1普通碳钢轧球、白口铁铸球与衬板是传统的耐磨材料,现在正逐步被淘汰。但白口铁衬板还在使用,目前主要用于制作球磨机二仓的波纹衬板,以及随磨机配套,以降低整机的成本。
1 2中、高碳钢球与段80年代初,针对普通碳钢球、段不耐磨,硬度低,易变形等问题,国内研制了中、高碳锻钢球、段,如45Mn2、50Mn2、65Mn等,近年又有新发展,采用余热淬火工艺,使硬度提高,节约能源,又提高了耐磨性,而且不失圆,磨损到很小直径还能基本保持圆整。
根据这类工艺,有条件的厂子如鞍钢、包钢、攀钢等,则直接采用自产的铁路重轨、轻轨材质轧制球和段(胶囊球) ,效果很好。这类轧球、段的硬度大于HRC55 ,冲击韧性大于9J / CM 2,磨耗与低铬铸铁材料不多,但韧性更好,无破碎,工艺宽容性好,质量稳定。
中、高碳钢球与段主要用于选矿业等,于80年代中期被水泥行业大量采用,并适合湿法、干法工艺。但目前在水泥厂用量大减,而被低铬铸球等取代。低铬铸球的耐磨性能更好。重轨段从外形上可分为两种,一种是胶囊形,即胶囊球,适合选矿作业;另一种是热切或预应力冷切钢棒,锻后余热淬火处理,更适合水泥粉磨作业。中、高碳钢球与段生产厂家很多,尤其是前苏联解体后,大量钢轨进入我国,其中大量被用于生产球、段。
1 3低铬铸球、铸段低铬材料不用来制作衬板。
低铬铸球、铸段由于生产工艺比较简单,工艺宽容性较好,所以现在生产的厂家极多。建材行业的大型企业如宁国、马鞍山、铜陵等。
目前的低铬铸球、铸段多为多元合金化,主要合金元素是铬、钼、铜、钒、钛等,可以有效提高材料的综合性能;采用650℃退火6小时工艺,降低了成本,提高了耐磨性。低铬铸球、铸段这几年应用极广,其价格、性能、一次性投资比较适合我国国情,很受欢迎,占据国内大部分市场。
但由于这几年市场低迷,钼、铜价格上扬,一些厂子包括某些大型磨球厂采取偷工减料的办法,不加入贵重合金元素,仅在材料中加入1 %左右的铬,大幅度降低售价以吸引客户,使磨球质量大受影响,失圆严重,严重影响了粉磨效率。
1 4高铬材料高铬材料既可用于制作磨球,也可用于制作衬板。
高铬铸球的铬含量为12 %D 36 % ,目前我国的高铬铸球绝大部分含铬量为12 %D 15 % ,少量铬含量20 %的球, 1家含铬24 %D 26 %的球。
高铬铸球的特点是耐磨性能极好,目前国外工业发达国家的水泥行业用球,高铬铸球占统治地位,综合经济效益很好。
国内高铬铸球的应用现在也比较广泛,占据很大的市场份额,但一次性投资较大,限于我国目前经济的具体情况,应用受到一定限制。
目前国内生产的所称的高铬铸球含铬量为Cr12 %D 15 % ,为多元合金材料,包括钒、钛、钼、铜、铌等。代表性厂家如吉林梅河口、河北开元、河北承德、山东临沂、北京水机等,已能稳定地生产高铬铸球,磨耗不超过60g/ T水泥。尤其山东临沂,采用负压实型铸造,产品质量可达国际先进水平;北京水机生产的Φ15、Φ17、Φ25小直径高铬铸球,也达到了国际同类产品的先进水平。生产工艺有风雾冷、淬火回火或铸态退火。基体组织为马氏体或屈氏体。这类高铬材料的特点是不耐腐蚀,不能用于湿法生产的原料磨。也可用来生产衬板。
含Cr20 %以上的高铬材料目前没有用于水泥行业,主要用于电力部门。其中Cr20 %材料用于磨辊、磨环,由华北电力学院研制;含Cr25 %的材料制作磨球,由北京水泥机械总厂研制并生产,耐磨耐蚀性能很好,综合经济效益也好,但这类材料价格很高。
1 5球墨铸铁类耐磨材料1 5 1传统的球墨铸铁类耐磨材料是中锰球铁,在我国应用时间较长,在水泥行业应用较广。但中锰球铁的基体组织中残余奥氏体含量高,使用过程中易疲劳剥落。现在已逐渐被淘汰,代之而起的是马氏体和贝氏体球铁。
1 5 1 2马氏体球墨铸铁建材行业以山东龙口耐磨材料总厂和北京特铁厂为主组织生产的马氏体球墨铸铁材料比较典型,其有关性能如下:金相组织:细针状马氏体+少量破碎铁素体+适量碳化物;石墨形态:球化级别为二级,大小为五级;磨球落球次数: > 25000次(农机院MQ型落球机)化学成份和机械性能见表3。
马氏体球墨铸铁的化学成份和机械性能实践证明,马氏体球铁磨球是一种优良的研磨体,不但可以和马氏体球铁衬板配付,更适合与高锰钢和高铬铸铁等其它衬板配付,并能够有效地延长衬板的使用寿命。
1 5 1 3贝氏体球墨铸铁贝氏体球墨铸铁是等温淬火球墨铸铁的一种(等温淬火球墨铸铁是贝氏体球铁和奥氏体铸铁的总称,国外统称之为Austempered DuctileIron ,简称ADI ,其性能变化范围很宽并可调) ,这种材料的耐磨特性与马氏体球铁相近,但韧性更好。
典型的马氏体/贝氏体复相球铁的化学成份见表4表4马氏体/贝氏体复相球铁的化学成份表马氏体/贝氏体复相球铁的综合性能与马氏体球铁相差不大,硬度略低,韧性好。冲天炉生产,连续淬火工艺处理。
1 6中合金衬板中合金衬板是简称,也是一个错误的称呼,全称为“中碳低合金钢”衬板,是这几年新兴起的材料,品种极多,如天上繁星,但主要合金元素为Cr、Mn、Si。如35Cr2MnSiMoR、75Cr2MnSiMoB TiR、65Cr2MnSiNiMo、40Cr4MnMoVBR、50CrMnSiMo TiR以及40CrMnSi等,基体组织为马氏体或马氏体/贝氏体复合相,热处理工艺为淬火加低温回火。
中合金是一种很好的衬板材料,目前国内较好的中合金衬板用在水泥磨上可达三到五年,大大优于传统的高锰钢衬板,目前大部分水泥厂尤其是大型水泥厂都已采用中合金衬板。
1 7高锰钢衬板已经用了近一个世纪,现在还在用,而且目前在我国还在大量使用。
钢号为ZGMn13 ,国家标准是GB5680D 85。
高锰钢的耐磨性能是通过冲击硬化实现的,但就水泥行业的工矿特点来说,很难使高锰钢衬板充分加工硬化,尤其是中小型磨机,这一点已有大量事实说明,而且目前在学术届对高锰钢的这种特性也已达成共识。从发展角度来说,高锰钢作为一种衬板材料是不理想的,*终将会被淘汰。
近几年在高锰钢基础上发展起来的超高锰钢和中锰钢,含锰量分别在18 %和6 %左右,通过特殊的制造工艺,可用来制造衬板,有一定的效果,但并非十分理想。
1 8贝氏体钢MnD B系空冷贝氏体钢由清华大学方鸿生教授和郑燕康教授研制成功,即先生产钢坯,然后锻、轧成球,空冷即可。除了用于制造磨球外,还可用于制作曲轴等耐磨件,用途广泛。
由于空冷贝氏体钢中贝氏体的实际含量仅为20D 30 % ,因此,“贝氏体钢”的称谓在学术界争论极大,后更名为“鸿康贝氏体钢”。
贝氏体钢球为锻制或轧制,耐磨性能与低铬铸球差不多,但不失圆,耐腐蚀。贝氏体钢球更多用于矿山而较少用于水泥行业。生产厂家如河北辛集、辽宁盘锦恒泰、河北唐山等。
1 9复合材料复合材料这几年研究较多,是耐磨材料的一个重要研究发展方向。主要是将高硬度材料与高韧性材料复合在一起,以充分发挥二者的优点。比较成熟的如高铬铸铁与碳钢的复合,用于制作衬板、破碎机颚板等。
研究与生产厂家如广州有色院、山东临沂、江苏6108厂等。这种材料优点较多,价格较高。
2 1各类磨球、衬板材料性能比较表
低合金钢也可用来制作锤头,但冶炼工艺复杂,要求严格,目前只有很少厂家能够生产,如洛矿耐磨材料中心、北重等。洛矿生产的锤头的材料是ZG35CrMn2SiBRe , HRC45 ,Ak120J / cm 2。
还有一种超高锰材料,代表厂家是唐机,含锰18 % ,使用效果良好,用于冀东MB70/ 90单段锤破,每付锤头可破碎石灰石180万吨。小型锤头如PC6040破碎机的锤头,有的生产厂家用马氏体球铁试作,但效果不理想。复合高铬铸铁锤头则效果较好。
3 1 2板锤材料主流是高锰钢和铬高锰钢。
2PF1250板锤一付能破碎石灰石7D 11万吨,工矿条件合适的,破碎量可达20万吨。其它材料现在已发展起来,如低合金钢生产厂家也多。另外双马破碎机配套的多元高铬铸铁板锤,也很有代表性。
4 1标准与牌号这些年耐磨材料的研究发展极快,也很繁杂,从合金结构来说,仅高铬铸铁就有数十种,热处理工艺也各不一样;中合金钢品种不少,很难统一,牌号也不好统计。
根据目前水泥行业耐磨材料的研究与生产应用情况,标准显然已落后了。高锰钢现行标准是1985年的( GB5680D 85) ,没有对于超高锰和中锰钢的描述。铬合金铸球的标准是建材行业标准(JC/ T533D 94) , 1994年实施,对于铬合金铸球的分类仅仅简单地分为高铬和低铬,没有进一步分类。其实,仅高铬铸球就有多种,含铬量从12 %D 36 %不等,性能也不同。如北水机的Cr25铸球就无标准可循。冶金行业的铬合金铸球标准1995年才着手制定,系参考建材行业和电力行业的标准,没有太新的内容。而马氏体球铁则既无标准,牌号标志也不清,因为不能用低合金铸铁的牌号来一般性地进行标志。
5 1结束语
(1)经过十多年的发展,我国耐磨材料的研究与发展已进入一个相对稳定的时期,耐磨材料的整体消耗已由800~1000g/ T水泥降低到目前全国平均500g/ T水泥左右,部分产品达到了国际先进水平,是一个很大的进步。但与发达国家整体水平相比( < 200g/ T水泥) ,差距还很大。就我国国内来说,东西部的差距也较大。
(2)目前国内耐磨材料市场已由“卖方市场”转入“买方市场”,初步进入市场经济,具体的表现就是需求疲乏,供应相对过剩,价格与销售手段的竞争已转变为质量与产品结构的竞争。在这种大环境下,有的耐磨材料研究与生产机构已开始开发新产品,材料合金结构的研究已转变为制造工艺与质量控制的研究,这是一个很好的转变。
(3)目前国内耐磨材料生产厂家逾百,且多为手工作坊式生产,产品种类繁多、质量参差不齐,能源消耗大,效益低。为节能降耗、稳定产品质量、提高生产效益,耐磨材料的生产应向规模化、自动化方向发展。北京水泥机械厂、马鞍山矿友耐磨材料公司在这方面已走在了前面,前景很好。
(4)亟需制定相应的行业标准和国家标准,使耐磨材料的生产与应用规范化、标准化,提高经济效益和社会效益,尽快达到国际先进水平,参与国际竞争。
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