节能球磨机衬板材质和热能散失处理的分析报告

摘要

在不增加贵重合金元素的前提下，设计的中碳钢SiCrMnMo成分具有足够的淬透性和淬硬性，经中温回火处理，具有硬度和韧性的良好配合。经试验， 在有效厚度超过110mm、重约700kg 的大型球磨机衬板上实际应用，耐磨性明显提高。

1 前言

球磨机衬板磨损是选矿生产中的的主要问题，提高其耐磨性是广大材料工作者重点研究的课题。要具备好的耐磨性， 必须具有硬度和韧性的良好配合，这已达成了共识。最初，一般选用高锰钢作为衬板的材料， 但由于衬板工况条件所限， 不能充分发挥高锰钢加工硬化特性，因而高锰钢制衬板耐磨性不理想。现使用的有空冷贝氏体钢、低合金钢、复合材料及橡胶材料。空冷贝氏体钢是近年来发展起来的新型耐磨材料，其作为制造衬板用钢具有一些优点: 如成本低、生产工艺简单、耐磨性优于高锰钢。但其只适用在尺寸较小的衬板上，一般是重量低于200kg，厚度小于70mm的衬板。对于有效厚度大于100mm、重600kg以上的衬板，空冷很难得到较充分的贝氏体、马氏体组织，所得组织以珠光体为主，从而影响其耐磨性。橡胶材料制造衬板也有一定历史了，因其材料有别于黑色金属的特性，耐磨性比较优良，在生产实践中已经得到检验。但其较适合制造球磨机出、进矿口的端部衬板，而制造筒身衬板，将使球磨机特别是大型球磨机矿量下降30% 以上，降低生产效率，增大能耗，且其价格较贵，限制了其推广与应用。复合衬板也是近年兴起的新兴材料，但因其工艺有待完善，未大范围推广。因而我们把中碳SiCrMnMo低合金钢衬板作为研究方向。通过模拟衬板实物厚度的试验，在不增加贵重合金的前提下， 设计了适合的成分，使该合金具有足够的淬透性和淬硬性; 通过适当的热处理，达到硬度、韧性的良好配合，并在实物衬板上应用。工艺简单可行，衬板耐磨性优良。

2 试棒制备

2.1 试棒化学成分设计

为了保证淬硬性，含碳量选择大于0.5%，适当的Cr、Mo可提高淬透性。此类合金中，Si、Mn对淬透性裂纹倾向的影响也很大。同时加入了适量的细化晶粒元素。

2.2 试棒来源

采用电弧炉熔炼， 浇注试棒尺寸5110mm×260mm ，试验前将试棒清理干净。试棒共4组，每组24根。

3 化学成分的确定

通过淬火试验，检查4组合金的淬透性和淬硬性，从而确定适合的化学成分。

3.1 退火

所有试棒都需经过完全退火， 以消除铸态粗大组织、偏析及网状碳化物，为后面的淬火做组织上的准备。退火温度：880- 900℃，保温4h，随炉冷至300℃以下。

3.2 淬透性及淬硬性试验

4组不同成分合金的试棒在不同温度下油淬，淬火后，试棒直接经电火花切割，取10mm厚的试片，做硬度检验。

3.3 化学成分的确定

从以上结果可以看出， 碳的含量提高到70% 以上并不能提高合金的淬透性。这与碳化物的量增多有关， 使碳化物溶入奥氏体更加缓慢， 从而提高了临界冷速。因此选择碳的含量为0.5%的范围为[Si]：1.0%-1.4%，[Mn]：1.4%-118%，过低的Si、Mn含量不能使试棒完全淬透，过高会增加裂纹倾向，同时加入适量细化晶粒元素。最终确定适合的化学成分见约为0.6%。Si、Mn对淬透性的影响也很大。

4 热处理工艺

4.1 淬火试验

将2 号合金试棒在不同温度下做淬火试验，试棒淬火后经电火花切割成试片，检测硬度，其硬度与淬火温度关系组织组成: 屈氏体(极细) + 碳化物+ 少量残留奥氏体。

4.2 回火试验

以上试棒在870-900℃淬火后， 以不同温度及冷却方式回火。冲击韧性试样是用电火花切割10mm 厚，在中部所取的无缺口冲击试样。由于衬板是在连续冲击条件下磨损，在430-460℃中温回火油中冷却， 可以得到韧性和硬性的良好配合。

4.3 热处理工艺

通过以上试验， 可以确定2号合金的热处理工艺，次在静止时所处的位置。结果发现， 每次电机静止时轴上的标记所处的位置都不相同，是随机的，这就说明电机的动平衡是合格的。说明问题出在风机上。用相同的方法检查风机，结果发现轴上所做的标记在风机静止时都停留在同一个固定的位置上。这一现象证实了上述推论的正确性。而且凭以往的经验还可以初步断定问题出在风机转子的叶片上。经对风机打开检查，果然发现风机转子上有 4个叶片产生了较大的撞击变形，这样就找出了共振的原因: 由于风机转子上的叶片发生了变形，引起风机扰力频率的改变，从而导致风机的扰力频率与基组的自振频率相接近产生了共振。