簡析球磨機磨球的材質研究及應用

賈世恒 王允強 郭強

（淄博恒世科技發展有限公司，山東 淄博 255088）

目前來看，許多行業的粉磨作業都需要運用球磨機來完成，如冶金、礦產等行業。在球磨機研磨介質中，磨損率最高的介質為磨球，其消耗量高達100萬t/a左右，在總損耗中，磨球損耗占據了絕大部分，是易耗品。按照材質的區別，可以將磨球分為金屬、非金屬兩種。常用的金屬磨球有鋼球和鐵球兩種；常用的非金屬球則包括無機非金屬材料、有機高分子材料等。如SiO2無機非金屬合成材料和C2F4高分子有機材料。根據生產方式的區別，也可以分為三種形式，一種是鑄球，另一種是軋球，還有一種是鍛球。目前，鑄球的應用最為廣泛。

一、磨球材質研制的發展與現狀

隨著科技的進步，各類新材料層出不窮，磨球材質也隨之得到了發展和進步。在早期，磨球材質以河卵石為主，經過長期的發展，逐步開始使用鑄鐵、鋼球等磨球材質。在現代，合金和納米技術的廣泛應用，使磨球材質也發生了改變，合金材料、納米材料逐漸成為比較常用的磨球材質。為了提升鑄造的工藝、力學、熱處理等性能，要著重研究物料沖擊力和磨損的降低措施。不論是國內還是國外，對磨球材料的研究和開發都在長期持續。在20世紀60年代，磨球材料出現了跨越性的發展。在此之前，大部分西方國家都采用鍛鋼球、白口鑄鐵球等金屬球作為主要磨球材質。而在該階段，高鉻鑄鐵和鎳硬鑄鐵兩種磨球材質得到了發展和應用，并在70年代深入普及，成為最常用的磨球材質之一。到了80年代，我國經濟和技術快速發展，國內外交流加深，進而開辟了更多磨球材質的研究渠道，并在磨球材質研究方面取得了一定的成果。經過研究，我國從傳統的采用低碳鋼鍛磨球、白口鑄鐵磨球、中錳稀土鑄鐵磨球轉變為采用合金鑄鐵磨球、中高碳低合金佘熱淬火剛磨球等。這些研究在很大程度上改善了磨球材質的質量，使其在多個行業中廣泛應用。目前來看，國外以高鉻白口鑄鐵磨球為主，其中美國主要采用地鎳硬鑄鐵、高碳低合金鋼等材質的磨球；日本主要采用高鉻鋼球等作為磨球的主要材質。

二、導致球磨機磨球磨損的各項因素

在球磨機運作的過程中，磨球會隨著應用時間、次數的增加而出現尺寸、體積的縮減，即產生磨損。磨損問題會造成磨球功能降低，嚴重時還會造成功能喪失。如果在磨球磨損嚴重的情況下還繼續使用，不僅會影響生產效率和質量，還會帶來安全隱患，造成安全事故。通常，磨球磨損的形式可以分為三種。一種是磨粒切削磨損，另一種是沖擊疲勞磨損，還有一種是沖擊磨粒磨損。造成磨球磨損的原因有很多，主要分為磨機磨損、介質質量磨損、接觸性磨損、回路磨損、料漿磨損、礦石磨損、粒徑磨損等。其中，磨機磨損主要受到磨機類型、速度等因素的影響，進而產生磨損問題；介質質量主要包括硬度、尺寸、合金質量分數等多個方面；接觸性則包括接觸角度、接觸速度兩個方面；回路包括貫穿、循環兩種；料漿主要會出現粘度和腐蝕的影響；礦石的硬度、耐磨性等會對磨損程度產生影響；粒徑則主要與粒度和形狀有關。

三、球磨機磨球的材質研究

球磨機利用磨球對物質材料進行研磨，其運動過程是小能量反復沖擊的過程，磨損問題則屬于系統問題，會受到多個因素的影響。其中，材質強度與磨球沖擊性能有直接關系，也會影響磨損情況。對此，我國編撰出臺了相關的規范標準，其中包括《鑄造磨球》、《合金鑄鐵磨球》等多個規范內容。這些標準和規范詳細的規定了各種磨球材質中各類物質的含量。如，高鉻鑄鐵磨球要含有超過10%的鉻，并包含（Cr，F）7C3、中鉻鑄鐵磨球則需要含有5%-10%的鉻，同時含有Cr，F）7C3和（Cr，F）3C、貝氏體球墨鑄鐵磨球中以貝氏體球墨鑄鐵為主要組成組織。根據材料的不同，測定方式也各不相同。通常，碳含量的測定方式可以采用氣體容量法，以測量管式爐內燃燒氣體為主；硅含量則可以運用高氯酸脫水重量法進行測量；錳含量則可以運用高碘酸鈉光度法進行測定。通常，在冶金、電力等行業中，鑄造磨球廣泛應用，不同材質磨球的化學成分具體如下：

表1 球墨鑄鐵磨球中的化學成分表

表2 鉻合金鑄鐵磨球化學成分表

氮化硅球也是比較常用的磨球之一，該磨球可以采用濕法和干法兩種方式進行加工生產。其中，干法會影響磨球的后期使用，且會降低細研磨的效率，所以普遍采用濕法制作。為了避免濕法制作過程中出現過度水解的情況，可以采用酒精進行研磨。運用球磨機進行加工，具有投入低、操作簡單的優勢。但是研磨的效率也相對較低，磨粒大小也會受到限制，時常會出現較大的顆粒。加工氮化硅原料時，要從材料的化學組成、粒度、工藝等多個方面考慮，篩選最佳生產工藝技術。氮化硅磨球是氧化鋯磨介的替代品，其具有磨損率低的力學性能，目前已經在工業領域范圍內應用，但由于技術和工藝等原因，其應用范圍并不廣泛，但氮化硅球具有很大的發展潛力。

結語

綜上所述，球磨機的工作質量、效率和安全性都會受到磨球材質的影響，所以要合理選擇磨球材質，針對摩擦力、磨損、腐蝕等問題進行研究，設計和制造出更多性能和質量良好的磨球，進而促進生產水平的提升，增加球磨機的應用效益。