1、前言
湘鋼燒結廠一燒車間2×24 m2燒結機的設備作業率一直在90%左右的低水平線上徘徊，主要原因是單輥
破碎機鏟牙和篦條使用周期短，檢修更換時間長，制約了作業率的提高。原鏟牙和篦條的材質為高錳鋼，這種材料在200～1000℃的工況下沖擊韌性、強度和硬度較差，致使耐磨性能較差，其幾何斷面每天的最大磨損達5-6mm，使用壽命最長不過10天。每次檢修整體更換時間為8-l0小時，嚴重影響了燒結設備作業率和產量。
為解決此問題，我們對單輥鏟牙的結構形式進行了改進，并采用新型材質多元高合金超強鑄造耐磨鋼制造鏟牙和篦條，從而延長了其使用壽命，使設備作業率提高到96%以上，不僅提高了燒結礦產量，減少了耐磨材料的消耗，還降低了生產成本。
2、單輥鏟牙結構布置的改進
原單輥鏟牙的布置形式為順料方式，從臺車落下的燒結礦，順著鏟牙直溜進單輥齒冠與篦條之間，進行擠壓破碎。鏟牙表面直接受燒結礦磨擦、沖擊，極易磨損。現將鏟牙的結構布置改為分上直牙區和下橫牙區兩部分，如圖1所示。上直牙區起到撞破、順料的作用；下橫牙區貯存底料，起到料磨料的作用，從而延緩上、下鏟牙的磨損，提高其使用壽命。
3、單輥鏟牙及篦條材質的改進
3.1多元高合金超強鑄造耐磨鋼的耐磨原理
金屬材料的耐磨性能主要是由強度、硬度、韌性、塑性、疲勞等機械綜合性能共同來決定的。在具有沖擊載荷的條件下，強度和硬度不變，韌性則是決定其是否耐磨的關鍵因素。提高金屬材料沖擊韌性的方法，主要是靠調整元素配置以提高其強度，同時細化晶粒以改善晶間組織結構來實現。多元高合金超強鑄造耐磨鋼正是根據這一原理而研制的。
3.2多元高臺金超強鑄造耐磨鋼與高錳鋼的性能比較
3.2.1組織結構對比
多元高臺金超強鑄造耐磨鋼的鑄態組織為奧氏體及以碳化鉻為主要成分的碳化物。經水韌處理后，絕大部分碳化鉻固溶于奧氏體中，故其組織為奧氏體加少量碳化鉻。
高錳鋼的鑄態組織為奧氏體及以碳化硅為主要成分的碳化物。經水韌處理后，絕大部分碳化硅固溶于奧氏體中，故其組織為奧氏體加少量碳硅。
由于碳化硅的比容較鋼大15%左右，粗大的碳化硅在水韌處理時溶于奧氏體中，原碳化硅的位置就會留下空洞，俗稱顯微裂紋，導致其結構疏松，極大地降低了高錳鋼的沖擊韌性，嚴重影響了其耐磨性能的發揮。
而碳化鉻的比容只比鋼大2%左右，細小的碳化鉻在水韌處理時溶于奧氏體中，不僅其本身質地堅硬，同時還能起到加強組織，密實結構的作用，較大地增強了鋼的沖擊韌性，顯著地提高了其抗磨能力。
3.2.2化學元素配置對比
多元高臺金超強鑄造耐磨鋼以錳、鉻兩種化學元素為基本成分，再根據工況條件添加鋁、鎳、釩、鈦等元素，元素配置至少在兩種以上，其性質與高錳鋼就有了很大區別。
1)適應溫度變化的能力
高錳鋼的性質單一，適應溫度變化的能力有限，在高溫環境中會出現熱變形，而低溫環境中則出現冷脆，所以零部件設計時，都要成倍地增大體積，既造成資源浪費，又導致制造成本上升。而多元高合金超強鑄造耐磨鋼可根據高溫、常溫、低溫三種溫度區間進行化學元素配置。高溫加鉬，提高其高溫韌性；低溫加鎳，提高其低溫韌性。添加量雖少，卻有效地改變了金屬材料的性質，克服了高錳鋼在高溫下軟弱不耐磨，低溫下脆弱被迅速剝離或脆斷的缺點，使其耐磨性能得到充分發揮。
2)沖擊韌性
耐磨金屬材料在使用中所受到的沖擊載荷是極不相同的，相差可達幾百倍，要適應這種沖擊載荷的變化，就必須改變材料的性質。高錳鋼只能靠調整錳和碳的比例來調整沖擊韌性，其適應范圍非常有限。在重沖擊載荷下，其沖擊韌性偏低，既不耐磨，又容易斷裂；在輕沖擊載荷下，磨面誘發產生的馬氏體量減少，抗磨損能力下降。多元高合金超強鑄造耐磨鋼則是根據重沖擊、一般沖擊、輕沖擊等幾種不同的載荷狀況進行合理的元素配置。重沖擊載荷下添加釩和鈦，進一步細化結晶，改善晶粒間組織結構，提高沖擊韌性以抵抗重沖擊載荷；輕沖擊載荷下則減少錳含量，提高奧氏體向馬氏體轉變的能力。元素的增減量雖然不多，卻有效地改變了金屬材料的性質，克服了高錳鋼在重沖擊載荷下易斷裂，輕沖擊載荷下不耐磨的缺點，使其耐磨性得到充分發揮，安全性有了保障。
本廠采用的單輥鏟牙和篦條材質的化學成分見表l，物理性能見表2。
3.3多元高合金超強鑄造耐磨鋼的冶煉及熱處理
1)多元高合金超強鑄造耐磨鋼對冶煉鑄造設備要求一般，電弧爐或感應電爐均可，有條件的地方還可采用爐外精煉工藝，以增強其品質。但對熱處理設施要求嚴格，水韌處理時必須非常嚴格地控制加熱溫度、速度、保溫時間和冷卻速度。其熱處理工藝制度如圖2所示。
2)冶煉過程要嚴格控制化學成分，防止某一元素偏高或偏低。
3)因其硬度高，加工非常困難，為保證孔型和其它關鍵部位的尺寸精確，川采用臘模。如果采用砂模，則必須在鑄型和型芯上采取適當措施，以防粘砂和掉砂。
4)多元高臺金超強鑄造耐磨鋼的熱膨脹系數比較大，線收縮比鑄造碳鋼大，線收縮率約為2.5%～3%．故要特別注意提高鑄型和型芯的退讓性。
5)澆注溫度尤其關鍵，為防止晶粒粗大影響鑄體的力學性能，應將其嚴格控制在低溫澆鑄范圍之內。
4、多元高合金超強鑄造耐磨鋼的使用效果
一燒單輥鏟牙、篦條于2002年5月改用此材質后，使用壽命由原來的10天提高到3個月，為原材質的9倍，設備月作業率提高到96%以上，極大地降低了生產成本，提高了燒結礦產量。
5、結語
1)采用新型多元高合金超強鑄造耐磨鋼替代高錳鋼制造單輥鏟牙和篦條，大大延長了其使用壽命，有效地提高了設備作業率。
2)新材質的使用，極大地減輕了工人的勞動量，且經濟效益十分明顯。
3)使用過程中發現，該材質有明顯裂紋，說明其碳含量偏高，應作調整。
4)通過進一步提高化學元素的精確配置，可望將其使用壽命延長至6個月以上。
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