高铬铸铁渣浆泵叶轮在矿山尾矿输送中的耐磨应用实践

矿山尾矿输送环境严苛，矿浆中固体颗粒含量可达 40%（如铁精矿尾矿），粒径≥50μm 颗粒占比超 30%，且常含酸性介质（pH≤4），导致普通泵件磨损严重。某铜矿应用案例显示，传统高锰钢叶轮寿命仅 200 小时，而采用高铬铸铁（Cr26）精密铸造并经复合处理的叶轮，使用寿命突破 2000 小时，成为矿山耐磨泵件的核心解决方案。

一、矿山渣浆泵的核心挑战与材料选型

 1. 工况特点 

·高磨蚀性：尾矿中石英砂（硬度 7 Mohs）占比超 60%，对叶轮进口边、叶片背部形成冲刷磨损，月平均磨损量可达 2-3mm； 

·高载荷冲击：粗颗粒（≥1mm）瞬时冲击应力达 500MPa 以上，易导致叶片断裂； 

·腐蚀性环境：硫化矿尾矿含游离硫酸（浓度 0.5%-2%），加剧材料表面点蚀。 

 2. 材料升级 

选用抗磨蚀性能优异的高铬铸铁 Cr26（化学成分：C 2.6%-3.2%，Cr 24%-28%，Mo 1.0%-1.5%），其铸态组织中M7C3 型碳化物（硬度 1300-1800HV）呈网状分布于马氏体基体，抗磨粒磨损能力是高锰钢的 3 倍以上。通过添加 1.2% Ni 和 0.8% Cu，进一步提升基体韧性，使冲击韧性从 8J/cm² 增至 15J/cm²，减少冲击断裂风险。 

二、铸造与热处理工艺优化 

1. 模具设计与缺陷控制

·采用消失模铸造技术，避免传统砂型铸造的砂眼缺陷，流道尺寸精度达 CT8 级，叶片厚度偏差≤±0.3mm，确保矿浆流畅通过； 

·浇冒口设置在叶轮轮毂厚大部位（厚度 25mm），搭配发热冒口套（保温时间延长 30%），使缩孔缺陷率从 12% 降至 2% 以下。 

 2. 热处理强化耐磨层 

·淬火 + 深冷处理：1020℃保温 2 小时后油冷，快速形成板条马氏体；随后 - 196℃深冷处理 4 小时，促使残余奥氏体转变为孪晶马氏体，硬度从 HRC58 提升至 HRC62，碳化物分布均匀性提高 40%； 

·表面激光熔覆：在叶片进口边及压力面熔覆碳化钨涂层（厚度 0.5mm），显微硬度达 1500HV，形成 “双抗磨层”，可抵御 5mm 以下颗粒的高速冲击。 

三、关键应用场景扩展 

1.粗矿浆输送（颗粒≤5mm）：叶轮采用 “高铬铸铁本体 + 表面陶瓷贴片” 结构，在铁矿粗碎车间应用寿命超 3000 小时； 

2.酸性尾矿库（pH=2-3）：叶轮基体经渗铝处理（厚度 50μm），结合 Cr26 高铬层，抗腐蚀能力提升 2 倍，替代进口镍基合金叶轮，成本降低 40%； 

3.高浓度尾砂充填（浓度≥65%）：采用大叶片厚度设计（15mm），搭配双相组织热处理（马氏体 + 贝氏体），抗疲劳断裂能力提升 50%，满足充填泵的高频启停需求。 

通过材料创新与工艺升级，高铬铸铁渣浆泵叶轮在矿山耐磨领域实现了 “抗冲刷、耐冲击、耐腐蚀” 的三重突破，其技术经验可复制至煤炭洗选、有色金属冶炼等类似高磨蚀工况，为矿山绿色开采提供了高效可靠的装备支撑。