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矿山耐磨件选材原则:基于工况与性能的综合考量(二)

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  在科技与工业飞速发展的背景下,大型机械设备零部件的磨损问题日益凸显,严重制约了磨矿效率。据统计,全球 1/3 的能源消耗源于摩擦磨损,80% 的零件因磨损而失效,其中磨粒磨损作为最普遍的磨损失效形式,占比高达 50%。矿山行业作为耐磨件的高消耗领域,随着公司规模扩大、矿石品位下降,破碎与粉磨设备的生产能力成为提升产能的关键,而物料粉碎过程中的能量消耗和钢材消耗问题也愈发突出。因此,科学合理地选择耐磨材料,对于提高耐磨件使用寿命、降低生产成本具有重要意义。

  当前市场上的耐磨材料种类繁多,每种材料都有其独特的优越性和局限性。只有结合实际工况进行合理选材,充分发挥材料特性,才能有效延长耐磨件的使用寿命。对于矿山设备而言,耐磨材料的选择需遵循以下原则:

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4.衬板结构协调性

  衬板结构设计是影响磨机性能的关键因素,它决定了物料在磨机内的抛落轨迹,进而影响磨矿效果。衬板结构形式多样,大致可分为平滑衬板和不平滑衬板。平滑衬板的提升作用小,磨料的滚动和滑动作用强,磨削效果好,多用于细磨;不平滑衬板的提升作用大,减少了磨料的滑动,加剧了磨料对物料的冲击作用,有利于碎矿,多用于粗磨。

  现代磨矿设备多采用非平滑型衬板,主要包括波形衬板、压条衬板、L 形和梯形等凸棱衬板。波形衬板多用于球磨机,属于较简单的不平滑衬板,一定厚度的波峰可提升磨料高度,使其撞击底部物料,同时其圆弧形表面使磨料对物料产生滑动磨削,兼顾粗磨与细磨效果,因此结合磨机规格,波形衬板材料可选用硬度和耐磨性优异的马氏体组织合金钢、高铬铸铁及复合材料等;凸棱结构衬板多用于自磨机、半自磨机,提升作用强,能实现高能量多频次碰撞,冲击破碎粗磨效果显著,尤其在大型磨机中表现突出,宜采用高韧性、高硬度的合金钢、改性高锰钢、贝氏体钢或耐磨钢铁复合材料。衬板结构设计需考虑工艺性要求,以最大限度发挥材料特性,满足生产制造和使用性能需求。

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5.材料性能综合性

  在湿磨工况下,矿浆通常偏酸性或中性,且矿石硬度较高。随着矿用磨机规格的逐渐增大,磨料等研磨介质的直径也随之变大,耐磨衬板在服役过程中承受着剧烈的冲击和磨料磨损,使用中后期磨损加剧,甚至可能发生断裂失效,其安全可靠性至关重要。因此,设计大型耐磨衬板材料时,应考虑以下性能指标:

  高淬透性、高淬硬性:粉磨设备大型化使得耐磨衬板截面更加厚大,高淬透性和淬硬性能够保证耐磨件淬硬层深度,确保材料在大尺寸范围内组织和性能的均匀性。

  良好的综合力学性能:良好的塑韧性可较好地吸收强冲击工况下的冲击能量,有效阻止裂纹的萌生和扩展,有助于抵抗断裂失效和剥落磨损;较高的硬度能抵抗高硬度矿石的切削磨损;较高的屈服强度可防止大载荷冲击工况下材料的宏观塑性变形。

  高耐蚀性:保证处于腐蚀介质中的磨机衬板能够抵抗腐蚀,有利于提高衬板的耐磨性。

  高耐磨蚀性:在湿磨条件下,腐蚀与磨损并非简单迭加,二者的交互加速作用会促使衬板快速失效,因此高耐磨蚀性是湿磨工况下耐磨衬板的重要技术指标。

  由此可见,耐磨衬板不能单一追求某一种材料特性,而应具备较好的综合力学性能,以及高淬透性、淬硬性、高耐蚀性和高耐磨蚀性。

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6.生产成本经济性

  耐磨铸件在服役过程中,在满足安全可靠性能的前提下,所选耐磨材料的合金化元素应尽量选用储量丰富、价格低廉的铁合金,并采用与之相适应的制造工艺。这样不仅可以降低生产成本,合理利用现有资源,还能保证产物具有较高的使用寿命。这种性价比高的耐磨产物,更易获得客户青睐,从而提高经济效益和社会效益。

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