水泥机械如何选择耐磨材料以及降低生产成本
2013-10-30王欣
【摘 要】在水泥的生产过程中需应用大量的耐磨材料，近几年其应用范围已突破传统的铸造耐磨材料，非铸造类的耐磨材料得到更广泛的应用。根据不完全统计，百万吨。我国生产水泥过程中每年水泥工业消耗钢材就多达几百万吨。其中水泥机械磨损消耗钢材就站到了九成以上。因此合理选择耐磨材料，对于减少磨损、降低刚才小号、节约能源促进可持续发展，具有非常重要的意义。同时也是提高企业经济效益的重要途径。
【关键词】水泥机械；机械磨损；材料
1.铸造耐磨材料
用于磨机衬板、隔仓板、篦板，破碎机锤头、板锤、反击板、颚板，立磨辊、盘等易损件的耐磨材料仍为铸造类的耐磨材料。
第一代耐磨材料——高锰钢。优点：韧性极好，在强冲击条件下产生加工硬化。缺点：易塑性变形，不耐磨。目前，高锰钢、合金高锰钢及超高锰钢仅限用于大型破碎机锤头、板锤、反击板、篦板、颚式破碎机颚板及圆锥破内外锥等易损件。
第二代耐磨材料——镍硬铸铁。优点：硬度高，耐磨性好。缺点：脆性较大，应用范围小。目前，仅有部分立磨辊采用镍硬铸铁，其它应用很少。
第三代耐磨材料——高铬铸铁和各类合金钢。高铬铸铁优点：硬度高，耐磨性好，韧性比镍硬铸铁大幅度提高。缺点：在高冲击条件下，韧性仍嫌不足。合金钢优点：可通过调整含碳量、加入不同含量的合金元素及相应的热处理工艺，获得宽范围的硬度与韧性相匹配的综合机械性能，应用范围更广。
2.典型易损件耐磨材料的选择
2.1锤式破碎机锤头
（1）磨损机理：当物料与高速旋转的锤头撞击时，物料尖角压入锤面，形成撞击坑，其冲击力全部转为对锤面的压应力，此时锤头属于冲击凿削磨损。当物料以一定角度撞击锤头或锤头与篦板相互搓磨时，冲击力分解为平行锤面的切向应力，对锤头表面进行切削，形成一道道切削沟槽，则为切削冲刷磨损。
（2）影响锤头使用寿命的因素锤头的磨损情况与诸多因素有关，如：物料性质（入机粒度、种类、硬度、水分、温度等）、锤头线速度、篦板篦缝的大小等，会有相当大的差异。合理选材十分重要。
（3）锤头材料的选择大型破碎机、进料粒度>400mm、单重 50-125 kg以上的大锤头，因为受冲击力大，应该使用安全为前提，主要选择高韧性的超高锰合金钢，也可选用合金化高锰钢。中小型破碎机、入料粒度<200mm、单重50kg以下的锤头，受冲击力相对较小，普通高锰钢加工硬化能力不能充分发挥，因而不耐磨，应该选择含碳量为上限的合金高锰钢或中低碳合金钢。小型破碎机、入料粒度<50mm、单重15kg以下的锤头，受冲击力更小，不适宜选用高锰钢，可选择中碳中合金钢，更适宜选用复合铸造锤头。锤头顶部采用高铬铸铁，锤柄用35#钢或低合金钢，两种材料分别发挥各自的特点。入料粒度<100mm 的细碎机锤头，受冲击力适中，应选用高韧性超高铬铸铁，硬度>HRC60，冲击韧性>ak8J/cm2，使用寿命可比高锰钢提高3～5倍。破碎旋窑熟料或高硬度矿物的细碎机，高韧性超高铬铸铁的硬度不能无限度提高，应选择硬质合金与超高铬铸铁、结构钢组合的“三合一”组合锤头。钴基硬质合金的硬度高达HRC70以上，抵抗高硬度物料的磨损效果最好，使整体锤头的使用寿命大幅度提高。例如：产量100t/h的PCX100型细碎机中一付组合锤头可破碎熟料15万吨。5.2单段锤破大锤头用于破碎500～1500mm大块石料的单段锤式破碎机，锤头单重80-220kg。因承受的冲击力太大，锤头材质有如下5种选择。就作者的经验，因石灰石的性质差异太大，目前尚不能确认哪种方案最好，只能通过对比使用后合理选择。
1）合金高锰钢：在ZGMn13中加入Cr、Mo等合金。
2）超高锰钢：含Mn16%以上，并加入Cr、Mo等合金。
3）表面堆焊：高锰钢锤头工作面堆焊TM55（Mn系）、ZD3（Cr系）等，表面堆焊层硬度HRC56-62。
4）双金属铸造：Magotteaux公司头部高铬铸铁+柄部铬钼合金钢（头部：3.4%C，16%Cr，HRC≥61。柄部：0.2%C，1.9%Cr）。
5）合金高锰钢头部镶铸硬质合金块。
2.2立磨辊
（1）中小型磨辊：高铬铸铁整体铸造，HRC62-64。镍硬铸铁Ⅳ整体铸造，HRC58-64。
（2）大型磨辊：上述两种材质分块铸造。
（3）表面堆焊：碳钢堆焊新辊和旧辊修复。
（4）双金属复合磨辊——DUOCAST
3.降低水泥生产成本及保证措施
众所周知，提高水泥中的混合材掺量，可大幅度降低水泥的成本，根据目前本公司实际情况，为了降低水泥生产成本，特制定保证措施如下：
3.1提高熟料强度，增加水泥混合材掺量
采取优化生料配料方案，稳定生料成分，加强窑的煅烧等措施，提高熟料强度，从而达到提高水泥中混合材掺量的目的。
3.2改善水泥颗粒分布，提高水泥混合材掺量
优化磨机球锻级配，改善出磨水泥的颗粒分布，以达到提高水泥强度或增加混合材掺量的目的。
3.3降低出磨水泥细度，提高水泥强度，提高水泥混合材掺量
目前本厂出磨水泥细度控制偏粗（三个品种），依据各强度的检测数据，水泥细度可降低0.5～1.0%，从而提高水泥强度，提高水泥混合材掺量。
3.4建议添加外加剂，提高水泥混合材掺量
水泥中混合材掺量高，水泥后期强度不低，主要是早期强度下降，从而限制了混合材掺量的提高，采用早强剂，提高了水泥的早期强度，即可提高水泥的混合材掺量。
3.5建议增加助磨剂，提高粉磨效果，以达到提高水泥强度或增加混合材掺量的目的。
3.6加强化验室生产质量控制，根据实际生产质量情况，及时调整配料方案。
3.7加强化验室人员的操作技能，具体措施如下：
（1）定期对操作人员进行岗位培训学习。
（2）严格按照国家标准规定要求，与省质检部门进行对比试验。
（3）制定抽查对比制度，加强对各岗位人员的抽查对比工作。
（4）不定期举办对操作人员的岗位技能比武，奖励并表彰优秀员工。
（5）多统计、多总结生产数据，从中找出规律。根据本地实际情况，及时调整水泥质量控制指标，优化水泥配料方案，多做小磨实验，积极需找代用材料，优化水泥性能，降低生产成本。
4.结束语
我国的耐磨钢铁件（耐磨材料）产业近20年来飞速发展，有目共睹，成绩斐然，相关的行业组织已就技术和产业的发展组织召开了10届全国耐磨材料大会，总结了许多成功的经验。但在整个行业即将再上一个台阶的历史转折点上，我们的企业须有清醒的认识，在管理上真正实施IS09000，并足够重视产品和技术开发以及引进技术的消化吸收，加强员工队伍的培训，提高生产和检测装备仪器的水平，我们相信不久的将来我国将由耐磨材料大国成为耐磨材料强国。
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