淺談熟料篦冷機(jī)的抗磨問題

　　篦冷機(jī)屬于水泥廠熟料燒成系統(tǒng)的重要主機(jī)設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著對高溫紅熱熟料（1400 ℃左右）進(jìn)行冷卻、熱回收、輸送、破碎等多重功能。在熟料的輸送和破碎過程中，熟料對物件的磨損問題不容忽視。

　　輸送是指篦冷機(jī)要將熟料從入料端送至出料端，篦板和側(cè)板或推動棒、刮板和窯封罩會受到熟料相對運(yùn)動時的切削磨損和刮傷，因此選用這些部件的材料時應(yīng)充分考慮耐磨性。

　　破碎意味著篦冷機(jī)的熟料破碎機(jī)要將大塊熟料破碎成規(guī)定的出料粒度（一般要求≤25 mm），對于第三代篦冷機(jī)，錘頭會受到嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈沖擊，冷卻后的熟料硬度較高，因此錘頭應(yīng)選用高韌性耐磨材料；對于第四代篦冷機(jī)，輥式破碎機(jī)的輥?zhàn)釉跀D壓熟料的過程中，存在類似于輥壓機(jī)輥?zhàn)拥哪p，應(yīng)采取類似于擠壓輥的抗磨措施。另外，破碎后的熟料顆粒具有較高的能量，會對周邊的殼體和柵條裝置產(chǎn)生沖擊磨損，這些部位也應(yīng)選用抗沖擊的耐磨材料。

　　面對磨損存在的事實(shí)，除工藝操作控制的有效辦法外，設(shè)計開發(fā)人員一般從兩方面入手：一是認(rèn)真選用耐磨材料；二是在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用創(chuàng)新性的抗磨措施。本文就這兩方面作一個簡要介紹和分析。

　　1  篦冷機(jī)耐磨材料的選用

　　1.1  篦板和側(cè)板材料的選用

　　1.1.1  高溫段篦板和側(cè)板材料的選用

　　在篦冷機(jī)入料端的熟料溫度最高（1400 ℃左右），它對篦板和側(cè)板的高溫氧化腐蝕最為嚴(yán)重，因此選擇篦板和側(cè)板材料的要求最高。另外，該處篦床不同的結(jié)構(gòu)形式，對篦板和側(cè)板材質(zhì)的要求也不相同。

　　根據(jù)篦冷機(jī)入料端的工況條件和磨損失效機(jī)理，該處的篦板和側(cè)板應(yīng)選用抗氧化性能好、耐熱溫度高，并具有較好抗磨性能的耐熱鋼。根據(jù)合金元素及碳在鋼中的影響和作用，我們知道：Ni元素是奧氏體形成元素，與Cr配合作用好，抗氧化性也好；C元素含量在上限，有利于抗磨和耐熱，但是不利于抗氧化，因此耐熱鋼的含碳量應(yīng)盡量控制在中線附近，一般為0.25%～0.40%左右。綜合上述因素，根據(jù)我國耐熱鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)（GB/T8492-1987）[1]，我們推薦在篦冷機(jī)高溫段（熟料溫度為1400～700 ℃左右）的篦板和側(cè)板選擇ZG35Cr26Ni12耐熱鋼。這種耐熱鋼最高使用溫度為1100 ℃，高溫強(qiáng)度高，抗氧化性能和抗磨性能良好。也可以選用含碳量略高的ZG40Cr25Ni20耐熱鋼，其最高使用溫度為1150 ℃，具有較高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，抗高溫氣體腐蝕能力強(qiáng)，抗磨性能良好，但是成本較高。

　　篦冷機(jī)入料端不同的篦床結(jié)構(gòu)，對篦板和側(cè)板材質(zhì)的要求也不盡相同。例如，第一、二代篦冷機(jī)和少數(shù)單位設(shè)計的第三代篦冷機(jī)，入料端的第一排篦板為活動篦板，窯卸落的熟料很快被活動篦板推走，沒有生根的基礎(chǔ)，不會形成雪人。其缺點(diǎn)是，從窯卸落的高溫紅熱熟料直接沖刷在篦板上，使篦板產(chǎn)生高溫氧化剝落，磨損也特別嚴(yán)重，即使選用ZG40Cr25Ni20耐熱鋼，其使用壽命也只有3～6個月。難免需要頻繁更換高溫段的篦板，大大降低了篦冷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率（≤80%），成本增加較多。

　　1.1.2  中溫段篦板和側(cè)板材料的選用

　　在篦冷機(jī)的中溫段，熟料已得到顯著地降溫，熟料溫度變?yōu)?00～400 ℃左右。熟料的高溫氧化腐蝕能力已經(jīng)明顯降低，加之厚料層控制技術(shù)的運(yùn)用，能有效地保護(hù)篦板。由于料層較厚，在最底層緊挨篦板的熟料得到了充分地冷卻，防止了上層高溫熟料對篦板的熱磨損和熱腐蝕，有利于延長篦板的使用壽命。在篦冷機(jī)中溫段的篦板和側(cè)板材料可以選用ZG30Cr26Ni5耐熱鋼，其最高使用溫度為1 050 ℃，具有較好的高溫強(qiáng)度，抗氧化性能較好，抗磨性能良好，承載使用溫度可達(dá)650 ℃?；蛘哌x用ZG35Cr24Ni7SiN耐熱鋼，最高使用溫度為1 100 ℃，高溫強(qiáng)度高，抗氧化性能好，但是成本較高，一般不推薦使用。

　　1.1.3  低溫段篦板和側(cè)板材料的選用

　　在篦冷機(jī)的低溫段，熟料溫度已經(jīng)降至最低，一般為400～110 ℃左右。這時，熟料的硬度已經(jīng)達(dá)到最高，篦板和側(cè)板選材時，主要考慮其耐磨性能，并具有一定的抗氧化能力。我們推薦選用ZG40Cr9Si2或ZG30Cr18Mn12Si2N，也可以選用ZG30Cr26Ni5耐熱鋼，成本略高一些。

　　1.2  破碎機(jī)錘頭材料的選用

　　篦冷機(jī)熟料破碎機(jī)的工作原理是利用高速旋轉(zhuǎn)錘頭的動能，將大塊熟料進(jìn)行沖擊破碎，同時將熟料向反擊方向高速拋射，使落入機(jī)體下方的熟料被錘頭和柵條板剪切擠壓，符合要求的顆粒從柵條板的篦縫中排出。

　　破碎機(jī)錘頭的磨損機(jī)理較為復(fù)雜，錘頭的磨損與錘頭本身的材質(zhì)、質(zhì)量等密切相關(guān)，還與破碎物料性質(zhì)（進(jìn)出物料粒度、硬度）、工況條件密不可分。此處不作詳細(xì)探討，只對熟料破碎時錘頭的磨損機(jī)理作一個簡要分析。

　　由于冷卻后的熟料硬度較高，當(dāng)熟料與高速旋轉(zhuǎn)的錘頭產(chǎn)生正面猛烈撞擊時，熟料的錐角會壓入錘面，在錘面上形成撞擊坑，大塊熟料的沖擊力轉(zhuǎn)化為對錘面的壓應(yīng)力，對錘頭產(chǎn)生撞擊鑿削磨料磨損。當(dāng)熟料以一定的角度與高速旋轉(zhuǎn)的錘頭產(chǎn)生撞擊時，撞擊力分解為垂直錘面的法向壓應(yīng)力和平行錘面的切向應(yīng)力。其中法向壓應(yīng)力在錘面上形成撞擊坑，切向應(yīng)力對錘頭表面產(chǎn)生切削，形成一道道切削溝槽，對錘頭形成切削沖刷磨損。綜上所述，錘頭的磨損失效機(jī)理是撞擊鑿削磨料磨損和切削沖刷磨損，因此錘頭應(yīng)選用高韌性耐磨材料。

　　高錳鋼具有良好的塑性和韌性，受到強(qiáng)烈沖擊后會產(chǎn)生加工硬化，增加了變形抗力，其耐磨性又較好，是熟料破碎機(jī)錘頭的首選材料，特別適合大中型破碎機(jī)50kg以上的錘頭。一般熟料破碎機(jī)錘頭的重量為63.5～65 kg左右，最大熟料粒度在400 mm～600mm，受沖擊力大，高錳鋼的加工硬化特性能得到充分發(fā)揮。根據(jù)我國高錳鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)（GB/T5680-1998），我們推薦選用ZGMn13-2或ZGMn13-3高錳鋼作為熟料破碎機(jī)的錘頭和襯板材料。鑄件必須經(jīng)過水韌處理，其顯微組織應(yīng)為單一奧氏體，力學(xué)性能應(yīng)符合國標(biāo)中的規(guī)定。水韌處理后，高錳鋼的性能才能得到充分發(fā)揮，才具有高的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性和無磁性，使用中受到劇烈沖擊和強(qiáng)大壓力變形時，表面產(chǎn)生加工硬化，并有馬氏體形成，從而形成高的耐磨表面層，而內(nèi)層仍然保持優(yōu)良的韌性，即使零件磨損到很薄，仍能承受較大的沖擊負(fù)荷。

　　1.3  篦冷機(jī)其它部位耐磨材料的選用

　　在篦冷機(jī)破碎熟料時，部分熟料顆粒向反擊方向高速拋射，猛烈撞擊上殼體，形成撞擊坑，產(chǎn)生撞擊鑿削磨料磨損。為了防止熟料顆粒在篦床上拋射過遠(yuǎn)，造成多次重復(fù)冷卻，一般在熟料破碎機(jī)前方設(shè)置多排鏈幕來阻擋。在熟料顆粒的打擊區(qū)域，設(shè)置防沖擊襯板，材料一般為16Mn的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，或用ZGMn13-1。

　　在篦冷機(jī)支撐裝置中的托輪和輪軌，亦屬于易磨損件。托輪和輪軌之間屬于單純受壓應(yīng)力，要求耐磨。一般推薦選用ZG310-570鑄造碳鋼件，加工好后進(jìn)行表面淬火處理，淬硬深度為5～8 mm，硬度達(dá)到HRC50左右。

　　1.4  第四代冷卻機(jī)特有部件耐磨材料的選用

　　第四代冷卻機(jī)無論是新型推動棒式高效冷卻機(jī)還是成都院的新型S篦冷機(jī)，前者的推動棒和密封罩，后者的刮板及密封罩，都暴露在熟料中。推動棒、刮板和密封罩的迎料面都選用了可以進(jìn)行硬質(zhì)表面處理的耐磨材料。另外新型S篦冷機(jī)上配置的輥式破碎機(jī)的輥?zhàn)右彩侨绱恕?

　　2  篦冷機(jī)上采用的抗磨措施

　　在篦冷機(jī)的研制中，技術(shù)人員很重視磨損問題，一是充分利用熟料自保護(hù)層的作用，二是盡量減少部件之間的相對運(yùn)動。

　　國內(nèi)外絕大多數(shù)單位設(shè)計的第三代篦冷機(jī)或第四代篦冷機(jī)入料端的前幾排篦板均設(shè)計成一定傾斜角度的固定篦床。由于熟料具有一定的休止角度，使得固定篦床上的篦板與流動的紅熱熟料層之間形成了一層靜止的冷熟料層，即輸送通道自動抗磨保護(hù)層，又簡稱為熟料自保護(hù)層，摩擦發(fā)生在熟料層之間。靜止的冷熟料層對篦板起到隔熱保護(hù)層的作用，隨著紅熱熟料層滑過這層靜止冷熟料層，防止了篦板的熱磨損和過熱荷載，大大提高了篦板的使用壽命，減少了熱端篦床的機(jī)械故障率，顯著提高了篦冷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率（≥95%）。即使選用ZG30Cr26Ni5耐熱鋼，其使用壽命也可達(dá)到15個月左右。選用ZG35Cr26Ni12耐熱鋼，其使用壽命可達(dá)到24個月以上。

　　新型S篦冷機(jī)的S型低阻力無漏料固定篦板采取的特殊設(shè)計，確保形成熟料自保護(hù)層。由于篦板與接觸篦板的物料層無相對滑動，篦板基本沒有磨損。