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1、按物料特性选择耐磨材料 是生产和应用耐磨材料的正确 途径 中集华骏铸造公司 周立刚 潘春刚 合肥水泥研究设计院 李茂林 一、前言 ： l 最近(2009.12.18.)美国西埃比(CAB)公司，带来美国矿山 用户的三种矿石，请中集华骏铸造公司按照这三种矿石样 品，选择采用那种合金成分的高锰钢。 l 公司立即派人带着三种矿石到河南理工大学对矿石成分、 岩相组成、矿石物理性能等进行全面分析测定。在认真全 面分析基础上，我们根据帮德粉碎功理论，提出选择耐磨 材料的建议，得到美方的确认和赞许。 l 这种按照矿石成分、岩相组成、矿石物理性能测定；并根 据矿石粒度、水分、含泥量等工况条件；再根据破碎设备
2、耐磨件的形状及厚度选择耐磨材料。是我们耐磨材料企业 生产和研制新型耐磨材料的正确途径。 二、对美国矿山用户三种矿石的测定 对美国带来的 NC、LB和LE三块岩石样品中矿物 质进行定性和定量分析 2.1.测试单位:河南理工大学X射线衍射实验室.(1) 2.1.1.测试方法 应用X射线衍射仪，通过样品的粉晶衍射图谱 ，利用Philips HighScore软件系统分析岩石的矿 物组成，并根据其中各组分的相对衍射强度分析 了各种矿物组分的相对含量. 2.2.2.试验设备、样品处理 X射线衍射仪 仪器型号：德国Bruker D8 Advance粉晶衍射仪（图1）。 图1 测试参数：发射器：Cu靶，检
3、测器：石墨单晶检测器 电流、电压：40mA，40kV 扫描范围：5-105 标准卡片数据库：PDF-2004 分析系统：XPert HighScore System 样品处理 原始岩样经充分粉碎、研磨，过 150目筛，直接上机扫描。 2.2.3.测试结果及分析 NCNC、LBLB和和LELE三个样品的原始扫描图谱三个样品的原始扫描图谱( (省略省略); );相相 应衍射谱图的全部衍射峰特征应衍射谱图的全部衍射峰特征( (省略省略) )；应用；应用Philips Philips HighScoreHighScore软件系统配合软件系统配合PDF-2004PDF-2004标准卡片库，识别标准卡片库
4、，识别 出不同衍射峰所代表的矿物，经鉴定三个样品的矿物出不同衍射峰所代表的矿物，经鉴定三个样品的矿物 组成均为石英组成均为石英(Quartz)(Quartz)、长石（、长石（AlbiteAlbite）和黑云母（）和黑云母（ BiotiteBiotite）。各种矿物组分在衍射峰的上端作出标记。根）。各种矿物组分在衍射峰的上端作出标记。根 据样品中组分衍射峰的相对强度进行了半定量，结果据样品中组分衍射峰的相对强度进行了半定量，结果 如表如表1 1所示。所示。 样品 编号 矿物 组成 Mineral Compositi on 卡片号化学式 相对 含量 NC石英Quartz01-070-3755SiO
5、250% 钠长石Albite00-076-0926(Na0.75Ca0.25)(Al1.26Si2.74O8)38% 黑云母Biotite00-042-1414K(Mg,Fe+2)3(Al,Fe+3)Si3O10(O H,F)2 12% LB石英Quartz01-070-3755SiO264% 钠长石Albite00-009-0466NaAlSi3O821% 黑云母Biotite00-042-1414K(Mg,Fe+2)3(Al,Fe+3)Si3O10(O H,F)2 15% LE石英Quartz01-070-3755SiO253.5% 钠长石Albite00-076-0926(Na0.98C
6、a0.02)(Al1.02Si2.98O8)36.4% 黑云母Biotite00-042-1414K(Mg, Fe+2)3(Al,Fe+3)Si3O10(OH, F)2 10.1% 表1. 样品组成分析结果 2.3.岩石力学参数测试 河南理工大学岩体力学实验室对岩石力学参数进行测试(2) 2.3.1.说明 岩石力学参数是进行理论计算和设计重要的原始参数，也是进行 岩石分类的重要依据之一。 河南理工大学能源科学与工程学院岩体力学研究实验室，对三种 岩石（编号分别为LB、1NC和 2LB）的抗压强度、弹性模量、变形模量 和泊松比进行测试.试验按照中华人民共和国煤炭行业标准煤和岩石物 理力学性质测定
7、方法（MT3849-87）的要求进行，岩石力学参数试 验在RMT150B岩石力学试验系统进行试验。 2.3.2.试验设备、仪器和材料 2.3.2.1.试样加工设备 钻石机：取芯直径为25mm100mm，取芯长度为200mm，手动 钻进自来水冷却。 锯石机：锯片直径为600mm，切割试样尺寸小于 250mm250mm250mm，自动切割。 磨石机：磨轮直径为200mm，磨削试样尺寸小于25mm200mm 。手动加自动进刀自来水冷却，两端面平行度小于0.05mmm。 2.3.2.2.检测工具 游标卡尺（精度0.02mm）、直角尺、水平检测台、百分表及百分表 架。 2.3.3.试验设备及仪器 2.3
8、.3.1.RMT-150B岩石力学试验系统： 试验在中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RMT-150B型岩石力学 伺服试验机上完成。该试验系统主要由主控计算机、数字控制器、手动控制 器、液压控制器、液压作动器、三轴压力源、液压源以及进行各种功能的试 验附件等组成，如图2所示。 图2 RMT-150B型岩石 力学试验系统 2.3.3.2.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 2.3.3.2.1试样的规格： 试样规格按煤炭行业标准 MT38-49-87煤与岩石物理力学性质 测定方法规定的要求：由于岩样尺寸和数量有限，见照片35。采 用锯、钻和磨工序加工成50mm50mm的试样，见照片68。 2.3
9、.3.2.2试样加工精度： 试样两端面的平行度偏差不得大于0.005cm。 试样两端的尺寸偏差不得大于0.02cm。 试样的两端应垂直于试样轴线。 2.3.3.2.3试样数量：每组试样数量一般不少于3个。 2.3.3.2.4试样含水状态:所有岩芯均采用自然含水状态。 2.4.岩石抗压强度及变形参数测定 l 岩石抗压强度是目前煤矿工程中使用最广泛的岩石力学特 性参数。它是指岩石单轴压缩时能承受最大应力值。首先 把制备好的试样置于试验机下承压板上，装上轴向位移传 感器和两个横向位移传感器并调整到位。试验采用位移控 制，加载速率为0.02mm/s，在计算机控制下进行加载直 至试样破坏。 岩石的抗压强
10、度、弹性模量E、变形摸量E50和泊松比试验结 果，见表2所示。 岩石单轴压缩的破坏形态，见照片9-照片11所示.从附照片可以 看出，试样单轴压缩破坏特征较为复杂，试样大多以剪张型破坏为 主。 表2 岩石抗压强度、弹性模量ET、变形摸量E50和泊松比测定结果 编编号 岩样样尺寸 /mm抗压压强度 /MPa弹弹性模量/GPa变变形模量/GPa泊松比 直径高度单值单值均值值单值单值均值值单值单值均值值单值单值均值值 LE-149.8848.24139.77 153.49 24.44 26.01 14.42 15.87 0.23 0.28 LE-249.9250.64154.7926.8618.580
11、.31 LE-349.9249.56165.9226.7514.600.31 NC-149.8448.90206.59 224.83 43.52 46.26 26.98 24.10 0.22 0.24 NC-2 49.9249.52242.4155.5725.400.31 NC-3 49.9250.62225.4839.7019.920.20 LB-150.0051.08187.02 183.63 37.08 37.76 22.03 21.09 0.21 0.18 LB-249.9649.40177.9341.3624.770.12 LB-349.9450.38185.9534.8518.91
12、0.22 照片3 岩石LE试样照 照片4 岩石NC试样照 照片5 岩石LB试样照 照片11. 试样LB破坏后形 照片10 试样NC破坏后形态照片9试样LE破坏后形态 照片6.试样LE破坏前形态照片7 试样NC破坏前形态照片8. 试样LB破坏前形态 2.5.岩矿鉴定 岩矿鉴定在河南理工大学资环学院地质系进行(3) 2.5.1.样品编号LE 手标本特征：岩石呈总体呈灰白色略带淡黄色，细粒花岗结构，片 麻状构造，主要矿物成分为长石、石英，黑云母。矿物颗粒大小一般 1mm左右， 黑云母和石英的定向性明显，黑云母呈断续的条带状分布 。 镜下特征：矿物组成主要为微斜长石、钠长石、石英、黑云母 微斜长石：半
13、自形粒状结构，发育特征的格子双晶。 钠长石：自形柱状结构，发育聚片双晶，卡钠复合双晶。 石英：它形粒状，具波状消光，少量石英具碎裂结构 黑云母：黑云母略具定向性，其他矿物定向性不明显。 定名：片麻状细粒花岗岩 2.5.2.标本编号： LB 手标本特征：岩石总体呈浅灰色，中粒花岗结构，块状构造，略显片麻状构造 。主要矿物成分为长石、石英，黑云母。矿物颗粒大小不等，一般24mm左右， 少数1-2mm，其中长石颗粒较相对较大。黑云母和石英略显定向性。 镜下特征：矿物组成： 微斜长石：钾长石与钠长石构成格子双晶，微斜长石，半自形 钠长石：发育聚片双晶，卡钠复合双晶，自形结构，部分微斜长石还与钠长石 形
14、成包含结构，沿裂隙充填有石英颗粒。 石英含：它形结构。 黑云母：黑云母略具定向性，其他矿物定向性不明显。 定名：弱片麻状中粒花岗岩 2.5.3.标本编号： NC 手标本特征：岩石总体呈浅灰色，中粒花岗结构，块状构造。主要矿物成分 为长石、石英，黑云母。矿物颗粒1-2mm左右，颗粒大小相对较均匀。 镜下特征：矿物组成主要为斜长石，石英、黑云母，绿帘石 斜长石：半自形到它形结构，普遍发育聚片双晶，推测为奥长石，斜长石与 石英形成包含结构，斜长石包嵌石英。少量长石发育波状消光，推断是岩石由构 造应力应力影响所致。 石英含：它形结构。 黑云母、绿帘石：它形-半自形，绿帘石由黑云母蚀变而成。 定名： 细
15、粒英云闪长岩 3对美国矿山用户的三种矿石测定数据的分析 3.1.根据岩石分析报告的有关数据 3.1.1. 根据表1样品组成分析结果 可知样品NC钠长石含量为38%，比LE含量36.4%；LB含量21% 都高. 而黑云母和石英含量较低； 3.1.2.根据表2岩石抗压强度、弹性模量ET、变形摸量E50和泊松比测 定结果； NC的平均抗压强度为224.83Mpa； 弹性模量46.26%Gpa；变形 模量24.10%GPa三者中最高。 LB次之； 3.1.3从照片10岩石单轴压缩的破坏形态可以看出，试样单轴压缩破 坏特征较为复杂，NC试样大多以剪张型破坏为主，但与LE和LB比， 有明显的粉碎性破坏形式
16、。 3.1.4.根据2.5岩矿鉴定 NC定名细粒英云闪长岩. 由上述有关数据分析可见LC钠长石含量，抗压强度，弹性模量， 变形摸量均高； 具有明显的粉碎性破坏形式。因此LC在选择耐磨材料 时,应该特别对待。 4.根据裂纹理论(又名帮德理论)(4) 帮德(F.C.Bond)粉碎第一原理指出，粉碎过程中的能耗是入料的积 累能耗与产品积累能耗的差值。积累能耗是指，将一块无限大的物体粉 碎到一定粒度时，单位质量产品消耗的总能量。所以任何物质都具有积 累能耗，其值随颗粒粒度的减小而增加。 帮德粉碎第二原理指出，粉 碎的能耗与裂纹长度成正比，对那些形状规则并相似的颗粒来说，单位 体积内物料的裂纹长度与颗粒直径的平方根成反比。根据上述原理，帮 德提出:在粉碎过程中，有用功与新产生的裂纹总长度成正比。与颗粒 直
