PF 1 0 1 0反击式破碎机锤头材质的研究.pdf

第 2 7卷 第 4期 2 0 0 5年 8月 水利 电力机 械 WATER C0NS E RVANCY EL ECT RI C P OW ER MAC HI NERY Vo 1 ． 2 7 No． 4 Au g． 2 0 05 P F 1 0 1 0反击式破碎机锤头材质的研究 Re s e a r c h o n t h e ma t e r i a l q u a l i t y o f t h e h a mme r h e a d f o r t h e PF 1 0 1 0 r e a c t i o n c r u s h e r 杨文涛 ， 封 方 东 湖南商 务职业技术学院 ， 湖南 长 沙4 1 0 2 0 5 摘要 研 完了一种 用于 P F 1 0 1 0型反击式破 碎机 锤 头的铬 系合金抗 磨材料在 此基 础上 ， 对锤 头的磨损 机 理进 行 了分析 ， 根据锤 头的性能指标 ， 对锤 头的化 学成分进 行 了设 计 ， 然后 采取 了热处理工艺措 施经试验 ， 该材料 经热处理后具有 良好的综合性能 ， 完全能满足机 内锤 头对材料性 能的要 求 ， 并与进 口机锤 头的使 用寿 命相 当， 为实现该机 型的 国产化创造 了条件 关键 词 破碎机 ； 锤头 ； 合金 铸铁 中图分类号 m l 4 T G 2 3 1 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 6 4 4 6 2 0 0 5 0 4 0 0 2 4 0 3 P F 1 0 1 0 反击式破碎机是在消化吸收国外先进技 术的基础上 自行研制开发 的结构紧凑 、 破碎效率高 、 噪声低 、 安全性能好的硬岩破碎设 备。该机设计功 率为 1 6 0 k W， 转 子转速为 3 7 r I l ／ s ， 生产率为 1 2 0t ／ h ， 锤头尺寸 3 1 5 m i l l 1 0 0to n i 5 0 0 m n l ， 锤头质量为 1 0 7 k。该机要求能破碎抗压强度大于 3 0 0 M P a的物料 ， 锤头是该机 中用于破碎物料的主要易损件。为提高 锤头的使用 寿命 ， 减 少停 机更换次数 ， 节约生 产成 本， 我们对锤头 的材质进行 了研究 ， 经现场生产 检 测 ， 研制的锤头材质性能较好 ， 与进 锤头 的使用寿 命相当 1 锤 头的磨 损机理分析 在破碎过程 中， 物料从上部加料 口进入后与高 速旋转的锤头猛烈相撞 ， 瞬间将物料进行一次破碎， 紧接着锤头又以 3 7 m ／ s 的线速度将物料上抛撞击至 反击板上完成二 次破碎 ， 最后物料通过锤 头与衬板 之间的再次挤压后达到所需粒度 ， 完成全部破碎过 程。在工件的运行过程 中， 冲击锤受到高硬度物料 的冲击 、 挤压等综合作用 ， 一方面造成基体和碳化物 的碎裂脱落 ； 另一方面造成基体 的翻卷 ， 产生塑性变 形 ， 最后疲劳脱落 ， 锤头出现不同程度的沟槽。与此 同时， 在整个运行期问， 由于高速旋转 的锤头与物 料 反复强烈地碰撞 ， 锤头表面工作 温度高达 5 0 0 C， 因 此 ， 锤头材质要求应有足够 的硬度 、 有一定 的冲击 韧 性和相当高的红硬性。 2 锤头化学成分 的设计 根据锤头 的磨损 机理 和锤 头 应具备 的性能 指 标 ， 在对 国内外常用 耐磨 材料使用情况进行调研 和 分析的基础上 ， 结合国内资源， 我们初步确定采用铬 系合金耐磨铸铁来进行试制 。在成分控制上 主要从 4个方面加以考虑， 其一是控制初生碳化物和共晶碳 化物的数量 ， 改善碳化物的形态与分布； 其二是使基 体组织具有足够的强度以利于坚硬碳化物能十分牢 固地镶嵌在基体上 ； 其三是适 当地增加碳量 ， 确保合 金有较高的硬度 ； 其 四是细化晶粒 。为此 ， 我们在以 上原则 的基础上进行了大量 的试验 ， 最 后确定材料 中的 C ， S i ， G r ， M n ， N i ， C u的质量分数 分别为 2 ． 8 ％ ～ 3． 2％ ， 0． 6％～ 1 ． 0％ ， 1 5％ ～ 1 7％ ， 0． 6％ ～ 1 ． 0％ ， 0． 5％ ～ 一0． 8％ ， 0． 5 5％ ～ 1 ． 0％ ， 0． 5％～0． 7％ ， P， S 质量分数 0 ． 0 5 ％， 并用少量R e ， VF e 进行炉前复 收稿 日期 2 0 0 41 2 一 7 作者简介 杨文涛 1 9 6 4一 ， 女 ． 湖南邵 阳人 ， 湖南 商务职业技术学院副教授 ， 工学硕士 ， 从事抗磨材料方面的教学和研究工作 维普资讯 第 2 7巷第 4期 杨文涛， 等 P F I O I O反击式破碎机锤头材质的研 究 2 5 合孕育处理。 3 熔炼、 铸造、 热处理工艺及合金的机械 陛能 3 ． 1 合金 原材 料及熔 炼 铸铁在酸性炉衬的中频感性电炉 内熔炼 ， 试验 原材料采用含 S ， P量低的优质生铁 、 少锈碳素废钢 、 高碳铬铁 、 钼铁 、 锰铁 、 镍板 、 石墨电极等 ， 加料顺序 为 先将石墨电极 加入炉底 ， 再加 少量高碳 铬铁， 全 部钼铁 ， 然后依次加入回炉料 、 生铁 、 废钢 、 最后加入 其余铬铁 、 锰铁 、 电解铜 ， 以使熔化初期在高碳低铬 成分下进行。铁液 温度加热至 1 5 0 0～1 5 2 0 C时 ， 用 纯铝脱氧后即可出炉 ， 并在 1 4 4 0～1 4 6 O ℃进 行炉前 复合孕育处理 ， 为减少收缩和粘砂 、 细化组织 ， 浇注 温度应较低 ， 一般控制在 1 3 8 0～1 4 0 0 ℃之问。 3 ． 2 锤头的铸造工艺 高铬铸铁锤头的使用寿命在很大程度上与铸件 的铸造质量有关 ， 而铸造工艺对其质量有很 大的影 响 ， 采用合理的铸造 工艺可 以减少甚至避免许 多铸 造缺陷的产生 ， 尤其是裂纹的出现。为此 ， 针对铸铁 中合金含量高 ， 流动性好 ， 收缩 量大， 导热性 差等特 点 ， 在铸造工艺上应注意以下几个方面的问题 1 采用 2 ％收缩率制造模样 。 2 为避免铸件收缩受阻， 要注意提高铸型的退 让性 。 3 在设计铸件造型工艺时 ， 一般采取顺序凝固 的原则 ， 力求消除收缩缺陷 ， 提高致密度； 同时 冒口 的设计既要能保证凝固过程 中补缩通道畅通又便于 清 理 。 4 为了保证铸件组织致密 ， 要加强挡渣 ， 以保 证加入的多种变质合金能完全溶解 ， 防止渣粒及未 溶合金成为裂纹源存在于铸件中。 3 ． 3 热处 理工 艺与机 械性 能 3 ． 3 ． 1 合金铸铁的热处理工艺 合金铸铁 的热处理过程 ， 实际上是将不稳定的 铸态组织经热处理后使碳及合金元素完全溶入和析 出的过程。因此 ， 在确定淬火温度及保温时间时 ， 主 要从获得合金最佳综合性能和保证铸件充分淬透两 个 方 面来 考 虑， 经 反 复 测 试 后 确 定 淬 火 温 度 为 9 1 0 C， 并保温 2 ． 53 ． 0h后空冷。此外 ， 为避免因 相变或高 的加热温度梯度而引起高的应力， 采取分 段加热 ， 即在 6 7 0 C 保温 2 ． 5 h 后再升温 ， 加热时， 加 热速 度一般不 高于 3 0 C ／ h ， 一旦铸件 加热至 暗红 色 ， 也就是通过塑性变形温度 而使应力降低得足够 多时 ， 方可加速加热。 合金淬火后 ， 由于奥氏体转变为马氏体时体积 膨胀 ， 体积增长约 6 ％， 这将导致合金内应力 明显增 大 ， 因此 ， 经淬火后的合金必须进行低温 回火处理 以 消除内应力 ， 减少对断裂和冲击的敏感性 ， 同时 ，经 低温回火后 ， 淬火马氏体转 变为回火马氏体 ， 使合金 韧性提高 。我们将 回火温度控制在 2 0 0～2 5 0 C， 保 温 时 间为 6 h 。 3 ． 3 ． 2 机械性能 对抗磨铸铁而言 ， 机械性能中最重要的指标是 硬度和冲击韧性 ， 但这两个指标问往往相互矛盾， 要 解决这一问题 ， 必须寻找特定工况下材料韧性与硬 度的最佳配合。我们对经热处理后 的合金铸铁按照 G B 8 2 6 3 8 7 抗磨白口铸铁件 的标准进行了机械性 能检测 ， 结果是 硬度均值为 6 4 ． 5 H R C ； 冲击韧性均 值 7 ． 7 5 J ／ e ra 2 。可见该种材料具有很高的综 合机械 性能 4 合 金的金相组织 采用 德 蔡 司卧式显微镜对经热处理后的合金 铸件金相组织进行检测 ， 试样浸蚀后 ， 用 5 0 0倍显微 镜观察 ， 其组织结构如图 1 所示 ， 具体结构是 马氏体 基体 块片状碳化物， 其中碳化物质量分数约 4 0 ％。 试样上无缩孑 L 和缩松缺陷 ， 符合本研究对材质组织的 要求 。 图 1 合金的金相组织结构5 O O 5 现场生产试验 用该 材料生产 的锤头安装在 P F I O I O型 山保牌 反击式破 碎机上在 巴罗塔 工程进 行 了现场 生产测 试 ， 该工地地处巴基斯坦西北部 ， 常年气温偏高 ， 多 风沙， 工地实测气温达 5 0 C以上 的情况每年持续约 3个月 ， 生产条件十分恶劣。其破碎物料 为鹅卵石， 抗压强度 2 0 0～3 4 0 MP a ， 最大进料粒径约 1 5 0 m I n ， 经 一 年多的生产 ， 锤 头使 用寿命 约为2 8 0 h ， 锤 头消耗 维普资讯 2 6 水利 电力机械 2 0 0 5年 8月 约 0 ． 0 4 4k g ／ t 骨料， 达到 了进 口产品的使用寿命 的 指标要求 。 参考 文 献 1 3 9～4 3． [ 2 ]姜镇崧 ． 稀土硅铁孕育对高铬合金白口铸铁性能的影 响． 稀土[ J ] ． 1 9 9 8 ， 1 3 3～ 4 0 ． [ 3 ]施建雄． 高铬铸铁件生产中的质量控制[ J ] ． 本溪冶金高 等专科学校学报 ， 2 0 0 0 ， 2 1 1 1 3 ． [ 1 ]余 自 苏 。 含 V高铬铸铁衬板的研制[ J ] 钢铁钒钛， 1 9 9 4 ， 编 辑 王 书平 ‘ 0’ -，●●、 ，。 、 ’’●，●，●，。、 二 ●C ●、 ● ●、、 ● 、● 、C、‘ 、 - 、●、二 、●、 r 、●、 、、 。、●、 ●、 ●、，●、● 上接 第 l 3页 力瓦块的磨损或烧 熔 ， 会 使转子窜 动 ， 造成汽轮机内部转动部件 与静止部件 之间的轴 向间隙消失 ， 使动静部件之间发生摩擦和碰撞 ， 从而 造成设备损坏的严重事故 ， 例如叶片断裂 ， 大轴弯曲 等 。 5 凝汽器低真空保护 真空低到 7 8 k P a时遮断 机组 。一般来说， 机组真空过低 ， 主要是由循环水系 统或抽气系统发生故障引起的。当真空过低时 ， 引 起排汽温度升高 ， 会使低压缸 变形 ， 机组振动过大 ， 严重时也会酿成事故。 6 遥控遮断保护 保护原因在此不一一叙述 。 1 汽机振动大 2 5 4 m 遮断机组 ； 2 MF T遮断机组； 3 运行人员手动跳闸； 4 D E H D P U故障遮断机组 ； 5 高排温度高 4 2 7 C 遮断机组 ； 6 高排压力高 4 ． 8 2 MP a 遮断机组 ； 7 发电机跳闸遮断机组 ； 8 高旁故障且高旁 阀开 或低旁阀开 遮断 机组 ； 9 低旁 故 障且 高旁 阀开 或 低 旁 阀开 遮 断 机组 ； 1 0 再压力变送 器故 障且高旁 阀开 或低旁 阀 开 遮断机组 ； 1 1 高压缸压 比低 1 ． 7 且高旁阀开 或低旁 阀 开 遮断机组 ； l 2 汽机在手动且高旁阀开 或低旁阀开 遮断 机组 。 3 电气危急遮断逻辑 图 2为电气危急遮断逻辑的总系统 图。为 了安 全可靠起见 ， 遮断逻辑通过继电器柜中的硬件实现 。 机组的所有电气 遮断信号 ， 均通过该系统去遮断汽 轮机 。 为了提高保护的可靠性 ， 系统采用了双通道连 接方法 ， 即奇数通 道 电磁 阀 2 01 ／ A S T和 2 0 3 ／ A s T ， 偶数通道 电磁阀 2 02 ／ A s T和 2 04 ／ A S T 见图 1 ， 每一通道均由遮断项 目的相应继 电器 控制。当机组正常运行时 ， 脱扣继 电器 A， B的触点 闭合 ， 使 系统处 于通 电状 态， 各 A S T电磁 阀因通 电 而关闭， 危急遮断油 总管 即可建立安全油压 。当遮 断项 目中的任一个处于不遮断水平或外部接 口请求 遮断时， 对应项 目遮断继 电器的触点 ， 由原来的闭合 状态转 为断开状态 。此时 A， B继电器 的线圈失电， A S T电磁阀紧急打开排油通道 ， 泄去危急 遮断总管 安全油 ， 从而紧急关闭所有的主汽阀的调节汽阀 ， 实 行紧急停机。 在双通道系统 中， 要求每一个通道 内至少有一 个中间继电器动作 ， 才能使脱扣继 电器动作 ， 只有此 时才会 紧急停机。这种做法可避免某一个触点压力 开关或 中间继电器误动作而错误停机 ， 提高 了遮断 系统工作的可靠性 。 采 用双通道系统 ， 还 可以保证系统能进行在线 试验。 保 持}f 2 A ． 2 A一 2 A I A m OI敬 2H． 2B ． 2B - 1B 』 { { L I M2 O L {S I t TBI 上 - RE M I 20 1 0 - 3 钾婶 sT 、 通道 1 通道2 ’ 位 rE H运行蕊上 图 2电气 危急遮断逻辑总 系统 图 4 E T S 投入 与使用 某电厂 E T S系统 自2 0 0 0年 3月一次投入运行 至今 ， 系统运行情况 良好 ， 控制对象 、 反馈 、 继电器的 动作及保护回路 的动作均正确无误 ， 未发生过一起 误动或拒动事件 ， 达到了保护机组安全的 目的。 编辑 李国云 维普资讯