經濟環保的新型耐磨高錳鋼在環錘式碎煤機上的應用

白劍鋒

(廣東省粵電集團公司珠海發電廠，廣東 珠海 519000)

經濟環保的新型耐磨高錳鋼在環錘式碎煤機上的應用

白劍鋒

(廣東省粵電集團公司珠海發電廠，廣東 珠海 519000)

針對環錘式碎煤機的環錘部件磨損與沖擊失效的特征、過程、形式進行研究，并對磨損機理進行深入的分析，查明部件失效的直接原因。為提高碎煤效率，延長設備使用壽命，選用經濟環保的新型耐磨高錳鋼作為碎煤機易損件的材料，以最少的資源消耗來保證設備的高效、穩定、經濟、可靠運行。

環錘式碎煤機；新型耐磨高錳鋼；經濟環保

0 引言

電廠燃料系統擔負著燃煤的卸儲、輸送與配供等任務，主要由卸煤設備、原煤輸送系統和煤場設備3大部分組成。輸送系統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，在燃料輸送系統中設置了篩碎設備。我廠在TT6轉運塔內安裝了4臺環錘式碎煤機，由American Pulverizer Company制造，型號為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，轉速740 r/min。

1 環錘式碎煤機的工作原理

環錘式碎煤機主要是由機體、機蓋、轉子(包括主軸、搖臂、環軸、環錘等)、篩板、碎煤板、篩板調節器、撥煤板、反射板組成。其主要優點是結構簡單、體積小、質量輕、維護簡單，能夠自行排除雜物及鐵，噪音小，入料口成微負壓，出料口可成微正壓，送風量小，能形成機內循環風，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。環錘式碎煤機的轉子上帶有環錘，轉子旋轉時首先對煤進行沖擊作用使之破碎；被沖擊后的煤從環錘處獲得動能，使煤在環錘與碎煤板、篩板之間，煤與煤之間產生沖擊力、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，因此能充分利用動能，以達到高速破碎的效果。

根據環錘式碎煤機的結構特點，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錘施加沖擊力，破碎大塊煤，以高速回轉所具有的動能產生破碎效應的同時，受到高應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子回轉和環錘(自轉)不斷地運轉下，繼續在篩板弧面上破碎，并進一步完成滾碾、剪切和研磨作用，使之達到所要求的破碎粒度，在這一過程中環錘受到擠壓和磨料磨損作用，破碎后合格的煤塊經篩板的柵孔漏下排出。

2 影響碎煤機環錘使用壽命的因素

綜上所述，碎煤機環錘在工作狀態下高速旋轉，與物料發生猛烈的撞擊后受到強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。實際生產中，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。

環錘式碎煤機的易損件主要有環錘、碎煤板、篩板，其次是搖臂和環軸葉片，如果配件質量合格，基本上是磨蝕和沖蝕損壞；如果錘頭材質不合格，容易出現斷裂，并將碎煤機篩板、碎煤板以及轉子打擊斷裂而致碎煤機易損件早期失效。

3 新型耐磨高錳鋼的應用及效果

近年來，我國冶鑄工作者研究開發了許多碎煤機錘頭用新型抗磨鑄鋼和鑄鐵材料以及復合鑄造等工藝，在實際應用中都表現出了較優良的使用性能，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) 錘頭復合鑄造工藝系列有鑲鑄復合錘頭、雙液雙金屬鑄造錘頭、耐磨堆焊錘頭等。

根據我廠實際工況條件，我們針對高錳鋼的耐磨性和韌性進行了較深入的研究，并通過工況試驗，選擇了一種新型稀土變質處理的高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re作為碎煤機易損件的材料，并將該新工藝技術廣泛應用于生產，取得了明顯的社會、經濟效益。

高錳鋼是歷史最悠久的一種耐磨鋼，它是由英國的Hadfield于1882年發明的，于1883年獲得英國發明專利，亦稱Hadfield鋼，至今已有一百多年歷史。高錳鋼使用狀態的組織為奧氏體，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。實踐表明，若高錳鋼使用不當(如用于低沖擊磨損工況下)，就不能真正發揮它的優良特性——冷加工硬化，從而造成機件的早期磨損失效。

近半個世紀以來，各國科技工作者為了進一步提高其耐磨性，在合金化，改變錳碳比，預先表面硬化處理，改進熔煉、鑄造和熱處理工藝等方面進行了大量的研究工作，并取得了一定效果。

對高錳鋼加稀土的試驗研究發現，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，使之變為斷續或顆粒狀，以提高材料的韌性，滿足在較大沖擊載荷下的應用要求。還出現了各種鑲鑄造工藝，以解決高錳鋼件硬度與韌性的矛盾。

常規的高錳鋼在干態工況下具有十分良好的抗磨損、抗沖擊優勢，但在濕態工況下，高抗磨損性能明顯下降。另外，抗腐蝕性能差、韌性差。新型高錳鋼通過設計調整元素含量和配比，添加稀土元素和改進熱處理工藝，不僅在干、濕工況下都具備優越的抗腐蝕、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標準是GB/T5680—2010《奧氏體錳鋼鑄件》。奧氏體錳鋼鑄件的化學成分如表1所示，力學性能如表2所示，表中牌號前的★標注表示我們選用的新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re相對應的牌號。《奧氏體錳鋼鑄件》中規定，高錳鋼鑄件必須進行不低于1 040 ℃的水韌處理；化學成分為必檢項目，此外，制造廠可根據檢測能力，經供需雙方商定選擇金相組織檢驗、力學性能檢驗和無損檢測中的一項或多項作為產品驗收的必檢項目。高錳鋼鑄件的金相檢驗請參閱高錳鋼鑄件國家標準(GB/T13925—2010)。

表1 奧氏體錳鋼鑄件的化學成分(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性能(GB/T5680—2010)

對比結果表明，新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re設計調整元素含量和配比，添加稀土元素和改進熱處理工藝，使新材料不僅在干、濕工況下都具備優越的抗腐蝕、抗磨損性能，而且極大地改善了冷、熱加工的工藝性能。

從我廠碎煤機現場實際情況分析，碎煤設備易損件選用的新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re達到材料設計預期性能指標，產品能夠滿足工況要求，抗沖擊磨損性優于進口金屬碎煤機錘頭，使用壽命是原來使用壽命的1倍以上，同時，我們在落煤管道襯板采用新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re作為原材料，其使用壽命是常規錳鋼襯板的3～5倍。

我廠應用新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re替代進口碎煤機錘頭、碎煤板、篩板和反射板材料，不僅降低了采購成本，同時也提高了使用壽命1倍以上。新型耐磨高錳鋼的化學成分設計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，適應工況，降低資源成本。采用稀土材料，并合理地調整合金元素配比，減少了貴重稀有金屬配比量，熱處理采用循環水韌處理，節約了大量能源，減少了環境污染，因而新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re屬于資源節約型綠色環保材料。

4 結語

磨損和耐磨材料的應用始終是燃煤發電廠安全經濟生產、發展的重要研究課題。文章對環錘式碎煤機的工作原理和易損件磨損進行分析，結合設備實際使用情況，采用新型耐磨高錳鋼ZG120Mn13Cr2Re材料替代進口材料，保證了輸煤系統安全經濟運行，滿足了輸煤設備的使用性能和可靠性要求。

[1]張增志.耐磨高錳鋼[M].冶金工業出版社，2002

[2]謝敬佩.耐磨鑄鋼及熔煉[M].機械工業出版社，2003

[3]王彥鳳，邱常明，張貴杰.耐磨鋼的發展和技術進步[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，從事電廠輸煤系統運行檢修工作。