高铬铸铁衬板、中碳中铬合金钢衬板在水泥工业球磨机上的应用

李固成（驻马店三山实业有限公司，河南驻马店市 463000）

高铬铸铁衬板、中碳中铬合金钢衬板在水泥工业球磨机上的应用

李固成（驻马店三山实业有限公司，河南驻马店市 463000）

阐述了高铬铸铁衬板、中碳中铬合金钢衬板的优良性能、技术条件及实际应用情况，对水泥工业节能降耗工作具有一定的指导意义。

水泥球磨机；高铬铸铁；中铬合金钢；衬板

水泥工业球磨机内主要使用两大类耐磨件产品，即磨球和衬板。我国因磨损消耗的金属材料超过200万吨以上，其中磨球耗材所占比例约55%，衬板耗材所占比例约11%[1]。由此可见磨球和衬板在耐磨材料中的份量。近几年来，伴随着水泥工业的结构调整和技术创新，水泥粉磨工艺装备技术水平得到空前提高，带动和促进了耐磨材料行业的繁荣和发展，在磨球的生产和应用上表现尤为突出。过去，低铬磨球占据主要市场份额；目前，高铬磨球以其低耗损、高耐磨性已被广大水泥企业所认知，市场份额明显增加，缩短了与国外先进水平的差距；今后，高铬磨球将占据行业主导地位。

与磨球市场相比，耐磨衬板的生产与应用，却是冰火两重天，大不如人意。高品质﹑高性能产品如高铬合金衬板并未得到全面的推广和应用；而中、低合金钢类衬板充斥市场，品种多，材质杂，质量标准不一，林林总总，鱼龙混杂，良莠不齐。由于合金钢类材料的多样化，给生产者和使用者，特别是使用者带来了诸多困难，大有眼花缭乱之势。更有甚者，由于市场的不规范性和信息不对称性，无序竞争、低端竞争（低品位，低技术含量，低价格，以劣充优）依然存在，以低价混高价、以次充好等不良行为弥漫市场，稍有不慎上当受骗时有发生，给使用者带来不应有的损失。高锰钢类衬板作为一种传统的普通耐磨材料，在冶金矿山球磨机上具有一定优势，但在制备水泥球磨机衬板时由于加工硬化能力不足而易早期失效，传统的高锰钢衬板被替代已成为一种必然的发展趋势，这已是业界的共识。而在我们市场调研中发现，仍有大部分水泥企业特别是中小企业继续使用高锰钢衬板，在四川、云南、贵州等边远省份的区域市场中应用较多。凡此种种，反映了耐磨衬板市场的不规范性。

随着我国经济平稳较快发展和经济社会环境的持续改善，建设资源节约型和环境友好型社会，水泥工业的发展所面临的“节能减排”任务愈加紧迫。因此，适时地大力推广和合理选择使用水泥工业高效节能衬板，扩大高性能衬板的应用范围，是节能降耗的有效途径之一。合理选择与应用的关键在于正确分析易磨损部件的使用环境、工况条件和磨损机理，耐磨材料的技术性能和以往的使用经验，兼顾技术先进、生产可靠、经济合理的原则，达到节能减排、降耗的目的。衬板性能的优劣，不仅影响金属材料的消耗，能源的消耗，更重要的是影响设备运转率，影响水泥产量和生产成本。要迅速彻底地转变传统的只讲价格不讲品质，只求数量不讲质量，只顾眼前不讲长远利益的采购观念，去粗取精，去伪存真，选择优势企业，使用优质产品，实现科学的性价比采购，在材料多样化的市场条件下，对于水泥工业节能减排来说，是新形势下必须做出的一种战略抉择。根据现有耐磨衬板市场使用情况，依据相关前沿技术市场资源，本文推荐两种优质耐磨衬板材料，以期完善粉磨系统优化节能技术，提高水泥行业节能水平，不断满足我国水泥工业球磨机衬板的巨大市场需求。

1 高铬合金铸铁（钢）衬板

1.1 高铬合金铸铁衬板的特性与标准

高铬合金铸铁一般是指含铬量在 12%～30%、含碳量在2.4%～3.6%的合金白口铁[2]。它的显著特点是MC状、孤立状弥散分布于马氏体（金属基体中最硬的组织）基体上，减少了对基体的割裂作用。因此，高铬合金衬板具有高强度、强韧性和高耐磨性，其性能代表了目前金属耐磨材料的最高水平。在国外已大量应用于水泥大型球磨机上，一般使用寿命（一仓）在6～8年，二、三仓在12年以上，表现了良好的耐磨性。我国从上世纪70年代中后期，开始研究并推广应用高铬铸铁衬板，并于1998年制定了国家建材行业标准JC/T691—1998《高铬铸铁衬板技术条件》，2007年又对此标准进行修订和完善，其中高铬铸铁衬板的化学成分和主要力学性能如表1所列。

表1 JC/T691-200x高铬铸铁衬板化学成分和主要力学性能

在实际应用中，对冲击载荷较大的工况，一般采用低碳高铬铸铁（钢）衬板；对冲击载荷较小的工况，采用高碳的高铬铸铁衬板，以便充分发挥材料的耐磨性能。如2.4%～2.65%C的Cr15衬板可用于ø4.2m以下磨机（一仓）；2.65%～2.85%C的Cr20﹑Cr26衬板可用于ø4.2m以上磨机；磨前有预粉系统如“辊压机+水泥磨”时，平均球径≤ø60mm，C含量可以再高些，可保证使用寿命（一仓）8～10年，二、三仓使用时间更长。磨头板可选用中（低）碳高铬铸铁材料；出料篦板可选用中、高碳高铬铸铁材料；分块组合成的隔仓板可选用低碳高铬铸铁材料。

1.2 高铬合金衬板的实际应用与节能优势

原唐山水泥机械厂、驻马店三山实业有限公司、合肥水泥研究院耐磨耐热材料厂、河北鼎基钢铁铸件制造有限公司、广州有色金属研究院耐磨材料厂、无锡东方抗磨材料有限公司等国内具有代表性的生产厂家制造的高铬铸铁衬板，均表现了优异的耐磨性。比如，驻马店三山实业有限公司生产的高铬铸铁类衬板有 Cr13、Cr15、Cr20、Cr26，用于不同规格型号ø1.83m、ø2.2m、ø3m、ø3.5m、ø3.8m、ø4.2m、ø5m、ø5.4m等磨机上200多台（套）。其中Cr15衬板用于原河南省偃师县水泥厂ø2.2m×6.5m磨机上一仓，连续使用达13年之久[3]；用于河南郑州顺宝水泥股份有限公司ø3m×9m磨机上一仓，连续使用达7年之久。2003年5月用于大宇水泥（山东）有限公司特大型磨机ø5.4m×15.5m上的Cr26衬板、磨头板，已连续运转6年以上，据客户反映其磨头板使用寿命已超过原进口磨头板的2倍以上，预计仍能使用2年左右[4]。大量的应用事实表明，高铬合金衬板应用于水泥工业磨机上是安全的，且耐磨性高，使用寿命长，节能增效十分显著。特别是在新型干法水泥生产线上，随着预破碎、预粉碎、预粉磨等磨前预粉技术水平的提高，一次采购，多年不需更换，既降低工人劳动强度，又提高粉磨效率，高铬合金衬板良好的性价比优势更加突出。如Cr15衬板目前市场价格约15000元/吨（使用寿命6年以上），低合金钢衬板目前市场价格约8500元/吨，二者使用寿命、价格相比（以ø4.2m×13m磨机衬板96吨计算），使用高铬合金衬板约节约采购成本168万元，如果考虑节省安装费用和螺栓成本等，节能降耗空间更大。

1.3 高铬合金衬板在铸造生产和使用中的技术关键

（1）提高高铬铸铁衬板的冲击韧性

生产企业在选用高铬铸铁材料制备衬板时，在优先考虑其耐磨性的同时，还应该特别重视其强度和强韧性的配合，只有高强度，强韧性，高耐磨性的有机匹配，高铬铸铁的优良性能才能充分发挥出来。有文献报导[5-8]，提高高铬铸铁的性能，首先应提高高铬铸铁的断裂韧性KIC值。当Cr＞13%时能够使高铬铸铁M7C3型共晶碳化物断网、呈孤立状。当共晶碳化物不变，且Cr/C比在6.6～7.1时，高铬铸铁的断裂韧性KIC值最高，亦即此时抗裂纹扩展能力最强。高温淬火或适当延长保温时间，亦能改善M7C3型共晶碳化物的形貌、分布、大小，细化碳化物，提高强度，增加韧性。改变高铬铸铁共晶碳化物形态、数量、大小及分布并提高其强韧性的最简单而且经济有效的方法是对铁液进行变质处理，控制其凝固，更重要的是细化共晶碳化物，减少其对基体的割裂作用，细化基体，改善韧性。

（2）高铬铸铁衬板的安全使用

①断裂是高铬合金衬板磨料磨损主要失效形式。引起断裂的主要原因是铸造缺陷如铸件疏松、缩孔、气孔、夹杂等，因此生产企业必须从严控制铸造缺陷的发生。②高铬铸铁衬板宜小而厚，单螺栓孔或无螺栓孔，不允许块大而薄或双螺栓孔衬板的使用。③高铬衬板在安装时，凡有螺栓孔的衬板，螺栓固定要紧实牢固。安装面与筒体面应为面接触，最好选用橡胶垫作垫层，严禁无任何铺垫而直接安装和使用高铬衬板。安装完毕进行初（试）运转时，磨机内必须填充一定量的物料方可运行，严禁空磨运转。

1.4 高铬铸铁材料的优化及发展方向

自2003年以来，金属材料价格不断上扬，特别是钼、镍、铜等贵重金属价格更是成倍上涨，给耐磨材料生产企业带来很大成本压力。为此，研究单位和生产企业展开了以节约贵重金属材料为主要方向的实验与研究，如：在化学成分的配伍上以少量多元的合金化及变质处理技术的研究与应用；开展了以锰代钼的试验研究；对淬透性极强的硼合金的加入量、加入方法及加入时间的探讨等。在热处理淬火介质方面，除空冷淬火外，还发展了油淬高铬铸铁衬板和溶剂淬火高铬铸铁衬板，并积累了大量实践应用经验，取得了积极成效。这些工作为我国水泥工业大量应用高鉻合金衬板创造了条件，提供了强有力的技术支撑，为进一步降低金属材料的消耗，优化和降低成本提供了一条有益途径，将成为未来行业的一个主要节能研究发展方向。

2 中碳中铬合金钢衬板

中碳中铬合金钢衬板于上世纪80年代末90年代初，由合肥水泥研究院、西安交大等研制并率先在建材水泥、火电能源行业推广应用[9，10]，耐磨性仅次于高铬铸铁而优于高锰钢和中、低合金钢。中碳中铬合金钢衬板的Cr含量为＞3.8%～5.0%。Cr有较强的碳化物形成能力，当Cr＞4%时钢中就会出现高硬度M7C3型共晶碳化物。同时，与铁形成连续固溶体，在奥氏体中的溶解度很大，故能强化基体，提高基体的强度、硬度而不降低韧性。经高温940～980℃空冷淬火+260～380℃回火后，基体组织形成回火马氏体和部分残余奥氏体，即高强度马氏体基体上弥散分布着一定量的高硬度M7C3型共晶碳化物，实现了高强度、较高耐磨性和良好韧性的匹配，一般使用寿命在4年以上。它的另一个优点是，由于铬合金含量相对较高，在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与集聚，使碳化物保持较大的分散度，亦有利于提高强度和硬度，即抗回火稳定性能好，并具有一定的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，使其应用范围更宽。

另外，在合金钢类衬板中，油淬低合金钢衬板ZG42Cr2MnSi2Mo在实际应用中，也表现非凡，堪与中碳中铬合金钢衬板相媲美。但总体来讲，该材料由于铬合金元素含量偏低而无法形成M7C3型碳化物硬质相，在耐磨性方面与中碳中铬合金钢衬板相比，还是稍逊一筹。

[1]周平安，姚永茂.耐磨材料企业面临的机遇与挑战.见：全国耐磨材料暨水泥矿山应用技术交流会论文专辑.北京：中国机械工程学会磨损失效分析及抗磨技术专业委员会，2008：11－14.

[2]李海鹏，梁春永，王立辉，等.铬系白口铸铁的研究进展.中国铸造装备与技术，2006（5）:8－12，

[3]常松枝，王信宗.高铬铸铁沟槽衬板连续使用超过十年的体会.水泥，1998（8）:30－31.

[4]李固成，等.高铬铸铁衬板在特大型球磨机上的国产化应用.中国铸造装备与技术，2008（1）:32－34.

[5]饶启昌，李成劳，邢建东.高铬白口铸铁断裂韧性的研究.见：第二届全国金属耐磨材料学术会议论文集.北京：中国金属学会耐磨材料学术委员会，1984：115－120.

[6]王兆昌.我国白口铸铁的生产工艺及理论研究.见：第三届全国金属耐磨材料学术会议论文集.北京：中国金属学会耐磨材料学术委员会，1985：89－92.

[7]仝建民，周以忠.高铬白口铸铁残余奥氏体在冲击磨料磨损中作用的研究.见：第四届全国金属耐磨材料学术会议论文集.北京：中国金属学会耐磨材料学术委员会，1987：142－146.

[8]朴东学，王景安，李宏祥.高铬白口铸铁件高性能化的研究与生产[C].见：第十届全国金属耐磨材料学术会议论文集.北京：中国金属学会耐磨材料学术委员会，2003:842—845.

[9]向启琦，李茂林，汪贵生.中碳多元合金钢衬板的研制.见：第六届全国金属耐磨材料学术会议论文集.北京：中国金属学会耐磨材料学术委员会，1992：31－34.

[10]邓月声，饶其昌，蔡志刚，等.中铬铸钢衬板及其在电厂球磨机上的应用.见：第七届全国金属耐磨材料学术会议论文集，北京：中国金属学会耐磨材料学术委员会，1994：37－41.

Application of lining Plate of High Cr Cast Iron,Medium Cr Alloy Steel on Ball Mill for Cement

LI GuCheng
（Zhumadian San Shan Industry Co.Ltd.，Zhumadian 463000，Henan China）

The premium performace,technology specifications and real adopted instances of lining plate of high Cr cast iron,medium Cr alloy steel have been expounded,which might be certain positive reference for energy saving and consumption reduction of cement industry.

Ball mill for cement；High Cr cast iron；Medium Cr alloy steel；Lining plate

TG251.2;

A；

1006－9658（2010）02－3

2009－11－06

2009－150

李固成（1962-），男，工程师，主要从事衬板的研制和生产工作