礦山機(jī)械設(shè)備錳鋼鑄件鑄造工藝改進(jìn)分析

胡 琳，趙 瑾，任 皎

（中國(guó)有色集團(tuán)撫順紅透山礦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113321）

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展為礦業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的動(dòng)力，但相應(yīng)的對(duì)礦石需求量也在不斷增加，如果還在沿用傳統(tǒng)的礦山開(kāi)采手段，不僅會(huì)造成礦區(qū)及周邊環(huán)境的大面積破壞，還很容易增加安全事故的發(fā)生率。為此，需要結(jié)合當(dāng)年社會(huì)發(fā)展需求，研究新型開(kāi)采手段和措施，彌補(bǔ)以往開(kāi)采中存在的不足，提高礦山開(kāi)采的科學(xué)性、合理性。下文就將對(duì)礦山機(jī)械錳鋼鑄件鑄造工藝及改進(jìn)措施實(shí)行分析探討[1]。

1 礦山機(jī)械設(shè)備錳鋼鑄件鑄造工藝改進(jìn)的必要性

在現(xiàn)今社會(huì)發(fā)展中，社會(huì)對(duì)礦產(chǎn)資源，尤其是鐵礦石、銅礦石等資源的需求量不斷擴(kuò)張，但我國(guó)領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)存的礦產(chǎn)資源有限，需求量的增多使得礦產(chǎn)資源開(kāi)采難度不斷上升，各利益主體矛盾不斷激化?，F(xiàn)階段，礦產(chǎn)開(kāi)采企業(yè)發(fā)展中，若想確保礦產(chǎn)的開(kāi)采量，就需采取有效措施不斷提高礦產(chǎn)的開(kāi)采能力，切實(shí)優(yōu)化礦山機(jī)械設(shè)備的各項(xiàng)性能，完善機(jī)械鑄件鑄造工藝，從而全方位滿足市場(chǎng)發(fā)展需求，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

目前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，這也在一定程度上加大了礦石的需求量。因此，在礦石開(kāi)采和生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)工藝水平和設(shè)備性能也提出了更為嚴(yán)格的要求。礦山機(jī)械鑄造中，碳鋼和錳鋼是最為常見(jiàn)的原材料，在鑄造過(guò)程中，應(yīng)采取有效措施不斷加強(qiáng)材料的耐磨性。

也就是說(shuō)，在礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造處理中，技術(shù)人員要結(jié)合當(dāng)前實(shí)際，采取有效措施，不斷完善機(jī)械設(shè)備和工藝，以期有效加強(qiáng)構(gòu)件的耐磨性。再者，優(yōu)化和完善鑄件的制造工藝也可制造出更多優(yōu)質(zhì)的工藝設(shè)備，進(jìn)而為礦山開(kāi)采及生產(chǎn)工作提供強(qiáng)大的技術(shù)和設(shè)備支持，促進(jìn)礦山生產(chǎn)行業(yè)的穩(wěn)定前行。

2 礦山機(jī)械設(shè)備鑄件耐磨性種類

新時(shí)代，科學(xué)技術(shù)日益完善，機(jī)械設(shè)備的耐磨鑄件鑄造工藝技術(shù)也得到顯著提升，磨球、襯板等多種類型的耐磨鑄件得到廣泛應(yīng)用，甚至一些已經(jīng)出口海外，為我國(guó)鑄造鑄件工藝在世界舞臺(tái)的展示帶來(lái)助力。礦業(yè)作為我國(guó)目前發(fā)展中的代表性產(chǎn)業(yè)，隨著鑄件鑄造工藝的完善，其耐磨件的種類也在增多，最為主要的有奧氏體耐磨錳鋼、耐磨白口鑄鐵、非錳系耐磨合金鋼幾類。

2.1 奧氏體耐磨錳鋼

奧氏體耐磨錳鋼是目前礦山機(jī)械設(shè)備中使用最為廣泛的耐磨件材料。其具有韌性高、加工便利、形式多樣、耐磨性高等多種優(yōu)勢(shì)。從目前礦山機(jī)械設(shè)備來(lái)看，奧氏體耐磨錳鋼的應(yīng)用范圍為：圓錐式破碎機(jī)、破碎壁、旋回式破碎機(jī)襯板、錘式破碎機(jī)錘頭、濕式礦山球磨機(jī)襯板等。而使用的耐磨錳鋼材料以MN13 系列和MAL3CR2 系列為主，尤其是后者使用最為普遍，在優(yōu)化機(jī)械設(shè)備性能上起到顯著效果。不過(guò)在耐磨錳鋼材料應(yīng)用中，為保證其性能有效性，工作人員需要對(duì)材料中硅和磷元素含量實(shí)行科學(xué)把控，尤其是磷元素含量，要求在40% 以上，以維持其在鑄造中的沖擊韌性，改善耐磨水平[2-5]。

2.2 耐磨白口鑄鐵

對(duì)于耐磨白口鑄鐵的研究以鉻系白口鑄鐵為主，如高鉻白口鑄鐵、鉻硅耐磨鑄鐵和低鉻耐磨鑄鐵。其中高鉻耐磨白口鑄鐵是當(dāng)前使用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的耐磨件，如CR15、CR26等。而鉻硅耐磨鑄鐵和低鉻耐磨鑄鐵正處于研究過(guò)程中，性能要較高鉻耐磨白口鑄鐵更優(yōu)，耐磨性更強(qiáng)，且消耗成本較低，未來(lái)發(fā)展前景可觀。在未來(lái)發(fā)展中以磨球?yàn)槔?，需要滿足耐磨，不開(kāi)裂，不變形等諸多鑄造工藝要求，朝著節(jié)能、環(huán)保、高質(zhì)量、高耐磨性的方向發(fā)展。鑄造工藝也需不斷嘗試大型化，產(chǎn)業(yè)化和自動(dòng)化。

2.3 非錳系耐磨合金鋼

非錳系耐磨合金鋼是科學(xué)技術(shù)快速進(jìn)步的產(chǎn)物，在礦山機(jī)械設(shè)備中濕式球磨機(jī)襯板中得到廣泛應(yīng)用。該耐磨件是利用低碳高合金鋼鑄造而成的，耐磨性可達(dá)到普通鋼材料的兩倍以上，不僅可以提高機(jī)械生產(chǎn)效率，也能減少機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中故障問(wèn)題的產(chǎn)生，值得大力推廣應(yīng)用。

非錳系耐磨合金鋼耐磨件的鑄造工藝還不是十分完善，隨著技術(shù)水平的提高，工藝水平還可得到較大改進(jìn)，尤其要做好鑄造工藝與合金鋼熱處理工藝的創(chuàng)新優(yōu)化，擴(kuò)展非錳系耐磨合金鋼的性能，增強(qiáng)其使用效果。技術(shù)的不斷進(jìn)步，高強(qiáng)度、高耐磨中碳耐磨合金取得了快速的發(fā)展，硬度50HRC 的合金鋼、αkn達(dá)到每平方米200 焦左右；而硬度在55HRC 的合金鋼，αkn可達(dá)到每平方米100 焦左右，耐磨合金剛的耐磨性、硬度、韌性均得到較大程度的加強(qiáng)，應(yīng)用范圍得到快速擴(kuò)展。

3 錳鋼鑄造工藝體系

從目前機(jī)械設(shè)備鑄造工藝分析可知，錳鋼已經(jīng)成機(jī)械設(shè)備耐磨件鑄造中的重要材料，很多類型的耐磨件均是以錳鋼作為原材料開(kāi)始鑄造的。而產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋旱V山機(jī)械設(shè)備在作業(yè)中，接觸到的礦山材料都較為堅(jiān)硬，如果使用普通的鋼材料，在一段時(shí)間作業(yè)后，很容易因?yàn)榕c礦石間摩擦阻力的加大而縮短其使用壽命，不僅阻礙了礦山開(kāi)采作業(yè)的進(jìn)展，還會(huì)造成較大的資金成本損耗。而錳鋼材料自身的耐磨性較高，將其融入到礦山機(jī)械設(shè)備中，可有效避免上述問(wèn)題的產(chǎn)生，增大礦山開(kāi)采的安全系數(shù)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[6]。

不過(guò)隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源需求量的增多，對(duì)礦山開(kāi)采中機(jī)械設(shè)備要求也在提高，為此，有必要加強(qiáng)錳鋼耐磨性，優(yōu)化機(jī)械設(shè)備使用性能。這就需要對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化、創(chuàng)新。其中最為重要的提升工藝為錳鋼熱處理工藝。為了能夠使錳鋼達(dá)到一定的韌性和一個(gè)比較高的使用標(biāo)準(zhǔn)，可以使用相關(guān)技術(shù)工藝對(duì)錳鋼實(shí)施熱處理，降低錳鋼中的碳含量，加大錳鋼的硬度。而與一般的碳鋼件相比較，錳鋼的導(dǎo)熱性能需要，則采用相應(yīng)的工藝與熱處理技術(shù)相結(jié)合的方式，來(lái)實(shí)施進(jìn)一步的處理。

4 礦山機(jī)械設(shè)備中錳鋼鑄件鑄造工藝的改進(jìn)措施

鑒于錳鋼材料在機(jī)械設(shè)備鑄件中使用的廣泛性，為進(jìn)一步改進(jìn)礦山開(kāi)采效率，維護(hù)礦山機(jī)械設(shè)備性能和安全，有必要加大對(duì)錳鋼耐磨性的研究力度，優(yōu)化筑造工藝的整體水平，進(jìn)而為我國(guó)礦產(chǎn)企業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。具體而言，主要可以從改善錳鋼鑄件的致密度、加強(qiáng)鑄造過(guò)程中錳鋼熱處理工藝這兩方面進(jìn)行著手。

4.1 改善錳鋼鑄件的致密度

錳鋼鑄件致密度對(duì)錳鋼材料耐磨性有著直接影響，所以改善錳鋼致密度就成為工藝改進(jìn)的首要工作。在致密度改善中，需注意以下三方面內(nèi)容：

首先，根據(jù)錳鋼壁厚度情況選擇合理方式，改善致密度，優(yōu)化錳鋼耐磨性能。當(dāng)錳鋼壁厚度超出40mm 時(shí)，工作人員需利用冒口易割片實(shí)施補(bǔ)縮處理，再配合外冷鐵的同時(shí)使用，增大錳鋼致密度。當(dāng)錳鋼鑄件壁的厚度在40mm 以下時(shí)，采用的是同時(shí)凝固的工藝技術(shù)，此時(shí)也需要配合外冷鐵。這其中可以考慮使用發(fā)熱保溫冒口，這種冒口可以增大錳鋼鑄件的出品率，加錢錳鋼的耐磨性[7]。

其次，對(duì)于部分形狀簡(jiǎn)單、數(shù)量較多的鑄造件來(lái)說(shuō)，要想加大鑄件耐磨程度，可直接使用金屬型掛砂工藝加以處理，改善錳鋼致密度，達(dá)到最終目的。同時(shí)金屬型掛砂工藝的應(yīng)用還可節(jié)省更多制造時(shí)間，簡(jiǎn)化鑄造流程。

最后，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照三低操作具體要求開(kāi)展鑄件鑄造施工，以此優(yōu)化錳鋼鑄件的耐磨性能，加強(qiáng)礦山機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效果。其中的三低操作指的是低溫環(huán)境下實(shí)施鑄件配模處理、低溫環(huán)境下開(kāi)展鑄造作業(yè)、低溫環(huán)境下出鋼。

4.2 加強(qiáng)鑄造過(guò)程中錳鋼熱處理工藝

錳鋼耐磨件鑄造過(guò)程中，熱處理工藝的應(yīng)用是為了對(duì)錳鋼材料中單一的奧氏體組織實(shí)施科學(xué)處理，是提高錳鋼鑄件強(qiáng)度和韌性的有效措施，其對(duì)于錳鋼耐磨鑄件的質(zhì)量有著積極作用。眾所周知，錳鋼材料自身熱導(dǎo)性能較差，大約只有碳鋼的三分之一左右。所以其熱處理工藝比一般的碳鋼要求更高，更嚴(yán)?？紤]到在熱處理時(shí)，錳鋼可能會(huì)出現(xiàn)變形或者開(kāi)裂的質(zhì)量問(wèn)題，襯板在裝置時(shí)需要采用豎裝的形式，且對(duì)錳鋼實(shí)施預(yù)熱處理，防止熱漲冷縮導(dǎo)致錳鋼變形開(kāi)裂。

以厚壁的錳鋼材料為例，在熱處理工程中，技術(shù)人員先將溫度緩慢加熱到650℃左右，保持該溫度三小時(shí)，對(duì)錳鋼材料實(shí)施前期的預(yù)熱處理。該過(guò)程的目的是將錳鋼材料中奧氏體進(jìn)行半數(shù)以上的分解。分解過(guò)程中，工作人員要仔細(xì)觀察，查看分解后產(chǎn)生的鐵元素和碳化物結(jié)晶體是否在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如超出，則應(yīng)采取有效措施加以處理，以免影響鑄造質(zhì)量。初期預(yù)熱處理完成后，將溫度上調(diào)至1100℃，持續(xù)時(shí)間在6 個(gè)小時(shí)左右，技術(shù)人員可根據(jù)錳鋼壁后情況適當(dāng)調(diào)整保溫時(shí)間，以免溫度過(guò)高使材料出現(xiàn)脫碳的情況。保溫時(shí)間的把控一般以每小時(shí)25m 來(lái)計(jì)算，降低碳化物溶解帶來(lái)的不良影響。

上述兩個(gè)過(guò)程完成后，工作人員需要開(kāi)展迅速的水冷作業(yè)，開(kāi)始水韌處理。錳鋼在水韌處理時(shí)，入水的溫度大約是1000℃，入水經(jīng)過(guò)三次以上的擺動(dòng)，過(guò)程中注入冷卻循環(huán)水，防止水的溫度太高。水韌處理時(shí)間在8h 左右，溫度控制在450℃以內(nèi)，這樣就可得到較為完整的奧氏體。錳鋼材料的強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、耐磨性都會(huì)得到較大提升，從而滿足礦山機(jī)械設(shè)備的使用要求，維護(hù)礦山開(kāi)采的安全性。

在錳鋼熱處理過(guò)程中，工作人員需要注意的事項(xiàng)為：水韌處理中一定要做好溫度的管控，不允許出現(xiàn)任何偏差，以免影響錳鋼最后的性能。如果在水韌處理中，溫度上升到450℃以上，錳鋼材料中含有的碳化物會(huì)呈粗針狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)失衡，降低錳鋼韌性和強(qiáng)度，最終破壞耐磨性能。而使用存在問(wèn)題錳鋼材料的機(jī)械設(shè)備，礦山開(kāi)采難度增加，資金成本損耗增大，危險(xiǎn)系數(shù)提升[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析與論述我們可以獲知，錳鋼作為目前礦山機(jī)械設(shè)備最廣泛使用的材料，優(yōu)化其耐磨性、強(qiáng)度和韌度對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備工作效率、安全作業(yè)有著積極意義。為此，在未來(lái)的工作中，我們就應(yīng)結(jié)合礦山產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)況，礦石資源需求量要求及傳統(tǒng)工藝存在的問(wèn)題，加大對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備錳鋼鑄件鑄造工藝的研究力度，從不同角度優(yōu)化錳鋼鑄件的耐磨性能，完善鑄件鑄造工藝，更好的適應(yīng)目前礦山開(kāi)采的各項(xiàng)需求，以此規(guī)避危險(xiǎn)事故的發(fā)生，并最終為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。