李固成（駐馬店三山實業(yè)有限公司，河南駐馬店市 463000）

高鉻鑄鐵襯板、中碳中鉻合金鋼襯板在水泥工業(yè)球磨機上的應(yīng)用

李固成（駐馬店三山實業(yè)有限公司，河南駐馬店市 463000）

闡述了高鉻鑄鐵襯板、中碳中鉻合金鋼襯板的優(yōu)良性能、技術(shù)條件及實際應(yīng)用情況，對水泥工業(yè)節(jié)能降耗工作具有一定的指導意義。

水泥球磨機；高鉻鑄鐵；中鉻合金鋼；襯板

水泥工業(yè)球磨機內(nèi)主要使用兩大類耐磨件產(chǎn)品，即磨球和襯板。我國因磨損消耗的金屬材料超過200萬噸以上，其中磨球耗材所占比例約55%，襯板耗材所占比例約11%[1]。由此可見磨球和襯板在耐磨材料中的份量。近幾年來，伴隨著水泥工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)創(chuàng)新，水泥粉磨工藝裝備技術(shù)水平得到空前提高，帶動和促進了耐磨材料行業(yè)的繁榮和發(fā)展，在磨球的生產(chǎn)和應(yīng)用上表現(xiàn)尤為突出。過去，低鉻磨球占據(jù)主要市場份額；目前，高鉻磨球以其低耗損、高耐磨性已被廣大水泥企業(yè)所認知，市場份額明顯增加，縮短了與國外先進水平的差距；今后，高鉻磨球?qū)⒄紦?jù)行業(yè)主導地位。

與磨球市場相比，耐磨襯板的生產(chǎn)與應(yīng)用，卻是冰火兩重天，大不如人意。高品質(zhì)﹑高性能產(chǎn)品如高鉻合金襯板并未得到全面的推廣和應(yīng)用；而中、低合金鋼類襯板充斥市場，品種多，材質(zhì)雜，質(zhì)量標準不一，林林總總，魚龍混雜，良莠不齊。由于合金鋼類材料的多樣化，給生產(chǎn)者和使用者，特別是使用者帶來了諸多困難，大有眼花繚亂之勢。更有甚者，由于市場的不規(guī)范性和信息不對稱性，無序競爭、低端競爭（低品位，低技術(shù)含量，低價格，以劣充優(yōu)）依然存在，以低價混高價、以次充好等不良行為彌漫市場，稍有不慎上當受騙時有發(fā)生，給使用者帶來不應(yīng)有的損失。高錳鋼類襯板作為一種傳統(tǒng)的普通耐磨材料，在冶金礦山球磨機上具有一定優(yōu)勢，但在制備水泥球磨機襯板時由于加工硬化能力不足而易早期失效，傳統(tǒng)的高錳鋼襯板被替代已成為一種必然的發(fā)展趨勢，這已是業(yè)界的共識。而在我們市場調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，仍有大部分水泥企業(yè)特別是中小企業(yè)繼續(xù)使用高錳鋼襯板，在四川、云南、貴州等邊遠省份的區(qū)域市場中應(yīng)用較多。凡此種種，反映了耐磨襯板市場的不規(guī)范性。

隨著我國經(jīng)濟平穩(wěn)較快發(fā)展和經(jīng)濟社會環(huán)境的持續(xù)改善，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，水泥工業(yè)的發(fā)展所面臨的“節(jié)能減排”任務(wù)愈加緊迫。因此，適時地大力推廣和合理選擇使用水泥工業(yè)高效節(jié)能襯板，擴大高性能襯板的應(yīng)用范圍，是節(jié)能降耗的有效途徑之一。合理選擇與應(yīng)用的關(guān)鍵在于正確分析易磨損部件的使用環(huán)境、工況條件和磨損機理，耐磨材料的技術(shù)性能和以往的使用經(jīng)驗，兼顧技術(shù)先進、生產(chǎn)可靠、經(jīng)濟合理的原則，達到節(jié)能減排、降耗的目的。襯板性能的優(yōu)劣，不僅影響金屬材料的消耗，能源的消耗，更重要的是影響設(shè)備運轉(zhuǎn)率，影響水泥產(chǎn)量和生產(chǎn)成本。要迅速徹底地轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的只講價格不講品質(zhì)，只求數(shù)量不講質(zhì)量，只顧眼前不講長遠利益的采購觀念，去粗取精，去偽存真，選擇優(yōu)勢企業(yè)，使用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，實現(xiàn)科學的性價比采購，在材料多樣化的市場條件下，對于水泥工業(yè)節(jié)能減排來說，是新形勢下必須做出的一種戰(zhàn)略抉擇。根據(jù)現(xiàn)有耐磨襯板市場使用情況，依據(jù)相關(guān)前沿技術(shù)市場資源，本文推薦兩種優(yōu)質(zhì)耐磨襯板材料，以期完善粉磨系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，提高水泥行業(yè)節(jié)能水平，不斷滿足我國水泥工業(yè)球磨機襯板的巨大市場需求。

1 高鉻合金鑄鐵（鋼）襯板

1.1 高鉻合金鑄鐵襯板的特性與標準

高鉻合金鑄鐵一般是指含鉻量在 12%～30%、含碳量在2.4%～3.6%的合金白口鐵[2]。它的顯著特點是MC狀、孤立狀彌散分布于馬氏體（金屬基體中最硬的組織）基體上，減少了對基體的割裂作用。因此，高鉻合金襯板具有高強度、強韌性和高耐磨性，其性能代表了目前金屬耐磨材料的最高水平。在國外已大量應(yīng)用于水泥大型球磨機上，一般使用壽命（一倉）在6～8年，二、三倉在12年以上，表現(xiàn)了良好的耐磨性。我國從上世紀70年代中后期，開始研究并推廣應(yīng)用高鉻鑄鐵襯板，并于1998年制定了國家建材行業(yè)標準JC/T691—1998《高鉻鑄鐵襯板技術(shù)條件》，2007年又對此標準進行修訂和完善，其中高鉻鑄鐵襯板的化學成分和主要力學性能如表1所列。

表1 JC/T691-200x高鉻鑄鐵襯板化學成分和主要力學性能

在實際應(yīng)用中，對沖擊載荷較大的工況，一般采用低碳高鉻鑄鐵（鋼）襯板；對沖擊載荷較小的工況，采用高碳的高鉻鑄鐵襯板，以便充分發(fā)揮材料的耐磨性能。如2.4%～2.65%C的Cr15襯板可用于?4.2m以下磨機（一倉）；2.65%～2.85%C的Cr20﹑Cr26襯板可用于?4.2m以上磨機；磨前有預粉系統(tǒng)如“輥壓機+水泥磨”時，平均球徑≤?60mm，C含量可以再高些，可保證使用壽命（一倉）8～10年，二、三倉使用時間更長。磨頭板可選用中（低）碳高鉻鑄鐵材料；出料篦板可選用中、高碳高鉻鑄鐵材料；分塊組合成的隔倉板可選用低碳高鉻鑄鐵材料。

1.2 高鉻合金襯板的實際應(yīng)用與節(jié)能優(yōu)勢

原唐山水泥機械廠、駐馬店三山實業(yè)有限公司、合肥水泥研究院耐磨耐熱材料廠、河北鼎基鋼鐵鑄件制造有限公司、廣州有色金屬研究院耐磨材料廠、無錫東方抗磨材料有限公司等國內(nèi)具有代表性的生產(chǎn)廠家制造的高鉻鑄鐵襯板，均表現(xiàn)了優(yōu)異的耐磨性。比如，駐馬店三山實業(yè)有限公司生產(chǎn)的高鉻鑄鐵類襯板有 Cr13、Cr15、Cr20、Cr26，用于不同規(guī)格型號?1.83m、?2.2m、?3m、?3.5m、?3.8m、?4.2m、?5m、?5.4m等磨機上200多臺（套）。其中Cr15襯板用于原河南省偃師縣水泥廠?2.2m×6.5m磨機上一倉，連續(xù)使用達13年之久[3]；用于河南鄭州順寶水泥股份有限公司?3m×9m磨機上一倉，連續(xù)使用達7年之久。2003年5月用于大宇水泥（山東）有限公司特大型磨機?5.4m×15.5m上的Cr26襯板、磨頭板，已連續(xù)運轉(zhuǎn)6年以上，據(jù)客戶反映其磨頭板使用壽命已超過原進口磨頭板的2倍以上，預計仍能使用2年左右[4]。大量的應(yīng)用事實表明，高鉻合金襯板應(yīng)用于水泥工業(yè)磨機上是安全的，且耐磨性高，使用壽命長，節(jié)能增效十分顯著。特別是在新型干法水泥生產(chǎn)線上，隨著預破碎、預粉碎、預粉磨等磨前預粉技術(shù)水平的提高，一次采購，多年不需更換，既降低工人勞動強度，又提高粉磨效率，高鉻合金襯板良好的性價比優(yōu)勢更加突出。如Cr15襯板目前市場價格約15000元/噸（使用壽命6年以上），低合金鋼襯板目前市場價格約8500元/噸，二者使用壽命、價格相比（以?4.2m×13m磨機襯板96噸計算），使用高鉻合金襯板約節(jié)約采購成本168萬元，如果考慮節(jié)省安裝費用和螺栓成本等，節(jié)能降耗空間更大。

1.3 高鉻合金襯板在鑄造生產(chǎn)和使用中的技術(shù)關(guān)鍵

（1）提高高鉻鑄鐵襯板的沖擊韌性

生產(chǎn)企業(yè)在選用高鉻鑄鐵材料制備襯板時，在優(yōu)先考慮其耐磨性的同時，還應(yīng)該特別重視其強度和強韌性的配合，只有高強度，強韌性，高耐磨性的有機匹配，高鉻鑄鐵的優(yōu)良性能才能充分發(fā)揮出來。有文獻報導[5-8]，提高高鉻鑄鐵的性能，首先應(yīng)提高高鉻鑄鐵的斷裂韌性KIC值。當Cr＞13%時能夠使高鉻鑄鐵M7C3型共晶碳化物斷網(wǎng)、呈孤立狀。當共晶碳化物不變，且Cr/C比在6.6～7.1時，高鉻鑄鐵的斷裂韌性KIC值最高，亦即此時抗裂紋擴展能力最強。高溫淬火或適當延長保溫時間，亦能改善M7C3型共晶碳化物的形貌、分布、大小，細化碳化物，提高強度，增加韌性。改變高鉻鑄鐵共晶碳化物形態(tài)、數(shù)量、大小及分布并提高其強韌性的最簡單而且經(jīng)濟有效的方法是對鐵液進行變質(zhì)處理，控制其凝固，更重要的是細化共晶碳化物，減少其對基體的割裂作用，細化基體，改善韌性。

（2）高鉻鑄鐵襯板的安全使用

①斷裂是高鉻合金襯板磨料磨損主要失效形式。引起斷裂的主要原因是鑄造缺陷如鑄件疏松、縮孔、氣孔、夾雜等，因此生產(chǎn)企業(yè)必須從嚴控制鑄造缺陷的發(fā)生。②高鉻鑄鐵襯板宜小而厚，單螺栓孔或無螺栓孔，不允許塊大而薄或雙螺栓孔襯板的使用。③高鉻襯板在安裝時，凡有螺栓孔的襯板，螺栓固定要緊實牢固。安裝面與筒體面應(yīng)為面接觸，最好選用橡膠墊作墊層，嚴禁無任何鋪墊而直接安裝和使用高鉻襯板。安裝完畢進行初（試）運轉(zhuǎn)時，磨機內(nèi)必須填充一定量的物料方可運行，嚴禁空磨運轉(zhuǎn)。

1.4 高鉻鑄鐵材料的優(yōu)化及發(fā)展方向

自2003年以來，金屬材料價格不斷上揚，特別是鉬、鎳、銅等貴重金屬價格更是成倍上漲，給耐磨材料生產(chǎn)企業(yè)帶來很大成本壓力。為此，研究單位和生產(chǎn)企業(yè)展開了以節(jié)約貴重金屬材料為主要方向的實驗與研究，如：在化學成分的配伍上以少量多元的合金化及變質(zhì)處理技術(shù)的研究與應(yīng)用；開展了以錳代鉬的試驗研究；對淬透性極強的硼合金的加入量、加入方法及加入時間的探討等。在熱處理淬火介質(zhì)方面，除空冷淬火外，還發(fā)展了油淬高鉻鑄鐵襯板和溶劑淬火高鉻鑄鐵襯板，并積累了大量實踐應(yīng)用經(jīng)驗，取得了積極成效。這些工作為我國水泥工業(yè)大量應(yīng)用高鉻合金襯板創(chuàng)造了條件，提供了強有力的技術(shù)支撐，為進一步降低金屬材料的消耗，優(yōu)化和降低成本提供了一條有益途徑，將成為未來行業(yè)的一個主要節(jié)能研究發(fā)展方向。

2 中碳中鉻合金鋼襯板

中碳中鉻合金鋼襯板于上世紀80年代末90年代初，由合肥水泥研究院、西安交大等研制并率先在建材水泥、火電能源行業(yè)推廣應(yīng)用[9，10]，耐磨性僅次于高鉻鑄鐵而優(yōu)于高錳鋼和中、低合金鋼。中碳中鉻合金鋼襯板的Cr含量為＞3.8%～5.0%。Cr有較強的碳化物形成能力，當Cr＞4%時鋼中就會出現(xiàn)高硬度M7C3型共晶碳化物。同時，與鐵形成連續(xù)固溶體，在奧氏體中的溶解度很大，故能強化基體，提高基體的強度、硬度而不降低韌性。經(jīng)高溫940～980℃空冷淬火+260～380℃回火后，基體組織形成回火馬氏體和部分殘余奧氏體，即高強度馬氏體基體上彌散分布著一定量的高硬度M7C3型共晶碳化物，實現(xiàn)了高強度、較高耐磨性和良好韌性的匹配，一般使用壽命在4年以上。它的另一個優(yōu)點是，由于鉻合金含量相對較高，在回火時能阻止或減緩碳化物的析出與集聚，使碳化物保持較大的分散度，亦有利于提高強度和硬度，即抗回火穩(wěn)定性能好，并具有一定的抗高溫氧化能力和抗腐蝕能力，使其應(yīng)用范圍更寬。

另外，在合金鋼類襯板中，油淬低合金鋼襯板ZG42Cr2MnSi2Mo在實際應(yīng)用中，也表現(xiàn)非凡，堪與中碳中鉻合金鋼襯板相媲美。但總體來講，該材料由于鉻合金元素含量偏低而無法形成M7C3型碳化物硬質(zhì)相，在耐磨性方面與中碳中鉻合金鋼襯板相比，還是稍遜一籌。

[1]周平安，姚永茂.耐磨材料企業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn).見：全國耐磨材料暨水泥礦山應(yīng)用技術(shù)交流會論文專輯.北京：中國機械工程學會磨損失效分析及抗磨技術(shù)專業(yè)委員會，2008：11－14.

[2]李海鵬，梁春永，王立輝，等.鉻系白口鑄鐵的研究進展.中國鑄造裝備與技術(shù)，2006（5）:8－12，

[3]常松枝，王信宗.高鉻鑄鐵溝槽襯板連續(xù)使用超過十年的體會.水泥，1998（8）:30－31.

[4]李固成，等.高鉻鑄鐵襯板在特大型球磨機上的國產(chǎn)化應(yīng)用.中國鑄造裝備與技術(shù)，2008（1）:32－34.

[5]饒啟昌，李成勞，邢建東.高鉻白口鑄鐵斷裂韌性的研究.見：第二屆全國金屬耐磨材料學術(shù)會議論文集.北京：中國金屬學會耐磨材料學術(shù)委員會，1984：115－120.

[6]王兆昌.我國白口鑄鐵的生產(chǎn)工藝及理論研究.見：第三屆全國金屬耐磨材料學術(shù)會議論文集.北京：中國金屬學會耐磨材料學術(shù)委員會，1985：89－92.

[7]仝建民，周以忠.高鉻白口鑄鐵殘余奧氏體在沖擊磨料磨損中作用的研究.見：第四屆全國金屬耐磨材料學術(shù)會議論文集.北京：中國金屬學會耐磨材料學術(shù)委員會，1987：142－146.

[8]樸東學，王景安，李宏祥.高鉻白口鑄鐵件高性能化的研究與生產(chǎn)[C].見：第十屆全國金屬耐磨材料學術(shù)會議論文集.北京：中國金屬學會耐磨材料學術(shù)委員會，2003:842—845.

[9]向啟琦，李茂林，汪貴生.中碳多元合金鋼襯板的研制.見：第六屆全國金屬耐磨材料學術(shù)會議論文集.北京：中國金屬學會耐磨材料學術(shù)委員會，1992：31－34.

[10]鄧月聲，饒其昌，蔡志剛，等.中鉻鑄鋼襯板及其在電廠球磨機上的應(yīng)用.見：第七屆全國金屬耐磨材料學術(shù)會議論文集，北京：中國金屬學會耐磨材料學術(shù)委員會，1994：37－41.

Application of lining Plate of High Cr Cast Iron,Medium Cr Alloy Steel on Ball Mill for Cement

LI GuCheng
（Zhumadian San Shan Industry Co.Ltd.，Zhumadian 463000，Henan China）

The premium performace,technology specifications and real adopted instances of lining plate of high Cr cast iron,medium Cr alloy steel have been expounded,which might be certain positive reference for energy saving and consumption reduction of cement industry.

Ball mill for cement；High Cr cast iron；Medium Cr alloy steel；Lining plate

TG251.2;

A；

1006－9658（2010）02－3

2009－11－06

2009－150

李固成（1962-），男，工程師，主要從事襯板的研制和生產(chǎn)工作