首頁 公司簡介 碳化鎢-鋼梯度耐磨材料 滲鍍二硅化鉬耐蝕耐熱材料 開發與研究 產品展示 材料的選取需知
                 
                   
                 
                   
                 
                 
                 
                  江蘇省鹽城市建湖縣豐收西路裕豐工業開發區(建湖華星液壓元件有限公司院內)
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                碳化鎢注滲鋼基耐磨合金在水泥行業的應用及高耐磨性分析

                (新世紀水泥導報2003.2)

                    摘要:水泥行業立磨、輥壓機、選粉機、燃燒器等設備中的耐磨件,采用離子注滲鋼基耐磨合金(下簡稱WCSA),其耐磨性是堆焊、噴涂碳化鎢耐磨層的3-6倍,也比進口耐磨鋼板的耐磨性高3倍以上。WCSA高耐磨性是由先進的離子注滲工藝及其形成的特殊組織結構所決定。水泥行業采用WCSA耐磨件經濟效益十分顯著。

                關鍵詞:碳化鎢 耐磨合金 高耐磨性 立磨 輥壓機 選粉機 燃燒器。

                引言

                    水泥生產過程中,其原料和燃料由于數量多,物料硬,運動快,對設備磨損嚴重。立磨扇形護板、導流護板、拉桿護套;輥壓機中的布料器、擋料板、溜管;高效選粉機中的選粉殼體、葉片、撒料盤、旋風筒;燃燒器煤風管中的進煤管、上下殼體、耐磨套、內外噴頭、菱形支撐板;中間料倉進出口溜槽、料斗;高速提升機、鏈斗機、取料機設備中的滾、套、銷;煤粉制造和輸送系統的異徑管、彎管;風機和收塵器系統的彎管、楔形管、梯形板等都需要在物料磨損面采取防 磨措施。過去,這些零件的耐磨面大多采用堆焊、噴涂耐磨層或碳化鎢(WC)層,選購進口耐磨鋼板來抗磨,收到了一定效果,但耐磨性仍然偏低。如堆焊WC的立磨護板使用壽命最長的不會超過四個月;選粉機葉片、燃燒器中煤風管,在堆焊或熱噴涂WC后使用壽命也達不到一個大修理期;中間料倉出口錐度管,選用進口耐磨鋼板制作,其壽命通常也達不到一年。這些零部件更換和維修頻繁,使設備運轉效率減低,提高了產品成本,制約了生產的發展。

                    為了提高這些設備的耐磨性,北京永固運通表面合金科技有限公司發明了離子注滲WC制備高級耐磨材料的新技術。它是通過高能離子注滲技術向需要耐磨的鋼鐵零部件的表面及表層,注滲進高抗磨的WC,WC層達到1.2-1.5mm,其中WC含量較高的富集層達到0.3-0.5mm。使原鋼鐵零部件表層改性為WC注滲鋼基耐磨合金(下簡稱WCSA)。WCSA具有高硬、高強、高韌及高的抗疲勞性,由于零部件需要抗磨的表面及表層有WC“盔甲”把關,由表及里的磨損則奈何不得。在離子注滲WC時,注滲層及周邊部位的紅硬性和熱強性也同時大幅度提高,實現了耐磨性、耐熱性、強韌性的合理組合,較好地滿足了水泥行業耐磨又耐熱的燃燒器等零部件的需求。WCSA是在鋼鐵零部件需要抗磨部位經離子注滲WC而成,注滲件形狀不限,注滲后工件尺寸不會增加,表面粗造度基本不變。WCSA零部件的耐磨性達到堆焊或熱噴涂WC層以及進口耐磨鋼板的3-6倍,離子注滲碳化鎢的費用略高于堆焊和進口耐磨板,比超音速噴涂WC低很多。WCSA零部件大幅度提高耐磨零部件使用壽命,減少停機損失和維修費用,這幾方面綜合效益遠高于注滲碳化鎢費用,經濟效益十分顯著。因此,WCSA產品倍受水泥行業工程界的青睞。

                1 使用效果

                    目前在水泥行業中,WCSA產品主要用于立磨、輥壓機、高效選粉機、多通道燃燒器的耐磨零部件,都取得了十分滿意的使用效果。

                1.1 立磨耐磨零部件:

                    我國大型水泥企業,不少單位采用立磨粉碎生料。這些立磨過去大部分從歐洲進口,目前國內沈陽、合肥等地也都生產立磨。立磨生料粉碎產量大,使立磨內的護板、拉竿護套、冷卻水管等零部件磨損很快。如進口立磨的內外護板,是在鋼板上堆焊8-10mm厚的WC,其使用壽命達不到四個月。國產立磨護板使用壽命比進口的還差一些,現在鋼板上注滲進WC,鋼板內WC富集層為0.3-0.4mm。經國內許多水泥集團的長期使用,其壽命達到原堆焊WC耐磨板的6倍以上。

                1.2 輥壓機系統耐磨零部件:

                    輥壓機作為水泥廠物料粉碎的主設備,越來越多地得到應用。但輥壓機系統目前存在的主要問題是有些零部件壽命較低。壓輥是靠厚度耐磨的,WCSA中的WC注滲層只有1.5mm,提高壓輥壽命有限。除壓輥外,輥壓機系統的中間倉入料口及下錐體;輥壓機布料器及端擋板,輸送物料的溜槽、異徑管、彎管等,壽命也較低。過去這些零部件大多采用進口耐磨鋼板制造,使用壽命不到一年。華北地區多家大型水泥集團公司都改用WCSA制造。最早使用廠家已達2年以上,磨損量很小,根據磨損量可以推算WCSA比進口耐磨鋼板耐磨性最少高3倍以上。

                1.3 高效選粉機耐磨零部件:

                    選粉機是水泥生產的主要設備之一。為了提高選粉效率,高效選粉機逐步替代過去使用的低效選粉機。高效選粉機的旋轉體速度和氣流速度也要加大,要求選粉機內的許多零部件具有高的耐磨性。如某高效選粉機的葉片只有6mm厚,過去采用熱噴涂WC來解決,由于耐磨性不足,使高效選粉機達不到“高效”。現在改用6 mm厚鋼板注滲WC ,使用效果很好。天津等地制造的高效選粉機中的葉片、連接板、襯板、布料器、撒料盤等零部件都采用了離子注滲WC材料,使高效選粉機的使用壽命達到同類選粉機的5倍以上。

                1.4 多通道燃燒器零部件:

                水泥企業回轉窯普遍采用各種二通、三通、四通或多通道燃燒器。燃燒器的煤風管、調節板等零部件磨損很快。特別是煤風管,它是由兩種不同直徑的鋼管組成,直徑大多在Ф219mm以下,其長度均超過800mm,大管內面,小管外面需要耐磨。由于徑長比很小,不論堆焊或熱噴涂WC,大管內面耐磨性均比小管外面耐磨性差,使煤風管壽命減少。現改用離子注滲WC,大小管耐磨面處處耐磨性一樣,而且耐磨性大大提高。天津、湖北、江蘇等地的燃燒器制造廠家都改用WCSA的煤風管,其壽命都比堆焊、噴涂WC提高3倍以上,保證水泥企業在一個大修理期內無需更換煤風管,受到了用戶的好評。

                2.效果分析

                    從立磨、輥壓機、選粉機、燃燒器系統耐磨件實際使用效果看,離子注滲WC的零部件比堆焊、噴涂WC及進口耐磨鋼板的耐磨性提高3-6倍。離子注滲、堆焊、噴涂三種工藝都是以高耐磨WC為抗磨載體,堆焊WC耐磨層最后大約4-10mm;噴涂WC的厚度在0.5~2mm;離子注滲WC富集層只有0.35mm左右。為什么薄的比厚的更耐磨呢?這需要從各自WC層的形成工藝,WC層組織結構及耐磨機理加以說明。

                    目前堆焊WC的工藝大多數是手工氧—乙炔或電弧堆焊,也有用高頻感應或寬帶極堆焊的。普遍使用的熱噴涂方法有火焰、電弧、等離子噴涂,還有超音速火焰噴涂、爆炸噴涂,后者質量雖好,但價格太高,一般機械很少采用。目前機械工程中的堆焊和噴涂基本上是人工操作,人為因素較多,工藝參數控制不嚴,WC分解脫炭嚴重,WC層內都存在較多孔隙和微裂紋。WC層與基體之間以機械結合為主,冶金結合為輔,宏觀界面清晰可見(見圖一)。

                    高能離子注滲WC工藝是在真空下進行,對所有耐磨面同時進行離子注滲,工藝參數均由電腦控制。由于是通過比納米還小的離子進行注滲,鋼基體內的WC顆粒尺寸微小、數量眾多、彌散分布,兩者是冶金結合,梯度變化,沒有宏觀界面(見圖二)。

                    由于堆焊、噴涂、離子注滲WC的工藝不同,WC耐磨層宏觀和微觀組織結構也不同,使它們抵抗磨損的能力表現出很大的差距。

                    從高能離子注滲WC層的金相組織和硬度分布曲線(見圖三)來看,在這種組織結構中,WC和鋼基體兩者是優勢互補,表面具有WC的高硬度、高耐磨性,心部則保持了所選鋼基體原來的硬度、強度和韌性。在表面與心部之間還存在一個性能漸變的梯度過渡區,有效地避免了性能突變時可能引起的材料破壞。在WC富集層內,無數細小WC顆粒起著彌散強化的作用,使鋼基體提高了強度和抗疲勞性能。在磨損工況下,基體強度的提高,就是增強了WC顆粒經受磨損的支持能力;抗疲勞性能的提高使WC顆粒崩裂脫落的危險大大減少。由于這些因素綜合作用,使WC本身的抗磨能力得到了充分發揮,宏觀表現出來的結果就是耐磨性很高。堆焊、熱噴涂WC的耐磨層雖然很厚,但它與基體不是完全冶金結合,也沒有過渡層,還有許多細小孔隙和微裂紋,還存在許多沒有金屬支持的WC聚合體。這一切使WC顆粒的支持能力減弱了。在劇烈磨損條件下,支持力不足的WC顆粒很快被磨掉,宏觀表現出來的結果就是耐磨性差。所以堆焊、熱噴涂形成的較厚的WC層,遠不如離子注滲的較薄的WC層耐磨。

                3.結論

                    現代水泥生產中的立磨、輥壓機、高效選粉機、燃燒器等設備中的許多耐磨零部件,過去大多采用堆焊、熱噴涂WC或采用國外進口耐磨鋼板來抗磨,耐磨效果尚可,但不理想。現用WCSA替代堆焊、熱噴涂WC耐磨層及進口耐磨鋼板,耐磨性提高了3-6倍,還減少了維修費用和停機損失,改用WCSA收益遠高于WC注滲費用,使用WCSA耐磨件的經濟效益十分顯著,因此,WCSA材料值得在水泥行業耐磨設備中大力推廣應用。

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