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球磨機磨球的磨損與修復

0磨球需求分析研磨機是冶金開采、水泥、能源化工等行業(yè)粉末材料的主要生產和加工設備。在研磨過程中,磨球作為一種最終產品,屬于最常用的磨損部件。它的使用高,對使用成本的影響很大,一直受到人們的關注。據不完全統(tǒng)計,僅國內每年消耗磨球量就達到150萬t左右,而且每年的需求量在以15%的速度遞增;國際市場每年磨球需求量在500萬t以上。因此,研制出性能穩(wěn)定、磨耗低和長壽命磨球,不僅可以提高生產效率,而且還能有效地降低生產成本和能耗,節(jié)約有限資源,具有極高的經濟價值和社會效益。1磨球失敗的形式1.1亞共晶鑄件的加工就磨球在球磨機的運動方式來看,其主要運動有滾動和撞擊。即磨球在球磨機運轉過程中,承受小能量多次沖擊的沖擊疲勞與磨料磨損。根據磨球工況服役特點,在材質選擇上應綜合考慮如下要求:(1)磨球必須有較長的使用壽命,材料就應具有較高的抗磨性能,即材料應具有較高的硬度;(2)磨球在球磨機轉動過程中,隨物料上升到一定高度后下落,直接沖擊到其他磨球。為防止磨球破碎,材料應具有較好的沖擊韌性;(3)磨球主要承受小能量多次沖擊的沖擊疲勞,必須防止磨球剝落和開裂,材料應具有較好的沖擊疲勞抗力。綜合現有的技術文獻和現場使用調研可知,磨球的發(fā)展方向:(1)應減少B、Mo、Ni、W、Cu等合金元素比重,降低生產成本;(2)通過降低含碳量來獲得較好的韌性的亞共晶鑄鐵,以提高高鉻鑄鐵的抗沖擊性能。通過對高鉻鑄鐵優(yōu)選材料配方,調整鑄造熔煉工藝,結合合理的熱處理方法,是保證產品質量、降低生產和使用成本的有效的工藝措施。1.2磨球磨損的原因通過對磨球的實際使用現場的調研分析可知,造成磨球失效的主要原因如下:(1)在磨球工作過程中,由球磨機的破碎原理可知,其主要是通過球磨機自身的旋轉引起裝于內部磨球滾動和相互沖擊來對物料進行破碎。因此,對磨球來講主要承受小能量多次沖擊以及因磨球球體破碎、剝落下的硬度較高的碎片與磨球之間沖擊和摩擦,產生沖擊疲勞磨損和磨料磨損;(2)受球磨機設備本身結構尺寸影響,球磨機自身直徑越大,磨球之間沖擊勢能越大。磨球和磨球、磨球與球磨機內部的襯板的沖擊程度越嚴重,磨球也越容易發(fā)生沖擊疲勞磨損和破碎。因此,對于提高磨球抗沖擊疲勞能力并不是只是提高材料強度、韌性和塑性,而是綜合調整強度、韌性和塑性之間的關系;(3)球磨機在運轉過程中,磨球和磨粉料在磨球機下半部分形成混合物料,在離心力的作用下,混合物料貼著襯板,沿著球磨機轉動方向到達一定高度后,拋砸到球磨機底部磨球和粉料,粉料受到沖擊磨損;部分磨球在向上過程中較早沿著襯板下滑,產生切削和鑿削磨損;混合物料底部產生擠壓磨損。顯然,磨球磨料磨損是多種磨損機理的組合。總之,磨球在工作過程中,其主要的失效形式有破碎、剝落失圓和磨損。2研磨球的鑄造方法2.1高鉻犯罪劑的組成及用量(1)碳含碳量是決定高鉻鑄鐵磨球硬度和韌性的重要因素。在一定范圍內,含碳量越高,碳化物體積百分比就越大,硬度越高,耐磨性能越好。但碳量過高,碳化物粗大,造成磨球的韌性差,其抗沖擊疲勞能力降低,容易造成磨球破碎。同時,磨球在磨料滾動和滑動的作用下,易于產生切削和碾壓形成細微裂紋,隨著裂紋萌生并不斷擴展,最終就會導致磨球材料剝落。因此含碳量過高,磨球耐磨性能反而下降。一般應將含碳量控制在2.0%~2.8%。(2)鉻鉻含量主要決定碳化物類型和形態(tài),它可以提高耐腐蝕磨損性能。鉻和碳的含量只有控制其在合金中產生一定量的M7C3類型的碳化物,且以該類型碳化物為主體,才能獲得高的耐磨性能。當Cr/C>4時,共晶碳化物大多數呈(Cr,Fe)7C3型。當含碳量相同時,鉻含量越高,共晶碳化物的數量越多,高鉻鑄鐵磨球硬度就越高。但隨著鉻含量的提高,鐵水的流動性降低,磨球冷裂傾向增大,韌性降低,磨球易破碎,同時鉻屬于貴重金屬,過多地增加鉻造成磨球成本提高,試驗結果表明:鉻含量一般應控制在12%~15%最佳。(3)稀土元素高鉻白口鑄鐵經變質處理后可改變碳化物形態(tài)和分布,強化基體組織,提高高鉻白口鑄鐵韌性。研究結果表明:在眾多的變質劑材料中,稀土硅鐵合金是一種最有效的變質劑,稀土硅鐵合金能夠改善高鉻鑄鐵鑄態(tài)組織,細化晶粒,提高材料的韌性。同時還具有很強的脫氧脫硫作用,對鐵水起到凈化作用,降低鐵水中氣體和有害夾雜物含量,提高鐵水流動性和韌性。稀土硅鐵合金還具有細化初生奧氏體晶粒,細化碳化物的作用。經稀土元素變質處理后,碳化物形狀由連續(xù)網狀變成斷網狀或孤立粒狀分布,從而使高鉻鑄鐵沖擊韌性提高1倍左右。稀土元素使共晶轉變的相對過冷度增加,高鉻白口鑄鐵共晶凝固范圍增大,使碳化物呈團塊狀,組織性能得到提高。研究表明,稀土元素雖然對高鉻白口鑄鐵中的碳化物的形態(tài)、數量及奧氏體晶粒間距無顯著影響,但減少了雜質,改善了夾雜物的組成和形態(tài)。另外,適量的稀土還能凈化晶界,削弱在晶界上偏聚的某些元素的不利影響,增強奧氏體和碳化物結合,提高磨球抗裂紋的萌生和延展的能力。生產中稀土硅鐵合金最佳的控制范圍應為0.5%~1.2%。(4)硅硅是非碳化物形成元素,硅固溶于基體組織中,使奧氏體的含碳量降低,冷卻后形成鐵素體,顯著降低了高鉻鑄鐵的淬透性。但加入適量的硅鐵合金,能夠起到脫氧作用,同時硅鐵的加入有利于增加鐵水的流動性。因此一般應將硅控制在0.7%~1.0%。(5)錳錳和硅的作用正好相反,是一種強烈提高淬透性的元素,當它和鉬元素同時使用時能顯著提高合金淬透性。錳在合金中主要起到穩(wěn)定碳化物的作用,同時它又能有效地穩(wěn)定奧氏體元素,但如果含錳量過高,會明顯阻礙奧氏體的轉變,增加殘余奧氏體含量,因此高鉻白口鑄鐵必須嚴格控制殘余奧氏體量。研究結果表明:錳含量必須控制在0.6%~0.9%。(6)鉬鉬能顯著提高高鉻鑄鐵的淬透性,對白口鑄鐵鑄態(tài)和淬火過程珠光體的形成起到抑制作用,改善耐磨性。同時少量的鉬能細化晶粒和提高碳化物的顯微硬度。有資料指出,加入鉬后,基體組織局部產生軟相,硬度有所下降,而沖擊韌性和耐磨性顯著提高。在高鉻鑄鐵中,通過加入釩強化碳化物,使得材料硬度提高,但沖擊韌性下降,加入鉬后,可以提高沖擊韌性而彌補加入釩導致的性能下降。因此,鉬是高鉻鑄鐵比較理想的添加元素,一般將鉬含量控制在0.5%~3.0%。(7)釩釩可穩(wěn)定碳化物元素,減少粗大的柱狀晶體組織,并可以使白口組織細化,達到增加白口深度。因此釩能明顯提高高鉻鑄鐵硬度而降低韌性,通常為改善磨球性能在合金中加入0.1%釩。(8)鎳鎳在高鉻鑄鐵中主要形成固溶體,且不溶于碳化物,提高材料的淬透性。鎳含量一般控制在0.7%~1.0%。(9)銅適量的銅能改變高鉻鑄鐵碳化物的形態(tài)和分布,細化碳化物,從而顯著提高材料硬度和韌性。同時銅還具有細化組織晶粒,強化基體的作用,使網狀碳化物斷裂,提高材料的強度、韌性、耐蝕性和耐磨性。當銅與鉬一起使用時,能進一步提高淬透性,可以使鉬含量降低。銅的含量一般控制在0.8%~1.2%。2.2鑄造工藝介紹為保證磨球質量,提高產品出品率,應制定合適的鑄造工藝,本工藝采用金屬型模具生產,具體生產規(guī)程如下:(1)防止鐵水溢出用5mm×5mm×7mm方條鋼鑲入金屬型模具背面球模圓構成出氣孔,它既可以排氣又能防止鐵水從氣孔溢流金屬液;也可用捻成準4~6mm石棉繩來形成出氣孔,其塞入長度約為出氣孔長度的2/3,線繩不能塞得過緊,否則無法出氣,也不能太松,防止鐵水擠出。在生產之前,金屬型模具應預熱,預熱溫度為250~300℃,保溫時間4h左右。(2)芯砂和內澆口砂封形制芯前應將型板和金屬型球模砂粒清掃干凈。制上芯時,型砂要與內澆道搗實,砂套部分要松而不散,外澆口型砂和金屬型澆口需圓滑過渡,呈喇叭形,以利于鐵水澆注;制下芯,只需將型砂搗固即可。(3)球模內部球窩中的涂料模具預熱好后,用調配好的水基涂料(涂料和水按1:10~15比例混合攪拌),均勻地噴涂在球模內部球窩中,噴涂厚度以0.1~0.3mm為宜。將上述涂料用噴槍在適當距離進行霧狀噴涂,以涂料均勻涂掛,無流淌為宜。在生產過程中,也可以乙炔氣火焰不完全燃燒進行烘烤,既可以提高模具溫度,又相當于噴涂碳灰涂料。(4)改善模具型砂檢查噴完涂料后,應帶溫及時合箱。合箱時,檢查上下模具平面結合處及下型腔球窩處是否有型砂,如有及時用壓縮空氣吹除,以防止合箱不嚴造成跑箱或澆注后磨球內部產生夾雜。(5)殘余鉻鐵的填充使用0.5t中頻爐進行熔煉。先加入少量的鉻鐵和全部鉬鐵,再加入廢鋼和回爐料,待廢鋼等熔化后,最后加入經過加熱的剩余鉻鐵。裝填時注意填料應下緊上松原則,以利于塌料。熔煉溫度應控制在1420~1480℃,要防止鉻和碳過度燒損以及縮短爐襯壽命。由于高鉻鑄鐵熔煉溫度高,時間長,鐵水氧化比較嚴重,因此需要在出爐前進行脫氧處理。出鐵水前,迅速將溫度提高到1500℃,先提前3~5min在爐中加入少量的錳鐵和硅鐵進行預脫氧,最后加入少量鋁進行終脫氧。(6)鐵水慢澆注終脫氧處理結束后即可出鐵水,澆包中加入0.5%稀土硅鐵合金做沖入法變質處理,然后迅速在鐵水上覆蓋珍珠巖,鐵水在澆包中應停留一段時間進行鎮(zhèn)靜,當溫度降到1400~1450℃時澆注,澆注時應控制一定的速度,遵循慢-快-慢的原則,即剛開始時先以較小流量鐵水進行固沙和排氣,然后再均勻快速澆注,最后慢澆起到補縮作用,這樣有利于廢氣逸出并防止產生冷隔和夾渣等鑄造缺陷。(7)溫度過高磨球過大對產品的影響一般待金屬型澆口鐵水成暗紅色后方可開箱。開箱溫度不宜過高,溫度過高磨球補縮效果差;也不宜太低,否則磨球容易粘連球模導致模具損壞,同時也不利于涂料噴涂快干。落球時應置于干燥地表,不得潮濕有水分,防止高溫磨球激冷破裂。(8)磨損落球后將磨球澆口部分敲擊去除,在砂輪上對磨球斷口修磨圓滑。(9)模具清理和清理金屬型模具使用一段時間后,燒結的涂料殘渣會在球模平面形成一道結痂,導致合箱不嚴,容易引起模具脹箱,造成磨球披縫過大,影響表面質量,同時造成磨球成膠囊形,影響磨球圓度,因此應對模具定期進行清理。模具平面層殘留物可用膩灰刀鏟除,球窩表面可用銅絲刷子進行清除。不得用硬質工具清理模具,以防損壞模具表面。清除完畢后,用壓縮空氣吹除。3磨球最佳化學成分的確定高鉻鑄鐵磨球通過上述的工藝,既保證了高鉻鑄鐵磨球的韌性,同時又減少貴重合金元素的使用,通過化學成分分析、金相組織和機械性能試驗以及服役性能檢測,磨球各項指標符合相關

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