低鉻磨球半自動(dòng)化生產(chǎn)線工裝的改造

毛蓉

（金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司機(jī)電修配廠，陜西華縣 714 102）

低鉻磨球半自動(dòng)化生產(chǎn)線工裝的改造

毛蓉

（金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司機(jī)電修配廠，陜西華縣 714 102）

利用水冷法降低低鉻磨球脫模后的表面溫度，明顯改善了磨球硬度，并結(jié)合沖擊韌性和金相組織分析，得到了一種設(shè)備改造少、成本低，產(chǎn)品硬度高、組織均勻的低鉻鑄球半自動(dòng)化生產(chǎn)線工裝改造方法。

半自動(dòng)化生產(chǎn)線；工裝改造；硬度

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.00 8

0 引言

磨球是選礦、冶金、電力和化工等行業(yè)粉磨工序的主要易損件[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)磨球等耐磨材料的需求越來越大。市場(chǎng)的需要，催生出了各種各樣材質(zhì)不同、性能各異的磨球種類[2-3]。其中低鉻鑄鐵磨球以明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在水泥、礦石等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[4]。通過前期試驗(yàn)，我公司探索得到一種性能良好的低鉻磨球成分配比，但在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有半自動(dòng)化生產(chǎn)工藝下，產(chǎn)品的硬度差別較大，不能穩(wěn)定到達(dá)產(chǎn)品性能預(yù)期目標(biāo)。

為解決這一問題，本文以半自動(dòng)化磨球生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，提出一種工裝改進(jìn)設(shè)計(jì)，探索得到成本低、設(shè)備改造少、硬度高的低鉻合金磨球生產(chǎn)工裝改造方案。

表1 低鉻合金磨球?qū)嶒?yàn)元素配比 %

1 方案設(shè)計(jì)及樣品制備

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

通過前期化學(xué)成分實(shí)驗(yàn)[4]，已經(jīng)確定了理想的化學(xué)成分配比，詳見表1。本文主要討論在現(xiàn)有半自動(dòng)化磨球生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，通過對(duì)磨球脫模時(shí)的工裝改進(jìn)，得到硬度較高，沖擊韌性理想的低鉻合金磨球。

理論研究表明，在上述化學(xué)成分配比的條件下，低鉻合金磨球?qū)儆趤喒簿О卓阼F，結(jié)晶過程中，先按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出初晶（或先共晶）奧氏體；溫度降至1148 ℃左右時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶奧氏體和滲碳體，即萊氏體；溫度進(jìn)一步降低，初晶奧氏體和共晶奧氏體均析出部分二次滲碳體，并隨之全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w[5]。最終組織組成為：萊氏體+細(xì)針狀珠光體+少量碳化物。珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的，滲碳體以細(xì)片狀分散地分布在鐵素體基體上，起到強(qiáng)化作用，對(duì)低鉻合金磨球的硬度和強(qiáng)度都有貢獻(xiàn)。萊氏體中滲碳體組織均有較高硬度，是提高磨球性能的關(guān)鍵，但由于滲碳體極脆，對(duì)沖擊韌性影響較大，所以必須將滲碳體的數(shù)量控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

通過理論分析可以發(fā)現(xiàn)，要提高低鉻合金磨球的硬度需適當(dāng)提高萊氏體中滲碳體的含量，即在700 ℃～800 ℃后快速降溫，使磨球在脫模后進(jìn)行類似淬火的熱處理過程，以提高表層滲碳體含量，達(dá)到提高硬度的作用。必須注意的是，決不能將低鉻合金磨球直接進(jìn)行淬火處理，以免出現(xiàn)裂紋，影響使用壽命。

由于場(chǎng)地限制，現(xiàn)有半自動(dòng)化磨球生產(chǎn)線布局相對(duì)緊湊，不適合大型設(shè)備降溫設(shè)備。因此，在實(shí)驗(yàn)中，擬設(shè)計(jì)一個(gè)水箱或風(fēng)機(jī)來保證磨球退模后熱量的快速轉(zhuǎn)移，達(dá)到類似淬火的效果。

1.2 工裝設(shè)計(jì)

根據(jù)理論分析和實(shí)際生產(chǎn)條件，為了保證實(shí)驗(yàn)效果，磨球開箱脫模溫度需在600 ℃以上。在工裝設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮使用導(dǎo)熱性好的金屬材料分別做盛球和盛水裝置，保證熱量通過輻射和熱傳遞的方式順利傳遞到水中，球箱和水箱體積比大于1∶10，同時(shí)球箱略高于水箱，以方便安裝，具體裝置圖如圖1所示。為了進(jìn)一步提高導(dǎo)熱速度，在水冷的基礎(chǔ)上加風(fēng)冷噴霧，即在生產(chǎn)線上加一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，并人工加水霧，利用風(fēng)速吹起小霧滴，使磨球表面空氣快速冷卻，增加磨球降溫速率。

圖1 工裝示意圖

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，室溫為28 ℃，整個(gè)試驗(yàn)過程中都處在軸流風(fēng)機(jī)可達(dá)到的范圍內(nèi)。試驗(yàn)分為兩組，系列1為水激冷，即主要利用水冷將磨球溫度導(dǎo)出，現(xiàn)場(chǎng)圖片如圖2.a所示；系列2為水激冷+水霧，即在水冷的基礎(chǔ)上，增加人工噴霧，通過軸流風(fēng)機(jī)流動(dòng)風(fēng)速，快速降低球箱表面空氣溫度，加強(qiáng)磨球輻射熱傳導(dǎo)能力，現(xiàn)場(chǎng)圖片如圖2.b所示。

圖2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

磨球脫模后，迅速取樣，每組取兩個(gè)平行樣品記錄取樣時(shí)溫度，并每隔5 min記錄一次溫度，計(jì)算降溫速度。直至樣品降溫至250 ℃左右，記錄結(jié)束。取110～120×20×20(mm)進(jìn)行硬度、沖擊韌性和金相組織性能分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 冷卻速度

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，系列1出爐溫度約650.3℃；冷卻速率 11～13 ℃/min；系列 2出爐溫度約696.1℃；冷卻速率 13～23 ℃/min。

3.2 力學(xué)性能

為保證力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)值的可靠性，實(shí)驗(yàn)中每組均取兩個(gè)平行試樣，測(cè)試結(jié)果如表3所示。從表2中可以看出，通過冷卻處理的低鉻合金磨球比一般低鉻合金磨球的硬度和沖擊韌性值均有明顯提升。說明利用快速降溫的方式提高磨球硬度的實(shí)驗(yàn)思路是正確的。同時(shí)，也可以系列2冷卻速度高于系列1，但就硬度而言，沒有明顯改善。為簡(jiǎn)化生產(chǎn)實(shí)際中的設(shè)備投入，可以考慮單純利用水激冷方式進(jìn)行降溫處理。

表2 力學(xué)性能一覽表

3.3 金相組織

圖3為系列1實(shí)驗(yàn)樣品在4%硝酸酒精腐蝕下100×和500×金相照片。從中可以看出，樣品組織均勻，無局部偏聚現(xiàn)象，無明顯雜質(zhì)，主要組織仍為：萊氏體+細(xì)針狀珠光體+少量碳化物。可見水激冷沒有明顯改變低鉻合金磨球的組織構(gòu)成，只是提高了滲碳體組織的比例，達(dá)到提高硬度的目的。

圖4為系列2實(shí)驗(yàn)樣品在4%硝酸酒精腐蝕下100×和500×金相照片。從中可以看出，系列2與系列1樣品組織基本一致，但在微觀上通過破壞萊氏體網(wǎng)絡(luò)狀形態(tài)，增加了板條狀碳化物的數(shù)量，局部出現(xiàn)斷網(wǎng)狀組織，使樣品更好的吸收沖擊功，提高沖擊韌性。金相組織圖片也佐證了力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即系列1與系列2硬度值相當(dāng)，但系列2比系列1沖擊韌性值略高。

圖3 系列1實(shí)驗(yàn)樣品金相照片

圖4 系列2實(shí)驗(yàn)樣品金相照片

通過上述實(shí)驗(yàn)分析，可以發(fā)現(xiàn)低鉻合金磨球在脫模時(shí)快速降溫對(duì)其硬度有明顯提高作用，是降低磨礦單耗的有效措施。綜合設(shè)備投入和實(shí)驗(yàn)效果，選用水激冷工裝即可滿足要求，無需噴霧。

4 結(jié)語

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)可知：

①低鉻合金磨球脫模后，通過快速冷卻的方式可以達(dá)到提高其硬度的目的；

②利用水作為冷卻介質(zhì)，在球箱周圍增加水箱，不但經(jīng)濟(jì)易得，而且效果顯著；

③為保證水激冷作用顯著，需使球箱和水箱體積比大于1∶10，生產(chǎn)實(shí)時(shí)際應(yīng)相應(yīng)增加安全防護(hù)措施，杜絕安全隱患。

[1] 劉穩(wěn)善,解培民,劉博.新型低鉻鑄鐵磨球的研究[J].物理測(cè)試,200 7(5):20-23.

[2] 潘繼勇.金屬礦山磨球和襯板的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].鑄造,2013(3):209-221.

[3] 晁建兵,符寒光.低鉻鑄鐵磨球的研究及應(yīng)用[J].礦冶,200 4(4):54-56.

[4] 毛蓉,張萍.低成本新型耐磨鑄球生產(chǎn)工藝研究與應(yīng)用[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù), 2017(2):26-28.

[5] 崔忠圻,譚耀春.金屬學(xué)與熱處理[M].北京,機(jī)械工業(yè)出版社,200 7:113-119.

Tooling modif i cation of semi-automatic production line for low chrome cast ball

MAO Rong
(Jinduicheng Molybdenum Mining Group Co.,Ltd., Huaxian 714102, Shaanxi, China)

The effects of tooling modification of semi-automatic production line rapidly reduced the temperature of cast ball, by water-cooling, and hardness of low chrome cast ball is improved. The optimum tooling design is found though hardness test, impact toughness measurement and metallographic analysis. The experimental results show that, the tooling modification program for low chromium cast ball semi-automatic production line, is less equipment, low cost, and the productions are high hardness, and uniform microstructure.

semi-automatic production line; tooling modif i cation; hardness

T G 251+.2；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 25-03

2017-04-25

稿件編號(hào):170 4-176 4

毛蓉(198 9—），女，工程師，主要從事耐磨材料研究和開發(fā)工作.