新型球磨機襯板的研制

■ 葛升平

1. 概述

球磨機是水泥、石墨選礦工業中重要的設備之一，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，球磨機襯板一般都采用高錳鋼，其優異的耐磨性是建立在加工硬化基礎上的，需在高應力條件下服役才能充分加工硬化，如果應力不足，則高錳鋼不易被加工硬化，高的抗磨性未被發揮。球磨機正常工作時，筒體轉動產生離心力將磨球帶到一定高度后下落，對物料產生沖擊和研磨作用，若襯板承受到的應力不足，則高錳鋼不易被加工硬化，其耐磨性不能得到充分發揮，高錳鋼襯板磨損較快，使用壽命短，因此會造成大量的材料消耗，加大了磨礦成本。

針對這種情況，我們通過5年大量的工業性試驗，開發生產了一種生產工藝簡單，成本低，強韌性好，使用壽命長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，能夠滿足工況要求，用戶較為滿意，現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. 襯板材質的成分設計

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

（1）碳 對鋼的硬度、耐磨性、綜合性能及淬透性都有影響，碳含量低時，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，易產生裂紋和斷裂現象。控制wC＝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，但錳過高時對沖擊韌度不利，因此控制wCr＝0.8%～1.8%、wMn＝0.8%～1.8%。

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

（4）鉬 顯著提高鋼的淬透性，與鉻同時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、細化晶粒，以及消除魏氏體組織的作用，對提高鋼的韌性尤為突出。因此，在熔煉過程中加入適量稀土合金，控制wRE＝0.25%～0.30%。襯板材質的化學成分如表1所示。

表1 新型襯板的化學成分 （質量分數） (%)

3. 新型襯板的生產

（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，模樣線收縮率2%，傾斜澆注。襯板的結構如圖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中頻感應電爐熔煉。熔煉時嚴格按配料單準備好原材料，并按加料順序要求裝料；中間加料時，原料不得帶有冰水或水泥漿，經預熱后方可加入坩堝內；熔煉中要經常搗料助熔，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C、Cr、Mn、Si含量，不合格應進行成分調整；待鋼液溫度達到1600℃左右時（用遠紅外線測溫儀測得），用0.2%鋁進行終脫氧；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，進行澆注。

（3）熱處理工藝 熱處理在RJ X-45箱式電阻爐中進行，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）+220℃×3h回火。新型襯板熱處理工藝曲線如圖3所示。襯板淬火后一定要及時進行回火，經檢驗后未發現變形和裂紋。為獲得其顯微組織和力學性能，在已熱處理后的襯板上用線切割制取標準試樣。檢測其顯微組織為：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。通過里氏硬度計測定平均硬度為50～56HRC。用JB30型擺錘式沖擊試驗機測定沖擊韌度aK=20J/cm2。

4. 新型襯板的工業性試驗

新型襯板在黑龍江省雞西市柳毛石墨礦φ1.5m×3m球磨機上試用，同機裝上4塊新型襯板，與高錳鋼襯板同時運行，試驗運行2862h，處理礦石31235t，試驗結果見表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，給用戶帶來了可觀的經濟效益。

5. 結語

(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，生產工藝簡單易行，產品質量容易控制。

(2) 通過工業性試驗表明，新型襯板綜合性較好，表現出優良的耐磨性，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，經濟效益明顯，目前已批量生產，應用效果較好，有推廣價值。

圖1 襯板結構

圖2 襯板鑄造工藝示意

圖3 新型襯板熱處理工藝曲線

圖4 金相組織

表2 新型襯板裝機試驗結果

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

［2］馮勝山，楊應凱，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用［J］.鑄造，2003（8）：557-560.

［3］謝敬佩，李衛，宋延沛，等.耐磨鑄鋼及熔煉［M］.北京：機械工業出版社，2003.