礦山機械設備錳鋼鑄件鑄造工藝改進分析

胡 琳，趙 瑾，任 皎

（中國有色集團撫順紅透山礦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113321）

經(jīng)濟的快速發(fā)展為礦業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來了新的動力，但相應的對礦石需求量也在不斷增加，如果還在沿用傳統(tǒng)的礦山開采手段，不僅會造成礦區(qū)及周邊環(huán)境的大面積破壞，還很容易增加安全事故的發(fā)生率。為此，需要結合當年社會發(fā)展需求，研究新型開采手段和措施，彌補以往開采中存在的不足，提高礦山開采的科學性、合理性。下文就將對礦山機械錳鋼鑄件鑄造工藝及改進措施實行分析探討[1]。

1 礦山機械設備錳鋼鑄件鑄造工藝改進的必要性

在現(xiàn)今社會發(fā)展中，社會對礦產(chǎn)資源，尤其是鐵礦石、銅礦石等資源的需求量不斷擴張，但我國領域內(nèi)現(xiàn)存的礦產(chǎn)資源有限，需求量的增多使得礦產(chǎn)資源開采難度不斷上升，各利益主體矛盾不斷激化。現(xiàn)階段，礦產(chǎn)開采企業(yè)發(fā)展中，若想確保礦產(chǎn)的開采量，就需采取有效措施不斷提高礦產(chǎn)的開采能力，切實優(yōu)化礦山機械設備的各項性能，完善機械鑄件鑄造工藝，從而全方位滿足市場發(fā)展需求，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益和社會效益。

目前，社會經(jīng)濟快速發(fā)展，這也在一定程度上加大了礦石的需求量。因此，在礦石開采和生產(chǎn)過程中對工藝水平和設備性能也提出了更為嚴格的要求。礦山機械鑄造中，碳鋼和錳鋼是最為常見的原材料，在鑄造過程中，應采取有效措施不斷加強材料的耐磨性。

也就是說，在礦山機械設備鑄件鑄造處理中，技術人員要結合當前實際，采取有效措施，不斷完善機械設備和工藝，以期有效加強構件的耐磨性。再者，優(yōu)化和完善鑄件的制造工藝也可制造出更多優(yōu)質(zhì)的工藝設備，進而為礦山開采及生產(chǎn)工作提供強大的技術和設備支持，促進礦山生產(chǎn)行業(yè)的穩(wěn)定前行。

2 礦山機械設備鑄件耐磨性種類

新時代，科學技術日益完善，機械設備的耐磨鑄件鑄造工藝技術也得到顯著提升，磨球、襯板等多種類型的耐磨鑄件得到廣泛應用，甚至一些已經(jīng)出口海外，為我國鑄造鑄件工藝在世界舞臺的展示帶來助力。礦業(yè)作為我國目前發(fā)展中的代表性產(chǎn)業(yè)，隨著鑄件鑄造工藝的完善，其耐磨件的種類也在增多，最為主要的有奧氏體耐磨錳鋼、耐磨白口鑄鐵、非錳系耐磨合金鋼幾類。

2.1 奧氏體耐磨錳鋼

奧氏體耐磨錳鋼是目前礦山機械設備中使用最為廣泛的耐磨件材料。其具有韌性高、加工便利、形式多樣、耐磨性高等多種優(yōu)勢。從目前礦山機械設備來看，奧氏體耐磨錳鋼的應用范圍為：圓錐式破碎機、破碎壁、旋回式破碎機襯板、錘式破碎機錘頭、濕式礦山球磨機襯板等。而使用的耐磨錳鋼材料以MN13 系列和MAL3CR2 系列為主，尤其是后者使用最為普遍，在優(yōu)化機械設備性能上起到顯著效果。不過在耐磨錳鋼材料應用中，為保證其性能有效性，工作人員需要對材料中硅和磷元素含量實行科學把控，尤其是磷元素含量，要求在40% 以上，以維持其在鑄造中的沖擊韌性，改善耐磨水平[2-5]。

2.2 耐磨白口鑄鐵

對于耐磨白口鑄鐵的研究以鉻系白口鑄鐵為主，如高鉻白口鑄鐵、鉻硅耐磨鑄鐵和低鉻耐磨鑄鐵。其中高鉻耐磨白口鑄鐵是當前使用最為廣泛、技術最為成熟的耐磨件，如CR15、CR26等。而鉻硅耐磨鑄鐵和低鉻耐磨鑄鐵正處于研究過程中，性能要較高鉻耐磨白口鑄鐵更優(yōu)，耐磨性更強，且消耗成本較低，未來發(fā)展前景可觀。在未來發(fā)展中以磨球為例，需要滿足耐磨，不開裂，不變形等諸多鑄造工藝要求，朝著節(jié)能、環(huán)保、高質(zhì)量、高耐磨性的方向發(fā)展。鑄造工藝也需不斷嘗試大型化，產(chǎn)業(yè)化和自動化。

2.3 非錳系耐磨合金鋼

非錳系耐磨合金鋼是科學技術快速進步的產(chǎn)物，在礦山機械設備中濕式球磨機襯板中得到廣泛應用。該耐磨件是利用低碳高合金鋼鑄造而成的，耐磨性可達到普通鋼材料的兩倍以上，不僅可以提高機械生產(chǎn)效率，也能減少機械設備運轉中故障問題的產(chǎn)生，值得大力推廣應用。

非錳系耐磨合金鋼耐磨件的鑄造工藝還不是十分完善，隨著技術水平的提高，工藝水平還可得到較大改進，尤其要做好鑄造工藝與合金鋼熱處理工藝的創(chuàng)新優(yōu)化，擴展非錳系耐磨合金鋼的性能，增強其使用效果。技術的不斷進步，高強度、高耐磨中碳耐磨合金取得了快速的發(fā)展，硬度50HRC 的合金鋼、αkn達到每平方米200 焦左右；而硬度在55HRC 的合金鋼，αkn可達到每平方米100 焦左右，耐磨合金剛的耐磨性、硬度、韌性均得到較大程度的加強，應用范圍得到快速擴展。

3 錳鋼鑄造工藝體系

從目前機械設備鑄造工藝分析可知，錳鋼已經(jīng)成機械設備耐磨件鑄造中的重要材料，很多類型的耐磨件均是以錳鋼作為原材料開始鑄造的。而產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因為：礦山機械設備在作業(yè)中，接觸到的礦山材料都較為堅硬，如果使用普通的鋼材料，在一段時間作業(yè)后，很容易因為與礦石間摩擦阻力的加大而縮短其使用壽命，不僅阻礙了礦山開采作業(yè)的進展，還會造成較大的資金成本損耗。而錳鋼材料自身的耐磨性較高，將其融入到礦山機械設備中，可有效避免上述問題的產(chǎn)生，增大礦山開采的安全系數(shù)，提高企業(yè)經(jīng)濟效益[6]。

不過隨著我國礦產(chǎn)資源需求量的增多，對礦山開采中機械設備要求也在提高，為此，有必要加強錳鋼耐磨性，優(yōu)化機械設備使用性能。這就需要對礦山機械設備鑄造工藝進行優(yōu)化、創(chuàng)新。其中最為重要的提升工藝為錳鋼熱處理工藝。為了能夠使錳鋼達到一定的韌性和一個比較高的使用標準，可以使用相關技術工藝對錳鋼實施熱處理，降低錳鋼中的碳含量，加大錳鋼的硬度。而與一般的碳鋼件相比較，錳鋼的導熱性能需要，則采用相應的工藝與熱處理技術相結合的方式，來實施進一步的處理。

4 礦山機械設備中錳鋼鑄件鑄造工藝的改進措施

鑒于錳鋼材料在機械設備鑄件中使用的廣泛性，為進一步改進礦山開采效率，維護礦山機械設備性能和安全，有必要加大對錳鋼耐磨性的研究力度，優(yōu)化筑造工藝的整體水平，進而為我國礦產(chǎn)企業(yè)發(fā)展貢獻力量。具體而言，主要可以從改善錳鋼鑄件的致密度、加強鑄造過程中錳鋼熱處理工藝這兩方面進行著手。

4.1 改善錳鋼鑄件的致密度

錳鋼鑄件致密度對錳鋼材料耐磨性有著直接影響，所以改善錳鋼致密度就成為工藝改進的首要工作。在致密度改善中，需注意以下三方面內(nèi)容：

首先，根據(jù)錳鋼壁厚度情況選擇合理方式，改善致密度，優(yōu)化錳鋼耐磨性能。當錳鋼壁厚度超出40mm 時，工作人員需利用冒口易割片實施補縮處理，再配合外冷鐵的同時使用，增大錳鋼致密度。當錳鋼鑄件壁的厚度在40mm 以下時，采用的是同時凝固的工藝技術，此時也需要配合外冷鐵。這其中可以考慮使用發(fā)熱保溫冒口，這種冒口可以增大錳鋼鑄件的出品率，加錢錳鋼的耐磨性[7]。

其次，對于部分形狀簡單、數(shù)量較多的鑄造件來說，要想加大鑄件耐磨程度，可直接使用金屬型掛砂工藝加以處理，改善錳鋼致密度，達到最終目的。同時金屬型掛砂工藝的應用還可節(jié)省更多制造時間，簡化鑄造流程。

最后，技術人員要嚴格按照三低操作具體要求開展鑄件鑄造施工，以此優(yōu)化錳鋼鑄件的耐磨性能，加強礦山機械設備的運轉效果。其中的三低操作指的是低溫環(huán)境下實施鑄件配模處理、低溫環(huán)境下開展鑄造作業(yè)、低溫環(huán)境下出鋼。

4.2 加強鑄造過程中錳鋼熱處理工藝

錳鋼耐磨件鑄造過程中，熱處理工藝的應用是為了對錳鋼材料中單一的奧氏體組織實施科學處理，是提高錳鋼鑄件強度和韌性的有效措施，其對于錳鋼耐磨鑄件的質(zhì)量有著積極作用。眾所周知，錳鋼材料自身熱導性能較差，大約只有碳鋼的三分之一左右。所以其熱處理工藝比一般的碳鋼要求更高，更嚴。考慮到在熱處理時，錳鋼可能會出現(xiàn)變形或者開裂的質(zhì)量問題，襯板在裝置時需要采用豎裝的形式，且對錳鋼實施預熱處理，防止熱漲冷縮導致錳鋼變形開裂。

以厚壁的錳鋼材料為例，在熱處理工程中，技術人員先將溫度緩慢加熱到650℃左右，保持該溫度三小時，對錳鋼材料實施前期的預熱處理。該過程的目的是將錳鋼材料中奧氏體進行半數(shù)以上的分解。分解過程中，工作人員要仔細觀察，查看分解后產(chǎn)生的鐵元素和碳化物結晶體是否在規(guī)定標準范圍內(nèi)，如超出，則應采取有效措施加以處理，以免影響鑄造質(zhì)量。初期預熱處理完成后，將溫度上調(diào)至1100℃，持續(xù)時間在6 個小時左右，技術人員可根據(jù)錳鋼壁后情況適當調(diào)整保溫時間，以免溫度過高使材料出現(xiàn)脫碳的情況。保溫時間的把控一般以每小時25m 來計算，降低碳化物溶解帶來的不良影響。

上述兩個過程完成后，工作人員需要開展迅速的水冷作業(yè)，開始水韌處理。錳鋼在水韌處理時，入水的溫度大約是1000℃，入水經(jīng)過三次以上的擺動，過程中注入冷卻循環(huán)水，防止水的溫度太高。水韌處理時間在8h 左右，溫度控制在450℃以內(nèi)，這樣就可得到較為完整的奧氏體。錳鋼材料的強度、屈服強度、耐磨性都會得到較大提升，從而滿足礦山機械設備的使用要求，維護礦山開采的安全性。

在錳鋼熱處理過程中，工作人員需要注意的事項為：水韌處理中一定要做好溫度的管控，不允許出現(xiàn)任何偏差，以免影響錳鋼最后的性能。如果在水韌處理中，溫度上升到450℃以上，錳鋼材料中含有的碳化物會呈粗針狀結構，導致內(nèi)部結構失衡，降低錳鋼韌性和強度，最終破壞耐磨性能。而使用存在問題錳鋼材料的機械設備，礦山開采難度增加，資金成本損耗增大，危險系數(shù)提升[8]。

5 結語

通過以上分析與論述我們可以獲知，錳鋼作為目前礦山機械設備最廣泛使用的材料，優(yōu)化其耐磨性、強度和韌度對礦山機械設備工作效率、安全作業(yè)有著積極意義。為此，在未來的工作中，我們就應結合礦山產(chǎn)業(yè)發(fā)展實況，礦石資源需求量要求及傳統(tǒng)工藝存在的問題，加大對礦山機械設備錳鋼鑄件鑄造工藝的研究力度，從不同角度優(yōu)化錳鋼鑄件的耐磨性能，完善鑄件鑄造工藝，更好的適應目前礦山開采的各項需求，以此規(guī)避危險事故的發(fā)生，并最終為我國經(jīng)濟發(fā)展提供動力。