产业峰会 | 胡振霖：水泥企业破碎机升级换代及砂石版块延伸新思路
枣庄鑫金山运营总监胡振霖带来以《水泥企业破碎机升级换代及砂石版块延伸新思路》为主题的精彩演讲。
通过对锤式破碎机的工作原理及锤头失效形式分析,得出锤头失效的主要形式是冲刷磨损。针对这一情况,提出了采用高碳锰合金钢锤头、低合金钢锤头及复合锤头。此外,还考虑了破碎机的参数、间隙以及给料粒度等因素对锤头寿命的影响。......
1、引言
锤式破碎机是冶金、矿山、建材和电力等行业常用的破碎设备。锤头是其中主要的易磨损件，目前主要用高锰钢制作。但其抗磨性差，使用寿命短，需要频繁更换，不仅浪费材料，而且影响正常工作。因此，提高锤头的寿命成为亟待解决的问题。
2、锤式破碎机的工作原理及锤头失效分析
(1)锤式破碎机的工作原理。如图1所示：
物料从喂料口落下进人破碎腔，与高速旋转的锤头相撞击，被破碎的物料以很高的速度撞击在有一定间隙的蓖条上，粒度较大的物料经过反复破碎，破碎后符合要求的细小物料通过蓖条缝排除。
(2)锤头失效分析
锤头在工作期间，除受到撞击外，还受到物料的冲刷，这样长期反复使用，锤头的工作面就会受到破坏，使表面形状发生变化，如果用在可逆式破碎机上，锤头两侧的棱角就都会被磨成光滑的圆弧面，如图2所示。锤头在工作初期表面形状未发生改变时，锤头主要受到撞击磨损，物料以正向力撞击金属表面产生塑性变形和撞击坑。当锤头的工作面磨成圆弧后，此时其表面受力发生了变化，原来锤头锤面受力F，现在作用在磨损面上的力F可分解为2个分力，一个是垂直于锤面的法向力Fr=F·sina，一个是平行于锤面的切向力Fq=F·cosa。前者对锤头产生撞击作用，后者对锤面造成切削、冲刷。二者的大小取决于冲击角a。在锤头工作初期，冲击角a=90度，这时要表现为撞击磨损，当锤头磨损后，a角变小，F，变大，这就使金属从锤面上迁移，表现为冲刷磨损，此类磨损是锤头失效的主要形式。尽管物料的撞击可产生一定量的加工硬化，但冲击力还不足以使锤头的工作面形成坚固的硬化层，造成锤头的耐磨性不够，最终使得锤头在工作初期失效。因此提高锤头的硬度，可提高其耐磨性，从而减轻撞击磨损;提高材料的韧性有助抑制裂纹的产生和扩展，有利于减轻冲刷磨损。因此，选择合适的材料是提高锤头寿命的基本途径。
3、锤式破碎机锤头材料的选择
(1)锰钢锤头
目前国内的破碎机锤头大部分使用高锰钢材质，其耐磨性不够，使用寿命非常短。破碎石灰石的锤头一般可使用60一90d，在某些特殊条件下，使用不到7d。同时由于锤头在工作中所受的冲击力并不大，使高锰钢锤头的加工硬化效果不显着，其抗冲刷磨损能力差。由于Cr能起到强化奥氏体，提高钢的硬度、强度和耐磨性的作用，因此在高锰钢中加人Cr元素，可使锤头大大强化。在破碎铁矿石时，锤头的使用寿命比普通高锰钢提高50%,
(2)锤式碎石机复合锤头
传统的高锰钢锤头耐磨性差，使用寿命短，耗材量大。为此，我们将锤头设计成锤柄和锤端分别制造。如图3所示：
锤柄部分采用高锰钢或碳钢，使其具有足够的强韧性，锤头部分采用高铬铸铁。而高铬铸铁是一种具有优良耐磨性的材料，这样锤端就会有足够的耐磨性，同时由于高铬铸铁韧性较低，易发生脆性断裂，所以锤柄选择高韧性的高锰钢或碳钢材质，克服了单一材料的缺点。
实践表明，在水泥行业破碎水泥熟料，其使用寿命比高锰钢锤头提高2倍以上。此外，还可采用镶铸白口铁锤头，试验证明，在破碎莫氏硬度为6.5的钠长石时，使用寿命可稳定地达到高锰钢锤头的3倍，从上面的分析可知，以上2种复合锤头满足使用性能要求。
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(3)锤式破碎机低合金钢锤头
复合锤头，虽然具有较高的使用寿命，但其铸造及热处理工艺复杂。为此，近年来研制开发了多种低合金钢锤头，已推广的有40CrMnSiMoRe低合金钢锤头。40CrMnSiMoRe钢合金元素含量少，生产成本低，工艺简单，通过合适的热处理即可获得需要的机械强度。经过对锤头运行状况分析以及在破碎机上的实验，证实了该种材料符合锤头的各项性能指标，可作为一种良好的锤头材料。在峰峰发电厂锤式破碎机上，40CrMnSiMoRe锤头与高锰钢锤头进行了磨损对比试验。试验方法是在破碎机上安装两排锤头，每种装一排，同机运行，试验结果为:40CrMn-SiMoRe锤头运行了21d，高锰钢锤头运行了14d，由于两种锤头的磨损长度不同，因此用磨损长度来衡量实际的使用寿命更为实际，如表2所示：
实验表明，40CrMnSiMoRe钢锤头的耐磨性能大大优于高锰钢锤头，前者的耐磨性是后者的2.25倍，明显提高了锤头的使用寿命。
4、其他因素
(1)锤头的结构设计及制造质量
锤头的结构设计和几何形状对其热处理后的力学性能和内部金相组织有很大的影响。特别是厚度尺寸大的锤头，影响更为突出。通过对不同材质锤头断裂失效形式分析可知，造成锤头断裂的主要原因是其内部或表面存在不同程度的缺陷。由于缺陷的存在，使大部分锤头在使用初期发生断裂现象。因此，在锤头生产中，必须制定合理的铸造和热处理工艺。
(2)破碎机的技术参数
破碎机技术参数也会影响锤头的使用寿命，其中主要的是转子的功率和转速。它们不仅关系到破碎机的生产能力，也关系到锤头冲击硬化的程度。锤头冲击硬化程度良好，其使用寿命就会有所延长。
(3)所破碎物料的块度与硬度
物料块度越大，对其韧性要求越高，而物料硬度越高，对锤头材料硬度要求越高。具体型号的破碎机应采用适宜的给料粒度，这会在一定程度上延长锤头的使用寿命。
(4)破碎机内部间隙的调整
破碎机内部间隙主要是指转子体与反击板、蓖条以及锤头之间的间隙。这些间隙的尺寸，会关系到蓖条及安全门附近是否有积料。如果积料存在，而锤头无法将积料从蓖条上压下时，锤头就会受到严重的摩擦磨损。因此，在使用的过程中，必须经常调整各部分间隙，使其处于适当范围之内。
编辑：易洪兴
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