锤式破碎机的锤头材料和质量的研究

作者：湖南工业大学 银金光

欢迎访问e展厅 展厅 11 矿山机械展厅 给煤机, 采煤机, 除铁器, 浮选机/风选机, 磁选机, ... 摘要：介绍了锤式破碎机锤头质量和锤头材料的研究过程。根据锤头动力学分析和破碎的 能量条件，导出了锤头质量的计算公式，为锤头质量的确定提供了理论依据；选择高铬锰 钨合金作为锤头的材料，经热处理后，其抗磨性能高、韧性好、使用寿命长，是一种 较为 理想的锤头生产材料。 叙词：锤式破碎机 高铬锰钨合金 锤头质量式破碎机是工程上最常用的破碎设备之一。 它主要是利用高速回转的锤头冲击矿石，使其沿自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分破碎。不论是锤头的材料，还是锤头的质量都直接影响锤式破 碎机的破碎效 果、生产率和使用寿命等工作性能，所以对锤式破碎机的锤头材料和质量的研究有着十分重 要的现实意义。 1 锤头材料的研究 1.1 锤头材质选择 高铬铸铁作为第三代抗磨材料[1] ，在国际上已广泛用于冶金、矿山、建材等工业部门的破碎设备。如：球磨机磨球，各种破碎机的锤头、板锤、衬板等，尤其是由美国的Clmax 公司研制的 15Cr3Mo 合金，以其抗磨性高而被冠以抗磨材料“王”的称号。但由于国内Mo合金资源缺乏且价格昂贵，推广应用受到一定限制。我国W，Mn资源丰富，且w与Mo的性质相似，它与碳的结合力稍低于Mo，但强于Cr，Mn，W与Mo一样能提高过冷奥氏体的稳定性，显著抑制珠光体转变，且在碳化物与基体中的分配较Mo均匀，抑制珠光体的作用发挥较好。Mn具有促进珠光体向奥氏体转变作用，且冷却时使奥氏体形成马氏体的倾向增强。为此，我们选择高铬锰钨合金作为锤头的试验材料。其成范围见表1。 1.2 材质的热处理工艺 高铬锰钨合金的热处理如图1所示，合金经淬火后，进行低温回火处理以消除铸件的残余应力，使淬火马氏体转变为回火马氏体，以改善其冲击韧性。 1.3 材质的金相组织及机械性能 高铬锰钨合金经热处理后，如图2所示，其组织为：马氏体+一次碳化物+铸铁少量粒状二次碳化物+少量残余奥氏体。一次碳化物呈分散、孤立状，且块度较小，体积比值达27％左右，起到了抗磨损的骨干作用；支撑一次碳化物的马氏体基体，由于其上析出高度弥散的二次碳化物的缘故，进一步强化了马氏体，提高了基体组织的抗磨性能；少量的残余奥氏体减缓了裂纹扩展的趋势，从而使高铬锰钨合金抗磨性能高且韧性较好。高铬锰钨合金热处理后的金相组织高铬锰钨合金的机械性能经反复测试后，高铬锰钨合金的硬度高且韧性较好。 高铬锰钨合金的机械性能经过反复测试后见表2。由表可知，高铬锰钨合金的硬度高且韧性较好。 1.4 锤头使用寿命的对比 用高铬锰钨合金生产的锤头装机进行了生产运行试验，其试验结果与原合金钢锤头使用情况对比如表3所示，从表3可知，用高铬锰钨合金生产的锤头，其使用寿命与美国的15Cr3Mo合金锤头相当，是原合金钢锤头的2．7倍左右。 二、锤头质量的研究 2.1 锤头动力学的分析 锤式破碎机的锤头与单颗粒物料的碰撞如图 3a 所示。 由于碰撞过程极为复杂，为了便于研究，对它的碰撞过程进行如下几点假设：①锤头与物料的碰撞发生在锤头碰撞中心上，即锤头与销轴间的碰撞反冲量S2=2；②锤头与物料的碰撞是弹性正碰撞；③在碰撞过程中，忽略摩擦力和风阻等影响。锤头与单颗粒物料碰撞的力学模型。根据上述假设，锤头对单颗粒物料碰撞过程可简化为图3b所示的力学模型。由动量定理可得如下方程： 在碰撞过程中，一般都伴有能量的损失，它主要转化为破碎能，其次转化为热能和声能等。为了计算方便，不计热能和声能的影响。设碰撞前，锤头的动能为To，即 2.2 锤头质量的确定 根据设计要求，在确定破碎机锤头质量时，一方面应使其能破碎物料，另一方面应使锤头不偏倒。据有关资料介绍，锤头的偏转问题主要与转子的转速有关。下面仅从破碎物料方面来确定锤头的质量。 根据破碎理论，破碎物料必须满足能量条件和受力条件。能量条件是指锤头质量产生的能量Er必须大于或等于破碎物料时所需的功A。受力条件是指锤头质量与物料碰撞产生的冲击力必须大于物料破碎时所需的力。一般情况时，破碎机锤头质量与物料碰撞产生的冲击力远远大于物料破碎时所需的力，在此不作考虑。仅考虑能量条件，故有 3 结束语 通过对锤式破碎机的锤头材料和质量的一系列分析，可得出如下结论： 3.1 高铬锰钨合金经热处理后，组织为马氏体+一次碳化物+少量粒状二次碳化物+少量残余奥氏体，从而使高铬锰钨合金抗磨性能高而且韧性较好。经过生产运行证明，用高铬锰钨合金生产的锤头，其寿命是原合金钢锤头的2.7倍左右，是一种较为理想的锤头材料。 3.2 在设计锤头时，正确确定锤头质量对提高生产率、降低功耗等有着十分重要的意义。本文根据锤头动力学分析和破碎的能量条件，导出了锤头质量的计算公式，为锤头质量的确定提供了理论依据。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/10/2010)