新型高铬合金辊套的研制

新型高铬合金辊套的研制

原料粉是一种广泛使用的工艺，而辊粉是许多行业应用的设备。双光辊破碎机是中国铝业河南分公司碳素厂破碎焦炭的关键设备,型号为2PGΦ610×400,主动辊与被动辊转速均为225rpm,主要用于碳素厂焙烧用填充料-冶金焦炭的破碎。其中辊套是最主要的易损件,所选用材质是ZG20SiMn,表面有厚度5mm的耐磨涂层。其运行中既承受着焦炭的摩擦磨损,又承受着焦炭的高应力接触疲劳作用,特别是受到两者的联合交互作用,使得辊套耐磨涂层的使用寿命只有2个多月,其性能、质量的好坏直接影响到双光辊破碎机的生产效率,进而影响到整个生产,同时也增加了更换辊套引起的各类成本,成为急待解决的问题。中国铝业河南分公司碳素厂2PGΦ610×400双光辊破碎机辊套,曾采用堆焊的方法延长其使用寿命,堆焊后辊套表面由光面变为齿面,由于生产工艺要求破碎机的出料粒度仅为2～4mm,因此,在使用过程中,辊套表面光洁度的变化导致破碎效率大大降低,所以,该方法实施后,虽提高了辊套的使用寿命(8个月左右),但破碎效果却难以令人满意。为解决上述问题,山东省四方技术开发有限公司,开发出高铬合金破碎机辊套,在工业生产中使用取得了良好地效果。1高铬材料的结构1.1高铬合金辊套材质的研究原辊套材质为ZG20SiMn,表面为厚度5mm的耐磨涂层,因使用寿命较短,说明选择该种材质及工艺不适应辊套的工作环境及工艺要求。因此应选用一种适应辊套工作环境及工艺要求的新型材料,经分析研究,决定研发一种高铬合金来制做辊套。高铬材料是成分范围很宽的一类合金总称,由于化学成分及制造工艺不同,其组织、硬度、韧性等差异很大。有关资料及研发实验结果表明:在高铬材料中,C是最基本最重要的合金元素。其含量的多少直接影响到材料的金相组织,碳化物的类型、数量、形态和分布,决定了材料的强度、硬度、韧性和耐磨性。提高含C量,增加了奥氏体内固溶碳的含量,可以提高材料的硬度,从而提高材料的耐磨性。但是含C量过高,发生共析转变的趋势明显增加,当铬含量固定,控制相同的冷却速度时,奥氏体的稳定性随含C量的增加而明显降低,即含C量的提高,各相变点均呈下降趋势,会使韧性大大降低而引起材料脆化,从而降低材料的抗热裂和抗剥落性。Cr是高铬材料中最主要的基础合金元素,它延长等温转变的孕育期,使冷却转变曲线右移。铬和钨、硅、钼、钛一样,具有使共析转变移向较高温度,贝氏体移向较低转变温度的作用,铬和碳、锰、镍是降低Ms点的元素。在高铬材料中,Cr在决定材料的组织和性能方面起关键作用,它直接影响碳化物的形态。在高铬材料中,碳化物的类型取决于Cr/C比值,随Cr/C比值的增加,依次出现M3C、M7C3、M23C6型碳化物。在亚共晶含C量范围内,当含Cr量少于A1%,碳化物是M3C型,M3C型呈网状分布,硬度偏低,仅为Hm1000～1100;当含Cr量大于A2%时,将大量出现M23C6型复杂碳化物,这种碳化物硬度并不高,而材料会因含Cr量高而引起成本增高;当含Cr量大于A3%时,基体变成铁素体,虽耐蚀性好,但耐磨性降低且成本大大增高;当含Cr量为A1%～A2%时,碳化物主要为M7C3型,而M7C3型呈颗粒、条块状,显微硬度为1200～1800Hm,这种碳化物是作为耐磨材料用高铬材料的理想碳化物类型。在高铬材料中添加一定量的合金元素V、Ni、Mo、Cu和W等后,对金相组织如奥氏体的转变程度、细化程度、碳化物数量和形貌等均有一定影响。可以通过强化基体来改善材料的综合性能,使高硬度的碳化物镶嵌在高强度的基体上,从而大大提高材料的耐磨性能,且可有效地提高材料的淬透性。材料的耐磨性不仅取决于它的宏观硬度,而且也取决于它的韧性,而硬度和韧性是由材料的基体和碳化物的类型、数量、形状、分布状态等微观组织决定的。材料的硬度决定了金属对其表面变形的抵抗能力,但是同样硬度的不同材质的材料,有的就容易产生磨粒的剥落,即形成磨屑,有的就不易形成,这是由材料的韧性决定的,即韧性低的金属在受到磨损时易产生磨粒的剥落,而韧性高的金属在受到磨损时不易产生磨粒的剥落。对于相同硬度的材料,韧性高的更耐磨。根据上述原理,经过一系列的实验、分析和筛选,同时充分考虑了新产品研发的另一主要因素-价格因素,即应使研发出的新产品与目前使用产品相比具有好的性价比,从而确定了高铬合金新材料化学成分的方案。这种高铬合金新材料具有较高的硬度和较好的韧性,因此具有很高的耐磨性,其碳化物主要是M7C3型。这种碳化物的硬度高(显微硬度可达1800HV),并呈不连续的条、块状、颗粒状和菊花状,基体为马氏体和少量奥氏体。尤其是经过特殊工艺的热处理后,其晶粒得到充分的细化和强化,使其硬度和韧性得到很好的结合。高铬合金新材料热处理后的力学性能:抗拉强度σb≥500MPa冲击韧性αk≥10J/cm2硬度HRC=55～65据文献表明,国内某些火电厂磨煤机磨辊使用主要成分为C2.85.Cr28.Ni1的高铬磨辊,其力学性能中的硬度指标与本项目相近,但其另一个影响耐磨性的关键指标-冲击韧性只有2.5J/cm2,要比本项目低得多,而这种成分的磨辊的制作成本要比本项目开发的辊套高。2高铬合金鼓涂层的应用效果2.1填充料与辊套破碎效率的分析高铬合金辊套于2002年8月装机使用,至今已使用19个月,表面磨损轻微,且质量稳定,生产效率一直稳定在每小时破碎5.3t填充料(冶金焦炭)。根据这种情况分析,高铬合金辊套的使用寿命最少可达3年(36个月)。原辊套使用情况:使用2个月后须进行堆焊方可继续进行使用,堆焊后使用一个半月则须再次进行堆焊,如此反复,堆焊达4次后辊套即基于以下原因而报废:(1)磨损量超出原厚度1/2;(2)破碎效率大大降低,低于1.5t/h;高铬合金辊套与原辊套使用情况对比见表1:2.2经济效益分析根据2.1的情况可知,在相同的生产情况下,使用高铬合金辊套每年可增产填充料(冶金焦炭),这是使用高铬合金辊套最主要的效益:(3816.0-2827.8)×12=11858.4(吨),即生产效率提高35%。目前中国铝业河南分公司碳素厂破碎填充料(冶金焦炭)加工成本为46.65元/吨,据此推算,使用高铬合金辊套后,每年可为碳素厂节约生产成本:46.65×11858.4=553194.36(元)高铬合金辊套的使用寿命最少可达3年,总计节约生产成本:553194.36×3=1659583.08≈166万元。高铬合金辊套的使用寿命至少是原辊套的4.5倍,价格是原辊套的2.6倍,由此可见使用高铬合金辊套可比使用原辊套节约备件费40%左右。3节约成本分析⑴中国铝业河南分公司碳素厂在其关键设备双光辊破碎机上使用高铬合金辊套是成功的;⑵