高温耐磨破碎辊圈的研究

潘新庆，刘旭，刘智涛，向东湖

高温耐磨破碎辊圈的研究

Research on the High-temperature Wear-resistance Roller Ring of the Crusher

潘新庆，刘旭，刘智涛，向东湖

随着国产超大型水泥熟料烧成设备的成熟和优化，7000t/d及以上规模生产线逐渐成为业主的首选方案。同时国家节能减排战略的实施，促使水泥企业精细化生产，吨熟料煤耗、热耗、电耗等指标在企业考核中所占的比重也开始越来越大，作为新型高效节能设备的TRC中置高温熟料辊式破碎机也越来越引起市场的关注。

1 高温耐磨破碎辊圈的研究

TRC中置高温熟料辊式破碎机与以往的配套熟料破碎设备不同，可灵活布置于熟料冷却机中部，将难以冷却的大块窑皮与结团熟料破碎为25mm粒径的均匀颗粒后，均布于第二段冷却机活动篦床上再进行第二次冷却，最大限度地回收熟料颗粒内的热能，可有效提升冷却机热回收效率，降低吨熟料热耗（图1、2）。

表1常用硬镍铸铁与辊圈样件韧性对比表

表2常用硬镍铸铁与辊圈样件韧性对比表

表3常用硬镍铸铁与辊圈样件韧性对比表,g

齿形破碎辊圈作为TRC中置熟料辊式破碎机最重要的部件之一，在中高温水泥熟料破碎过程中承受着周期性高温热冲击和严酷的磨损工况，因而其材料成为该机的核心技术[1，2]。这种材料的制备也是国内外公认的技术难点。目前，该部件通常所采用的主要材料为硬镍铸铁和高铬铸铁，应用最多的是硬镍铸铁[3-6]。其中镍硬白口铸铁属于白口抗磨铸铁（Ni-Hard），在制造时添加了镍、铬、钼等合金元素，镍可稳定奥氏体，铬具有形成（Fe,Cr）3C、（Fe,Cr）7C3、（Fe,Cr）23C6等各种类型碳化物的作用[6]。

然而，硬镍铸铁的碳含量较高，在晶界处往往会形成网状的碳化物，从而大大降低其强度和材料的韧性和耐冲击性。而通过在硬镍铸铁中添加Dy和Y（稀土元素），使Dy和Y（稀土元素）的氧化物颗粒弥散于基体中，成为碳化合物形核的核心，从而细化碳化物进而消除晶界处网状碳化物，起到提高材料韧性的作用，以满足TRC中置熟料辊式破碎机所面对的长期连续运转、高温、频繁冲击等恶劣工况的要求，并保证其使用寿命。

对制备好的稀土改性硬镍铸铁辊圈取样并进行硬度、冲击韧性、拉伸性能和高温耐磨性能的试验和研究，其结果与常用硬镍铸铁试件的性能对比如下：

（1）显微组织分析

从试样的显微结构分析（图3）可以看出，材料主要由连续的灰色基体相和黑色的板条相组成。能谱仪（EDS）分析表明黑色相为Fe3C。同时从图3中可以看出辊圈样件中的Fe3C尺寸要小于改性前的硬镍铸铁，而且碳化物的分布弥散更加均匀。

（2） 机械性能分析

常用硬镍铸铁与辊圈样件硬度对比表（见表1）分别对两个对比样件进行了八次硬度试验。从表1中数据可知，两者的硬度相差不大。

对常用硬镍铸铁与辊圈样件进行冲击韧性测试，结果如表2所示。从表2中可以看出，常用硬镍铸铁的冲击韧性大约为3J/cm2左右，而辊圈样件的冲击韧性约为5.5J/cm2左右，冲击韧性比改性前得到了很大的改善，后者约是前者的两倍。

图4为两个对比样件室温及600℃的拉伸性能图。从图4中可以看出辊圈，样件的拉伸性能比常用硬镍铸铁有明显的提高。

表3为两个对比样件在600℃下的高温耐磨性能对比结果。从表3中可以看出，常用硬镍铸铁与辊圈样件的高温耐磨性能基本相当。

2 结论

为了满足TRC中置辊式破碎机中核心部件——破碎辊圈苛刻的工况要求，我公司进行了深入的研究，在某型镍硬铸铁中添加定量稀土元素Dy和Y，极大改善了镍硬铸铁的机械性能。

制成的TRC辊式破碎机辊圈获得了很高的硬度，HRC达到55以上，同时材料的冲击韧性也得到了显著提高，αk达到5.5J/cm2左右。通过对比试验得知，TRC辊式破碎机辊圈的拉伸性能和高温耐磨性能与常用硬镍铸铁相比同样有明显提高，新开发的材质完全可以满足中置高温熟料破碎机长期稳定可靠运转的需要。

[1]王会群.过热温度和保温时间对镍硬白口铸铁组织的影响[J].现代铸铁,2007，27(5).

[2]郝建民,张荣军.镍硬铸铁与铬系白口铸铁抗磨粒磨损特性比较[J].热加工工艺,2004,(6).

[3]熊博文,龙文元,万红.高铬铸铁复合磨辊磨料磨损研究[J].矿山机械，2007(4).

[4]熊博文,吴振卿,张军.载荷对高铬铸铁磨料磨损的影响[J].热加工工艺,2006(5).

[5]熊博文,张军,吴振卿.碳化物在高铬铸铁高应力磨料磨损中的影响[J].铸造设备研究,2005(6).

[6]黄振东,杨萍,杨亮.硬镍铸铁Ⅳ材料磨辊衬板异常磨损后的检测分析[J].中国水泥,2009(3).

TQ172.611.7

A

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沈 颖