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颚式破碎机颚板的材质及选择

发布时间:2018-12-20    14:12:20浏览次数:

摘要:综述了近年来颚板的磨损机理及材质的研究和应用情况, 提出了选择颚板材质的建议。

颚式破碎机是冶金、矿山、建材、筑路等行业广泛应用的破碎机械,用于将开采的原矿石破碎成适于运输、使用和粉磨的物料,其工作繁重,工作条件苛刻,且受力情况复杂。颚板分分时时彩是其主要的易磨损件,消耗量极大。如何提高颚板的使用寿命,是生产厂家和使用厂家非常关注的问题,关系到破碎机的利用率、生产成本和厂家的经济效益。而提高颚板的使用寿命,关键在于分析其工况条件及磨损机理,根据工况条件合理地选择颚板材质。本文简要介绍了颚板的研究及使用情况,为颚板的合理选材提供参考。

1、颚式破碎机的工作原理

颚式破碎机的工作原理如图1所示,其由动颚板、定颚板、偏心轴及推力板组成。动颚板上部与偏心轴相连,下部由推力板支撑。偏心轴转动时,动颚板不仅对定颚板作往复摆动,同时还沿定颚板有很大幅度的上下运动。动颚板上各点的运动轨迹如图2所示。动颚板上部的运动轨迹接近圆形,越向下水平运动幅度越小,运动轨迹也越呈椭圆形。

图1颚式破碎机工作原理颚板运动轨迹示意图

根据颚板的运动轨迹,可以认为:颚板的上部由于有较大的水平运动幅度,因而对物料的挤压作用大于下部,同样,物料对颚板上部的挤压作用也大于下部;而颚板下部由于以垂直运动为主,因而物料对颚板下部的作用以高应力的短程凿削磨损为主。生产实践也表明:颚板下部的磨损速度比上部大。为了充分利用材料,在使用中要将颚板定期调头安装,以便使其上下部分得到充分利用。

2、颚板磨损机制

从上述分析可以认为,颚板的磨损是高应力短程凿削磨损,对颚板的残体磨损面的微观分析及实验室试验颚板的失效分析,可以得出颚板的磨损机制如下:

(1)由于物料多次挤压,在颚板的亚表层或挤压突出部分的根部形成微裂纹,然后裂纹沿晶界、夹杂物等薄弱处不断扩展相连,导致表层材料脱落,形成磨屑,其磨损过程如图3所示。

图3多次极压变形断裂 形成磨屑示意图

(2)物料挤压颚板造成颚板表面材料被局部压碎或翻起,并使碎裂或翻起部分随碎物料一起脱落形成磨屑,如图4所示。

图4物料极压材料碎裂或翻起,并使碎磨料一起脱落形成磨屑示意图

(3)物料相对颚板短程滑动,切削颚板形成磨屑,如图5所示。所以,颚式破碎机颚板的磨损率ω可以用变形疲劳磨损ωd、脆性断裂磨损ωf和显微切削磨损ωc表示。

图5物料短程滑移切削颚板示意图

ω=ωd+ωf+ωc

由上式可以认为控制颚板磨损的主要材质因素是其硬度和韧性。材料的硬度决定了物料压坑的深度和大小。材料硬度高,物料压入颚板的深度浅,颚板表层材料的变形程度小,同时物料短程滑动切削材料量也少。材料的韧性表示了其抵抗断裂的能力。材料的韧性好,可以消除物料挤压过程中的脆性断裂,并使得颚板材料在变形疲劳形成磨屑前的变形过程大大增加。

3、颚板材质

3.1高锰钢

高锰钢是颚式破碎机颚板的传统材质,它具有很好的韧性,也具有良好的变形硬化能力。但由于目前颚式破碎机结构不很合理,动、定颚板间的张角过大,易于造成磨料的滑动而使高锰钢形变硬化不充分,颚板表面硬度较低,磨料短程切削量较大,颚板磨损较快。因此,提高高锰钢颚板的耐磨性,一是在于改进颚式破碎机的结构,尽量减少磨料在颚板表面上的滑动,充分发挥高锰钢形变硬化的潜力;二是对高锰钢进行改性,其途径有两条:第一是高锰钢的再合金化,加入Cr、Mo、W、V、Ti、Nb 等元素,对奥氏体进一步固溶强化以及弥散析出的碳化物产生沉淀强化,提高高锰钢的耐磨性,如表1、2所示;第二是对高锰钢进行弥散化处理,即水韧处理后,再在300℃以上时效处理,使碳化物弥散析出,提高高锰钢的耐磨性。破碎铅矿石时,可比普通高锰钢颚板的使用寿命提高1倍以上。但对高锰钢的改性处理却极大地损害了其韧性,在有些工况下使用,改性高锰钢颚板易发生早期断裂而失效。

表1高锰钢颚板破碎硅石的生产对比

材质 碎石量/t 单耗/kg·t-1 相对磨损 破碎机型号
加CnMn13 500 0.1171 0.8871 PE250×400
加WMn13 500 0.1178 0.8924
加MoMn13 500 0.1333 1.0100
普通Mn13 500 0.1320 1.0000

表2微合金化高锰钢颚板使用效果

材质 碎石量/t 失重/kg 磨耗/kg·t-1 破碎物料 破碎机型号
微合金化高锰钢 2094 24.1 11.5 花岗岩 PE250×400
ZGMn13 948 22.9 24.1 花岗岩

3.2中锰钢

由于高锰钢的初始硬度低,屈服强度低,在非强冲击条件下,其加工硬化不充分,易于流变和被切削。为提高颚板的使用寿命,开发了中锰钢。该钢种最早由Climax钼业公司发明,并于1963年正式列入美国专利。其铸态组织由奥氏体、马氏体和少量珠光体组成,经水韧处理后,其组织为单一奥氏体或奥氏体+少量未溶碳化物(取决于含碳量)组织。此后人们对中锰钢进行了大量研究,认为其硬化机理为:含锰量降低后,奥氏体稳定性下降,在受到冲击或磨损时,奥氏体易发生形变诱发马氏体相变,使其耐磨性提高。中锰钢的通常成分为:0.7%-1.2%C,6%-9%Mn,0.5%-0.8%Si,1.2%Cr以及其它微量元素如V、Ti、Nb、RE 等。中锰钢颚板在实际应用中也取得了较好的使用效果,如破碎硅石时比高锰钢颚板使用寿命提高20%以上,而成本与高锰钢颚板相当。因此,在中小型颚式破碎机上使用,中锰钢是一种值得推广的颚板材质。

3.3高铬铸铁与高锰钢复合

高铬铸铁虽然是优良的耐磨材料,但因其韧性较差(通常αk为5-8J/cm2),受到物料冲击或挤压时,就会直接碎裂或变形很少几次就发生剥落,因此,用高铬铸铁做颚板并不一定取得较好的使用效果。近几年来,采用高铬铸铁镶铸或粘接于高锰钢颚板上,组成复合颚板,充分发挥高铬铸铁的高耐磨性和高锰钢的高韧性,使颚板的使用寿命得到显著提高,如表 3、4所示。

表3高锰钢镶铸高铬铸铁颚板的使用结果

材质 破碎条件 破碎物料 物料(莫氏)硬度 破碎量/m3 破碎机型号
ZGMn13复合 粗破 花岗岩 6.5-7.0 300-400
1000-1500
PE250×400
ZGMn13复合 细破 花岗岩 6.5-7.0 400-480
1500-2000

表4双金属粘接复合颚板使用结果

材质 装机前质量/kg 破碎量/t 使用时间/h 现质量/kg 磨损量/kg 耐磨倍率 破碎物料 破碎机型号
高锰钢 动颚116
定颚90
290 216 动颚85.9
定颚70
30.1
20
1.0 花岗岩 PE250×400
复合颚板 动颚114.5
定颚90.5
1001 720 动颚106.3
定颚78.1
8.15
12.4
3.45

这是提高颚板使用寿命的有效途径,但其制造工艺比较复杂,工艺要求相当严格,因此,制造难度较大,限制了这种复合颚板的应用。

3.4低合金铸钢

中碳低合金铸钢是目前应用较广泛的一种耐磨材料,主要由于其具有较高的硬度(HRC≥45)与适当的韧性相配合(αk≥15J/cm2 ),可以抵抗物料的切削作用和物料反复挤压引起的疲劳剥落,因而表现出良好的耐磨损性能。同时中碳低合金铸钢还可以通过成分和热处理工艺的调整,使硬度和韧性在较大范围内变动,以适应不同工况条件的要求。生产运行试验结果表明,成分为0.4%-0.8%C、0.7%-1.3%Si、0.7%-1.1%Mn、1.5%-2.5%Cr、0.4%-0.6%Ni、0.3%- 0.7%Mo的中碳低合金钢颚板的使用寿命比高锰钢颚板提高3倍以上, 如表5所示。

表5低合金钢颚板和高锰钢颚板使用效果比较

颚板类型 材质 原始质量/kg 监测时质量/kg 磨损量/kg 使用寿命/月 破碎矿石/t 磨耗/kg·t-1 相对耐磨性
动颚 低合金钢1 272 200 72 1.0 12000 6.0 3.599
低合金钢2 272 164 108 1.5 19000 5.684
高锰钢 270 127 143 0.6 6800 21.029 1.000
定颚 低合金钢1 252 167 85 1.0 12000 7.083 3.545
低合金钢2 252 132 120 1.5 19000 6.316
高锰钢 251 118 133 0.5 5600 23.750 1.000

以上简要介绍了四种常用的颚板材质,此外,还有其它类型的颚板材质,如中锰球铁、马氏体球铁等,但因他们使用的较少,故在此不作介绍。

4、颚板材质选择的几点建议

综上所述,颚板在使用中承受塑变磨损和切削磨损,因此,要求使用的材质具有高硬度以抵抗塑变疲劳和切削磨损,同时具有一定的韧性以防止脆性剥落或断裂。在实际选择颚板材质时,一定要充分了解工况条件及磨损机制,合理选用颚板材质。

分分时时彩(1)颚式破碎机规格越大,破碎物料的块度就越大,颚板承受的冲击载荷也就越大。此时,在选择材质时,应首先考虑在保证颚板韧性的前提下提高其硬度。

(2)破碎不同的物料(如花岗岩、石英岩和石灰石),颚板材质应有所不同;而物料硬度越高,相应的颚板硬度也应越高。

分分时时彩(3)动板和定板受力方式与磨损机制不同,动板承受撞击力较大,因此,首先应考虑韧性;而定板由机架支撑,故可以优先考虑硬度。

(4)在选择颚板材质时,还应考虑技术经济效果,力争做到质优价廉,具有市场竞争力。同时还应考虑其工艺合理性,使生产厂易于组织生产和控制质量。

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