白劍鋒

(廣東省粵電集團(tuán)公司珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519000)

經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新型耐磨高錳鋼在環(huán)錘式碎煤機(jī)上的應(yīng)用

白劍鋒

(廣東省粵電集團(tuán)公司珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519000)

針對(duì)環(huán)錘式碎煤機(jī)的環(huán)錘部件磨損與沖擊失效的特征、過程、形式進(jìn)行研究，并對(duì)磨損機(jī)理進(jìn)行深入的分析，查明部件失效的直接原因。為提高碎煤效率，延長設(shè)備使用壽命，選用經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新型耐磨高錳鋼作為碎煤機(jī)易損件的材料，以最少的資源消耗來保證設(shè)備的高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

環(huán)錘式碎煤機(jī)；新型耐磨高錳鋼；經(jīng)濟(jì)環(huán)保

0 引言

電廠燃料系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著燃煤的卸儲(chǔ)、輸送與配供等任務(wù)，主要由卸煤設(shè)備、原煤輸送系統(tǒng)和煤場(chǎng)設(shè)備3大部分組成。輸送系統(tǒng)一般要求供往原煤倉的煤粒徑必須≤30 mm，為了滿足粒度要求，在燃料輸送系統(tǒng)中設(shè)置了篩碎設(shè)備。我廠在TT6轉(zhuǎn)運(yùn)塔內(nèi)安裝了4臺(tái)環(huán)錘式碎煤機(jī)，由American Pulverizer Company制造，型號(hào)為ACC-75-BG -NF，額定出力1 500 t/h，入料粒度≤300×38 mm，出料粒度≤25 mm，轉(zhuǎn)速740 r/min。

1 環(huán)錘式碎煤機(jī)的工作原理

環(huán)錘式碎煤機(jī)主要是由機(jī)體、機(jī)蓋、轉(zhuǎn)子(包括主軸、搖臂、環(huán)軸、環(huán)錘等)、篩板、碎煤板、篩板調(diào)節(jié)器、撥煤板、反射板組成。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、維護(hù)簡單，能夠自行排除雜物及鐵，噪音小，入料口成微負(fù)壓，出料口可成微正壓，送風(fēng)量小，能形成機(jī)內(nèi)循環(huán)風(fēng)，粉塵少等，適用于表面水分小于15%的煤、煤矸石、焦炭、頁巖等物料的破碎。環(huán)錘式碎煤機(jī)的轉(zhuǎn)子上帶有環(huán)錘，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)首先對(duì)煤進(jìn)行沖擊作用使之破碎；被沖擊后的煤從環(huán)錘處獲得動(dòng)能，使煤在環(huán)錘與碎煤板、篩板之間，煤與煤之間產(chǎn)生沖擊力、剪切力、擠壓力、碾磨力，這些力大于或超過煤在破裂前所固有的抗沖擊及抗壓、抗拉強(qiáng)度極限，從而使煤塊得以破碎。由于采用了圓形和齒形2種形式合一的環(huán)錘，其破碎方法中有擊碎、劈碎、切碎、碾磨和擠壓作用，因此能充分利用動(dòng)能，以達(dá)到高速破碎的效果。

根據(jù)環(huán)錘式碎煤機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，把碎煤過程分為2段，第一段是通過篩板架上部的碎煤板與環(huán)錘施加沖擊力，破碎大塊煤，以高速回轉(zhuǎn)所具有的動(dòng)能產(chǎn)生破碎效應(yīng)的同時(shí)，受到高應(yīng)力多次沖擊的鑿削磨料磨損和沖擊疲勞磨損；第二段是小塊煤在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)和環(huán)錘(自轉(zhuǎn))不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)下，繼續(xù)在篩板弧面上破碎，并進(jìn)一步完成滾碾、剪切和研磨作用，使之達(dá)到所要求的破碎粒度，在這一過程中環(huán)錘受到擠壓和磨料磨損作用，破碎后合格的煤塊經(jīng)篩板的柵孔漏下排出。

2 影響碎煤機(jī)環(huán)錘使用壽命的因素

綜上所述，碎煤機(jī)環(huán)錘在工作狀態(tài)下高速旋轉(zhuǎn)，與物料發(fā)生猛烈的撞擊后受到強(qiáng)烈的沖擊形成磨粒磨損，造成錘頭工作部位疲勞剝落和形成犁溝磨蝕而失效。實(shí)際生產(chǎn)中，要求錘頭的打擊部分具有高硬度和一定韌性，安裝部分具有高韌性和一定硬度。

環(huán)錘式碎煤機(jī)的易損件主要有環(huán)錘、碎煤板、篩板，其次是搖臂和環(huán)軸葉片，如果配件質(zhì)量合格，基本上是磨蝕和沖蝕損壞；如果錘頭材質(zhì)不合格，容易出現(xiàn)斷裂，并將碎煤機(jī)篩板、碎煤板以及轉(zhuǎn)子打擊斷裂而致碎煤機(jī)易損件早期失效。

3 新型耐磨高錳鋼的應(yīng)用及效果

近年來，我國冶鑄工作者研究開發(fā)了許多碎煤機(jī)錘頭用新型抗磨鑄鋼和鑄鐵材料以及復(fù)合鑄造等工藝，在實(shí)際應(yīng)用中都表現(xiàn)出了較優(yōu)良的使用性能，如：

(1) 新型抗磨鑄鋼材料系列有低合金鋼、中錳抗磨鑄鋼、新型高錳鋼、高碳鉻鎳合金鋼。

(2) 新型抗磨鑄鐵材料系列有球鐵、高合金鑄鐵等。

(3) 錘頭復(fù)合鑄造工藝系列有鑲鑄復(fù)合錘頭、雙液雙金屬鑄造錘頭、耐磨堆焊錘頭等。

根據(jù)我廠實(shí)際工況條件，我們針對(duì)高錳鋼的耐磨性和韌性進(jìn)行了較深入的研究，并通過工況試驗(yàn)，選擇了一種新型稀土變質(zhì)處理的高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re作為碎煤機(jī)易損件的材料，并將該新工藝技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，取得了明顯的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

高錳鋼是歷史最悠久的一種耐磨鋼，它是由英國的Hadfield于1882年發(fā)明的，于1883年獲得英國發(fā)明專利，亦稱Hadfield鋼，至今已有一百多年歷史。高錳鋼使用狀態(tài)的組織為奧氏體，它具有良好的韌性和加工硬化能力。即在強(qiáng)烈的沖擊載荷或擠壓載荷下，受力表面被加工硬化，硬度可從原始的HB200左右提高到HB500以上，而芯部仍保持著良好的韌性。因此，該鋼種至今仍被廣泛用于制作抗沖擊載荷的耐磨件。實(shí)踐表明，若高錳鋼使用不當(dāng)(如用于低沖擊磨損工況下)，就不能真正發(fā)揮它的優(yōu)良特性——冷加工硬化，從而造成機(jī)件的早期磨損失效。

近半個(gè)世紀(jì)以來，各國科技工作者為了進(jìn)一步提高其耐磨性，在合金化，改變錳碳比，預(yù)先表面硬化處理，改進(jìn)熔煉、鑄造和熱處理工藝等方面進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了一定效果。

對(duì)高錳鋼加稀土的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，添加適量的稀土和采取合適的熱處理工藝，可以使高錳鋼組織細(xì)化，基體韌性增加，從而增加了材料的耐磨性。

在提高高錳鋼韌性方面，主要采用微合金化、除氣處理、熱塑性變形、高溫處理、懸浮鑄造和過濾處理等手段，試圖改變碳化物的形態(tài)，使之變?yōu)閿嗬m(xù)或顆粒狀，以提高材料的韌性，滿足在較大沖擊載荷下的應(yīng)用要求。還出現(xiàn)了各種鑲鑄造工藝，以解決高錳鋼件硬度與韌性的矛盾。

常規(guī)的高錳鋼在干態(tài)工況下具有十分良好的抗磨損、抗沖擊優(yōu)勢(shì)，但在濕態(tài)工況下，高抗磨損性能明顯下降。另外，抗腐蝕性能差、韌性差。新型高錳鋼通過設(shè)計(jì)調(diào)整元素含量和配比，添加稀土元素和改進(jìn)熱處理工藝，不僅在干、濕工況下都具備優(yōu)越的抗腐蝕、抗磨損性能，而且極大地改善了冷、熱加工的工藝性能。

我國高錳鋼鑄件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是GB/T5680—2010《奧氏體錳鋼鑄件》。奧氏體錳鋼鑄件的化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表2所示，表中牌號(hào)前的★標(biāo)注表示我們選用的新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re相對(duì)應(yīng)的牌號(hào)?！秺W氏體錳鋼鑄件》中規(guī)定，高錳鋼鑄件必須進(jìn)行不低于1 040 ℃的水韌處理；化學(xué)成分為必檢項(xiàng)目，此外，制造廠可根據(jù)檢測(cè)能力，經(jīng)供需雙方商定選擇金相組織檢驗(yàn)、力學(xué)性能檢驗(yàn)和無損檢測(cè)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)作為產(chǎn)品驗(yàn)收的必檢項(xiàng)目。高錳鋼鑄件的金相檢驗(yàn)請(qǐng)參閱高錳鋼鑄件國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13925—2010)。

表1 奧氏體錳鋼鑄件的化學(xué)成分(GB/T5680—2010)

注：允許加微量V、Ti、Nb、B和Re等元素。

表2 奧氏體錳鋼鑄件的力學(xué)性能(GB/T5680—2010)

對(duì)比結(jié)果表明，新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re設(shè)計(jì)調(diào)整元素含量和配比，添加稀土元素和改進(jìn)熱處理工藝，使新材料不僅在干、濕工況下都具備優(yōu)越的抗腐蝕、抗磨損性能，而且極大地改善了冷、熱加工的工藝性能。

從我廠碎煤機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，碎煤設(shè)備易損件選用的新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re達(dá)到材料設(shè)計(jì)預(yù)期性能指標(biāo)，產(chǎn)品能夠滿足工況要求，抗沖擊磨損性優(yōu)于進(jìn)口金屬碎煤機(jī)錘頭，使用壽命是原來使用壽命的1倍以上，同時(shí)，我們?cè)诼涿汗艿酪r板采用新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re作為原材料，其使用壽命是常規(guī)錳鋼襯板的3～5倍。

我廠應(yīng)用新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re替代進(jìn)口碎煤機(jī)錘頭、碎煤板、篩板和反射板材料，不僅降低了采購成本，同時(shí)也提高了使用壽命1倍以上。新型耐磨高錳鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)使其能在滿足使用工況的前提下，最大限度提高材料的綜合性能，適應(yīng)工況，降低資源成本。采用稀土材料，并合理地調(diào)整合金元素配比，減少了貴重稀有金屬配比量，熱處理采用循環(huán)水韌處理，節(jié)約了大量能源，減少了環(huán)境污染，因而新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re屬于資源節(jié)約型綠色環(huán)保材料。

4 結(jié)語

磨損和耐磨材料的應(yīng)用始終是燃煤發(fā)電廠安全經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、發(fā)展的重要研究課題。文章對(duì)環(huán)錘式碎煤機(jī)的工作原理和易損件磨損進(jìn)行分析，結(jié)合設(shè)備實(shí)際使用情況，采用新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re材料替代進(jìn)口材料，保證了輸煤系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，滿足了輸煤設(shè)備的使用性能和可靠性要求。

[1]張?jiān)鲋?耐磨高錳鋼[M].冶金工業(yè)出版社，2002

[2]謝敬佩.耐磨鑄鋼及熔煉[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003

[3]王彥鳳，邱常明，張貴杰.耐磨鋼的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步[J].浙江冶金，2007(2)

[4]王軍，孫鐵.提高奧氏體耐磨鋼耐磨性的幾種方法[J].新疆鋼鐵，2001(2)

2014-07-07

白劍鋒(1977—)，男，廣東河源人，技師，熱能工程師，從事電廠輸煤系統(tǒng)運(yùn)行檢修工作。