经济环保的新型耐磨高锰钢在环锤式碎煤机上的应用

白剑锋

(广东省粤电集团公司珠海发电厂，广东 珠海 519000)

经济环保的新型耐磨高锰钢在环锤式碎煤机上的应用

白剑锋

(广东省粤电集团公司珠海发电厂，广东 珠海 519000)

针对环锤式碎煤机的环锤部件磨损与冲击失效的特征、过程、形式进行研究，并对磨损机理进行深入的分析，查明部件失效的直接原因。为提高碎煤效率，延长设备使用寿命，选用经济环保的新型耐磨高锰钢作为碎煤机易损件的材料，以最少的资源消耗来保证设备的高效、稳定、经济、可靠运行。

环锤式碎煤机；新型耐磨高锰钢；经济环保

0 引言

电厂燃料系统担负着燃煤的卸储、输送与配供等任务，主要由卸煤设备、原煤输送系统和煤场设备3大部分组成。输送系统一般要求供往原煤仓的煤粒径必须≤30 mm，为了满足粒度要求，在燃料输送系统中设置了筛碎设备。我厂在TT6转运塔内安装了4台环锤式碎煤机，由American Pulverizer Company制造，型号为ACC-75-BG -NF，额定出力1 500 t/h，入料粒度≤300×38 mm，出料粒度≤25 mm，转速740 r/min。

1 环锤式碎煤机的工作原理

环锤式碎煤机主要是由机体、机盖、转子(包括主轴、摇臂、环轴、环锤等)、筛板、碎煤板、筛板调节器、拨煤板、反射板组成。其主要优点是结构简单、体积小、质量轻、维护简单，能够自行排除杂物及铁，噪音小，入料口成微负压，出料口可成微正压，送风量小，能形成机内循环风，粉尘少等，适用于表面水分小于15%的煤、煤矸石、焦炭、页岩等物料的破碎。环锤式碎煤机的转子上带有环锤，转子旋转时首先对煤进行冲击作用使之破碎；被冲击后的煤从环锤处获得动能，使煤在环锤与碎煤板、筛板之间，煤与煤之间产生冲击力、剪切力、挤压力、碾磨力，这些力大于或超过煤在破裂前所固有的抗冲击及抗压、抗拉强度极限，从而使煤块得以破碎。由于采用了圆形和齿形2种形式合一的环锤，其破碎方法中有击碎、劈碎、切碎、碾磨和挤压作用，因此能充分利用动能，以达到高速破碎的效果。

根据环锤式碎煤机的结构特点，把碎煤过程分为2段，第一段是通过筛板架上部的碎煤板与环锤施加冲击力，破碎大块煤，以高速回转所具有的动能产生破碎效应的同时，受到高应力多次冲击的凿削磨料磨损和冲击疲劳磨损；第二段是小块煤在转子回转和环锤(自转)不断地运转下，继续在筛板弧面上破碎，并进一步完成滚碾、剪切和研磨作用，使之达到所要求的破碎粒度，在这一过程中环锤受到挤压和磨料磨损作用，破碎后合格的煤块经筛板的栅孔漏下排出。

2 影响碎煤机环锤使用寿命的因素

综上所述，碎煤机环锤在工作状态下高速旋转，与物料发生猛烈的撞击后受到强烈的冲击形成磨粒磨损，造成锤头工作部位疲劳剥落和形成犁沟磨蚀而失效。实际生产中，要求锤头的打击部分具有高硬度和一定韧性，安装部分具有高韧性和一定硬度。

环锤式碎煤机的易损件主要有环锤、碎煤板、筛板，其次是摇臂和环轴叶片，如果配件质量合格，基本上是磨蚀和冲蚀损坏；如果锤头材质不合格，容易出现断裂，并将碎煤机筛板、碎煤板以及转子打击断裂而致碎煤机易损件早期失效。

3 新型耐磨高锰钢的应用及效果

近年来，我国冶铸工作者研究开发了许多碎煤机锤头用新型抗磨铸钢和铸铁材料以及复合铸造等工艺，在实际应用中都表现出了较优良的使用性能，如：

(1) 新型抗磨铸钢材料系列有低合金钢、中锰抗磨铸钢、新型高锰钢、高碳铬镍合金钢。

(2) 新型抗磨铸铁材料系列有球铁、高合金铸铁等。

(3) 锤头复合铸造工艺系列有镶铸复合锤头、双液双金属铸造锤头、耐磨堆焊锤头等。

根据我厂实际工况条件，我们针对高锰钢的耐磨性和韧性进行了较深入的研究，并通过工况试验，选择了一种新型稀土变质处理的高锰钢ZG120Mn13Cr2Re作为碎煤机易损件的材料，并将该新工艺技术广泛应用于生产，取得了明显的社会、经济效益。

高锰钢是历史最悠久的一种耐磨钢，它是由英国的Hadfield于1882年发明的，于1883年获得英国发明专利，亦称Hadfield钢，至今已有一百多年历史。高锰钢使用状态的组织为奥氏体，它具有良好的韧性和加工硬化能力。即在强烈的冲击载荷或挤压载荷下，受力表面被加工硬化，硬度可从原始的HB200左右提高到HB500以上，而芯部仍保持着良好的韧性。因此，该钢种至今仍被广泛用于制作抗冲击载荷的耐磨件。实践表明，若高锰钢使用不当(如用于低冲击磨损工况下)，就不能真正发挥它的优良特性——冷加工硬化，从而造成机件的早期磨损失效。

近半个世纪以来，各国科技工作者为了进一步提高其耐磨性，在合金化，改变锰碳比，预先表面硬化处理，改进熔炼、铸造和热处理工艺等方面进行了大量的研究工作，并取得了一定效果。

对高锰钢加稀土的试验研究发现，添加适量的稀土和采取合适的热处理工艺，可以使高锰钢组织细化，基体韧性增加，从而增加了材料的耐磨性。

在提高高锰钢韧性方面，主要采用微合金化、除气处理、热塑性变形、高温处理、悬浮铸造和过滤处理等手段，试图改变碳化物的形态，使之变为断续或颗粒状，以提高材料的韧性，满足在较大冲击载荷下的应用要求。还出现了各种镶铸造工艺，以解决高锰钢件硬度与韧性的矛盾。

常规的高锰钢在干态工况下具有十分良好的抗磨损、抗冲击优势，但在湿态工况下，高抗磨损性能明显下降。另外，抗腐蚀性能差、韧性差。新型高锰钢通过设计调整元素含量和配比，添加稀土元素和改进热处理工艺，不仅在干、湿工况下都具备优越的抗腐蚀、抗磨损性能，而且极大地改善了冷、热加工的工艺性能。

我国高锰钢铸件的相关标准是GB/T5680—2010《奥氏体锰钢铸件》。奥氏体锰钢铸件的化学成分如表1所示，力学性能如表2所示，表中牌号前的★标注表示我们选用的新型耐磨高锰钢ZG120Mn13Cr2Re相对应的牌号。《奥氏体锰钢铸件》中规定，高锰钢铸件必须进行不低于1 040 ℃的水韧处理；化学成分为必检项目，此外，制造厂可根据检测能力，经供需双方商定选择金相组织检验、力学性能检验和无损检测中的一项或多项作为产品验收的必检项目。高锰钢铸件的金相检验请参阅高锰钢铸件国家标准(GB/T13925—2010)。

表1 奥氏体锰钢铸件的化学成分(GB/T5680—2010)

注：允许加微量V、Ti、Nb、B和Re等元素。

表2 奥氏体锰钢铸件的力学性能(GB/T5680—2010)

对比结果表明，新型耐磨高锰钢ZG120Mn13Cr2Re设计调整元素含量和配比，添加稀土元素和改进热处理工艺，使新材料不仅在干、湿工况下都具备优越的抗腐蚀、抗磨损性能，而且极大地改善了冷、热加工的工艺性能。

从我厂碎煤机现场实际情况分析，碎煤设备易损件选用的新型耐磨高锰钢ZG120Mn13Cr2Re达到材料设计预期性能指标，产品能够满足工况要求，抗冲击磨损性优于进口金属碎煤机锤头，使用寿命是原来使用寿命的1倍以上，同时，我们在落煤管道衬板采用新型耐磨高锰钢ZG120Mn13Cr2Re作为原材料，其使用寿命是常规锰钢衬板的3～5倍。

我厂应用新型耐磨高锰钢ZG120Mn13Cr2Re替代进口碎煤机锤头、碎煤板、筛板和反射板材料，不仅降低了采购成本，同时也提高了使用寿命1倍以上。新型耐磨高锰钢的化学成分设计使其能在满足使用工况的前提下，最大限度提高材料的综合性能，适应工况，降低资源成本。采用稀土材料，并合理地调整合金元素配比，减少了贵重稀有金属配比量，热处理采用循环水韧处理，节约了大量能源，减少了环境污染，因而新型耐磨高锰钢ZG120Mn13Cr2Re属于资源节约型绿色环保材料。

4 结语

磨损和耐磨材料的应用始终是燃煤发电厂安全经济生产、发展的重要研究课题。文章对环锤式碎煤机的工作原理和易损件磨损进行分析，结合设备实际使用情况，采用新型耐磨高锰钢ZG120Mn13Cr2Re材料替代进口材料，保证了输煤系统安全经济运行，满足了输煤设备的使用性能和可靠性要求。

[1]张增志.耐磨高锰钢[M].冶金工业出版社，2002

[2]谢敬佩.耐磨铸钢及熔炼[M].机械工业出版社，2003

[3]王彦凤，邱常明，张贵杰.耐磨钢的发展和技术进步[J].浙江冶金，2007(2)

[4]王军，孙铁.提高奥氏体耐磨钢耐磨性的几种方法[J].新疆钢铁，2001(2)

2014-07-07

白剑锋(1977—)，男，广东河源人，技师，热能工程师，从事电厂输煤系统运行检修工作。