一種能承受高壓和耐磨的球磨罐及製造方法
2023-05-17 11:53:01
專利名稱：一種能承受高壓和耐磨的球磨罐及製造方法
技術領域：
本發明涉及機械設備領域，具體說是一種能夠承受高壓氣體及高耐磨性的球磨罐，主要應用於機械合金化和高能球磨設備中，廣泛應用於地質、礦產、冶金、土壤、電子、化工、醫藥、環保、建材、電池、生化等領域，本發明的球磨罐耐衝擊性能好，使用壽命長，可以根據不同型號球磨機設計不同尺寸。
背景技術：
目前，各生產企業和科研院校對於各種粉體製備，機械合金化和高能球磨方面主要使用以下幾種材質的球磨罐不鏽鋼、陶瓷、聚氨酯、尼龍、氧化鋯等。以上材質的球磨罐在使用時各有優缺點，不鏽鋼球磨罐雖然耐高壓，耐腐蝕，但硬度低，容易引入雜質。陶瓷、 氧化鋯球磨罐雖然硬度高，耐磨性能好，但是很難製成大尺寸球磨罐，耐衝擊性能不高，在充入高壓氣體後，在高速撞擊球磨過程中很容易破碎。尼龍、聚氨酯球磨罐雖然耐磨性很好，但是在高速球磨時球料衝擊能不高，並且很難充入高壓氣體保護。
發明內容
為了克服現有的球磨罐不能兼具耐磨及耐壓的缺點，本發明提供了一種複合球磨罐，具體方案如下一種能承受高壓和耐磨的球磨罐，包括外套、內襯、閥門、密封圈及設置在球罐內的磨球，其特徵是所述外套材料採用屈服強度較高的金屬材料，所述內襯材料採用耐磨性能高的金屬材料，所述外套與所述內襯緊密結合；所述密封圈安裝在所述外套面上的槽內；所述內襯壁厚選擇在1-30毫米之間，內襯與外套壁厚之比在1 0.2-1 10;所述內襯壁厚與所述外套壁厚的比例為1 2-1 4;所述內襯材料採用軸承鋼GCrl5，所述外套材料採用304不鏽鋼；所述磨球材料採用 GCr15 ；所述內襯材料採用高碳高鉻馬氏體不鏽鋼9Crl8，所述磨球材料採用高碳高鉻馬氏體不鏽鋼9Crl8 ；為了避免由於球磨罐內壓力造成的應力集中而使得球磨罐外套法蘭失效，提高球磨罐外套的耐壓強度，所述外套法蘭連接處為斜面或弧形，提高了法蘭的強度，若採用直角設計，由於球磨罐內部氣體壓力會在直角頂端產生應力集中，採用斜面或弧形設計；球磨罐內襯與外套連接處採用斜面或者弧形設計；為保證磨球與球磨罐內襯充分接觸，球磨罐內襯採用弧形設計；本發明還公開了一種上述球磨罐的製造方法，其特徵是所述內襯加工過程包括 鍛造、等溫球化退火、機加工、真空淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至780°c保溫4小時，隨爐冷卻至720°C保溫6小時；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至850°C保溫30分鐘，油冷至常溫，最後加熱至160°C保溫120分鐘後冷卻至常溫；在850°C油冷以前為真空狀態，油冷開始時充入高純氮氣至壓強為 8 X IO4Pa ；所述外套材料選擇不鏽鋼；採用熱鑲工藝，先把所述外套整體加熱至 120°C -180°C，保溫1-5小時後，再把所述內襯緩慢鑲嵌在所述外套裡，待所述外套冷卻至室溫後，安裝閥門及密封圈，先進行水壓試驗，水壓試驗無誤後，從閥門進氣口充入略低於水壓的氣體，檢查球磨罐密封性，一切無誤後即可使用。本發明的優點是採用不同金屬材質為原材料複合製成的球磨罐，球磨罐外套選擇屈服強度較高的耐高壓金屬材料製成，起到承受高壓氣體或真空作用。球磨罐內襯選擇耐磨性能高的耐磨鋼可以提高球磨罐的耐磨性能。通過安裝在球磨罐上的閥門，可以對球磨罐進行抽真空或者充入一定壓力氣體。密封圈選擇在安裝在外套上，保證了充入球磨罐的氣體壓力直接作用在外套上而不是作用在內襯上，在使用壓力為2. OMPa以下可以使用非金屬密封圈，高於2. OMPa可以選擇使用金屬密封圈。在高速球磨過程中，球體的高速旋轉及撞擊對球磨罐也有很大的損傷，本發明的球磨罐不僅實現了耐高壓及耐磨的特點，在球磨罐內襯的耐磨鋼能使球體撞擊產生的能量均勻的分散到球磨罐外套上，起到了極好的減震效果，極大的提高了其耐衝擊性能，增加了使用壽命。本發明的另外一個特點是球磨過程中引入雜質少，因為在市場上很容買到與球磨罐內層材質硬度相同的鋼球，因此在球磨過程中兩者產生的雜質極少，極大的提高了被球磨物質的純度。本發明公開的加工工藝，若成批量生產，可極大的降低生產成本。
圖1是本發明的縱向剖面圖；圖2是GCr 15等溫球化退火工藝曲線圖；圖3是GCr 15真空淬火工藝曲線圖；圖中1.閥門，2.球磨罐上外套，5.球磨罐側外套，3.球磨罐上內襯套，6.球磨罐側內襯，4.為密封圈。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。如圖1所示，本發明的結構包括外套、內襯、閥門1、密封圈4及設置在球罐內的磨球，所述外套包括球磨罐上外套2和球磨罐側外套5，所述外套材料採用屈服強度較高的金屬材料，所述內襯包括球磨罐側內襯6和球磨罐上內襯套3，所述內襯材料採用耐磨性能高的金屬材料，所述外套與所述內襯緊密結合；所述密封圈4安裝在所述外套面上的槽內，所述閥門1安裝在球磨罐上。球磨罐內襯材料採用軸承鋼GCrl5，球磨罐外套材料採用304不鏽鋼；球磨罐內設置的磨球材料採用GCrl5軸承鋼球。球磨罐內襯材料也可以採用高碳高鉻馬氏體不鏽鋼9Crl8，此時球磨罐內設置的磨球材料採用9Crl8鋼球。為了避免由於球磨罐內壓力造成的應力集中而使得球磨罐外套法蘭失效，提高球磨罐外套的耐壓強度，球磨罐外套法蘭連接處51及上外套的連接處21採用斜面或弧形設計，提高了法蘭的強度，若採用直角設計，由於球磨罐內部氣體壓力會在直角頂端產生應力集中，採用斜面或弧形設計；球磨罐內襯與外套連接處採用斜面或者弧形設計；為保證磨球與球磨罐內襯充分接觸，球磨罐內襯採用弧形設計；本發明球磨罐的製造方法根據所需球磨機型號設計相應尺寸外形的球磨罐。球磨罐內襯可以選擇軸承鋼或者模具鋼，下面以軸承鋼GCrl5為例，因為GCrl5經過淬火加回火後具有較高的硬度，均勻的組織，良好的耐磨性，高的接觸疲勞性能。球磨過程中，球與內襯呈點或線接觸，承受很大的壓應力(高達1800MPa-5000MPa)和交變載荷， GCrl5鋼具有高的抗疲勞性能，使用壽命長且價格低廉，並且很容易購買到與之硬度相當的 GCr 15鋼球作為球磨罐磨球。以GCrl5為球磨罐內襯材料(以外徑150mm，壁厚6mm為例)加工過程實施例如下實施例1 所述球磨罐的製造方法，加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機加工、 淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至780°C保溫4小時，隨爐冷卻至720°C保溫6小時；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至850°C保溫30分鐘，油冷至常溫，最後加熱至160°C保溫120分鐘後冷卻至常溫。在850°C 油冷以前為真空狀態，油冷開始時充入高純氮氣至壓強為8X104Pa。實施例2 所述球磨罐的製造方法，加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機加工、 淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至780°C保溫4小時，隨爐冷卻至720°C保溫6小時；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至850°C保溫10分鐘，油冷至常溫，最後加熱至160°C保溫120分鐘後冷卻至常溫。在850°C 油冷以前為真空狀態，油冷開始時充入高純氮氣至壓強為8X104Pa。實施例3 所述球磨罐的製造方法，加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機加工、 淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至800°C保溫3小時，隨爐冷卻至720°C保溫4小時；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至860°C保溫30分鐘，油冷至常溫，最後加熱至160°C保溫120分鐘後冷卻至常溫。在860°C 油冷以前為真空狀態，油冷開始時充入高純氮氣至壓強為8X104Pa。實施例4 所述球磨罐的製造方法，加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機加工、 淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至810°C保溫4小時，隨爐冷卻至720°C保溫4小時；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至860°C保溫10分鐘，油冷至常溫，最後加熱至160°C保溫120分鐘後冷卻至常溫。在860°C 油冷以前為真空狀態，油冷開始時充入高純氮氣至壓強為8X104Pa。等溫球化退火的目的在於降低GCrl5硬度，便於機械加工，也為最終熱處理做準備，淬火作組織準備，從金相顯微鏡下觀察，等溫球化退火後的組織為均勻細緻的球狀珠光體。本發明淬火後的金相組織為隱晶馬氏體，在其上分布著未溶解的碳化物，它能保證綜合力學性能的要求。其光學顯微組織由黑、白相間的兩種馬氏體區域所組成，在黑色馬氏體區域中存在較多的碳化物顆粒，白色區域中則比較少。最終熱處理後保證硬度在HRC62-66之間。實驗結果見表1。
表 權利要求
1.一種能承受高壓和耐磨的球磨罐，包括外套、內襯、閥門、密封圈及設置在球罐內的磨球，其特徵是所述外套材料採用屈服強度較高的金屬材料，所述內襯材料採用耐磨性能高的金屬材料，所述外套與所述內襯緊密結合；所述密封圈安裝在所述外套面上的槽內。
2.根據權利要求1所述的球磨罐，其特徵是所述外套法蘭連接處為斜面或弧形。
3.根據權利要求1所述的球磨罐，其特徵是所述內襯壁厚選擇在1-30毫米之間，內襯與外套壁厚之比在1 0.2-1 10。
4.根據權利要求1所述的球磨罐，其特徵是所述內襯壁厚與所述外套壁厚的比例為 1:2-1: 4。
5.根據權利要求1所述的球磨罐，其特徵是所述內襯材料採用軸承鋼GCrl5，所述外套材料採用304不鏽鋼；所述磨球材料採用GCrl5。
6.根據權利要求1所述的球磨罐，其特徵是所述內襯材料採用高碳高鉻馬氏體不鏽鋼9Crl8，所述磨球材料採用高碳高鉻馬氏體不鏽鋼9Crl8。
7.—種權利要求5所述球磨罐的製造方法，其特徵是所述內襯加工過程包括鍛造、 等溫球化退火、機加工、真空淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至780°C保溫4小時，隨爐冷卻至720°C保溫6小時；所述真空淬火加低溫回火工藝為 加熱至660°C保溫30分鐘，再升至850°C保溫30分鐘，油冷至常溫，最後加熱至160°C保溫 120分鐘後冷卻至常溫；在850°C油冷以前為真空狀態，油冷開始時充入高純氮氣至壓強為 8 X IO4Pa ；所述外套材料選擇不鏽鋼；採用熱鑲工藝，先把所述外套整體加熱至120°C -180°C，保溫1-5小時後，再把所述內襯緩慢鑲嵌在所述外套裡，待所述外套冷卻至室溫後，安裝閥門及密封圈，先進行水壓試驗，水壓試驗無誤後，從閥門進氣口充入略低於水壓的氣體，檢查球磨罐密封性，一切無誤後即可使用。
全文摘要
本發明公開一種能承受高壓和耐磨的球磨罐及製造方法，包括外套、內襯、閥門、密封圈及設置在球罐內的磨球，所述外套材料採用屈服強度較高的金屬材料，所述內襯材料採用耐磨性能高的金屬材料，所述外套與所述內襯緊密結合；所述密封圈安裝在所述外套面上的槽內。其特點是球磨罐外套選擇屈服強度較高的金屬材料可以承受高壓氣體，球磨罐內襯選擇耐磨性能離的金屬材料可以提高球磨罐的耐磨性能，提高接觸疲勞性能。球磨罐外套與內襯的結合，正是韌性與硬度的互補，改善了球磨罐的耐衝擊性能，增加了球磨罐的使用壽命，使球磨罐更安全可靠。
文檔編號C21D1/18GK102430455SQ20111033003
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者李姝霖 申請人:李姝霖