鉻系合金鑄鐵襯板在自磨機上的應用

五礦邯邢礦業有限公司邯鄲機械設備分公司 （河北 056302） 崔艷君 王志熙 史正興 秦俊敏

自磨機是選礦廠重要的生產設備，而自磨機進料端襯板是選礦廠磨耗較大的襯板類型之一，因此改進進料端襯板耐磨性、提高使用壽命成為一項重要課題。

一、高錳鋼與鉻系合金襯板磨損機理分析

（1）高錳鋼襯板耐磨性的提高是通過沖擊功或擠壓功對亞穩奧氏體提供動能，使其發生相變，形成馬氏體來實現的（奧氏體的硬度<200HBW，而相變馬氏體的硬度值達到58～62HRC），在沖擊功較小或擠壓變形力不大的情況下，馬氏體的轉化率較低，硬度增加較少，起不到很好的耐磨作用。

（2）自磨機高錳鋼進料端襯板使用壽命短（以五礦邯邢礦業北!河鐵礦為例，其壽命一般在4～5個月）的主要原因是進料端襯板所受沖擊載荷較小（進料口給礦一般沖擊不到端襯板），端襯板處在物料磨損界面上，物料磨損量最大，擠壓變形力小（物料堆垛上層自重壓強小），均不利于高錳鋼材料的加工硬化。通過對報廢端襯板物料界面磨損區金相組織檢驗證明，馬氏體轉變率為30%～35%。

（3）鉻系合金鑄鐵（白口鑄鐵）屬非馬氏體強化耐磨材料，其耐磨性是馬氏體的1.5～2倍，但沖擊韌度較差（aK≤4J/cm2），斷裂傾向比較大，不適用于高沖擊載荷。而進料端襯板的工況條件是沖擊載荷不大，屬于磨粒磨損和電化學腐蝕（濕式磨介）工況條件，采用鉻系合金鑄鐵制作進料端襯板，比較符合濕式磨介使用要求。通過對鉻系合金鑄鐵磨球試驗證明，φ100mm球從3.5m自由落體相互沖擊，點接觸上萬次以后會發生疲勞掉塊，而襯板在自磨機的工況條件，沖擊功是很小的，發生疲勞掉塊的可能性很小。鉻系合金鑄鐵的抗壓強度（σbc＞750MPa）遠大于高錳鋼（σbc≤350MPa），抗擠壓磨損能力優于高錳鋼材料。

（4）鉻系合金鑄鐵的防斷裂措施。由于鉻系合金沖擊韌度差，為提高襯板的強度、韌性，防止使用過程中出現斷裂，借鑒鋼筋混凝土原理，采用鋼筋網與鉻系合金鑄鐵復合澆注成形。鋼網結構如附圖所示。

鋼網結構示意圖（點畫線為襯板外形）

二、試驗方案的實施

1. 化學成分確定

鉻系合金鑄鐵化學成分(參考鑄鐵鉻球確定)如附表所示。

鉻系合金鑄鐵化學成分（質量分數） （%）

（1）碳 C與Cr在合金中形成M3C型碳化物耐磨相，隨著含碳量的提高，合金中碳化物含量增多，合金硬度提高，但沖擊韌度降低。wC＝2.37%～2.69%時，珠光體中鉻鑄鐵可獲得較高的沖擊疲勞抗力、韌度，以及在硅砂為磨料時有較好的沖擊耐磨性。所以選擇wC＝2.5%～2.7%。

（2）鉻 形成合金碳化物（M3C），是合金中最關鍵的元素，增加鉻含量，可改善碳化物的分布形態，提高材料的沖擊韌度，但鉻含量越高，成本越高，在滿足使用要求的情況下，選擇wCr＝4.5%～5.5%。

加入適量稀土元素，可起到改善碳化物形態，細化晶粒，脫氧、脫硫，以及凈化鐵液的作用。

2. 鑄造工藝的制訂

（1）造型 采用水玻璃砂CO2硬化工藝。為保證鑄件組織致密，在鑄件上表面放置大冒口。冒口和澆道的設計，采用順序凝固理論，確保鑄件在結晶凝固過程中，鑄件的最終凝固點在冒口的位置，使鑄件本身不存在縮孔、縮松等缺陷，達到鑄件在使用過程中，整體均勻磨損的效果。

（2）熔煉 采用0.5t中頻感應電爐熔煉，鐵液出爐溫度控制在1500～1550℃，這樣能提高鐵液的純凈度和成分均勻性。合金元素在爐料全部熔化后加入，靜置10min，以利于氣體排出和夾雜物上浮。

（3）澆注 澆注溫度過高時，鋼筋網可能會熔化，起不到強化作用；溫度過低時，鋼筋網和鉻系合金鑄鐵結合不好，其強化作用也無法發揮。經過實踐，確定澆注溫度為1430～1470℃。

3. 防止襯板斷裂的措施

鉻系合金鑄鐵脆性大、韌性差，為保證襯板在使用中不發生斷裂，采取了在內部設置鋼筋網。鋼筋網由φ14～φ16mm鋼筋焊接而成，焊接處必須牢固，鋼筋網格置入型腔前采用鹽酸溶液進行清洗。

為了保證鑄件的耐磨性不受影響并且在鑄件使用后期充分發揮防斷作用，鋼筋網放置在距離鑄件安裝面（非使用面）10mm處。

采用鋼筋網與多元合金白口鑄鐵復合澆注成形，（借鑒鋼筋混凝土原理）能有效地防止鑄件斷裂，解決白口鑄鐵沖擊韌度差的問題。鋼筋網在鑄件內部起到了內冷鐵的作用，有利于減少鑄鐵中的縮孔、縮松等鑄造缺陷，增加了耐磨性，對于提高襯板的使用壽命是有益的。

如果鑄件在使用過程中產生了裂紋，內部的鋼筋網格會起到連接作用，保證鑄件不斷開，避免鑄件開裂而引發設備事故。

4. 熱處理工藝

為最大限度地消除內應力，提高鑄件沖擊疲勞抗力。熱處理工藝采用了加熱到500～550℃，保溫8h兩次回火。在修磨前進行第一次回火，保證鑄件在修磨時內應力不致過大，防止造成鑄件迸裂，第二次回火在鑄件全部修磨完成后，以完全消除鑄造內應力。

5. 工業性試驗

2009年7月，試制的一套進料端襯板在五礦邯邢礦業有限公司北!河鐵礦進行工業性試驗，磨機型號為MZS5518（φ5500mm×1800mm），2009年11月、12月二次開倉檢查，襯板磨損均勻，沒有其他損壞現象，2010年2月該襯板更換，使用時間近7個月，共處理原礦35萬t。而原來一套高錳鋼襯板在使用期間處理原礦量為20萬t，壽命為4～5個月（加厚型襯板壽命約為5個月），鉻系合金鑄鐵襯板使用壽命為高錳鋼襯板的1.75倍左右。

三、結語

（1）鉻系合金進料端襯板，使用壽命比高錳鋼襯板提高了75%，減少了襯板更換次數，提高了磨機工作效率。

（2）新材料的應用，不僅生產工藝簡單易行，而且減少了合金元素的使用，每噸成本可降低2000元左右，取得了較好的經濟效益，具有一定推廣價值。