锤式破碎机在石灰石破碎中的改进——江西水泥厂案例分析
江西水泥厂案例因素汇总
双转子锤式破碎机是水泥生产线破碎石灰石原料的常用设备，因其使用工况恶劣，经常出现各类问题，影响企业的正常生产。
江西某水泥厂用2PC-2022双转子锤式破碎机破碎石灰石原料，该破碎机设计台时产量为1400～1600t/h，要求进料粒度大于1m³的石灰石小于10％，石灰石抗压强度小于140MPa，SiO，含量小于2％，含水量小于10％，锤头设计使用寿命为破碎物料不小于100万吨。但该破碎机在破碎了约80万吨物料时，锤头、锤盘磨损严重，更换锤头时锤轴拔不出，而且1#转子(距重板机远侧)磨损比2#转子更严重。经查，该厂的石灰石原料属于负开采，石灰石的抗压强度、SiO，含量虽在设计范围内，但黏土比重及含水量高于设计值，超出了设计要求。
一、破碎机问题分析
1.1 锤头、锤盘磨损问题
从中控调取的转子电动机电流值可见，1#撑转子电流值明显高于2#撑转子且波动幅度较大，这说明大体积石灰石原料多数落在了1#撑转子上，对1#撑转子冲击较大，这是重板机给料速度过快造成的。双转子破碎机运行规范中要求物料应落在两个转子之间，这样可以避免转子的偏磨，也能避免单个转子因长期受到较大冲击而缩短转子的寿命。但在实际运行中，因每辆矿车所运的物料大小不均匀，很难做到物料落到转子正中，只能根据电动机的电流值来判断、调节重板机给料速度，这对运行人员提出了更高的要求。另外该厂原料因黏土及含水量较大，破机堵料现象十分严重。见图1，如果破碎机排料不畅，物料就会堆积在篦子板上，堆积的物料像砂盘一样不断地磨损旋转的锤头、锤盘，造成其快速磨损。
图1 双转子锤式破碎机破碎物料示意
1.2 锤轴拔不出问题
国内锤轴材质多采用经过调质处理的合金钢锻件，之前我们采用的是35CrMo材质。但根据用户反馈，破碎机运行一段时间后锤轴会出现弯曲变形的情况，变形的锤轴被卡死在锤盘中无法拔出，只能用火焰切割锤轴，费时费力，给企业造成了很大的负担。为改善这一状况，我们采用了性能更优的34CrNi3Mo材质，该材质被广泛应用在齿轮传动中的小齿轮上，效果很好，更换后没再发生过锤轴弯曲变形的情况。但锤轴难拔的现象依然存在，有些水泥企业不堪其扰，将锤轴直径减小1mm甚至更小来解决锤轴拔出问题。虽然该方法可能解决拔轴难的问题，但是轴径过小会引起锤轴窜动、转子振动大等一系列问题，甚至锤轴可能发生断裂，所以我们不建议采用此类办法。
经过现场对锤轴、锤盘拆解观察，衬套端面发生了变形，产生的飞边将锤轴在锤盘的两端部位卡死，由于单根锤轴要穿过几个锤盘，如果每个锤盘两端都被飞边卡住，常规的拆解方式是很难将锤轴拔出来的。如图2a所示，现场割断的锤轴表面上有清晰的飞边压痕，锤轴表面没有出现磨损变细的情况，说明锤轴选材是合适的，造成锤轴难以拔出的原因就是衬套端面变形导致的卡滞。
分析衬套与套环变形的原因，我们认为是锤头在打击破碎物料时产生的不规则反作用力导致的。锤头在击打物料后会受力缩回到转子体中，同时对锤轴、锤盘造成冲击、摩擦、挤压。由于锤式破碎机破碎的是大块不规则物料，在破碎过程中物料冲击力大，同样反馈到锤头、锤轴和锤盘的反作用力也很大而且不规则，在此过程中，锤头与锤盘的接触部位会反复经历摩擦、磨损、局部冲击，从而导致衬套变形卡涩锤轴。如图2b，从更换下来的锤头看，锤头在轴孔外侧有清晰的磨损痕迹。如图2c所示，锤盘有明显的飞边产生。
图2 锤轴、锤头和锤盘的磨损情况
二、破碎机改进措施
针对该厂破碎机出现的问题及石灰石原料的特性，决定改进锤头、锤盘的结构以提高锤头、锤盘的使用寿命；改进锤盘与衬套的结构型式以解决锤轴拔不出的问题；针对原料含水量大的问题建议水泥厂采取晾晒等方式尽量降低水分并加大清理积料的频次。下面就详细介绍改进方案。
2.1 锤头、锤盘结构型式的改进
锤头是锤式破碎机中的主要易损件，理想的锤头要求打击部位有高硬度和一定的韧性，以保证锤头的耐磨性；要求锤头的根部有高韧性和一定的硬度，以保证锤头的使用安全。
故选用了高锰钢镶嵌耐磨合金棒的锤头，其在原来高锰钢锤头的工作面上镶嵌硬质合金棒。常见的硬质合金材料有碳化钛、碳化钨，碳化钛与碳化钨硬度可以达到HRC69～81，耐磨性极好。为防止硬质合金棒脱落，又有部分锤头生产厂家采用多边形棒或合金块以增大与母材的接触面积，提高镶嵌质量。由于锤头上密布合金棒，锤头的主要磨损就由合金棒承担，因此锤头的使用寿命会得到大大提高。据统计，镶嵌式锤头的使用寿命是原堆焊锤头的两倍以上。
锤盘外缘亦受到物料的磨损，原锤盘采用ZG35SiMn母材+碳钢板焊接，外缘堆焊耐磨合金层。破碎机使用规范中一般要求锤头翻面时就需要对锤盘进行堆焊处理。但锤盘堆焊因作业空间受限，劳动强度非常大，而且锤盘堆焊难免会对转子轴承产生电流腐蚀，影响轴承寿命。
采用镶嵌式锤头类似的工艺，在锤盘母材上镶嵌硬质合金棒，将对锤盘的磨损转移到硬质合金棒上，实践证明是可行的，镶嵌合金棒的锤盘的使用寿命较之前有了大幅度提高。
2.2 锤盘衬套型式的改进
改造前后的锤盘衬套型式分别见图3和图4。
图3 改造前衬套型式
图4 改造后衬套型式
原结构套环材质为Q345A，衬套材质为42CrMo，衬套与套环锤盘孔过盈配合，锤盘与衬套用开口销固定。
改进后的锤盘取消碳钢套环，采用ZG35SiMn整体浇铸成型，衬套缩进锤盘单边3mm，锤盘侧边与锤头接触的部位环向均匀镶嵌小直径耐磨合金棒。当锤头对锤盘摩擦施压时，由镶嵌在锤盘中的合金棒承受摩擦压力，减缓锤盘侧面发生变形，而缩进锤盘里的衬套与锤头不接触，衬套不存在疲劳损伤，锤轴难拔出的问题就解决了。
三、结语
采用镶嵌合金棒的锤头、锤盘虽然制造成本较之前有了小幅提升，但使用寿命却有了显著提高，总体来说还是为生产企业大幅降低了使用维护成本；衬套部位的改进，避免了衬套与锤头的直接接触，减少了发生变形的可能，解决了锤轴难拔的问题。本改造方案已经使用验证，效果良好，在后续项目中也进行了推广应用。对于黏土水分较高的水泥厂，建议停工时，应安排专人清理积料，加大清理积料的频次；观察锤头锤盘的磨损情况，适当的保养维护能很大程度上延长锤头、锤盘的使用寿命。
