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1、2 0 0 9 全国水泥立磨技术和装备研讨会论文集立磨用耐磨材料与抗磨技术中国机械工程学会磨损失效分析与抗磨技术专业委员会近些年来随着中国经济的高速发展，在巨大的市场需求和强劲投资的拉动下，中国的水泥行业出现了持续的建设热潮，每年建设新型干法生产线1 0 0 条以上，作为水泥厂重要设备的立磨由于具有粉磨效率高、电耗低、烘干能力大，允许入磨物料粒度大、粉磨工艺简单、占地面积小、噪音低、操作容易等诸多优点得到了广泛应用。根据有关统计，目前我国水泥行业立磨保有量在1 1 0 0 台以上，立磨用耐磨材料总量在迅速上升、已经形成一个可观的市场，在当前倡导循环经济、大力推广节能、节材、降耗的形势下，立磨用
2、耐磨材料的选材、节材、降耗就更加具有现实意义。图1 是史密斯A I “ O X 立磨的原理图。立磨工作时，物料( 石灰石或矿渣) 经过入料溜槽进入磨机内，借助磨辊和磨盘的辊压和碾磨，物料被粉碎。粉碎后的细粉溢出磨盘，被从磨机底部通过导风环吹进来速度高达6 0 7 0 米秒以上的上升热气流烘干，并带入选粉机进行粒度筛选。合格的细粉排出磨外。不合格的粉末，仍回到磨盘上进行再粉磨，直至粉磨成合格的粒度后排出磨外。在此过程中，立磨内的零部件受到块状的物料磨损和高速气流携带的粉末颗粒的冲蚀磨损，需要采用耐磨材料。立式磨机与管磨机相比，所应用的耐磨材料种类多、档次高，其主要耐磨材料应用部位如示图1 所示：
3、主要在磨辊、磨盘、选粉机等工作部件以及磨衬、溜槽、管道等部位，这些工作部件或保护衬根据自身的功能和所处工况不同，选用不同的耐磨材料和工艺来制造，大致可以划分为以下几类：辅助战速, t i nI ：蒋造材料( 商铬铸铁蘧镇硬铸铁)：耐磨复合锕拉 T ：耐磨涂料C ：。陶瓷贴片s ：耐磨钢板图1 史密斯A T 0 x 立磨的原理图1 3口中目水弘协命 、昏矽c H 认C E M E N T A S S O C “T I O N1 抗磨合金白口铸铁立磨的磨辊和磨盘衬板，主要用抗磨合金白口铸铁制造；这类铸铁由于含有大量的合金碳化物，具有很好的耐磨性和一定的冲击抗力，很适合制造磨辊、磨盘这样冲击负荷不大
4、的易磨损件，其中典型的应用主要有高铬铸铁和镍硬铸铁。镍硬铸铁出现于上个世纪二十年代，最初是在普通白口铸铁的基础上加入3 0 5 0 的镍和1 5 3 O 的铬，得到非常硬而耐磨的马氏体基体+ 网状M s C 型碳化物组织。镍和铁无限固溶，能有效的提高淬透性，促使形成马氏体一贝氏体基体。铬的加入可以阻止石墨化，促使形成碳化物，并提高M 。C 型碳化物的硬度，使其硬度由不含合金时的H V 9 0 01 0 0 0 提高到H V l l 0 0 “ “ - “ 1 2 0 0 ，这就是镍硬I 和镍硬I I ，后来在此基础上对其进行改进，对于冲击工况下工作的部件降低含碳量( 卜1 6 )获得了抗冲击磨
5、损的镍硬I I I ，低的含碳量、降低了碳化物的数量。在获得一定韧性的同时，牺牲了部分耐磨性。到了上个世纪中叶出现了镍硬抗磨铸铁它有着较高的含碳量( 2 6 3 2 ) ，与此同时，增加了镍( 5 5 - 6 5 ) 和铬( 8 0 - 9 O ) 的含量，这使得镍硬具备高硬度和良好的耐磨性同时，还具有较高的冲击疲劳强度，由于镍硬的出现镍硬I I I 就很少使用了。我们立磨中磨辊磨盘所用的镍硬铸铁基本上都是镍硬铸铁。镍硬铸铁可以用冲天炉生产，但是，推荐采用电炉熔炼，这样可以保证铁液的温度，特别是镍硬要求采用电炉熔炼，这样还可以保证合金的充分熔化、降低合金元素的烧损，当然，采用冲天炉与电炉双联也
6、是可以的。，镍硬材料在铸态时就具有很高的硬度，但抗冲击疲劳强度不高，因此，大都经热处理之后使用。热处理在提高了镍硬铸铁的冲击疲劳强度的同时，还进一步提高了硬度，降低了内应力。镍硬的热处理是在7 5 0 - 8 0 0 空冷或炉冷，空冷可以明显地提高硬度和冲击强度，炉冷可比空冷获得更高的冲击疲劳强度。在特殊情况下，对于镍硬材质的磨辊磨盘这样的厚大铸件，采用较低的加热温度是比较合适的，例如；5 5 0 4 小时+ 空冷+ 4 5 0 x1 6 小时+ 空冷。由于镍硬的良好的耐磨性和一定的抗冲击疲劳性能，得到了广泛应用。被用来制作立磨辊套、磨盘衬板等，在早期的电力行业和 水泥行业的煤磨磨辊和磨盘衬板
7、都有应用，在水泥生料立磨也有部分应用，例如德国莱歇( L o E s C H E ) 等公司。高铬铸铁的出现可以追溯到上个世纪2 0 年之前，早在1 9 1 7 年就获得了美国专利，2 0 世纪6 0 年代人们对于高铬铸铁的成分性能作了大量的研究，其后美国克莱麦克斯镅公司对含钼和铜的高铬铸铁进行了系统的研究，8 0 代由美国材料试验学会制订了抗磨铸铁标准：A s T MA 5 3 2 。我国也1 9 8 7 年和1 9 9 9 年将其写入抗磨白口铸铁技术条件和抗磨白口铸铁件国家标准中，并于今年8 月再次修订。目前高铬铸铁已经发展为一个成熟的系列，是得到了广泛应用的抗磨铸铁。与镍硬铸铁不同，高铬
8、铸铁的碳化物是孤立地分布在基体之上的，这提高了高铬铸铁的冲击抗力。高铬铸铁在实际应用中要进行热处理使基体硬化以提高其耐磨性，对于磨辊磨盘这些厚大铸件，为了增加淬透性、。需要加入一定量的M o 、N i 、C u 等合金，合金加入量的多少根据壁厚决定。有数据表明：高铬铸铁材质的磨辊和磨盘衬板要比镍硬铸铁材质的同种部件呈现较高的耐磨寿命，因此，目前的磨辊磨盘高铬铸铁材质占主流。高铬铸铁的淬火是非常重要的一道工序，对于磨辊磨盘这样厚大的铸件，为防止淬火应力和相变应力引起开裂，通常选择空冷淬火。所以多选择铬的含量在2 0 左右空淬性好的材质制作磨辊磨盘，并加A , M o元素等提高淬透性。德国伯力休斯
9、等立磨的磨辊就都是使用含铬2 0 左右的高铬铸铁整体铸造的，磨盘是同种材质分块铸造。沈重开发研制的高铬铸铁磨辊成分为：C 2 5 3 5 ；S i O 5 - - - 1 O ：M n 0 5 一-0 8 ：c r 1 5 0 0 “ - - 2 3 ：0 0 ；M o ：1 8 2 5 ；N i ：0 6 1 2 ；C u ：0 8 1 2 ；P O 0 7 0 ；S O 0 4 0 ，铸态时硬度在H R C 5 8 ，热处理后达至- 0 H R C 5 8 - 6 2 ，在M P S 立磨上装机试验结果耐磨寿命优于镍硬铸铁。对于C r 2 0 高铬铸铁成分的铸件一般是在9 6 0 - 1
10、0 2 0 。C 保温2 6 小时出炉空冷，并在2 0 0 3 0 0 作回火处理。组织为共晶碳化物M t C 。+ 二次碳化物+ 马氏体+ 残留奥氏体，这是我们期待的组织。对于磨辊磨盘这样厚大的铸件，一般采用亚共晶成分，以便获得一定的抗冲击性能，硬度也不易过高，无论是何种材质铸造磨辊磨盘，提高冶金质量，消除铸造缺陷、降低夹杂物永远是一个追求目标，同时，供货态的产品必须是消除应力状态，否则，有可能在使用中开裂。对于耐磨材料，安全是第一位的，1 42 0 0 9 全国水泥立磨技术和装备研讨会论文集只有在保证安全运行的前提下，最大限度地提高耐磨寿命才是有意义的。近年，为了进一步提高铬铸铁性能，国内
11、外相关学者和企业正进行了高铬铸铁高性能化的研究开发工作。通过适当的合金化和热处理，高铬铸铁的硬度可以达至I J H R C 6 6 ，这样可以大幅度地提高耐磨性，但是却使其耐冲击性能下降，对于水泥立磨磨辊磨盘这样厚大并且承受定冲击载荷的铸件是不合适的。然而， 通过缩小工件使用尺寸，将其嵌入到韧性好的材质中则是一种有意义的做法，这已被马克托公司成功地用于制作磨辊，称之为：D U O C A S T 。其做法是将含铬1 6 的高铬铸铁充分硬化至I J H R C 6 2 6 6 ，将其镶嵌到整体铸造的球铁表面，制成复合磨辊，球铁胎体选用的是3 0 0 B H N ，延伸率为7 的材质，可以充分保证
12、磨辊运行安全，而硬度为H R C 6 2 - 6 6 的高铬铸铁嵌块则可以充分发挥其优异的耐磨性。实际使用取得了很好的效果，是镍硬铸铁磨辊的1 3 - 1 5 倍，在L M 3 8 莱歇磨辊套的使用中最后被磨损至l J1 5 m 一2 0 m m 壁厚时也没有发生辊套破裂问题。该公司还有另外一种含有硬质颗粒的复合材料X w i n ，将其与高铬铸铁复合起来制作磨辊衬板或辊皮，也可以像D U O C A S T 那样在与高铬铸铁复合后，镶嵌在球墨铸铁的辊胎中。2 耐磨堆焊对于磨损的磨辊磨盘，采用堆焊的办法使其恢复尺寸，从而恢复碾磨效率，无疑是一个事半功倍的举措，并且，通过选择耐磨焊材和堆焊工艺可
13、以使修复的磨辊磨盘达到原来新品的I 5 倍甚至到2 倍的使用寿命。然而，堆焊修复水泥立磨磨辊并不容易，一开始只是在发电厂等小型煤磨上堆焊取得成功，对于水泥生料磨辊重量大、工作负荷大的大型合金白口铸铁件还是有相当的难度的，经过人们十几年的研究和摸索实践，总结了一套水泥立磨磨辊磨盘堆焊工艺，并开发了若干具有优良耐磨性能的堆焊材料，其中有如英国w A 公司、德国V A U T I D 、以及日本K U R I M O T 0 公司等等，都取得了大量成功的经验，其产品和技术都已经进入中国，并占有项相当的市场份额。其共同特点是采用明弧自保护焊丝，这是目前堆焊磨盘磨辊采用较多的方法，明弧焊有弧光，但是由于
14、不使用焊剂，对于磨辊这样的回转件堆焊施工很方便，通过控制堆焊热输入、层问温度等，在焊层中创造裂纹释放焊接应力，从而得到铸造方法难以得到的高碳高合金焊层，焊层为过共晶组织，含有大量的初生碳化物，能够有效地抵抗物料的磨损。另外，埋弧堆焊也是一种磨辊磨盘堆焊方法，焊剂对于熔化的焊丝具有保护作用，熔滴通过焊剂向辊体表面过渡，通过选择焊丝合理搭配焊剂，实现好的堆焊效果。目前我国水泥行业已经广泛地应用堆焊技术修复磨辊磨盘，经堆焊修复的磨辊磨盘寿命可达新品甚至超过新品的耐磨寿命，而成本仅为更换新品的一半，具有明显的经济效益，堆焊修复可以多次重复进行。对于堆焊修复的磨辊，不希望磨损到极限再堆焊，因为这样工作间
15、隙变大，而且磨辊表面形貌在磨损后期变得不规则，一方面严重影响碾磨效率，另一方面也给堆焊修复增加困难，而且容易引起辊套开裂，而及时地堆焊可以适时地控制磨辊磨盘的形状，保证磨机的工作效率，对于堆焊质量也有利。采用堆焊方法不但可以修复，还可以制造新品：以低碳铸钢为辊胎，预留堆焊尺寸，在其上堆焊耐磨合金，这样就制成了复合磨辊，这样的磨辊，开裂的可能性小，表面又非常耐磨，并且可重复堆焊的次数更多，对于大直径的整体磨辊是一个值得推介的制造方法。目前，字部等立磨原机所带的新辊就经过预先堆焊，目前国内一些企业也在制作堆焊复合磨辊。焊材是决定耐磨寿命的关键，目前，国内使用的焊材主要有W A 公司的H C O ，
16、C N 一0 等，以及V A U T I D 公司的V A U T I D - - 1 0 0 、V A U T I D - 1 4 3 等海外公司国内生产的也有一些，国产的耐磨堆焊用自保护焊丝也有大量的供应，并且价格不高。堆焊设备对于堆焊质量有着重要影响，工作稳定的电源和控制系统是堆焊质量的必要保证。堆焊是一个系统的工程，只有堆焊材料，堆焊工艺、堆焊设备、堆焊人员的技能和经验四个方面都得到保证，才能最终获得高质量的堆焊产品。3 耐磨钢板耐磨钢板是一种用于耐磨用途的低合金高强度钢板，其提高耐磨性的途径是在普通低合金钢的基础上添加少量合金( 2 3 ) 提高钢板的淬透性和淬硬性，然后通过适当的热处理来提高材料的硬度，从而提高钢板的抗磨性。耐磨钢板除了表现出一定的耐磨性以外，还具有可焊性和冷成型能力，因此制作立磨的内部结构件的时候非常方便。国外耐磨钢板的主要厂家及规格有：瑞典H A R D o X ( 4 0 0 、4
