探討我國金屬礦山球磨機(jī)磨球的應(yīng)用現(xiàn)狀及選材

鮑萬臣，李 偉，李 剛，李亞娥

（河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司，河北 唐山 063700）

球磨機(jī)主要運(yùn)用在冶金、建材、礦山、電力等多個行業(yè)，主要對物料進(jìn)行破碎工作，磨球是球磨機(jī)中最為常見的研磨部件，也是磨機(jī)行業(yè)中各種易磨損的器件之一。根據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計可知，在我國金屬礦山磨球機(jī)中每年的消耗磨礦介質(zhì)約40萬t～50萬t，從這個數(shù)據(jù)中，我們可以得知這么巨大的消耗足夠引起人們的重視，因此，通過提升磨球的耐磨性和使用壽命，具有非常重要的社會價值和經(jīng)濟(jì)意義[1]。

從摩擦學(xué)的角度來分析磨損是一個系統(tǒng)方面的問題，因此磨球磨損的因素較多，具體包括了以下幾種：磨球的尺寸大小及配比、磨球的材質(zhì)成分以及組裝、磨球的物料種類，性質(zhì)、磨機(jī)的結(jié)構(gòu)、磨礦的環(huán)境和生產(chǎn)工藝等等[2]。相比較以往而言，我國的磨球材質(zhì)品質(zhì)較為單一化，質(zhì)量差，使用過程易破碎，消耗很大。在近幾十年的發(fā)展過程當(dāng)中，我國的抗磨技術(shù)和新型耐磨材料的研發(fā)，在很大程度上推動了我國的磨機(jī)行業(yè)的快速和穩(wěn)定發(fā)展。

1 磨球機(jī)中磨球的磨損機(jī)理分析及性能要求

1.1 磨球的磨損運(yùn)行機(jī)理分析

磨球在具體的工作過程中，由于受到壓力的作用，使得研磨器材磨損消耗較大。對于金屬礦石磨球機(jī)由于物質(zhì)中含有腐蝕性的物質(zhì)，在高壓工作的環(huán)境下，加速了磨球的腐蝕。磨球的磨損程度很大方面都受到磨球機(jī)的工作參數(shù)、磨球質(zhì)量以及被磨礦粒的性質(zhì)影響。其中磨球機(jī)中的磨球磨損程度受到腐蝕的因素的影響較大，它不僅僅要存在嚴(yán)重的磨料磨損，同時還要承受礦漿的腐蝕。對于磨料磨損的運(yùn)行機(jī)理，主要是在微觀切削、多次塑變以及微觀剝落以及疲勞斷裂，由于這些機(jī)理使得磨損程度加深，但是具體是哪一種機(jī)理占主導(dǎo)地位，主要根據(jù)礦石的顆粒硬度、磨損硬度等因素來確定，其中腐蝕磨損過程中的磨損行為和腐蝕行為與純腐蝕和純磨損之間是不同，這是一個相互促進(jìn)的過程。由于漿液具有腐蝕性，磨球機(jī)磨球出現(xiàn)磨損是干式的磨球機(jī)磨球的10倍以上，由于加工材料中具有腐蝕性的物質(zhì)，為了有效的保障球磨機(jī)磨球的耐腐蝕性，通過使用鈍化膜的方式阻止腐蝕介體進(jìn)入，因此，腐蝕將靜態(tài)變化高出很多，那么腐蝕的速度將提高幾個級別。

由于零件在磨損過程當(dāng)中具有復(fù)雜性以及受到試驗(yàn)技術(shù)的局限影響，這對于腐蝕程度很難進(jìn)行定量分析，只有將這些不確定的因素控制在一定范圍內(nèi)。

1.2 磨球的性能要求

1.2.1 磨球材質(zhì)具有高的硬度和良好的韌性

磨球的硬度、材質(zhì)與耐磨性有很大的關(guān)系。有學(xué)者認(rèn)為，金屬材料磨損后，它表面的硬度和磨料硬度比例是判斷材料的耐磨性的最好參照物，當(dāng)Hu/Ha小于0.8時，材料的抗磨性不受磨料硬度的影響，受到最大的磨損，稱作硬磨料磨損；當(dāng)Hu/Ha大于0.8時，隨比值的提高，材料磨損量減少，稱作軟磨料磨損。

因此，在磨球生產(chǎn)過程當(dāng)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注磨球的硬度。但是磨球在工作過程當(dāng)中會受到高應(yīng)力的沖擊作用，因此并不是硬度越高越好，如果選用硬度過高的材質(zhì)，會造成韌性下降，導(dǎo)致磨球使用過程當(dāng)中出現(xiàn)疲勞剝落或者破碎的問題。

在實(shí)際的使用過程當(dāng)中，材料的硬度和韌性是一對矛盾體，往往硬度越高，就會意味著韌性降低，很難將高硬度和高韌性結(jié)合在一體，因此，對于磨球而言，需要根據(jù)磨損系統(tǒng)的各個參數(shù)，選擇合理的力學(xué)性能并且以此作為選擇材料的依據(jù)[3]。

1.2.2 良好的耐蝕性

由于球磨機(jī)磨球腐蝕和磨損之間是相互作用的，在具體的使用過程中會加劇磨耗，為選材帶來很大的困難。材料選擇要具有耐腐蝕性，要求材料的組織均勻，不斷提高耐磨方式，比如會產(chǎn)生硬質(zhì)碳化物，這都會提高材料力學(xué)的性能，從而提升整體的耐磨性，但是會增加材料組織的不均勻性。在實(shí)際的使用過程當(dāng)中，耐磨與耐蝕是一對矛盾體。因此，在進(jìn)行球磨機(jī)的材料選擇過程當(dāng)中，不能單單通過材料的力學(xué)性能進(jìn)行判斷，選擇磨球材料應(yīng)該要充分結(jié)合礦產(chǎn)物料材質(zhì)特性，將磨球的組織、成分、硬度和切合度等列入到綜合考量之中。以司家營鐵礦舉例磨球材料化學(xué)組成成分較多，如表1顯示。

表1 磨球材料化學(xué)組成成分

1.2.3 高的生產(chǎn)質(zhì)量和低的成本

由于磨球損耗較大，在生產(chǎn)過程中要進(jìn)行大批量使用，因此要求磨球質(zhì)量好且穩(wěn)定，所以磨球的質(zhì)量是非常重要的指標(biāo)，同時也是產(chǎn)品進(jìn)入市場的重要基礎(chǔ)。在磨球進(jìn)行礦石加工過程中，可能會導(dǎo)致磨球失效（碎球的情況），提前降低磨球的性能。通過對磨球的綜合性能以及使用單位合理的選擇，力爭達(dá)到磨球成本低，磨耗小，破碎率低，磨礦效率高，綜合指標(biāo)高。

2 國內(nèi)磨球的應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代以來，我國所選用的磨球大多是低碳鋼鍛磨球、普通白口鑄鐵磨球和一定數(shù)量的中猛稀土鑄鐵磨球，最近幾十年，通過大量的研究，新開發(fā)的磨球材質(zhì)，分為兩個大類，七個品種。其中高鉻鑄鐵磨球硬度最高，并且磨球的表面和中心的硬度差較小，被廣泛地運(yùn)用到生產(chǎn)之中，屬于理想的耐磨材料。高鉻鑄鐵含鉻高，一般在控制在10%～20%之間，并且加入銅等貴重元素來提升磨球的工作效率，因此價格較高。高鉻鑄鐵在干磨時表現(xiàn)出了很好的耐磨性，并且在濕磨時，由于材料中有大量的共晶碳和物，與其他的材料相間形成大量相界，由于基體和碳化物的電極位置不同，在礦山濕度條件下形成相界腐蝕，最終導(dǎo)致共晶碳化物因支撐削弱而折斷，或者有可能與機(jī)體連接中斷。根據(jù)以上的原因分析，高鉻鑄鐵磨球不適用于金屬礦山濕磨球工況。目前這項(xiàng)技術(shù)被廣泛運(yùn)用干磨領(lǐng)域。最近鉻鑄鐵技術(shù)中將鉻量控制在4%～10%，那么磨球的韌性和耐磨性都處于高鉻鑄鐵和低鉻鑄鐵之間，由于價格和性能無明顯優(yōu)勢，故研究和生產(chǎn)較少。

3 結(jié)語

總之，本文通過對大量資料進(jìn)行整理、收集，調(diào)研，分析得出，目前金屬礦球磨機(jī)選材主要按照以下幾個點(diǎn)進(jìn)行：首先選材應(yīng)該遵循科學(xué)合理的角度，在對工況條件進(jìn)行綜合分析后，結(jié)合礦磨系統(tǒng)進(jìn)行磨球尺寸和選材的確定；其次，磨球的選擇應(yīng)該出于質(zhì)量穩(wěn)定控制的狀態(tài)，以免次晶太多造成生產(chǎn)效率下降；再次，對于材料選擇應(yīng)該符合我國國情，盡可能做到就地取材；最后，進(jìn)行材料選擇過程當(dāng)中，要考慮磨球的綜合效能。