新型球磨機(jī)襯板的研制

■ 葛升平

1. 概述

球磨機(jī)是水泥、石墨選礦工業(yè)中重要的設(shè)備之一，而襯板是主要的易磨損零件，每年消耗大量的金屬材料。目前，球磨機(jī)襯板一般都采用高錳鋼，其優(yōu)異的耐磨性是建立在加工硬化基礎(chǔ)上的，需在高應(yīng)力條件下服役才能充分加工硬化，如果應(yīng)力不足，則高錳鋼不易被加工硬化，高的抗磨性未被發(fā)揮。球磨機(jī)正常工作時(shí)，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力將磨球帶到一定高度后下落，對(duì)物料產(chǎn)生沖擊和研磨作用，若襯板承受到的應(yīng)力不足，則高錳鋼不易被加工硬化，其耐磨性不能得到充分發(fā)揮，高錳鋼襯板磨損較快，使用壽命短，因此會(huì)造成大量的材料消耗，加大了磨礦成本。

針對(duì)這種情況，我們通過(guò)5年大量的工業(yè)性試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低，強(qiáng)韌性好，使用壽命長(zhǎng)的新型稀土低合金耐磨鋼襯板，其耐磨性是高錳鋼襯板的1.5倍，能夠滿(mǎn)足工況要求，用戶(hù)較為滿(mǎn)意，現(xiàn)已在黑龍江省雞西市柳毛石墨礦、麻山石墨礦批量使用，效果較好。

2. 襯板材質(zhì)的成分設(shè)計(jì)

球磨機(jī)襯板在使用時(shí)，要承受一定的沖擊和磨料磨損，因此其材質(zhì)要求既具備優(yōu)良的耐磨性，又要有良好的沖擊韌度，為此襯板材質(zhì)采用加入多種元素的合金鑄鋼。

（1）碳 對(duì)鋼的硬度、耐磨性、綜合性能及淬透性都有影響，碳含量低時(shí)，沖擊韌度好但淬透性不高，硬度低，耐磨性差；反之，淬透性高，但沖擊韌度低，易產(chǎn)生裂紋和斷裂現(xiàn)象?？刂苭C＝0.4%～0.55%。

（2）鉻、錳 均顯著提高鋼的淬透性，有利于提高耐磨性，但錳過(guò)高時(shí)對(duì)沖擊韌度不利，因此控制wCr＝0.8%～1.8%、wMn＝0.8%～1.8%。

（3）硅 溶于鐵素體中，強(qiáng)化作用很大，能顯著提高鋼的屈服強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和硬度。但硅量較高將顯著降低鋼的塑性和韌性?？刂苭Si＝0.8%～1.0%。

（4）鉬 顯著提高鋼的淬透性，與鉻同時(shí)使用可抑制低溫回火脆性，控制wMo＝0.3%～0.5%。

（5）稀土 具有脫氧、脫硫、細(xì)化晶粒，以及消除魏氏體組織的作用，對(duì)提高鋼的韌性尤為突出。因此，在熔煉過(guò)程中加入適量稀土合金，控制wRE＝0.25%～0.30%。襯板材質(zhì)的化學(xué)成分如表1所示。

表1 新型襯板的化學(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） (%)

3. 新型襯板的生產(chǎn)

（1）鑄造工藝 新型襯板單件重量為78kg，最大厚度尺寸70mm，鑄件表面均不加工。造型方法采用手工砂型鑄造，水玻璃砂，表面干型，砂芯烘干，模樣線(xiàn)收縮率2%，傾斜澆注。襯板的結(jié)構(gòu)如圖1所示。襯板鑄造工藝如圖2所示。

（2）熔煉工藝 采用酸性爐襯，0.5t/h中頻感應(yīng)電爐熔煉。熔煉時(shí)嚴(yán)格按配料單準(zhǔn)備好原材料，并按加料順序要求裝料；中間加料時(shí)，原料不得帶有冰水或水泥漿，經(jīng)預(yù)熱后方可加入坩堝內(nèi)；熔煉中要經(jīng)常搗料助熔，防止“搭橋”；大部分爐料熔清后加入10%碎玻璃（或干石英粉）造渣，然后扒渣取樣；爐前化驗(yàn)C、Cr、Mn、Si含量，不合格應(yīng)進(jìn)行成分調(diào)整；待鋼液溫度達(dá)到1600℃左右時(shí)（用遠(yuǎn)紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)得），用0.2%鋁進(jìn)行終脫氧；在烘烤后（＞600℃）的鋼包中放入稀土1#合金孕育后，停電傾爐出鋼。往包內(nèi)撒入適量保溫聚渣劑覆蓋，鋼液靜止1～2mi n后，再一次扒渣取樣，進(jìn)行澆注。

（3）熱處理工藝 熱處理在RJ X-45箱式電阻爐中進(jìn)行，熱處理工藝為：880℃×2h正火+88 0℃×2 h淬火（自制聚乙烯醇淬火冷卻介質(zhì)）+220℃×3h回火。新型襯板熱處理工藝曲線(xiàn)如圖3所示。襯板淬火后一定要及時(shí)進(jìn)行回火，經(jīng)檢驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)變形和裂紋。為獲得其顯微組織和力學(xué)性能，在已熱處理后的襯板上用線(xiàn)切割制取標(biāo)準(zhǔn)試樣。檢測(cè)其顯微組織為：板條狀馬氏體+針狀馬氏體+殘留奧氏體。金相組織如圖4所示。通過(guò)里氏硬度計(jì)測(cè)定平均硬度為50～56HRC。用JB30型擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定沖擊韌度aK=20J/cm2。

4. 新型襯板的工業(yè)性試驗(yàn)

新型襯板在黑龍江省雞西市柳毛石墨礦φ1.5m×3m球磨機(jī)上試用，同機(jī)裝上4塊新型襯板，與高錳鋼襯板同時(shí)運(yùn)行，試驗(yàn)運(yùn)行2862h，處理礦石31235t，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可看出，在同等工況下，新型襯板的平均耐磨性是高錳鋼襯板的1.5倍。使用壽命明顯提高，給用戶(hù)帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

5. 結(jié)語(yǔ)

(1)新型稀土低合金耐磨鑄鋼襯板，采用自制聚乙烯醇溶液淬火，其組織為：板條狀馬氏體+針狀馬氏體+殘留奧氏體，平均硬度為50～56HRC，成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行，產(chǎn)品質(zhì)量容易控制。

(2) 通過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)表明，新型襯板綜合性較好，表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨性，可替代高錳鋼，耐磨性是高錳鋼襯板的1.5倍。使用壽命顯著提高，經(jīng)濟(jì)效益明顯，目前已批量生產(chǎn)，應(yīng)用效果較好，有推廣價(jià)值。

圖1 襯板結(jié)構(gòu)

圖2 襯板鑄造工藝示意

圖3 新型襯板熱處理工藝曲線(xiàn)

圖4 金相組織

表2 新型襯板裝機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

［1］謝敬佩，王文焱，李繼文，等.耐磨奧氏體錳鋼［M］.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

［2］馮勝山，楊應(yīng)凱，葉子賢，等. 新型中碳多元低合金稀土耐磨鋼襯板的研制和應(yīng)用［J］.鑄造，2003（8）：557-560.

［3］謝敬佩，李衛(wèi)，宋延沛，等.耐磨鑄鋼及熔煉［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.