锤式破碎机锤头的材质及选择

来源：爱go旅游网

1998・1・中国建材装备技术交流

西安交通大学材料学院

西安铁路信号工厂模具分吕厂振林白饶蓉启昌

锤式破碎机

[摘要]本文综述了近年来锤头的磨损机理及材质的研究与应用情况,并提出了锤头的选

材原则。

[Abstract]Theresearchofwearmechanismandwear2resistantmaterialsofhammersusedinhammercrusherinrecentyearsandtheirapplicationshavebeenreviewedinthispaper.Anadviceonmaterialselectionofhammersisproposed.[关键词]锤头材质[Keywords]hammermaterials.

锤头的材质及选择

Hm500左右,但加工硬化层深度仅为015mm,而距表面011mm处硬度最高值仅为Hm380左右。2.锤头的磨损机制

锤式破碎机是矿山、冶金、建材及电力行业广泛使用的破碎设备,用于将开采的矿石破碎成适于粉磨的物料,其工作量极其繁重,而工作条件又极其苛刻。锤头是其主要的易磨损件,消耗量极大,如何提高锤头的使用寿命,关键在于分析其工况条件及磨损机理,根据工况条件合理的选择材质。本文简要介绍锤头研究及使用情况,为合理选材提供参考。1.锤式破碎机的工作原理

锤式破碎机破碎物料时,主要是利用高速旋转的锤头将由高处落下的物料破碎。被破碎的物料以高速度向篦条方向冲击,粒度较大的物料经过反复破碎,当粒度合乎要求时,即从篦缝中排出,其工作原理如图1所示。

锤头在工作期间,并不是整个锤面全部用于破碎物料,只有靠近边缘的区域进行破碎,我们称之为工作区,随着锤头不断磨损,工作区不断发生变化,如图2所示,物料对锤头的磨损方式也随之发生变化。前期以撞击磨损为主,逐渐地转变为后期以冲刷磨损和显微切削为主。当锤头被磨损到一定程度时,破碎效率降低很多,只好倒换锤面或更换锤头。

从SEM电镜分析可以看出[1],物料撞击锤面产生较大的撞击坑,其冲击力全部转换为对锤面的压应力,造成了锤头表面的加工硬化,形成硬化层。物料对硬化层的多次撞击产生疲劳裂纹,裂纹扩展交割形成磨屑,磨屑脱离锤面而造成磨损。

图2锤头与物料在工作期间相互作用示意图

11喂料口21锤头31篦条41出料口

图1锤式破碎机工作原理

锤式破碎机工作频率高,运行速度快,但冲击力并不太大,因此传统使用的高锰钢锤头的加工硬化效果较差,尤其是小型锤头(610kg左右)加工硬化效果更差。虽然表面最高硬度可达

实际上,物料的形状为不规则的多面体,在与锤头相互撞击时,以尖角与锤面接触的几率为最大。当进行正向撞击时,物料尖角压入锤面形成撞击坑,冲击力F全部转换为对锤面的压应力,使锤面产生变形硬化。当冲击力F以冲击角α打击锤面时,物料对锤头的磨损方式发生了变化。F可以分解为两个力,如图2(c)所

α,它决定了物料侵示。一个是垂直于锤面的法向应力F法=Fsin

技术交流

入的深度及锤头加工硬化的程度;一个是平行与锤面的切向力

α,它决定了物料对锤面的显微切削作用程度,二者F切=Fcos

的大小取决于冲击角α。在锤头工作初期,物料以α≈90°的冲击角打击锤面,这时主要为撞击磨损。由于锤头边缘(即图2(a)中的A点)薄弱,最易磨损,很快被磨损到图2(b)的状况,此时将有部分物料以α󰃉90°的冲击角打击锤头,由此而造成对锤头的冲刷磨损。当α角较小时,F法变小,锤头受到的压应力变小,使锤面冲刷磨损部位加工硬化层变浅,锤头表面硬度增加不大,而F切却很大,加剧了对锤面的显微切削磨损,使金属大量的从锤面迁移,因此冲刷磨损是锤头磨损失效的主要机理。中国建材装备1998・1・

等性能,在实际生产中也得到了较好的使用效果。表1高碳锰合金铸钢锤头与高锰钢锤头对比试验[2]

312中锰钢锤头为了不增加锤头的价格,又能达到ZGMn13锤头的使用效

果,根据锰量降低后,奥氏体稳定性下降,从而提高奥氏体形变硬化效果的理论基础,人们开发了中锰钢锤头(锰含量为5～

),其实际使用寿命比ZGMn13提高了50%9%以上,如表2所

示,取得了较好的使用效果。我们研制的铸态中锰钢锤头在破碎钠长石时,其使用寿命比ZGMn13提高60%以上[3]。同时铸态中锰钢锤头最大的优点在于其有磁性,可通过磁选除去矿石中的铁屑,保证陶瓷制品的烧结质量,而高锰钢因无磁性,其磨屑混杂在钠石粉中,就会影响陶瓷制品的烧结质量。表2

中锰钢锤头的使用效果[4]

图3

3.锤头材质

锤头表面硬化曲线[1]

313高铬铸铁复合锤头

由上述可知,锤头的磨损机理是以冲刷磨损为主,并伴有低应力的撞击磨损。因此锤头材质的选择不仅要求从磨损机理考虑,而且要根据工况条件及锤头的大小来考虑。从小型锤式破碎机锤头材质来分析,通常使用的材质有以下几种:

311

众所周知,高铬铸铁是一种具有优良抗磨性能的耐磨材料,但韧性较低,易发生脆性断裂,为使高铬铸铁锤头安全运行,人们开发了复合锤头,即将高铬铸镶铸在高锰钢或低合金钢锤头头部,或者锤头工作部分采用高铬铸铁,锤柄部分采用碳钢,将两者复合起来,使锤头头部具有高硬度,高耐磨性,而锤柄部具有高韧性,充分发挥两种材料的各自优点而克服单一材料的缺点,满足使用性能要求。在水泥行业破碎水泥熟料,其使用寿命比高锰钢锤头提高2倍以上,如表3所示;破碎石灰石和白云石提高5倍以上;在立式破碎机上破碎硅石时可提高10倍以上,

高锰钢锤头

高锰钢仍是锤头传统材质,经多年使用观察发现高锰钢锤

头并不耐磨,使用寿命短,破碎石灰石的锤头一般可工作2～3个月,在有些工况条件下,使用不到一个星期,高锰钢锤头之所以不耐磨,如前所述,一是锤头的磨损是以冲刷磨损为主,二是锤式破碎机锤头在运转过程中所受的冲击力并不大,使高锰钢锤头的加工硬化效果不显著,如图3所示。由图3可见,锤头重量越大,所受的冲击力越大,其强化效果越显著。因此,作为大型锤头的材质,强化高锰钢仍是可供选择的材质。加入Cr的强化高锰钢锤头,在破碎铁矿石时,锤头的使用寿命比普通高锰钢提高50%,如表1所示。另外也可采用含锰量为17～19%的超高锰钢,同时增加Cr、Mo等元素,提高其屈服强度和初始硬度

1998・1・中国建材装备技术交流

如表4所示。但复合工艺要求较高,复合部位或镶铸块需仔细处理,否则易出废品。

表4复合锤头与Mn13锤头对比[6、

4.锤头材质选择的几点建议

低合金钢锤头

高铬铸铁复合锤头,虽具有较高的使用寿命,但其制造工艺复杂,工艺要求较严格,同时严禁铁块进入破碎机,一般要求在喂料前端有二级吸铁装置。为此,近年来研制开发了多种多元低合金钢锤头,其基体组织有马氏体,贝氏体或贝氏体+马氏体复合组织。锤头硬度HRCΕ45,冲击韧性dk≥15J/cm2。在同等工况条件下,其使用寿命至少比高锰钢锤头提高1倍以上,如表5,6所示。我们在广州水泥厂试用了kg重的低合金钢锤头,其破碎石灰石可用7个多月,而高锰钢锤头仅用3个月,寿命提高1倍多[9]。

314

综上所述,锤头在使用中不同程度地承受撞击磨损与切削磨损,对使用的材质提出高韧性与高硬度的要求,但众所周知,韧性与硬度是一对矛盾。因此在实际选择材质时,一定要充分了解工况条件及其磨损机制,合理选用材质。4.1锤式破碎机的大小及锤头的重量。破碎机规格越大,锤头重量越重,其所破碎物料的块度越大,因此,锤头受到的冲击载荷也越大。为此,在选择材质时应首先考虑在保证锤头韧性的前提下提高其硬度。

4.2所破碎物料的块度与硬度。物料硬度越高,对锤头材质的硬度要求越高;而物料块度越大,对其韧性要求越高。

4.3在选用锤头材质时,还应考虑到技术经济效果,力争做到优质价廉,具有市场竞争力。同时还应考虑其工艺合理性,使生产厂易于组织生产与质量控制。

参考文献

(1)何振明,傅绍伯等1锤式破碎机锤头磨损失效分析,磨

损失效分析案例汇集,机械工业出版社,1985,67—74

(2)李茂林,常润,鲁幼勤1高碳锰合金耐磨铸钢的试验研究,第二届全国金属耐磨材料学术会议论文集,1984,88—92

(3)吕振林,邓喜林1中锰铸钢及其在锤式破碎机锤头上的应用,机械科学与技术,1997增刊,34—37

(4)何振明1奥氏体中锰钢锤头和板锤的试验研究,矿山机械,1985,№7,33—38

(5)朴东学,平献忠1白口铸铁—铸钢上金属复合铸造材料及工艺的研究,水利电力机械,1988,№3,33—39

(6)张庆安,黄修1复合锤头试验研究,第三届全国金属耐磨材料学术会议论文集,1986,103—106

(7)刑书明,刘建华等1高铬铸铁铸钢双金属复合锤头的研制,矿山机械,1993,№1,25—27

(8)廖承驹,林荣泼1锤头用耐磨铸钢30CrNiMoRe的研制与应用,第二届全国金属耐磨材料学术学会议论文集,1984,33—40

(9)吕振林,时惠英等1含碳量对低合金耐磨钢冲击磨损耐磨性的影响,铸造技术,1997,№1,16—18

(10)耿刚强,郝建民等1ZGB型贝氏体钢破碎机锤头的研制与应用,耐磨材料及失效分析,机械工业出版社,1993,142—

149

因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容

查看全文