原煤破碎輥制造工藝的改進

陳文奇

邯鋼設備制造安裝有限公司

前言

四輥破碎機是燒結車間用來將原煤破碎成細小顆粒的關鍵設備，其工作原理是依靠上下兩對破碎輥的旋轉運動，將從兩輥面之間通過的原煤碾碎成較細小的顆粒。其中破碎輥在原煤顆粒長期磨削作用下，逐漸磨損變薄，最終報廢。更換新輥必須停機操作，所以破碎輥使用壽命的長短直接關系到燒結車間生產效率的提高。破碎輥是設備制造安裝分公司的定型產品，歷年的定貨量都較大，但隨著燒結車間逐年擴產，破碎機使用頻率提高，燒結車間反映設備制造安裝分公司制造的破碎輥使用壽命平均不到兩個月，不能滿足目前高負荷、高效率的生產要求。為此設備制造安裝分公司專門成立了課題組進行攻關，經過一年多的努力，終于將破碎輥的使用壽命提高到了六個月左右，從而為燒結車間的生產順行提供了保證。

1 改進方向的確定

首先對破碎輥的使用狀況進行考察，破碎輥工作表面的原始厚度為90mm，硬度在HB230～270之間，在使用過程中，隨著厚度逐漸減薄，表面硬度逐漸降低，當厚度減薄至60mm左右時，硬度降至HB200左右，此時輥面上出現大小不等的圓形凹坑，然后凹坑逐漸發展成沿物流方向的條狀坑，最后在整個輥面上形成一條條類似繩輪的凹槽，凹槽的存在，既降低了原煤的破碎效果，又加速了輥面的磨損，并最終導致破碎輥報廢。經分析可知，當鑄件存在組織疏松、成分不均勻、含有夾雜物等缺陷時，都可導致熱處理后鑄件內部硬度不均勻，導致在相同外力作用下形成深淺不一的凹坑。另外，由于熱處理硬度偏低和耐磨層較薄，導致耐磨性能較低。

由此可確定出以下改進方向：

⑴ 通過對鑄件生產工藝的改進及生產過程的控制，確保獲得內部組織均勻致密的鑄件。

⑵ 通過對熱處理工藝的改進，提高產品的硬度及耐磨層厚度。

2 鑄件生產工藝改進

2.1 鑄件成分選擇

鑄件材質為ZG35CrMnSi，其成分為（%）：C：0.3～ 0.4 Si：0.5～ 0.75 Mn：0.9～ 1.2 Cr：0.5～ 0.8 S、P≤0.04 對近期壽命較短的破碎輥核查了成分，發現成分雖合格，但偏于下限，改進為熔煉時Cr、Mn、Si含量偏上限。Cr、Mn、Si調高后強化了對鋼的基體的固溶作用，從而提高了鋼的強度和硬度，Mn含量的提高可以適當提高鋼的淬透性，有利于得到較深的耐磨層。

2.2 生產設備

型砂采用碾輪式混砂機混碾，采用3噸電弧爐熔煉鋼水，塞桿式鋼水包進行澆注，底注孔直徑為φ35mm。

2.3 造型方法及材料

采用鈉水玻璃-CO2硬化法造型，石英砂作為造型面砂，七O砂作為背砂，石英砂中SiO2含量在96%以上，水玻璃模數在2.2～2.6之間。

2.4 澆注系統設計

為保證鋼水充型平穩，采用上下兩道內澆口的階梯式澆注系統，下層內澆口距鑄型底面為300mm，內澆道間距為400mm，內澆道沿輥面的切線方向開設，以防止鋼水對中間砂芯的沖擊，造成掉砂缺陷。為防止夾雜物由澆注系統帶入，內澆道、橫澆道、直澆道全部采用成型耐火磚管鋪設。

2.5 冒口設計

圖1 破碎輥示意圖

冒口設計的合理與否將直接影響到能否獲得相對致密的鑄件，所以對冒口進行了較為細致的設計計算。鑄件要求全部加工，加上機加工余量后，毛坯結構及尺寸如圖1所示。經計算，毛坯重量為1800Kg，鑄件壁厚a＝110mm ，鑄件體積VC＝231×106 mm3

采用模數法設計冒口：

（1）熱節圓及鑄件模數計算

熱節圓理論直徑T理＝110 +（110/2+10）2/（110+20）＝142.5mm

考慮熱節處的補貼尺寸及圓角處對散熱的影響，將熱節圓直徑增大1.1倍為157mm。從而鑄件模數M C＝T×h/［2×（T+h）］＝157×720 /［2×（157+720）］＝64mm

（2）冒口直徑D的計算

為保證冒口晚于鑄件凝固，根據經驗，取冒口模數M r＝1.2×MC，則冒口模數Mr＝1.2×64＝76.8mm。采用圓柱形明冒口，冒口直徑為D，冒口高度H＝1.5×D，不設冒口頸。

因為不設冒口頸，冒口的一端與鑄件直接接觸，所以冒口的表面積不應包括該端面的面積，即：冒口表面積Sr＝π×D×H+π×D2/4＝5.495×D2，冒口體積Vr＝π×D2×H/4＝1.1775 D3冒口模數Mr＝Vr/Sr＝0.214×D＝76.8mm，計算冒口直徑D＝76.8/0.214＝359m m。

實際取冒口直徑D＝360mm，則H＝1.5×D＝540mm

（3）冒口數量計算

冒口個數N＝π×（d1+d2） /［ 2×（ D+4×T）］=3.14 ×（900+720）/［2×（360+4×157）］＝2.574（個）

取 N ＝ 3， 則 V r總 ＝ 3×V r=3×1.1775×3603=165×106mm3

（4）冒口的補縮能力校核

補縮效率η＝εV×（Vr總+Vc）/Vr總×100%＝5.6×（165+231）/165×100%=13.4%，查資料顯示此類鑄件的補縮效率應為12～15%，12%＜η＜15%。可見三個冒口即可滿足使用要求。

2.6 熔煉及澆注工藝要點

嚴格按照氧化法對鋼水進行熔煉，出鋼后鋼水鎮靜時間不得低于4分鐘，待鋼水溫度降至1540℃～1560℃后，進行澆注，在冒口凝固前點澆冒口一次。然后向冒口中加覆蓋劑，鑄件在砂型內保溫時間不得低于48小時。

3 熱處理工藝改進

鑄件初加工前進行完全退火，以消除鑄造應力，確保鑄件組織均勻。為確保調質質量，初加工后，增加正火工序，以細化晶粒。提高產品的硬度及耐磨層厚度是提高破碎輥耐磨性的有效方法。原圖紙技術要求規定鑄件硬度范圍為HBS228～269，在熱處理工序通過調整調質時的回火溫度，使鑄件硬度提高到HBS280～310。在調質工序前后對鑄件進行超聲波探傷，質量要符合GB7233-87 Ⅱ級要求。

4 效果

去年第三季度，我公司采用改進后的制造方案，共為煉鐵部生產了12支破碎輥。去年第四季度開始陸續上線使用，其中7支使用壽命達到6個月，另外5支在使用5個月后，對輥面進行車削修復，以消除表面不平整，然后再次上線使用，累計使用壽命達到7個月左右。顯然，通過生產工藝改進，我公司生產的破碎輥使用壽命明顯提高，平均比改進前提高了4個月左右，不但降低了破碎輥的在線維護成本，也提高了煉鐵部燒結車間的設備運行效率。

[1]王建南.鑄造技術，2001（1）

[2]于永智.鑄造，1997（11）

[3]王永云.鑄造技術，1997（6）

[4]鑄工工藝學.機械工業出版社，1980