簡析球磨機(jī)磨球的材質(zhì)研究及應(yīng)用

賈世恒 王允強(qiáng) 郭強(qiáng)

（淄博恒世科技發(fā)展有限公司，山東 淄博 255088）

目前來看，許多行業(yè)的粉磨作業(yè)都需要運(yùn)用球磨機(jī)來完成，如冶金、礦產(chǎn)等行業(yè)。在球磨機(jī)研磨介質(zhì)中，磨損率最高的介質(zhì)為磨球，其消耗量高達(dá)100萬t/a左右，在總損耗中，磨球損耗占據(jù)了絕大部分，是易耗品。按照材質(zhì)的區(qū)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(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料等。如SiO2無機(jī)非金屬合成材料和C2F4高分子有機(jī)材料。根據(jù)生產(chǎn)方式的區(qū)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(yīng)用最為廣泛。

一、磨球材質(zhì)研制的發(fā)展與現(xiàn)狀

隨著科技的進(jìn)步，各類新材料層出不窮，磨球材質(zhì)也隨之得到了發(fā)展和進(jìn)步。在早期，磨球材質(zhì)以河卵石為主，經(jīng)過長期的發(fā)展，逐步開始使用鑄鐵、鋼球等磨球材質(zhì)。在現(xiàn)代，合金和納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使磨球材質(zhì)也發(fā)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(zhì)。為了提升鑄造的工藝、力學(xué)、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(nèi)還是國外，對磨球材料的研究和開發(fā)都在長期持續(xù)。在20世紀(jì)60年代，磨球材料出現(xiàn)了跨越性的發(fā)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(zhì)。而在該階段，高鉻鑄鐵和鎳硬鑄鐵兩種磨球材質(zhì)得到了發(fā)展和應(yīng)用，并在70年代深入普及，成為最常用的磨球材質(zhì)之一。到了80年代，我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)快速發(fā)展，國內(nèi)外交流加深，進(jìn)而開辟了更多磨球材質(zhì)的研究渠道，并在磨球材質(zhì)研究方面取得了一定的成果。經(jīng)過研究，我國從傳統(tǒng)的采用低碳鋼鍛磨球、白口鑄鐵磨球、中錳稀土鑄鐵磨球轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎煤辖痂T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(zhì)的質(zhì)量，使其在多個(gè)行業(yè)中廣泛應(yīng)用。目前來看，國外以高鉻白口鑄鐵磨球?yàn)橹鳎渲忻绹饕捎玫劓囉茶T鐵、高碳低合金鋼等材質(zhì)的磨球；日本主要采用高鉻鋼球等作為磨球的主要材質(zhì)。

二、導(dǎo)致球磨機(jī)磨球磨損的各項(xiàng)因素

在球磨機(jī)運(yùn)作的過程中，磨球會(huì)隨著應(yīng)用時(shí)間、次數(shù)的增加而出現(xiàn)尺寸、體積的縮減，即產(chǎn)生磨損。磨損問題會(huì)造成磨球功能降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成功能喪失。如果在磨球磨損嚴(yán)重的情況下還繼續(xù)使用，不僅會(huì)影響生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還會(huì)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(jī)磨損、介質(zhì)質(zhì)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(jī)磨損主要受到磨機(jī)類型、速度等因素的影響，進(jìn)而產(chǎn)生磨損問題；介質(zhì)質(zhì)量主要包括硬度、尺寸、合金質(zhì)量分?jǐn)?shù)等多個(gè)方面；接觸性則包括接觸角度、接觸速度兩個(gè)方面；回路包括貫穿、循環(huán)兩種；料漿主要會(huì)出現(xiàn)粘度和腐蝕的影響；礦石的硬度、耐磨性等會(huì)對磨損程度產(chǎn)生影響；粒徑則主要與粒度和形狀有關(guān)。

三、球磨機(jī)磨球的材質(zhì)研究

球磨機(jī)利用磨球?qū)ξ镔|(zhì)材料進(jìn)行研磨，其運(yùn)動(dòng)過程是小能量反復(fù)沖擊的過程，磨損問題則屬于系統(tǒng)問題，會(huì)受到多個(gè)因素的影響。其中，材質(zhì)強(qiáng)度與磨球沖擊性能有直接關(guān)系，也會(huì)影響磨損情況。對此，我國編撰出臺(tái)了相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，其中包括《鑄造磨球》、《合金鑄鐵磨球》等多個(gè)規(guī)范內(nèi)容。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范詳細(xì)的規(guī)定了各種磨球材質(zhì)中各類物質(zhì)的含量。如，高鉻鑄鐵磨球要含有超過10%的鉻，并包含（Cr，F(xiàn)）7C3、中鉻鑄鐵磨球則需要含有5%-10%的鉻，同時(shí)含有Cr，F(xiàn)）7C3和（Cr，F(xiàn)）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(jù)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(nèi)燃燒氣體為主；硅含量則可以運(yùn)用高氯酸脫水重量法進(jìn)行測量；錳含量則可以運(yùn)用高碘酸鈉光度法進(jìn)行測定。通常，在冶金、電力等行業(yè)中，鑄造磨球廣泛應(yīng)用，不同材質(zhì)磨球的化學(xué)成分具體如下：

表1 球墨鑄鐵磨球中的化學(xué)成分表

表2 鉻合金鑄鐵磨球化學(xué)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(jìn)行加工生產(chǎn)。其中，干法會(huì)影響磨球的后期使用，且會(huì)降低細(xì)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(xiàn)過度水解的情況，可以采用酒精進(jìn)行研磨。運(yùn)用球磨機(jī)進(jìn)行加工，具有投入低、操作簡單的優(yōu)勢。但是研磨的效率也相對較低，磨粒大小也會(huì)受到限制，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)較大的顆粒。加工氮化硅原料時(shí)，要從材料的化學(xué)組成、粒度、工藝等多個(gè)方面考慮，篩選最佳生產(chǎn)工藝技術(shù)。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(xué)性能，目前已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域范圍內(nèi)應(yīng)用，但由于技術(shù)和工藝等原因，其應(yīng)用范圍并不廣泛，但氮化硅球具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

結(jié)語

綜上所述，球磨機(jī)的工作質(zhì)量、效率和安全性都會(huì)受到磨球材質(zhì)的影響，所以要合理選擇磨球材質(zhì)，針對摩擦力、磨損、腐蝕等問題進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)和制造出更多性能和質(zhì)量良好的磨球，進(jìn)而促進(jìn)生產(chǎn)水平的提升，增加球磨機(jī)的應(yīng)用效益。