高溫耐磨破碎輥圈的研究

潘新慶，劉旭，劉智濤，向東湖

高溫耐磨破碎輥圈的研究

Research on the High-temperature Wear-resistance Roller Ring of the Crusher

潘新慶，劉旭，劉智濤，向東湖

隨著國(guó)產(chǎn)超大型水泥熟料燒成設(shè)備的成熟和優(yōu)化，7000t/d及以上規(guī)模生產(chǎn)線逐漸成為業(yè)主的首選方案。同時(shí)國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施，促使水泥企業(yè)精細(xì)化生產(chǎn)，噸熟料煤耗、熱耗、電耗等指標(biāo)在企業(yè)考核中所占的比重也開(kāi)始越來(lái)越大，作為新型高效節(jié)能設(shè)備的TRC中置高溫熟料輥式破碎機(jī)也越來(lái)越引起市場(chǎng)的關(guān)注。

1 高溫耐磨破碎輥圈的研究

TRC中置高溫熟料輥式破碎機(jī)與以往的配套熟料破碎設(shè)備不同，可靈活布置于熟料冷卻機(jī)中部，將難以冷卻的大塊窯皮與結(jié)團(tuán)熟料破碎為25mm粒徑的均勻顆粒后，均布于第二段冷卻機(jī)活動(dòng)篦床上再進(jìn)行第二次冷卻，最大限度地回收熟料顆粒內(nèi)的熱能，可有效提升冷卻機(jī)熱回收效率，降低噸熟料熱耗（圖1、2）。

表1常用硬鎳鑄鐵與輥圈樣件韌性對(duì)比表

表2常用硬鎳鑄鐵與輥圈樣件韌性對(duì)比表

表3常用硬鎳鑄鐵與輥圈樣件韌性對(duì)比表,g

齒形破碎輥圈作為T(mén)RC中置熟料輥式破碎機(jī)最重要的部件之一，在中高溫水泥熟料破碎過(guò)程中承受著周期性高溫?zé)釠_擊和嚴(yán)酷的磨損工況，因而其材料成為該機(jī)的核心技術(shù)[1，2]。這種材料的制備也是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的技術(shù)難點(diǎn)。目前，該部件通常所采用的主要材料為硬鎳鑄鐵和高鉻鑄鐵，應(yīng)用最多的是硬鎳鑄鐵[3-6]。其中鎳硬白口鑄鐵屬于白口抗磨鑄鐵（Ni-Hard），在制造時(shí)添加了鎳、鉻、鉬等合金元素，鎳可穩(wěn)定奧氏體，鉻具有形成（Fe,Cr）3C、（Fe,Cr）7C3、（Fe,Cr）23C6等各種類(lèi)型碳化物的作用[6]。

然而，硬鎳鑄鐵的碳含量較高，在晶界處往往會(huì)形成網(wǎng)狀的碳化物，從而大大降低其強(qiáng)度和材料的韌性和耐沖擊性。而通過(guò)在硬鎳鑄鐵中添加Dy和Y（稀土元素），使Dy和Y（稀土元素）的氧化物顆粒彌散于基體中，成為碳化合物形核的核心，從而細(xì)化碳化物進(jìn)而消除晶界處網(wǎng)狀碳化物，起到提高材料韌性的作用，以滿(mǎn)足TRC中置熟料輥式破碎機(jī)所面對(duì)的長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、高溫、頻繁沖擊等惡劣工況的要求，并保證其使用壽命。

對(duì)制備好的稀土改性硬鎳鑄鐵輥圈取樣并進(jìn)行硬度、沖擊韌性、拉伸性能和高溫耐磨性能的試驗(yàn)和研究，其結(jié)果與常用硬鎳鑄鐵試件的性能對(duì)比如下：

（1）顯微組織分析

從試樣的顯微結(jié)構(gòu)分析（圖3）可以看出，材料主要由連續(xù)的灰色基體相和黑色的板條相組成。能譜儀（EDS）分析表明黑色相為Fe3C。同時(shí)從圖3中可以看出輥圈樣件中的Fe3C尺寸要小于改性前的硬鎳鑄鐵，而且碳化物的分布彌散更加均勻。

（2） 機(jī)械性能分析

常用硬鎳鑄鐵與輥圈樣件硬度對(duì)比表（見(jiàn)表1）分別對(duì)兩個(gè)對(duì)比樣件進(jìn)行了八次硬度試驗(yàn)。從表1中數(shù)據(jù)可知，兩者的硬度相差不大。

對(duì)常用硬鎳鑄鐵與輥圈樣件進(jìn)行沖擊韌性測(cè)試，結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，常用硬鎳鑄鐵的沖擊韌性大約為3J/cm2左右，而輥圈樣件的沖擊韌性約為5.5J/cm2左右，沖擊韌性比改性前得到了很大的改善，后者約是前者的兩倍。

圖4為兩個(gè)對(duì)比樣件室溫及600℃的拉伸性能圖。從圖4中可以看出輥圈，樣件的拉伸性能比常用硬鎳鑄鐵有明顯的提高。

表3為兩個(gè)對(duì)比樣件在600℃下的高溫耐磨性能對(duì)比結(jié)果。從表3中可以看出，常用硬鎳鑄鐵與輥圈樣件的高溫耐磨性能基本相當(dāng)。

2 結(jié)論

為了滿(mǎn)足TRC中置輥式破碎機(jī)中核心部件——破碎輥圈苛刻的工況要求，我公司進(jìn)行了深入的研究，在某型鎳硬鑄鐵中添加定量稀土元素Dy和Y，極大改善了鎳硬鑄鐵的機(jī)械性能。

制成的TRC輥式破碎機(jī)輥圈獲得了很高的硬度，HRC達(dá)到55以上，同時(shí)材料的沖擊韌性也得到了顯著提高，αk達(dá)到5.5J/cm2左右。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)得知，TRC輥式破碎機(jī)輥圈的拉伸性能和高溫耐磨性能與常用硬鎳鑄鐵相比同樣有明顯提高，新開(kāi)發(fā)的材質(zhì)完全可以滿(mǎn)足中置高溫熟料破碎機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。

[1]王會(huì)群.過(guò)熱溫度和保溫時(shí)間對(duì)鎳硬白口鑄鐵組織的影響[J].現(xiàn)代鑄鐵,2007，27(5).

[2]郝建民,張榮軍.鎳硬鑄鐵與鉻系白口鑄鐵抗磨粒磨損特性比較[J].熱加工工藝,2004,(6).

[3]熊博文,龍文元,萬(wàn)紅.高鉻鑄鐵復(fù)合磨輥磨料磨損研究[J].礦山機(jī)械，2007(4).

[4]熊博文,吳振卿,張軍.載荷對(duì)高鉻鑄鐵磨料磨損的影響[J].熱加工工藝,2006(5).

[5]熊博文,張軍,吳振卿.碳化物在高鉻鑄鐵高應(yīng)力磨料磨損中的影響[J].鑄造設(shè)備研究,2005(6).

[6]黃振東,楊萍,楊亮.硬鎳鑄鐵Ⅳ材料磨輥襯板異常磨損后的檢測(cè)分析[J].中國(guó)水泥,2009(3).

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沈 穎