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新材料在球磨分級生產線制造中的應用

來源:山東埃爾派粉體科技有限公司發布日期:2021-01-28

摘要

介紹球磨分級生產線襯板的選擇,采用了馬氏體鋼強化處理新工藝。既保證了馬氏體鋼的硬度和耐磨性,又提高了一定的韌性的強度,在球磨分級生產線襯板上應用 較好。

關鍵詞:球磨分級生產線;襯板;材質;壽命

1、概述

隨著礦山生產的不斷發展,要求進一步提高球磨分級生產線的使用壽命及降低成本。特別是由于礦山機械設備的工況條件較差,許多耐磨件的磨損十分嚴重。例如:電鏟鏟齒、電鏟斗、球磨分級生產線襯板等,都是大宗的易損件。現今,礦山用的易損備件,一般大都是高錳鋼材質。眾所周知,世界上沒有 的耐磨材料,而應該根據工況條件選用材質。高錳鋼是在較大的沖擊載荷的投機倒把下,才能加工硬化,起到耐磨作用,如果不是在一定的沖壓條件下滑動磨擦,就不會有加工硬化 ,起不到耐磨作用。因此,在耐磨材料選材方面,應根據工況條件,選用材料和工藝。

幾年來,礦機廠通過研究試驗,發現30CrMnSi鑄鋼具有較好的綜合機械性能,同時還有操作工藝簡單,淬火測試低等特點。于是研究出30CrMnSiMoTiRe新材料在選廠進行了工業試驗,ZG30CrMnSiMoTiRe球磨分級生產線端襯板,比高錳鋼球磨分級生產線端襯板的使用壽命提高了30%。因此本文將介紹這種新材料在球磨分級生產線制造業中的應用。

2、化學成份的分析與設計

在礦山機械的緊急措施中,要求代替高錳鋼的合金鑄鋼,具有高錳鋼硬化后的硬度和較好的韌性。從鋼的金相組織對耐磨性的影響考慮,與針狀馬氏體相比,板條馬氏體具有較高的韌性和耐磨性。

根據合金化原理和我國的資源情況,研究中的合金鑄鋼化學成分設計見表1。

(1)鋼中的合金元素及其作用

①碳:馬氏體的硬度取決于鋼中的含碳量。若含碳量大于0.3%時,水淬后,鋼中有針狀馬氏體出現,盡管淬火后硬度增高,但韌性下降。對于選用的新鋼種試驗易產生淬火裂紋;當含碳小于0.3%時,得到的組織是板條馬氏體,具有較好的沖擊韌性,淬火水冷后仍可得到較理想的硬度,所以,將含碳量控制在0.28-0.31%之間。

②鉻:鉻在鋼中可提高淬透性和強度、硬度、耐磨性而不使鋼變脆,并有二次硬化作用,其 含量在1.0~1.5之間。

③錳:錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,它能強化鐵素體和增加鋼的淬透性,但當錳含量大于1.5時,會降低鋼的韌性故限制在1.0%-1.3%之間。

④硅:硅能浴于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和屈服強度,更重要的能提高臨界點和回火穩定性。 為了不降低鋼的韌性,將含量控制在1.5%以下。

⑤鉬:鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性,防止回火脆性,為了不降低鋼的韌性,將鉬含量控制在0.35%以下。

⑥鈦:鋼中加入少量的鈦,能固定碳和氮,可細化晶粒,提高塑性和韌性,但會形成過多TiN夾雜,對韌性不利,故將鋼中鈦含量控制在0.12%以下。

⑦稀土:稀土是我國富有元素,它十分活潑,幾乎與所有元素起作用,有工業“味精”美稱。可凈化鋼液,消除或降低鋼液中有害元素危害磨損抗力,可提高沖擊韌性和抗斷裂韌性。Re在鋼液中能將鋼中H2,N2氣和非金屬夾雜物的變質 ,使夾雜物性質,形狀和分頁得到細化和改善。Re元素易富集于自然界,消除降低S、P雜質在晶界偏聚,提高鋼的塑性與韌性。Re在鋼中有一定固溶度(0.02%-0.05%),與Fe形成置換式固溶體,引起球形對稱畸變,起到固溶化作用。

(2)試驗用鋼的化學成分和工藝流程

所選的耐磨件是球磨分級生產線端襯板。采用砂型鑄造成形,并澆鑄出幾組試樣,從中截取性能試驗試樣。試驗用鋼的實際化學成分列于表2。

由鑄態鋼的金相組織照片可以看出,主要是由粗大的珠光體和網狀鐵素體組成,硬度為HB246,將鑄態鋼(圖1)退火,可使晶粒細化、組織均勻,退火后的硬度為HB193。試樣毛坯退火后,加工成各種試樣,按試驗件淬火要求進行熱處理后加工、備用。

3、鋼的工藝性能測定

(1)臨界點

用膨脹儀測定了鋼的臨界點,奧氏體化溫度900度,測得的臨界點列于表3。

(2)加熱溫度對奧氏體晶粒度和硬度的影響

根據測定的Ac3臨界轉變溫度,選擇了8個不同的奧氏體化溫度對15*15*15的試樣加熱,保溫后水淬。奧氏體晶粒度的顯示,采用過飽和的苦味酸水溶液,加少許洗凈劑和新幾爾滅的浸蝕劑,在70度下熱浸。按YB27-64評級圖評級。數據列于表4。

從表4的數據可以看出,30CrMnSiMoTiRe鋼在1000度下加熱,仍可保持極細的奧氏體晶粒度。這是由于鋼中存在著彌散分布的TiN所致。在880~900度下加熱,均可獲得高硬度細晶粒。在這個溫度下淬火,可獲得硬度在HRC50以上的細小板條馬氏體組織,使鋼具有硬度高,韌性好的特點。

(3) 30CrMNSiMoTiRe鋼的淬透性

采用GB225-63結構鋼的端淬法,測得淬透性曲線。

根據鋼的含量,定出半馬氏體的硬度為HRC42,計算出鋼在水中的淬透直徑(見表5)。

4、鋼的機械性能

為了研究回火溫度對鋼的機械性能影響,我們采用950度水淬后在不同溫度下回火其機械性能測定結果見表5,表中數據均為3次試驗的平衡值。

從表6中可以看出,低于350度回火,硬度降低緩慢,金相組織為回火馬氏體組織。回火溫度超過350度,硬度降低迅速,組織為回火索氏體。

從表6中Ak值看出350度左右回火,出現回火脆性韌性急劇下降。因此可見在250度回火機械性能 。所以30CrMnSiTiRe鋼最合適的熱處理工藝就是900度淬火后在230~250度進行低溫回火,得到回火板條馬氏體組織。

5、30CrMnSiTiRe鋼的耐磨性分析

圖2是幾種材料在DM-I型動載磨損試驗機上不同載荷下的耐磨性,糜爛為150目的剛玉砂布。

從圖2可以看出,在不同載荷下30CrMnSiTiRe鋼的耐磨性,好于或接近于Mn13鋼的耐磨性。因此,在適當工況條件下,便宜的30CrMnSiMoTiRe鋼可代替高錳鋼,可用于制造礦山機械中的耐磨件如球磨分級生產線襯板,特別是粉碎設備所承受的是較低的沖擊載荷,選用具有板條馬氏體組織的鑄鋼件較為適宜。

6、結論

ZG30CrMnSiMoTiRe是制造球磨分級生產線襯板的理想材料。其耐磨性和強度都高于高錳鋼,但塑性韌性較高錳鋼要低,不能用在沖擊,較為理想。推廣應用新型ZG30CrMnMoTiRe耐磨鋼新材料,新工藝有顯著的技術經濟效益。

ALPA的球磨分級生產線,球磨機、分級機配合得當,能夠優勢互補、效率很高,產量大、運行穩定、產品質量穩定。

球磨分級生產線中的球磨機

安全按德國礦物加工要求設計;優化了球磨機的長徑比;篦板式磨尾出料,出料順暢,無漲磨現象,筒體無須冷卻;襯板和研磨介質,按德國材質要求制作;研磨介質,按產品要求合理配比,高填充率,高效率;優化了驅動器和研磨能耗的匹配,節省能耗;和分級機形成封閉系統,負壓運輸,無粉塵。

球磨分級生產線中的分級機

選用埃爾派公司的HTS(FW)多轉子分級機;確保更佳的頂點切割;可調節沖洗氣流,提高分級效率;物料直接進入分級區不被分級后粗粉混染;優化轉子設計達到低能耗;可通過分級機的不同排列調節產品的粒度分布,滿足不同產品的技術要求。

球磨分級生產線中的定量系統

球磨機的給料采用定量系統,即使物料的密度發生變化,也可以穩定給料;分級機的給料采用定量系統,并與球磨機的出料互鎖,確保系統運行和產品粒度的穩定性;高精度計量泵,根據產品細度要求,以準確的時間和劑量將研磨助劑噴入磨機內;氣流調節閥帶有氣流測量系統,可實現分級氣流的流量和流速準確控制。

按礦物量身訂制

球磨機的選配根據礦物的硬度、可磨性、加工粒度和產量采用非標設計,襯板形狀和球(段)級配根據多年工程實踐經驗量身訂制,提高球磨機的研磨效率,降低產品能耗。

按細度選機型

分級機的選配可根據產品的不同細度選擇不同的機型,FW系列分級機可適應于D97:3~20微米產品的分級,FL系列分級機可適應于D97: 8~45微米產品的分級,每臺分級機都具有很寬的產品調節范圍,市場適應范圍廣。

產品粒度控制靈活

當一條生產線同時生產多個品種時,我們可對多臺分級機串聯使用,通過粗細分級機的優化組合,確保產品的能耗低,粒度分布調整方便, 球磨機的過磨現象低。

 

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