鑄態屈氏體磨球的製作方法

2023-06-06 06:51:26

專利名稱：：鑄態屈氏體磨球的製作方法
技術領域：
：本發明屬於各類球磨機粉磨物料用磨球，特別涉及一種用於粉磨礦山物料的鑄態屈氏體磨球。用磨球粉磨礦山物料比水泥物料困難得多。一是礦山磨中的物料(金礦石、鐵礦石、銅礦石等)的硬度比水泥物料高;二是有些礦山磨中的漿液呈高鹼性;三是礦山磨屬溼法作業，而水泥磨屬幹法作業。這就說明了礦山磨的工況條件比水泥磨惡劣得多。近幾年來，淬火馬氏體高鉻鑄球在水泥、發電等行業已得到廣泛的應用，磨球材質多數屬於Cr-MO-Cμ系列，制球工藝採用砂型鑄造，致使磨球的耐磨性和韌性達不到理想的配合，因此必須經過高溫淬火及回火處理，才能得到馬氏體組織，從而使制球工藝複雜，能耗高。同時，淬火馬氏體高鉻鑄球在礦山溼磨中應用破碎率高，影響磨機的臺時產量，因而是不宜應用的。在CN89102932專利文獻中公開了一種高鉻鑄鐵磨球。該磨球化學組成不合理，首先是含碳量的設計不合理，因為在高鉻鑄鐵中，含碳量必須低於共晶碳量，否則，會出現粗大條狀初生碳化物，使耐磨性和韌性都下降，而共晶碳量是根據JacKSOn公式決定的，即共晶碳量(%)＝4.40-0.054(Cr%)，含Cr10%時，共晶碳量是3.86%，含Cr25%時，共晶碳量是3.05%，因此該磨球成份規定C為2.0-4.0%，Cr為10-25%是不合理的。再則是矽量設計不合理，該成分中Si為0.3-2.0%，高矽有利於珠光體的形成，在含矽量2%的情況下，鑄態下得不到奧-貝基體，如得到奧-貝基體，矽的用量不能超過0.8%。另外奧-貝基體的磨球，在水泥上應用剝皮、破碎很嚴重，在礦山上應用更加嚴重，因為在反覆衝擊下，奧氏體會發生馬氏體相變和加工硬化，產生巨大應力，加之奧氏體導熱性差，易產生微裂紋，裂紋一旦產生，擴展得又很快，因此剝皮、破碎嚴重，在礦山上是不能使用的。目前我國礦山用磨球大都是普通鍛鋼球，但使用效果並不理想，球耗高，並且消耗大量的鋼材。本發明的目的之一是提供一種用於各類球磨機粉磨礦山物料的鑄態屈氏體磨球的化學組成成分。本發明的目的之二是提供一種鑄態屈氏體磨球的製造方法。本發明的目的可以通過以下措施來實現用於各類球磨機粉磨礦山物料的鑄態屈氏體磨球的化學組成成分是(重量%)C2.7-3.5%Cr11-18%Si0.8-2.5%V0.05-0.3%Mn0.3-1.5%Ti0.05-0.15%Mo0-0.5%Ni或Cu0-0.5%其餘為鐵和不可避免的微量雜質。按以上化學成分組成的鑄態屈氏體磨球的製造方法，其熔煉及澆注工藝步驟是①釩鈦生鐵和廢鋼加熱熔化後，分批加入鉻鐵，再升溫;②溫度升至1420-1480℃時，加入調節成分的鉬鐵、鎳和錳鐵、矽鐵，然後再升溫;③溫度升至1500-1540℃時加入脫氧劑矽鐵、錳鐵和工業用純鋁;④溫度升至1540-1560℃時出爐澆注;⑤用金屬型鑄造，澆注溫度為1380-1450℃;⑥澆注5-10分鐘後打箱;⑦鑄球冷卻後，打掉澆冒口，清理殘根，飛邊、毛刺;⑧鑄球在230-270℃溫度下進行低溫時效處理4-6小時，然後空氣冷卻。合金材質的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決於化學成分的合理選擇，本發明的化學成分選擇是這樣分析設計的碳是影響高鉻鑄鐵硬度和耐磨性的主要元素，其含量高，組織中碳化物數量多，基體硬度高，耐磨性好，若其含量超過3.5%，會產生粗大片狀碳化物，使材質變得硬而脆，而且由於粗大片狀碳化物易碎裂剝落，致使耐磨性下降。若其含量小於2.7%，共晶碳化物數量減少，基體硬度下降，耐磨性下降，因此碳的含量在2.7-3.5%為宜。矽一定量的矽起脫氧作用，對流動性也有利，較高的矽有利於屈氏體組織的形成，而且較高的矽溶於基體後，提高基體的電極電位，提高抗蝕性能。同時，在高鉻鑄鐵中隨矽量的增加，矽化物數量增加，硬度和耐磨性也增加。但當矽量大於2.5%以後，韌性明顯下降，過低的含矽量又不利於屈氏體組織的形成。因此矽量的選擇在0.8-2.5%為宜。錳是形成奧氏體的元素，對碳化物的形成也起作用，過高的錳將使組織中出現奧氏體，奧氏體組織不宜作磨球，因為奧氏體磨球不論在幹磨和溼磨中，都會造成大量破碎和剝落。但由於脫氧和去硫都用錳，因此選錳的含量為0.3-1.5%時較適宜。鉻鉻是碳化物形成元素，鉻除與碳結合成碳化物外，其餘部分溶解在基體內，從而提高基體的電極電位，對抗腐蝕是有利的。若其含量小於11%，可能會出現M3C型碳化物，使硬度和韌性都降低。若其含量大於18%，結晶時碳化物數量顯著增多，使韌性明顯下降，同時由於基體中含碳量降低，導致基體的硬度降低，從而耐磨性降低，因此鉻的含量控制在11-18%為宜。鉬鉬的主要作用是細化基體，細化碳化物，提高基體的電極電位，提高耐蝕性。因價格高，多加不經濟。在金屬型鑄造條件下，加入量小於0.5%即可明顯起作用。鎳(銅)鎳(銅)是奧氏體形成元素，多加了組織中出現奧氏體。在屈氏體磨球中加鎳主要作用是提高基體電極電位，提高耐蝕性，因此加入量小於0.5%為宜。釩、鈦這兩種元素是生鐵中自然帶入的，屬於微量合金元素，它們能形成硬度很高的碳氮化物，彌散在基體中，有利於提高基體的顯微硬度和耐磨性，同時對晶粒的細化也是有利的。不可避免的微量雜質是原料中帶入的，其中有磷和硫，均是有害元素。其含量越低越好。為了保證磨球的硬度及其耐磨性，我們將磷的含量控制在0.1%以下，將硫的含量控制在0.05%以下。如下圖1為本發明φ60球的硬度及其分布圖;圖2為本發明φ80球的硬度及其分布圖;圖3為本發明φ100球的硬度及其分布圖;圖4為本發明φ50球金相組織(放大500倍，4%硝酸酒精浸蝕);圖5為本發明φ70球金相組織(放大500倍，4%硝酸酒精浸蝕);圖6為本發明φ90球金相組織(放大500倍，4%硝酸酒精浸蝕);圖7為本發明磨球屈氏體的層片結構(放大3000倍);圖8為本發明磨球中Cr的面分布圖;圖9為本發明磨球中Si的面分布圖;圖10為本發明磨球中Mn的面分布圖;圖11為本發明磨球中Mo的面分布圖;圖12為本發明磨球中Cu的面分布圖。取一組本發明磨球進行機械性能試驗，結果如表1表1磨球的機械性能試驗從磨球本體切片取樣測得的硬度值及其分布狀況如圖1、圖2、圖3所示。從圖中可以看出，從磨球表面到中心，硬度差值較小，這就保證了磨球的磨損均勻性。經過多次試驗測定，磨球的機械性能和硬度是洛氏硬度HRC54-60衝擊韌性≥4焦耳/釐米2抗彎強度≥500牛頓/毫米2撓度+為1.7-2.4毫米分別從鑄態屈氏體磨球和鍛鋼球上切取15×15×12毫米的試塊在模擬磨損機上，強鹼溶液中進行模擬磨損試驗。試驗條件壓重1公斤相對磨片是120目砂布，試驗機主軸轉速550轉/分，每隔半小時稱重一次，並更換砂布，調換試塊位置。以鍛鋼球的總磨損量為基數，計算鑄態屈氏體磨球的相對耐磨性如表2表2磨球的模擬磨損試驗材質名稱2小時總磨損量(克)對比耐磨倍率硬度(HRC)鍛鋼球5.20138屈氏體球0.727.255從上表可以看出，在強鹼水溶液的腐蝕介質條件下，屈氏體球的耐磨性是普通鍛鋼球的7.2倍。本發明屈氏體磨球分別在鋁礦、銅礦、金礦、鐵礦磨機上進行裝機試驗，並與淬火馬氏體高鉻球、鍛鋼球、中錳球進行耐磨性和破碎率對比試驗。從裝機試驗數據計算本發明磨球與馬氏體高鉻球、鍛鋼球、中錳球的耐磨倍率是磨鋁礦石是馬氏體高鉻球的2倍，是鍛鋼球的4.68倍，是中錳球的6倍;磨銅礦石是中錳球的4.65倍;磨鐵礦石是鍛鋼球的3.99倍;磨金礦石是鍛鋼球的3.6倍。在各類磨機上使用破碎率為0-0.166%。倒磨後的磨球表面光亮，圓整，基本無變形，無剝皮，使補球量和補球次數大大減少，使倒球清倉周期大大延長。下面結合實施例對本發明作進一步詳述實施例11、配料各種物料的用量(重量%)釩鈦生鐵32%，高碳鉻鐵21%，廢鋼47%，錳鐵1.15%，鉬鐵0.15%，鎳板0.1%，矽鐵0.85%。脫氧劑錳鐵、矽鐵、鋁各佔鐵水重量的0.15%。2、熔煉用500公斤中頻感應電爐。①將160公斤的釩鈦生鐵和235公斤的廢鋼加熱全部熔化後，分批加入105公斤的鉻鐵，再升溫;②當溫度升至1460℃時，按順序加入0.75公斤的鉬鐵，0.5公斤的鎳板，5.75公斤的錳鐵，4.25公斤的矽鐵，繼續升溫;③溫度升至1530℃時，加入0.75公斤的矽鐵、0.75公斤的錳鐵、0.75公斤的鋁作脫氧劑;④溫度升至1550℃時，出爐澆注;⑤用金屬型鑄造，澆注溫度為1400℃;⑥澆注8分鐘後打箱;⑦鑄球冷卻後，打掉澆冒口，用砂輪磨去澆口殘根、飛邊、毛刺;⑧工件放入時效爐中，在250C下進行低溫時效處理5小時，取出，空氣冷卻。製得370公斤磨球。從磨球上取樣進行化學分析，成分如下C2.78%Si0.92%Mn0.53%Cr12.6%Mo0.08%Ni0.09%V0.09%Ti0.051%P0.08%S0.035%取磨球試樣切片進行測試，其硬度值及其分布如圖1所示。裝機試驗1、粉磨銅礦物料磨機類型及規格MOG2.7×3.6M溼式格子磨礦漿鹼度PH值＞12礦石硬度莫氏硬度大於6度臺時產量32噸/臺時分級溢流細度-200目的佔56-70%在同等條件下與中錳球進行對比試驗結果如表3表3球耗率與破碎率對比試驗從上表可看出，本發明磨球單耗比中錳球單耗低1.012Kg/噸礦，噸礦石耗球成本降低0.9488元/噸礦。Ⅱ、粉磨鋁礦物料磨機類型及規格φ2.6×13M、燒結法管磨轉速19.5轉/分礦漿鹼度Na2O佔固體量的15-17%水份佔37-38%礦石入磨粒度＜25毫米出料細度-120目殘餘量＜12%礦石硬度莫氏硬度6-9度磨機內溫度70-80℃在相同條件下與淬火馬氏體高鉻球進行對比試驗，其結果如表4表4球耗率與破碎率對比試驗從上表可以看出，本發明磨球的耐磨性是馬氏體高鉻球的2倍多，破碎率僅是淬火馬氏體球的1/60。實施例21、配料各種物料的用量(重量%)釩鈦生鐵33%高碳鉻鐵21%廢鋼46%錳鐵1.0%鉬鐵0.15%銅0.1%矽鐵0.78%脫氧劑矽鐵、錳鐵、鋁各佔鐵水重量的0.15%。2、熔煉用500公斤中頻感應電爐。①將165公斤釩鈦生鐵和230公斤廢鋼加熱，全部熔化後，分批加入105公斤的鉻鐵，再升溫;②溫度升至1480℃時，加入5公斤的錳鐵、3.9公斤矽鐵、0.75公斤鉬鐵、0.5公斤銅，繼續升溫;③溫度升至1540℃時加入0.75公斤錳鐵、0.75公斤的鋁、0.75公斤矽鐵作脫氧劑;④溫度升至1550℃時，出爐澆注;⑤用金屬型鑄造，澆注溫度為1450℃;⑥澆注10分鐘後打箱;⑦鑄球冷卻後，打掉澆冒口，用砂輪磨去澆口殘根、飛邊、毛刺;⑧鑄球放入時效爐中，在250℃下進行低溫時效處理6小時，取出，空氣冷卻，製得380公斤磨球。從磨球上取樣化驗成份如下C3.34%Si1.29%Mn0.51%Cr13.9%MO0.11%Cu0.087%V0.11%Ti0.075%P0.091%S0.043%取磨球試樣切片進行測試，其硬度值及其分布如圖2所示。裝機試驗Ⅰ、粉磨鐵礦物料磨機類型及規格φ1.5×3M，轉速32.7轉/分入磨物料粒度＜φ18毫米礦石硬度莫氏硬度大於8度物料出磨細度-200目的大於55%漿液鹼度PH≈7磨機襯板高錳鋼在相同條件下與鍛鋼球進行對比試驗，其結果如表5從上表可看出，本發明磨球的耐磨性是鍛鋼球的4倍。Ⅱ、粉磨金礦物料磨機類型及規格φ1.0×1.5M，轉速32.7轉/分。生產方式一段閉路式礦漿鹼度PH≈7礦石硬度莫氏硬度大於8礦石入磨粒度小於17毫米出料細度-200目在相同條件下與鍛鋼球進行對比試驗，其結果如表6表6球耗率與破碎率對比試驗從以上表可看出，本發明磨球的耐磨性是鍛鋼球的3.6倍。本發明磨球在水泥磨機上均可使用，粉磨各種物料均無破碎、無剝皮、無變形，都有較好的使用效果。本發明與現有技術相比有如下優點減少了配料中的貴重元素鉬和銅，降低了原材料成本;磨球在鑄態下即可獲得屈氏體組織，減少了熱處理工藝及其設備，降低了生產成本;磨球硬度高，耐磨性好，球耗率低，能滿足高硬度、高鹼性、高衝蝕條件下的磨礦作業要求;在各種工況條件下(幹、溼磨)和粉磨各種物料均可取得較好效果，不破碎、不剝皮、不變形。權利要求1.一種用於各類球磨機粉磨礦山物料的鑄態屈氏體磨球，其特徵在於磨球的化學組成成分是(重量%)C2.7-3.5%Cr11-18%Si0.8-2.5%V0.05-0.3%Mn0.3-1.5%Ti0.05-0.15%。其餘為鐵和不可避免的微量雜質。2.按照權利要求1所說的磨球，其特徵在於磨球的化學組成成分中可以再加入MO0-0.5%Ni或Cu0-0.5%(重量%)。3.如權利要求1或2所說的磨球的製造方法，其特徵在於製造磨球的熔煉及澆注工藝步驟是①將釩鈦生鐵和廢鋼加熱熔化後，分批加入鉻鐵，再升溫;②溫度升至1420-1480℃時，加入調節成分的鉬鐵、矽鐵，然後再升溫;③溫制升至1500-1540℃時加入脫氧劑;④溫度升至1540-1560℃時出爐澆注;⑤用金屬型鑄造，澆注溫度為1380-1450℃;⑥澆注5-10分鐘後打箱;⑦鑄球冷卻後，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺;⑧鑄球在230-270℃溫度下進行低溫時效處理4-6小時，然後空氣冷卻。4.按照權利要求3所說的磨球，其中所說的脫氧劑是矽鐵、錳鐵和工業用純鋁。全文摘要一種用於粉磨礦山物料的鑄態屈氏體磨球，其化學組成是C2.7-3.5％、Cr11-18％、Si0.8-2.5％、V0.05-0.3％、Mn0.3-1.5％、Ti0.05-0.15％、Mo0-0.5％、Ni或Cu0-0.5％，其餘為Fe及不可避免的微量雜質，鑄球不需經過高溫熱處理，鑄態下即可獲得屈氏體組織。本發明磨球硬度高，耐磨性好，球耗率低，能滿足高硬度、高鹼性、高衝蝕條件下的磨礦作業要求，在各種工況條件下(乾濕磨)和粉磨各種物料均可取得較好效果，不破碎、不剝皮、不變形。文檔編號C22C33/08GK1053267SQ91100168公開日1991年7月24日申請日期1991年1月16日優先權日1991年1月16日發明者王文才,劉根生,張澤忠,趙憲武申請人:河北工學院,河北省景縣合金鑄造廠