球磨機(jī)磨球的磨損與修復(fù)

球磨機(jī)磨球的磨損與修復(fù)

0磨球需求分析研磨機(jī)是冶金開采、水泥、能源化工等行業(yè)粉末材料的主要生產(chǎn)和加工設(shè)備。在研磨過程中，磨球作為一種最終產(chǎn)品，屬于最常用的磨損部件。它的使用高，對(duì)使用成本的影響很大，一直受到人們的關(guān)注。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),僅國(guó)內(nèi)每年消耗磨球量就達(dá)到150萬t左右,而且每年的需求量在以15%的速度遞增;國(guó)際市場(chǎng)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(zhǎng)壽命磨球,不僅可以提高生產(chǎn)效率,而且還能有效地降低生產(chǎn)成本和能耗,節(jié)約有限資源,具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)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(jī)的運(yùn)動(dòng)方式來看,其主要運(yùn)動(dòng)有滾動(dòng)和撞擊。即磨球在球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,承受小能量多次沖擊的沖擊疲勞與磨料磨損。根據(jù)磨球工況服役特點(diǎn),在材質(zhì)選擇上應(yīng)綜合考慮如下要求:(1)磨球必須有較長(zhǎng)的使用壽命,材料就應(yīng)具有較高的抗磨性能,即材料應(yīng)具有較高的硬度;(2)磨球在球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)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(yīng)具有較好的沖擊疲勞抗力。綜合現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)使用調(diào)研可知,磨球的發(fā)展方向:(1)應(yīng)減少B、Mo、Ni、W、Cu等合金元素比重,降低生產(chǎn)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(duì)高鉻鑄鐵優(yōu)選材料配方,調(diào)整鑄造熔煉工藝,結(jié)合合理的熱處理方法,是保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)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(duì)磨球的實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)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(jī)的破碎原理可知,其主要是通過球磨機(jī)自身的旋轉(zhuǎn)引起裝于內(nèi)部磨球滾動(dòng)和相互沖擊來對(duì)物料進(jìn)行破碎。因此,對(duì)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(chǎn)生沖擊疲勞磨損和磨料磨損;(2)受球磨機(jī)設(shè)備本身結(jié)構(gòu)尺寸影響,球磨機(jī)自身直徑越大,磨球之間沖擊勢(shì)能越大。磨球和磨球、磨球與球磨機(jī)內(nèi)部的襯板的沖擊程度越嚴(yán)重,磨球也越容易發(fā)生沖擊疲勞磨損和破碎。因此,對(duì)于提高磨球抗沖擊疲勞能力并不是只是提高材料強(qiáng)度、韌性和塑性,而是綜合調(diào)整強(qiáng)度、韌性和塑性之間的關(guān)系;(3)球磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,磨球和磨粉料在磨球機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向到達(dá)一定高度后,拋砸到球磨機(jī)底部磨球和粉料,粉料受到?jīng)_擊磨損;部分磨球在向上過程中較早沿著襯板下滑,產(chǎn)生切削和鑿削磨損;混合物料底部產(chǎn)生擠壓磨損。顯然,磨球磨料磨損是多種磨損機(jī)理的組合?？傊?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(nèi),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(shí),磨球在磨料滾動(dòng)和滑動(dòng)的作用下,易于產(chǎn)生切削和碾壓形成細(xì)微裂紋,隨著裂紋萌生并不斷擴(kuò)展,最終就會(huì)導(dǎo)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(yīng)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(chǎn)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(dāng)Cr/C>4時(shí),共晶碳化物大多數(shù)呈(Cr,Fe)7C3型。當(dāng)含碳量相同時(shí),鉻含量越高,共晶碳化物的數(shù)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(dòng)性降低,磨球冷裂傾向增大,韌性降低,磨球易破碎,同時(shí)鉻屬于貴重金屬,過多地增加鉻造成磨球成本提高,試驗(yàn)結(jié)果表明:鉻含量一般應(yīng)控制在12%~15%最佳。(3)稀土元素高鉻白口鑄鐵經(jīng)變質(zhì)處理后可改變碳化物形態(tài)和分布,強(qiáng)化基體組織,提高高鉻白口鑄鐵韌性。研究結(jié)果表明:在眾多的變質(zhì)劑材料中,稀土硅鐵合金是一種最有效的變質(zhì)劑,稀土硅鐵合金能夠改善高鉻鑄鐵鑄態(tài)組織,細(xì)化晶粒,提高材料的韌性。同時(shí)還具有很強(qiáng)的脫氧脫硫作用,對(duì)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(dòng)性和韌性。稀土硅鐵合金還具有細(xì)化初生奧氏體晶粒,細(xì)化碳化物的作用。經(jīng)稀土元素變質(zhì)處理后,碳化物形狀由連續(xù)網(wǎng)狀變成斷網(wǎng)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(zhuǎn)變的相對(duì)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(tuán)塊狀,組織性能得到提高。研究表明,稀土元素雖然對(duì)高鉻白口鑄鐵中的碳化物的形態(tài)、數(shù)量及奧氏體晶粒間距無顯著影響,但減少了雜質(zhì),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(qiáng)奧氏體和碳化物結(jié)合,提高磨球抗裂紋的萌生和延展的能力。生產(chǎn)中稀土硅鐵合金最佳的控制范圍應(yīng)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(shí)硅鐵的加入有利于增加鐵水的流動(dòng)性。因此一般應(yīng)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(qiáng)烈提高淬透性的元素,當(dāng)它和鉬元素同時(shí)使用時(shí)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(shí)它又能有效地穩(wěn)定奧氏體元素,但如果含錳量過高,會(huì)明顯阻礙奧氏體的轉(zhuǎn)變,增加殘余奧氏體含量,因此高鉻白口鑄鐵必須嚴(yán)格控制殘余奧氏體量。研究結(jié)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(duì)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(shí)少量的鉬能細(xì)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(chǎn)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(qiáng)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(bǔ)加入釩導(dǎo)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(xì)化,達(dá)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(xì)化碳化物,從而顯著提高材料硬度和韌性。同時(shí)銅還具有細(xì)化組織晶粒,強(qiáng)化基體的作用,使網(wǎng)狀碳化物斷裂,提高材料的強(qiáng)度、韌性、耐蝕性和耐磨性。當(dāng)銅與鉬一起使用時(shí),能進(jìn)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(zhì)量,提高產(chǎn)品出品率,應(yīng)制定合適的鑄造工藝,本工藝采用金屬型模具生產(chǎn),具體生產(chǎn)規(guī)程如下:(1)防止鐵水溢出用5mm×5mm×7mm方條鋼鑲?cè)虢饘傩湍＞弑趁媲蚰A構(gòu)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(zhǔn)4~6mm石棉繩來形成出氣孔,其塞入長(zhǎng)度約為出氣孔長(zhǎng)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?dāng)D出。在生產(chǎn)之前,金屬型模具應(yīng)預(yù)熱,預(yù)熱溫度為250~300℃,保溫時(shí)間4h左右。(2)芯砂和內(nèi)澆口砂封形制芯前應(yīng)將型板和金屬型球模砂粒清掃干凈。制上芯時(shí),型砂要與內(nèi)澆道搗實(shí),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(nèi)部球窩中的涂料模具預(yù)熱好后,用調(diào)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(nèi)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(dāng)距離進(jìn)行霧狀噴涂,以涂料均勻涂掛,無流淌為宜。在生產(chǎn)過程中,也可以乙炔氣火焰不完全燃燒進(jìn)行烘烤,既可以提高模具溫度,又相當(dāng)于噴涂碳灰涂料。(4)改善模具型砂檢查噴完涂料后,應(yīng)帶溫及時(shí)合箱。合箱時(shí),檢查上下模具平面結(jié)合處及下型腔球窩處是否有型砂,如有及時(shí)用壓縮空氣吹除,以防止合箱不嚴(yán)造成跑箱或澆注后磨球內(nèi)部產(chǎn)生夾雜。(5)殘余鉻鐵的填充使用0.5t中頻爐進(jìn)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(jīng)過加熱的剩余鉻鐵。裝填時(shí)注意填料應(yīng)下緊上松原則,以利于塌料。熔煉溫度應(yīng)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(shí)間長(zhǎng),鐵水氧化比較嚴(yán)重,因此需要在出爐前進(jìn)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(jìn)行預(yù)脫氧,最后加入少量鋁進(jìn)行終脫氧。(6)鐵水慢澆注終脫氧處理結(jié)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(zhì)處理,然后迅速在鐵水上覆蓋珍珠巖,鐵水在澆包中應(yīng)停留一段時(shí)間進(jìn)行鎮(zhèn)靜,當(dāng)溫度降到1400~1450℃時(shí)澆注,澆注時(shí)應(yīng)控制一定的速度,遵循慢-快-慢的原則,即剛開始時(shí)先以較小流量鐵水進(jìn)行固沙和排氣,然后再均勻快速澆注,最后慢澆起到補(bǔ)縮作用,這樣有利于廢氣逸出并防止產(chǎn)生冷隔和夾渣等鑄造缺陷。(7)溫度過高磨球過大對(duì)產(chǎn)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(bǔ)縮效果差;也不宜太低,否則磨球容易粘連球模導(dǎo)致模具損壞,同時(shí)也不利于涂料噴涂快干。落球時(shí)應(yīng)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(duì)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(shí)間后,燒結(jié)的涂料殘?jiān)鼤?huì)在球模平面形成一道結(jié)痂,導(dǎo)致合箱不嚴(yán),容易引起模具脹箱,造成磨球披縫過大,影響表面質(zhì)量,同時(shí)造成磨球成膠囊形,影響磨球圓度,因此應(yīng)對(duì)模具定期進(jìn)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(jìn)行清除。不得用硬質(zhì)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(xué)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(shí)又減少貴重合金元素的使用,通過化學(xué)成分分析、金相組織和機(jī)械性能試驗(yàn)以及服役性能檢測(cè),磨球各項(xiàng)指標(biāo)符合相關(guān)