高鉻鑄鐵磨球的生產工藝

方 斌（安徽理工大學，安徽淮南市 232000）

高鉻鑄鐵磨球的生產工藝

方 斌（安徽理工大學，安徽淮南市 232000）

通過中頻爐調整和配制高鉻磨球合金成分，采用爐前稀土硅鐵變質處理，磨球的沖擊韌性可得到明顯的改善，再經高溫（960℃油淬）調質處理后，磨球韌性和耐磨性顯著提高。實踐表明，該種磨球單耗低（約58g/t煤），破碎率＜0.5%，使用壽命是低鉻磨球的2.3倍。

高鉻鑄鐵磨球；變質處理；熱處理

球磨機是水泥、電力、礦山等行業研磨工序的主要設備，磨球是球磨機主要易損件之一。淮化集團公司熱電廠先后使用過抗磨鍛鋼磨球、球墨鑄鐵磨球和低鉻鑄鐵磨球。抗磨鍛鋼磨球具有不易破損的特點，但是耐磨性差，易失圓，球耗高。球墨鑄鐵磨球球化率波動較大，同時球的破碎率較高。低鉻鑄鐵磨球性價比較好。但隨著水泥等行業產能的迅速發展，對磨球的單耗要求更高，高鉻鑄鐵磨球含有M7C3型共晶碳化物，具有良好的綜合力學性能，可使磨球級配和磨內填充率保持長時間相對穩定，有利于磨機穩產、高產。但高鉻鑄鐵磨球在實際生產中，如何處理好磨球硬度與韌性、淬透性與合金元素含量這兩對矛盾一直是實際生產中未解決的難題，通常是硬度高則韌性低，破碎率高；合金元素含量高使淬透性提高，但成本增加[1]。為此，我們采用中頻爐熔煉結合金屬型鑄造的工藝方法，嚴格控制化學成分、熔煉工藝、澆注溫度和熱處理工藝等參數，直接優化了磨球硬度與韌性、淬透性與合金元素含量之間關系，探索出優質、長壽命和低耗損的高鉻鑄鐵磨球。

1 磨球化學成分的選擇

1.1 碳 含碳量是決定高鉻鑄鐵磨球中的碳化物和硬度的重要因素。含碳量越高，碳化物越多，硬度越高，耐磨性能就越好。但碳量過高碳化物粗大造成磨球的韌性差。我們根據磨球在熱電廠的實際工作條件，將含碳量控制在2.2%～2.8%之間。

1.2 鉻 鉻含量主要決定碳化物類型并可以提高耐腐蝕磨損性。鉻和碳的含量應保證使合金中有一定量的以M7C3（Cr，Fe）7C3）類型為主的碳化物，以獲得高的耐磨性、硬度和沖擊韌性。而高鉻鑄鐵中碳化物類型、形態和分布主要由Cr/C決定：當Cr/C＞4時，共晶碳化物大多數呈M7C3型。

高鉻鑄鐵磨球中共晶碳化物M7C3數量的F.Maratray回歸方程計算公式：

由此可知：當含碳量相同時，鉻含量越高，共晶碳化物的數量越多，高鉻鑄鐵磨球硬度就越高。文獻[2]認為碳化物數量在20%~30%范圍內，耐磨性最好。但隨著鉻含量的提高，鐵液的流動性降低，磨球冷裂傾向增大，韌性下降，磨球易破碎，同時鉻屬于貴金屬，過多的增加鉻造成磨球成本提高，綜合各種因素考慮我們將鉻含量控制在14%~16%。

1.3 稀土元素 可有效降低鐵液中氣體和有害雜質的含量，起到脫硫、除氣、凈化鐵液作用，并可改善晶界狀況，改善流動性提高韌性。因此在實際生產中用稀土進行變質處理，以提高高鉻鑄鐵磨球的韌性。

1.4 硅和錳 硅降低淬透性，且易產生索氏體，影響高鉻鑄鐵磨球的耐磨性，同時過高的硅含量會使其脆性趨勢增加，因此一般控制硅含量在≤1%。錳是穩定奧氏體元素，帶來大量的殘余奧氏體，過高在磨球使用過程中，易導致表層剝落的疲勞磨損比率增加，生產中錳含量0.5%~0.8%。

1.5 鉬和銅 鉬能顯著提高高鉻鑄鐵磨球的淬透性，抑制珠光體的形成，從而改善耐磨性。加入銅能進一步提高淬透性，可以降低鉬的含量。一般控制Mo和Cu分別為0.8%~1.0%和0.8%~1.2%。

綜上所述，我們選定的Cr15高鉻鑄鐵磨球的化學成分如表1。

表1 高鉻鑄鐵磨球的化學成分（質量分數，%）

2 高鉻鑄鐵磨球的生產工藝

2.1 鑄型準備

采用冷卻速度快的金屬型模具澆注磨球，鑄型選擇中間冒口充型，保證順序凝固，提高補縮效果，有效地控制磨球夾渣、氣孔、縮孔和縮松等缺陷，磨球內部組織致密，工藝出品率高。

砂套采用透氣性好的硅砂，在打制好砂套后，合箱前用帶煙乙炔火焰烘烤上下型腔內表面，從而使金屬型保持一定的溫度，延長鑄型壽命，同時提高磨球的表面質量。

2.2 高鉻鑄鐵磨球熔煉工藝

在0.5t中頻感應爐中對鐵液進行熔煉，具體工藝要求如下：

（1）酸性爐襯 中頻爐選用熱穩定性較好、使用壽命較長的硅砂做爐襯。

（2）加料 先加入少量的鉻鐵和鉬鐵，再加入生鐵、廢鋼和回爐料，待廢鋼等熔化后，最后加入經過加熱的剩余鉻鐵。裝填料時應遵循下緊上松原則，以利于塌料。

（3）熔煉溫度 為防止鉻和碳過度燒損以及縮短爐襯壽命，熔煉溫度應控制在1460℃。

（4）脫氧處理 由于高鉻鑄鐵熔煉溫度高、時間長，鐵液氧化比較嚴重，因此需要在出爐前進行脫氧。出爐前將溫度提到1500℃，出鐵前3~5min在爐中加入少量的錳鐵和硅鐵進行預脫氧，最后加入鋁進行終脫氧。

（5）澆注和打箱 鐵液加熱到1500℃時即可出爐，澆包中加入1%稀土硅鐵合金做沖入法變質處理。出鐵液后迅速覆蓋珍珠巖，鐵液在包內應停留一段時間進行鎮靜，當溫度為1400℃左右時澆注，澆注時應控制一定速度以利于廢氣逸出，并應連續澆滿，防止產生冷隔和夾渣等鑄造缺陷。待金屬型冒口凝固后開箱落球，置于干燥地表自然冷卻。

2.3 高鉻鑄鐵磨球的熱處理

熱處理是生產高鉻鑄鐵磨球質量的一個重要環節，通過熱處理獲得理想的金相組織和力學性能，以使磨球達到硬度和韌性的最佳配合。為獲得馬氏體組織，熱處理采用高溫淬火+回火工藝。通過全部采用油淬，解決高鉻鑄鐵磨球風淬不硬、軟點多、水淬易碎的問題。

實際生產中，我們采用RT-240-12臺車電爐加熱，階段升溫至Cr15磨球的最佳奧氏體化溫度960~1000℃，保溫120~180min，油冷。為消除應力，提高韌性并保持淬火后的高硬度和耐磨性，油冷后應及時進行回火，以減少了殘余奧氏體，回火工藝為350~450℃，保溫180~240min，出爐空冷。熱處理后Cr15高鉻鑄鐵磨球的金相組織為：回火馬氏體（M回）+一次碳化物（K1）+二次碳化物（K2）+少量的殘余奧氏體（A′）。硬度值≥58HRC，心部硬度與表面硬度差＜3HRC。

3 高鉻鑄鐵磨球的生產應用

我們制作的高鉻鑄鐵磨球2009年12月至2010年8月在淮化集團熱電廠?3.2m球磨機使用，停機開倉檢查無明顯破碎變形磨球，共生產煤25600t，球耗約58g/t，破碎率＜0.5%，使用效果良好。

[1] 徐雪霞，白秉哲.我國貝氏體耐磨鑄鋼的發展及應用.鑄造技術，2008，29（7）：967-969.

[2] 王仲玨.淺析高鉻白口鑄鐵磨球的鑄態組織設計.機械，2004，31（8）：54-55.

Production Technology of the Grinding Ball of High Chromium Cast Iron

FANG Bin
（Anhui Science&Technology University，Huainan 232000，Anhui China）

Impact toughness of grinding ball could be obviously improved with MF furnace adjusting and preparation of high Cr grinding ball alloy and modification with RE ferrosilicon.High temperature adjustment of oil quench at 960℃can obviously increase both toughness and wear-resistance of grinding balls which have been proved in practice to be with lower energy consumption(58g per ton coal)and break rate＜0.5%while service life 2.3 times more than that of lower Cr ones.

Grinding ball of high chromium cast iron；Modification；Heat treatment

TG 251.2；

B

1006-9658（2011）01-2

2010－09－16

2010－141

方斌（1968-），男，高級工程師，主要從事耐磨材料方面研究工作