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破碎系统破碎设备构造和材质的优化

发布日期:2013-03-18 09:04:17 作者:振平鑫龙机械
    (1)复合粉碎机理的应用。从晶体学理论计算得到的固体物料的强度,常常比实际物料的强度大得多。其主要原因是工业生产中需要粉碎的原材料,大部分来源于矿山开采或热工过程,在这些物料内部存在着不同程度的晶格缺陷和微裂纹。因此,粉碎某一物料实际需要的能量比理论计算的要小得多。在外力作用下,物料的内聚力不断发生变化,颗粒内部产生向四面传播的应力波,并在内部缺陷、裂纹、晶格界面等处产生应力集中,使物料首先沿着这些脆弱面破坏而粉碎。所以,粉碎设备、工具传递给物料颗粒的动能转变为物料的变形能做功,产生较大的应力集中,是导致物料被粉碎的主要原因。
    粉碎设备或工具由于机械结构形式和工作原理的不同,施力的方式有多种多样,如冲击、挤压、弯曲、折断、劈裂、研磨等。如果在一台破碎机内,利用物料有限的停留时间,将机械能以多种形式转变为物料的变形能做功,使物料充分利用能量而被粉碎,此过程称为:复合粉碎。一般来说,破碎机械都应该是进行复合粉碎,只是复合的程度和种类多少不同,存在一个能量利用率的差别,导致各种破碎设备的节能高产效果不同。在选择和改进破碎设备时,应尽量要求物料在机内有一个合理的运动轨迹和停留时间,并受到多种方式的粉碎作用,以实现破碎系统节能高产的目标。
    (2)抗磨蚀技术的应用。影响粉碎设备工作部件磨损的因素可以分为两大部分:外部因素和内部因素。外部因素主要是前面已讲到的强度、硬度、韧性、粒度和磨蚀性等物料性质及各种不同工艺流程和加料方式等造成的影响;内部因素包括金属材料的化学成分、金相组织、加工质量和机械结构及性能。主要工作部件中的易损件是否耐用,取决于材料的抗冲击磨损能力、抗疲劳磨损能力、抗显微切削和犁削的能力。
    颚式破碎机齿板的磨损属于凿削式磨损。齿板磨损的主要原因是磨料相对齿板短程滑动、切削金属造成磨屑和磨料反复挤压引起齿板材料多次变形,导致金属材料疲劳脱落。磨损失效过程分为三步:①物料多次反复挤压凿削齿板,在齿板区表层或在挤压金属的突出部分根部形成微裂纹,此微裂纹不断扩展到相连,造成表面金属材料脱落,形成磨屑;②物料反复挤压,造成齿板金属材料被局部压裂或翻起,其碎裂或翻起部分又随着挤压撞击的物料一起脱落形成磨屑;③物料相对齿板短程滑动,切削齿板形成磨屑。
    因此,从耐磨材料上控制齿板磨损主要是硬度和韧性。材料硬,物料挤压深度浅,材料变形小,物料对材料短程滑动的切削量也小。材料韧性好,抵抗断裂能力强,可消除挤压撞击过程中脆性断裂,提高抗疲劳变形开裂能力。
    颚式破碎机的大小规格不同,进料粒度、锐度不同,对齿板的挤压、撞击力不同。大中型颚式破碎机的挤压力大,除考虑材料的抗挤压力和抗滑动切削外,还应考虑受撞击时的冲击力及弯曲应力。因此大型齿板选材应选用韧性高、综合性能好的材质。
    从上述磨损失效分析可知,对于齿板材料应选择硬度高的材质以抵抗挤压、显微切削失效,选择足够韧性的材质以抵抗凿削撞击疲劳失效。同时,从齿板结构上进行改进,以减少物料与齿板的相对滑动,这不仅对提高材料的使用寿命有益,而且对颚式破碎机节能高产也十分有利。
    锤式破碎机的锤头磨损以冲击凿削为主,伴随有冲刷显微切削磨损。其磨损形貌为冲击坑和切削犁沟。由于锤头的主要磨损方式为冲击,所以人们习惯选择高锰钢作锤头材质。不同规格的锤式破碎机,锤头形状大小也各不相同,一般认为90~125kg的锤头为大型锤头,25kg以下为小型,其余为中型。大中型水泥厂一般使用25~50kg锤头。由于锤头大小不同,使用工况条件不同,它的磨损失效也各不相同。
    大型破碎机进料粒度大,破碎比大,转速高,所以锤头受撞击力大,是以撞击为主的磨损机制,选材应以冲击韧性为主导,兼顾硬度、强度等综合性能。超高锰钢锤头含锰钢高达17%~18%,主要是使锤头厚大,中心部也为全奥氏体,保持其优良的韧性,使用可靠,增加Cr、Mo等元素,提高屈服强度和初始硬度等综合性能满足生产需要。总之,以冲击磨损为主的易损件必须选择高韧性材料并辅以其他综合性能。
    中型锤头由于其冲击力大,采用高韧性的高锰钢材质,其加工硬化性能得到一定发挥,锤头磨损以冲击、凿削为主,伴随冲刷显微切削磨损。在以切削为主的情况下,铸件的硬度对耐磨性起主导作用。为解决这一问题,采用一种超强高锰钢高韧性材质,且大幅度提高其屈服强度(450N/mm2),提高初始硬度到HB260~300,同时提高其加工硬化速率,这样可以使锤头使用寿命大幅度提高。
    小型锤头的磨损过程是:一方面物料冲击锤头的能量小,金属表面产生塑性变形和微裂纹,在反复多次塑性变形情况下裂纹扩展,金属受挤压形成碎片脱落,导致冲击磨损;另一方面物料刺入材料表面,在一定法向力与切向力的作用下,对材料表层金属产生显微切削、冲刷,使金属表面磨损,但由于冲击力不大,高锰钢不会被加工硬化。所以,小型锤头应选择有一定韧性、以硬度高为主导的材料,可以大幅度提高使用寿命。
    目前,国内外各类破碎机,如旋回式破碎机的动定锥、辊式破碎机辊筒套、大型颚式破碎机动定颚板侧板、大型锤式破碎机锤头、反击式破碎机板锤和反击板等,一般仍以奥氏体高锰钢为主。近年来发展了一些加合金的改进型高锰钢、超高锰钢、超强高锰钢等。
    标准高锰钢经水韧处理后为全奥氏体组织,具有良好的加工硬化性能,金属主体仍保持优良韧性,因此使用可靠,故一直在高冲击设备中广泛使用。但是高锰钢屈服强度低,使用中易产生塑性流变,因此西欧、美国等国家多采用加2%Cr,加0.5%~1.0%Mo的合金高锰钢,使其屈服强度从350MPa提高到440MPa以上,并相应提高初始硬度,使耐磨性也有一定提高。我国冶金和建材行业在高锰钢标准中也增加了Mn13Cr2这一钢种。
    综上所述,破碎设备易损件近几年来的发展趋向是:对于大型冲击力高的易损件,采用加铬的改进型高锰合金钢;对于中、小型的受冲击力较小的,有条件就采用高铬铸钢及采用中碳合金钢,改变了完全用普通高锰钢材质的传统局面。