0、前言
為提高
破碎機(jī)粉磨的效率，降低能耗，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研制開(kāi)發(fā)多種類型的破碎機(jī)。如錘式，反擊式，反擊錘式，立軸式，沖擊式等等。其中錘式破碎機(jī)因?yàn)槠扑楸却螅隽媳容^均勻，效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量比較輕，操作維修簡(jiǎn)便等特點(diǎn)發(fā)展迅速。
上世紀(jì)80年代西歐，新型破碎機(jī)研制成功。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造及材料不斷完善和提高。如德國(guó)O&K公司的MB破碎機(jī)，破碎腔作了特殊設(shè)計(jì)，不僅有沖擊破碎和反擊破碎功能，還有反彈功能，可把石灰石中的金屬?gòu)棾觥?br />
國(guó)外破碎機(jī)使用時(shí)，十分注意物料的化學(xué)成分，水分，礦石結(jié)構(gòu)等等，如德國(guó)的噢隆斯坦——科佩爾公司(0&K)的MAMMOT(簡(jiǎn)稱MB)破碎機(jī)，丹麥?zhǔn)访芩构镜?FLS) EV破碎機(jī)，德國(guó)洪堡公司(KHD)的HES和HDS破碎機(jī)等等。
國(guó)內(nèi)用于水泥行業(yè)破碎石灰石的大型破碎機(jī)有TLPC型，天津水泥設(shè)計(jì)院研制，唐山水機(jī)，洛礦，建設(shè)路橋等廠均有生產(chǎn)。
近年來(lái)許多單位如鄭州鼎盛公司，合肥水泥研究院設(shè)備材料公司等單位研制的各類反擊錘式熟料細(xì)碎機(jī)；江蘇徐州雙馬破碎機(jī)廠研制的立軸式破碎機(jī)等。
各類破碎機(jī)節(jié)約能耗，效益高，但錘頭使用壽命短，頻繁更換，降低丁設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，錘頭成為破碎機(jī)的關(guān)鍵配件。
1、錘頭磨損失效分析
1.1
錘式破碎機(jī)工作原理
以我國(guó)生產(chǎn)的φ1600×1600單轉(zhuǎn)子不可逆式多排錘頭的錘式破碎機(jī)為例。轉(zhuǎn)子帶動(dòng)錘頭高速回轉(zhuǎn)，沖擊物料，使物料沿自然裂隙，層理面和節(jié)理面等脆弱部位破碎。具體過(guò)程是物料進(jìn)入破碎腔第一象限工作區(qū)，即受到線速度30—40米／秒高速回轉(zhuǎn)錘頭對(duì)物料的撞擊，若進(jìn)入的物料質(zhì)量大于錘頭的質(zhì)量，不能一擊即碎，則由后排錘頭再次打擊，以此反復(fù)增加破碎；同時(shí)物料與反擊板的撞擊，物料之間的相互撞擊，使物料進(jìn)一步破碎。達(dá)到粒度的細(xì)料排出下料蓖子，粗料繼續(xù)被打擊和研磨。
1.2錘頭磨損失效分析
錘頭在破碎腔第一象限粗碎工作區(qū)，以高速回轉(zhuǎn)所具有動(dòng)能產(chǎn)生破碎效應(yīng)的同時(shí)，受到高應(yīng)力多次沖擊的鑿削磨料磨損和沖擊疲勞磨損；在第2，3象限細(xì)碎工作區(qū)，則受到擠壓和切削沖刷磨損。
1.3影響錘頭磨損的因素
(1)轉(zhuǎn)速的影響：合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，可使錘頭達(dá)到最佳撞擊方位。轉(zhuǎn)速高物料無(wú)法進(jìn)入放射狀的錘頭之間，錘頭頂部磨損嚴(yán)重；轉(zhuǎn)速低物料進(jìn)深入錘頭之間，錘頭側(cè)面及根部磨損嚴(yán)重：正確的磨損部位應(yīng)該在錘頭伸出錘柄部分外側(cè)的切線處。
(2)回轉(zhuǎn)面上錘頭之間夾角的影響：錘頭從A點(diǎn)到B點(diǎn)轉(zhuǎn)的角度如60度（一般為30、45、60、90度等）所需要的時(shí)間，應(yīng)該等于或接近物料進(jìn)深到錘頭工作區(qū)的時(shí)間。這樣才能增加錘頭正交撞擊物料的機(jī)會(huì)，使錘頭正常磨損。
冀東水泥廠引進(jìn)的破碎機(jī)落差大(H=2600mm)下落速度較快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速209r/min較慢物料進(jìn)深入錘頭工作區(qū)，落入錘盤上，錘頭側(cè)部根部撞擊物料工作效率低，錘頭磨損嚴(yán)重。淮海水泥廠進(jìn)口破碎機(jī)，物料落差較小(H=1900mm)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速447r/min，物料不能更深的進(jìn)入錘頭的工作區(qū)，造成錘頭頂部磨損大，過(guò)粉碎嚴(yán)重，效率低。
(3)頭重量的影響：正確選擇錘頭的重量對(duì)破碎機(jī)的效率，生產(chǎn)能力，能量消耗，錘頭的磨損都有直接影響。錘頭的理想重量是應(yīng)該滿足錘擊一次物料就破碎，無(wú)用功最小，錘頭不向后傾，不影響下一排打擊。錘頭的大小由破碎物料的硬度和破碎時(shí)所消耗的能量多少?zèng)Q定。
目前破碎理論有：
1)面積假說(shuō)：認(rèn)為破碎消耗功A與物料增加的表面積S成正比。此理論在脆性細(xì)碎時(shí)與實(shí)際相符；
2)體積假說(shuō)：物料被破碎成幾何形狀相似的小顆粒，所需要的功與物料破碎后的體積成正比：
3)裂縫假說(shuō)：（又稱第三破碎理論）認(rèn)為物料在撞擊壓力作用下，先產(chǎn)生變形，積累一定變形功后，產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致破碎，破碎功與裂縫成正比；裂縫又與物料粒度大小（直徑或邊長(zhǎng)）的平方根成反比。得出公式：A=k (1/√d—l／./D)：k為常數(shù)，與物料的性能有關(guān)，為70-315，見(jiàn)表l。根據(jù)裂縫假說(shuō)，’導(dǎo)出錘頭理想重量公式：G1=2△TG2g /G2vz -2g△T;GI-錘頭理想重量；G2-最大物料塊重量，v-錘頭打擊物料前的速度；△T一錘頭沖擊物料時(shí)損失的能量，按裂縫假說(shuō)，△T=A=k (1/ /d-l／√D)：另一經(jīng)驗(yàn)方法：G1= (0. 7-1.0)G2：從錘頭的重量可知破碎物料的大小，可知錘頭的磨損類型，以便選擇合適的耐磨材料。(3)
(4)物料的影響：φ1600×1600單轉(zhuǎn)子不可逆式多排錘頭的錘式破碎機(jī)，50公斤高錳鋼錘頭破碎永登水泥廠石灰石，錘頭磨損嚴(yán)重；原因是石灰石物料含泥量大，粒度小，對(duì)錘頭沖擊力小，高錳鋼錘頭加工硬化不明顯。同時(shí)物料中混有高硬度的硅石板巖，切削錘頭表面，所以磨損嚴(yán)重。躍縣水泥廠石灰石塊度大，且均勻，沖擊力大，高錳鋼錘頭加工硬化明顯，耐磨性明顯。可見(jiàn)物料硬度及礦物組成影響錘頭磨損。
(5)錘頭與轉(zhuǎn)子的連結(jié)方式的影響：許多新型的細(xì)碎機(jī)，如反機(jī)錘式破碎機(jī)，錘頭與錘柄分別設(shè)置，錘頭用高硬度的高鉻鑄鐵，錘柄用高韌性的合金鋼。使用壽命大幅提高。鄭州鼎盛首創(chuàng)的三明治組合錘頭，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院研制的三合一組合錘頭，錘頭與錘柄的連接方式更為合理，錘頭使用壽命大幅提高。
1.4立軸式破碎機(jī)工作原理
上世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的立軸式破碎機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，中小水泥廠作為細(xì)碎機(jī)使用。其l型為三盤棒錘式錘頭，2型三盤磚頭式錘頭；物料自下逐級(jí)破碎和反擊破碎，被細(xì)碎排出。不同層面的錘頭承受沖擊、擠壓、切削磨損不同，應(yīng)該選擇不同的耐磨材料。
2、不同類型錘頭耐磨材料的選擇
(1)大型破碎機(jī)90—125公斤錘頭，承受鑿削，沖擊疲勞磨損，材料即需要有高的沖擊韌性又要足夠的硬度，目前大多選擇ZGMn18Cr2及合金高錳鋼；
(2)中型45～90公斤錘頭：選擇ZGMn13Cr2及雙金屬?gòu)?fù)合錘頭；
(3)小型3—40錘頭；選擇雙金屬?gòu)?fù)合錘頭，合金鋼錘頭，高鉻鑄鐵錘頭。
3、提高錘頭使用壽命的途徑
根據(jù)錘頭使用的工況條件，破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)及物料性能選擇合適的耐磨材料和生產(chǎn)制造工藝。目前國(guó)內(nèi)外雙金屬?gòu)?fù)合工藝已日趨成熟。
3.1鑲鑄一機(jī)械組合的復(fù)合鑄造工藝
上世紀(jì)80年代中國(guó)建材裝備與北京水泥機(jī)械廠合作，最先研制出15公斤級(jí)復(fù)合錘頭，錘柄用45號(hào)鋼或高錳鋼，錘頭端部用高鉻鑄鐵。在水泥廠及南京梅山鐵礦使用，錘頭壽命比用高錳鋼提高3倍。近年來(lái)這種方法發(fā)展很快。
鑲鑄一機(jī)械組合主要有5種形式：
(l)錘柄為35#、45#鑄鋼，結(jié)合部位鏤空并作成適當(dāng)?shù)腻F度及反燕尾型，以保證結(jié)合強(qiáng)度。錘柄采用消失模鑄造，表面光滑復(fù)合性能好。錘頭端部為Cr15或Cr18高鉻鑄鐵。錘柄起內(nèi)冷鐵作用，有效的降低高鉻鑄鐵加入量，提高出品率，降低成本。
(2)小型3～5公斤錘頭錘柄采用25#、35#鋼板加工，錘頭端部為Cr15，組合多個(gè)錘頭，徐州宏達(dá)耐磨材料公司批量生產(chǎn)，效益高。
(3)錘頭端部為Cr15高鉻鑄鐵，結(jié)合部位設(shè)計(jì)帶燕尾槽，先澆鑄出清理干凈放入鑄型內(nèi)，然后澆注35#鋼錘柄使之復(fù)合。（見(jiàn)96年鑄造技術(shù)。4期。5公斤錘頭）此方法不合理，‘高鉻鑄鐵在急劇受高溫時(shí)易開(kāi)裂。
(4)錘頭端部為鑲鑄硬質(zhì)合金塊，硬質(zhì)合金成分為：C：8.8～9.4%：Mo：0.8～1.8：Mn：8.0—10.0：Ni:0. 8～1.8：Ti32～48.錘柄為高錳鋼，這樣復(fù)合接近冶金結(jié)合，效果良好。
(5)為合金鑄鋼，錘頭端部為Cr15或Cr18高鉻鑄鐵，兩者用螺栓接美國(guó)ESCO公司采用這樣復(fù)合方法，錘頭端部高鉻鑄鐵僅占25%～35%，到錘柄報(bào)廢時(shí)可換10—30付錘端，大量節(jié)約金屬。國(guó)內(nèi)尚不多見(jiàn)。
3.2雙液一冶金結(jié)合的復(fù)合鑄造工藝
冶金結(jié)合的液一液復(fù)合鑄造，兩種金屬?gòu)?fù)合之間存在明顯的過(guò)渡區(qū)，過(guò)渡區(qū)的化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能不同于兩種復(fù)合金屬。化學(xué)成分含量和宏觀硬度呈梯度分布。上世紀(jì)70年代，冀東水泥廠引進(jìn)日本的90公斤錘頭就是液一液復(fù)合鑄造。后因?yàn)殄N柄磨損嚴(yán)重而不用。電力系統(tǒng)在立式麼輥、磨機(jī)襯板等處采用液一液復(fù)合鑄造，效果明顯。液一液復(fù)合鑄造有三種方式。
(1)定量澆注：采用平做立澆。先估計(jì)鑄鋼水量，開(kāi)益流槽，鑄鋼水澆完在益流槽看到鋼水液并冷卻到固相線附近時(shí)，再澆高鉻鑄鐵，為保證高鉻鑄鐵充型平穩(wěn)，并且不先澆入的鋼水大量混合，高鉻鑄鐵澆口應(yīng)該開(kāi)在益流槽的同一水平位置。使用這種方法生產(chǎn)的錘頭兩種金屬冶金結(jié)合，不會(huì)象機(jī)械結(jié)合使用后期掉頭掉塊。缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，批量生產(chǎn)澆注時(shí)機(jī)的把握要采用測(cè)溫儀表幅。
(2)使用成型隔板：在型腔內(nèi)錘端與錘柄結(jié)合的部位插入燕尾形的隔板，平做平澆，兩種金屬同時(shí)澆注。隔板要選擇合適的厚度使在兩種金屬液作用下即部分融化又起到隔離作用，達(dá)到冶金結(jié)合。具體厚度與金屬液質(zhì)量、澆注溫度、隔離截面大小等有關(guān)，應(yīng)該經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。插入燕尾形的隔板另一目的是不能確保冶金結(jié)合時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)合。
(3)采用整體消失模真空吸鑄工藝：在制得的EPS模樣中放置經(jīng)過(guò)鹽酸清洗烘干的鋼結(jié)構(gòu)，材料為Q235-A，形狀為箱型結(jié)構(gòu)，一端開(kāi)口，要求澆注高鉻鑄鐵時(shí)不被熔穿，先澆高鉻鑄鐵，然后澆高錳鋼。此方法生產(chǎn)的復(fù)合錘頭破碎煤時(shí)比高錳鋼錘頭壽命提高三倍。
(4)生產(chǎn)工藝要求
1)采用機(jī)械組合的復(fù)合鑄造工藝時(shí)，錘柄設(shè)計(jì)要合理減少尖角增加包熔金屬的厚度；錘柄要進(jìn)行打磨，噴砂，酸洗，防潮防銹；錘柄要予熱；高鉻鑄鐵澆注溫度要高。(1500～1520℃出鋼，1400～1450℃澆注)。
2)采用雙液一冶金結(jié)合的復(fù)合鑄造工藝時(shí)：
a結(jié)合面應(yīng)該在最大截面；
b立澆35#鋼錘柄時(shí)為保證順序凝固，底部可放U型外冷鐵；
c定量澆注時(shí)應(yīng)該先澆鋼液；因?yàn)橄葷茶F液易在結(jié)合面產(chǎn)生夾渣，氣孔，鐵液中形成的Cr、Mn等的氧化物較為穩(wěn)定，不易被還原：先澆鋼液，其表面氧化物（Fe0等）易被澆入鐵液中的碳及其他元素還原，因而結(jié)合良好。
4、小結(jié)
(1)解決錘頭的使用壽命，首先要了解錘頭的使用工況條件（錘頭的結(jié)構(gòu)類型，要破碎的物料情況），進(jìn)而進(jìn)行磨損失效分析，然后選擇合適的耐磨材料和相宜的制造方法；
(2)采用鑲鑄一機(jī)械組合的復(fù)合鑄造工藝簡(jiǎn)單易操作，關(guān)鍵在錘柄設(shè)計(jì)要合理，結(jié)合面要去銹、去污，要予熱等處理；鑲鑄適應(yīng)于厚截面錘頭，薄截面錘頭包容高鉻鑄鐵液少，在鑄造及熱處理過(guò)程易開(kāi)裂；
(3)用雙液一冶金結(jié)合的復(fù)合鑄造工藝，性能優(yōu)良，適合生產(chǎn)各種錘頭，但要達(dá)到良好的冶金結(jié)合需要解決好界面問(wèn)題，加隔板，加保護(hù)劑等是使用較多的方法；
(4)鑄硬質(zhì)合金類似機(jī)械組合的復(fù)合鑄造工藝，關(guān)鍵在選擇合適的硬質(zhì)合金，并且要進(jìn)行相應(yīng)的予處理：
(5)種生產(chǎn)方法各有其特點(diǎn)，生產(chǎn)廠要根據(jù)自己的設(shè)備條件，技術(shù)能力，檢測(cè)手段生產(chǎn)相應(yīng)的產(chǎn)品；使用廠根據(jù)性能價(jià)格比選擇相應(yīng)的產(chǎn)品。
相關(guān)破碎機(jī)產(chǎn)品：
1、
顎式破碎機(jī)
2、
圓錐破碎機(jī)
3、
雷蒙磨粉機(jī)
