周平安：高效新型耐磨材料的应用

中国耐磨技术委员会主任、中国铸造协会耐磨铸件分会  周平安

　　2012年4月28日，由中国水泥网主办、安格尔·基业长青第一协办的 “2012第五届国际粉磨峰会”在南京隆重召开。中国建材机械工业协会耐磨材料与抗磨技术分会、中国机械工程学会磨损失效与抗磨技术专业委员会名誉主任周平安出席此次峰会，并做了题为《高效新型耐磨材料的应用》的发言。关于高效新型耐磨材料的应用，周平安主要讲了耐磨材料与技术在建材水泥工业中的重要性、耐磨材料与技术的最新发展趋势、几种高效新型耐磨材料与技术三方面内容。以下为报告全文：

　　一、高效耐磨材料技术在建材水泥工艺里的重要性

　　经过市场统计，我国每年因磨料磨损消耗金属材料约达300万吨以上，且其中在水泥、矿山、火力发电、磨球等行业消耗超过200万吨，各种衬板消耗近30万吨，冶金和建材消耗占60﹪；另外，轧辊和各种工程机械耐磨配件消耗各占50万吨。在建材和水泥工业中材料和能源的主要消耗分布在粉磨生料、熟料和煤三个工艺过程中，其中钢铁材料消耗占总消耗的50%（磨球、磨段消耗85%、衬板消耗15%）；消耗电能占总电能的65-70%.由这些数据我们不难看出行业节能的余地还是很大的。

　　从发展历史来看，传统的建材工业中常用抗磨材料主要有：镍硬铸铁、低铬铸铁、高铬铸铁、高锰钢和合金钢。在水泥行业，主要是采用高铬铸铁。这里面主要是铬系，目前高铬铸铁磨球中含铬量普遍在12%以上，高的可能在20%-30%。但是全世界铬资源有限，尤其我国又是一个贫铬国家，在近十年里，铬资源被大消耗量，致使高碳铬铁价格翻了4-5倍，更重要的是，铬资源的大量消耗最终必然导致铬资源消耗殆尽，这对耐磨行业的发展带来了很大的局限。

　　二、耐磨材料与技术的最新发展趋势

　　正是因为铬资源的局限很难突破，所以最近行业的发展呈现出两大趋势：一是降低铬金属含量，二是提高冶金质量。究竟采取那种措施，要根据具体的情况具体分析。从最近这几年的情况看来，一些新技术趋势逐渐表现出来，它们主要是：

　　1、采用最佳热处理工艺，开发具有强韧性的含碳化物等温淬火球墨铸铁（CADI）。这是耐磨材料行业中的一个新的系统，而且正在应用，并取得了很好的效果。

　　2、采用金属变质剂提高钢铁液体的组织和性能。虽然提高钢铁性能有很多方法，但是近十几年来最有效的也是主攻的方向就是变质剂。

　　3、采用复合铸件、堆焊强化、双液浇注、镶嵌和涂覆等技术。如果采用单个技术提高整体耐磨材料的性能要花很大的力气，而且其中强度和韧性存在着很大的矛盾，从最近的情况来看，从磨辊和锤头特别是大型组件采用复合技术是一个很重要的发展方向。

　　4、采用行业合作和电子商务来代替传统的销售模式，减少中间渠道，提高效益。这几年我一直很关注中国水泥备件网的发展，中国水泥备件网的营销模式可以作为整个行业将来的营销模式的典范。在这一方面，水泥行业先行了一步，但是像矿山等行业，虽然用户量很大，却一直没有去做。同时对高效节能耐磨材料行业来说，如何适应这个系统，如何按照这种路程前行，我觉得未来我们可以共同努力、共同发展。

　　三、几种高效新型耐磨材料与技术

　　1、低铬铸铁和高铬铸铁的缺陷

　　（1）低铬和高铬铸铁磨球的缺点破碎和失园、堵塞隔窗板、磨耗高。在十几年以前，低铬产品占据了很大的市场，到了近几年在水泥行业，都是以高铬铸铁为主。在实际的使用过程中显现出的很多问题，主要有失园，硬度不够；堵塞隔窗板，这是水泥行业中最头疼两个问题，但是受制于本身因素的制约，问题一直无法得到妥善的解决

　　（2）对球磨机依赖加大，球磨机直径加大对磨球和衬板的性能要求更高。这个问题在水泥行业还不是很突出，可是对矿山行业来说，近几年重点的发展方向就是将球磨机的直径加大。在过去使用的都是数台相连的系列型球磨机，不过现在第一道工序使用的都是直径8米~10米的大型球磨机，后面在接一台球磨机，这也是矿山行业目前的发展方向。至于以后是否将这个技术应用于水泥行业还是个未知数，但对耐磨行业来说，大型球磨机不论对球的质量还是对衬板的质量都提出了更高的要求。这个问题不只是国内，在国际上也受到了广泛关注。如果可以将这个问题解决，必将是世界性的突破。

　　2、几种高效新型耐磨材料与技术

　　（1）等温淬火奥铁体耐磨铸球（CADI磨球）。这是我们目前正在研发的，相较于原来的球墨铸铁，等温淬火奥铁体耐磨铸球将其中的一部分球墨变为碳化物，所以它的基本组织：奥铁体+球形石墨+部分碳化物，其中炭化物含量一般在20%~30%，既保持了球墨铸铁的韧性，又满足了硬度的要求。经过测试冲击韧性在11J以上，体积硬度HRC 57，冲击疲劳寿命达到12000~15000次。

　　相较于传统耐磨球它具有很多的优点：CADI磨球不破碎、不失园、不剥落；磨球表面加工硬化能力大，耐磨性好；磨球比重轻，既不影响研磨效果，节省球磨机电能消耗10-20%；提高球磨机产量10-20%左右；降低周围环境噪音10-12分贝；减少球磨机周边设备的磨损，提高寿命。

　　另外对水泥行业来说，最重要的问题就是节电，在新型干法水泥生产中，每吨水泥电耗为90-110 kW·h，其电费占总成本的20-30%，其中，粉磨生料、熟料和燃煤的电耗占总电耗65%。其他的比例如：矿山及破碎6%、生料粉磨25%、生料均化4%、熟料烧成20 %、水泥粉磨40 %、包装运输5 %。

　　CADI磨球装机试验初步结果

　　（2）金属变质剂在钢铁液体中的应用

　　所谓变质剂就是在钢铁液体中添加的含一种或多种微量元素、合金或纳米粉体等，变质剂基本可分为三大类：

　　①以各种合金成分为主体的钢铁液体的孕育剂、球化剂或净化剂；

　　②以各种稀土元素为主体的变质剂；

　　③以分散尺寸极细并有巨大表面能的纳米材料为主体的特种添加剂-纳米变质剂。

　　各种变质剂所起的基本作用有共同之处，也有明显差别：纳米变质剂则既能增加结晶核心，明显的细化晶粒和改变基体组织结构，又能在组织中形成均匀分布的硬质点，因此，它常常能同时显著地提高钢铁材料的强度、硬度和韧性。

　　（3）复合铸件及表面强化和修复技术堆焊，这是需要重点发展的方向，包括：强化和修复；镶嵌蜂窝陶瓷技术；双液浇注；耐磨耐火涂料。这些都是表面技术的一个门类，每个门类都有其特点，要根据具体的情况来甄选。以复合锤头为例，锤柄要求韧性，要求不断，锤头要求硬度，这两点是互相是矛盾的，只有复合铸件才能满足其要求。

　　（4）采用行业合作和电子商务来代替传统的销售模式

　　目前存在的交易弊端主要是：交易模式传统；价格不透明；货款无法及时收付；交易地位不平等；质量无法保证；买卖双方交易黑幕等。所以我希望可以和中国水泥网开展更加广泛的合作，获得更进一步的发展

　　最后希望各水泥企业和矿山企业能够充分利用高效新型耐磨材料和技术，可以大大提高水泥工业的生产效率和节约生产成本；加强水泥工业和耐磨材料行业之间的合作和交流，发展现代化的电子商务和网络交易，创造新型的供应和销售模式，可以大大节省采购成本和提高效益。