熔合强度远远高于机械结合强度，一般都追求冶金熔合状态，但很多情况都是冶金熔合与机械熔合共存。界面熔合状态可以用冶金熔合率来表征，即发生冶金熔合的界面面积占总界面面积的百分数。只要冶金熔合率大于一个临界值，就可以认为熔合良好。熔合状态的判断带有很多主观性和专业性，如何简易直观地定量表征界面熔合状态还需要进行深入细致的研究

3.2 适应工况条件

综上所述，双金属液复合锤头适合适合石灰石品质较差（石灰石中硅含量≥2%，抗压强度≥120MPa）、锤头线速度较低（30～35m/s）、进料粒度较小（500～800mm）、物料综合水分较低（≤2%）的工况条件。

4 锤头失效分析与整改措施

4.1 化学成分

主要元素（C、Cr、Si、Mn）匹配不合理或有害元素（S、P）含量超标时，锤头的机械性能大大降低，轻则磨损严重，重则锤头断裂。实际生产制造过程中，应严格控制原材料有害成分，优化匹配主要元素化学成分，以获得优良的综合性能。

4.2 生产工艺

铸造工艺控制不当时，锤头表面或内部存在夹渣、缩孔、裂纹、等铸造缺陷，降低了锤头的机械性能，严重时造成锤头断裂。采取平做立浇（或者倾斜浇注）、合理使用外冷铁和发热冒口、严格控制浇铸温度和浇注速度等措施，形成良好的凝固顺序和补缩条件，获得致密的内部组织。

热处理工艺制订不当时，锤头基体组织中析出大量的网状碳化物，严重割裂基体组织，大大降低基体抗冲击性能，严重时造成锤头断裂。应根据锤头的材质特性，合理选择淬火温度、保温时间和淬火介质，严格控制升温速度和冷却速度，在保证锤头具有足够冲击韧性的前提下，均匀弥散析出一定数量的具有较高硬度的碳化物，作为基体的强化相，大大提高锤头的耐磨性。

4.3 使用工况

石灰石品质、锤头线速度、进料粒度、物料综合水分等使用工况条件变化较大时，锤头材质未及时调整，轻则磨损严重，重则锤头断裂。生产运转过程中，应根据转子石灰石品质、转速、进料粒度、物料综合水分等使用工况条件的变化程度，及时调整锤头的材质，延长锤头的使用寿命。

5 结 语

（1）石灰石破碎机锤头在工作运转过程中，需要承受大块物料的强烈冲击，要求具有良好的冲击韧性和较高的硬度。

（2）由于石灰石品质、转速、进料粒度、物料综合水分等方面的差异，同样材质锤头的使用寿命差异很大，因此选择合适材质的锤头十分关键。

（3）石灰石破碎机锤头材质主要有高锰钢、超高锰钢、双金属液热复合三大类，通过特殊的生产工艺而衍生的材质多达10余种。

（4）石灰石破碎机锤头的失效主要由化学成分、生产工艺和使用工况三方面原因引起。