球磨机磨球的服役条件及工艺设计.pdf.pdf

DOI 10 14158 ki 1001 3814 2007 09 031 铸造 锻压 3 生产应用 Casting 磨球 受力情况 失效形式 工艺设计 中图分类号 TG255文献标识码 A文章编号 1001 3814 2007 01 0089 03 Service Condition grinding ball forces failure analysis process design 球磨机是冶金 矿山 电力和建材等工业领域 广泛用于破碎物料和制粉的关键设备 磨球是球 磨机中消耗最大的易损件 其质量和使用性能不 仅直接影响球磨机作业的材料费用 且影响球磨 机的工作效率和制粉质量 因此 磨球的研究和 制造得到了广泛的重视 作者在文献 1 中探讨了 金属型球铁磨球非平衡凝固特性的机理 得出了 结论 在金属型球铁磨球的非平衡凝固过程中 外 表层形成柱状晶 球心为等轴晶 在柱状晶 等轴 晶之间存在着一个过渡层 其中非平衡结晶过程 中形成的偏聚物 夹杂和微裂纹多集中在这一过 渡层内 要将金属型球铁磨球非平衡凝固的特性应用 于生产中 就需在深入分析研究球磨机中磨球的 工作情况 受力情况及失效形式后 根据磨球的服 役条件 挖掘金属型凝固磨球的特性优势 即金属 型凝固的球铁磨球有晶粒细密 硬度较高 有一定 的冲击韧度以及价格便宜 易于制造 适合于大批 收稿日期 2015 06 16 基金项目 山东省科技攻关项目 0524250043 作者简介 张勋 1986 男 山东淄博人 MBA 主要从事球磨 机用钢球和棒磨机用钢棒性能研究和总管华民公司销售 电话E mail 549551716 量生产的特点 为了改进和提高磨球的力学性能 和耐磨性 延长其使用寿命 就应克服和改善其性 脆 含较多的偏析物 夹杂 结晶组织差异较大的 缺陷 这样才能在增加较少生产成本的前提下 极 大地提高磨球的使用性能 本文提出一些生产金 属型球铁磨球的改进措施 这些措施有的已经付 诸生产实际 有的需进一步完善 1磨球的工况及受力分析 1 1工况分析 磨球在滚筒式球磨机内的运动 受力状况可用 示意图 1 进行描述 磨球工作于球磨机中 球磨机 旋转时 磨球和物料在摩擦力 离心力和村板凸峰 的 携带 作用下被提升到一定高度后 与衬板脱 离接触 以先升高 后下降的抛物线轨迹落下 一方 面磨球随滚筒作圆周运动 另一方面磨球与磨球 磨球与磨粒之间发生碰撞和辗磨 即作随机的相对 图1磨球工作情况示意图 铸造 锻压 3 Casting 高的冲击韧度 高铬铸铁 磨球硬度较高 而且中心和表面的硬度差小 是一 种理想的耐磨材料 高铬铸铁含铬高 一般在 10 20 之间 3 而且还需要加入足量的钼 铜 等 贵重元素来提高其淬透性 故其价格较高 高 铬铸铁在干磨时表现出了很好的耐磨性 但在湿 磨时 由于高铬铸铁的组织中有大量共晶碳化物 与其他相间形成大量相界 碳化物与基体的电极 电位不同 在矿山的湿磨条件下形成相界腐蚀 4 使共晶碳化物因支撑削弱而折断 或因失去与基 体的连接而脱落 由于上述原因 高铬铸铁磨球不 适用于金属矿山湿磨工况 因此现在高铬铸铁主 要在干磨 磨水泥和磨煤等 环境下使用 近年来 开发的中铬铸铁含铬量在 4 10 其耐磨性和 韧性介于高铬铸铁和低铬铸铁之间 由于价格和 性能无明显优势 故研究和生产较少 金属型球铁磨球是近年来发展较快的一种合 金铸铁 其铬含量在 5 以下 现在通过调整成分 设 计 严格控制碳 硅含量 采用稀土变质剂等技 术 改善其碳化物形状 分布来提高韧性 其性能 值 5 硬度在 45 53 HRC 冲击韧度在 6 9 J cm2 由于其合金含量少 可以用冲天炉熔炼 只要通过 简单的热处理就能保证它的性能 生产简便 而且 质量容易控制 价格低廉 并且磨耗也适中 在金 属矿山上使用有较高的性价比 3金属型球铁磨球工艺设计 3 1材质成分 从 Fe C Si 非平衡相图考虑 如图 3 所示的 Fe Fe3C相图的阴影部分 过左的亚共晶成分 由 于非平衡结晶特性及加入孕育剂时造成 Si 的波 动 凝固过程中形成晕圈铁素体 不规则的变异使 得组织性能软弱 不适于做硬质磨球材料 故被排 除 过右的过共晶成分 性脆 韧性差 也不适宜做 磨球材料 也被排除 而共晶成分 或者过共晶近 共晶成分的球墨铸铁 在非平衡结晶过程中避免 了形成软弱的晕圈铁素体 同样也避免形成大量 性脆 韧性差的柱状晶 还避免了在柱状晶 等轴 晶的过渡层内积存过多的偏聚物 夹杂和微裂纹 这样的磨球内部结晶组织有较高的硬度 一定的 冲击韧度 减少了偏聚物在过渡区内的凝集 可以 满足磨球粉碎矿石时的使用要求 为保证晶粒细 密 耐磨性好 还应加入 5 以上的 Cr 元素 1538 A L L 2 11 4 23 L Cm 1 148 A CAl A Ld Ld Cm 910 Ld 727 0 78 P CAl L dL d Cm FeFe3C 图3 Fe Fe3C相图 3 2金属型的设计 球铁磨球金属型的设计 在很大程度上决定 了零件的内部结晶组织和使用性能 建议 以 圆形的一型多铸的金属型铸型为好 一般至少 5 个圆型腔以上 这样生产的磨球 既可以提高产 量 又因散热均匀而提高其使用寿命 金属型 不能连续浇注 一般应冷却到一定温度以下后再 浇注 这样才能发挥其非平衡结晶的特性优势 河 南某公司就因为铸型蓄热系数大 热量积存量多 连续浇注造成 1 亚共晶部分试样的晶粒变粗 或 近平衡结晶组织 耐磨性差 为了使铸型能迅 速散热 提高金属型产量 建议在不影响磨球使用 要求的条件下 将型腔直径适当改小 河南某公司 就将磨球直径由原来的 120 mm 减为 80 mm 在保证质量的前提下 提高了生产 下转第 98 页 铸造 锻压 3 Casting 出水料费 1 5 万元 多产出 60 余万元 合计创收 76 9 温度控制在 50 60 为宜 此时水冷炉墙挂渣效余万元 果最佳 参考文献 4炉墙改进后的效果 1 沈才芳 电弧炉炼钢工艺与设备 M 北京 冶金工业出版社 1993 1 与卤水镁砂大块炉墙相比 使用水冷挂 2 马廷温 电炉炼钢学 M 北京 冶金工业出版社 1990 渣炉墙 炉墙寿命由 35 炉次提高到 1 000 炉次以 3 孙培林 电炉炼钢学 M 北京 冶金工业出版社 1992 上接第 91 页 效率 金属型的材料要求有较球结晶后其组织成分均匀 偏聚物较少 好的耐热性 一定的强度 在连续使用后晶粒不致球化剂 孕育剂 去S剂所有这些添加剂的 变粗 从而导致氧化而粗糙失效 建议铸铁型材牌品质均应达到标准要求 事先应除潮 使其干燥 除 号在HT250以上 含一定的Mn量 保证90 以渣 确保颗粒大小均匀 过大过小的颗粒均应排除 上的珠光体 S P含量宜少 为保证晶粒细密 耐加入的时间 温度 投入的方式均应反复摸索 积累 热性好 还应加入一定的Cr元素 至少5 左右 经验 有了成效就编写进相应的工艺文件 浇注浇注球铁磨球时 建议设置过滤器 确 3 3工艺上的考虑 定合理的浇注温度和时间 不违背高温熔化低温 在配料 熔化 球化孕育及浇注等工 艺上应考 浇注 迅速快捷的原则 虑非平衡静凝固特点的要求 4结束语 配料首先考虑采用 S P 含量较低的优质生 铁 防止带入硅酸盐杂质 废钢应去除铁锈后投球磨机中磨球的服役条件极其恶劣 最主要 入炉内 回炉料也应去除自硬砂套杂质 废旧机器的失效形式为磨损 磨球的组织选择必须根据磨 铁内带Cu Sn轴套的应先行去掉 易产生偏聚球的工况条件和磨损类型确定 因此 根据磨球的 物 废旧回炉料应在除锈除渣处理后才能使用 工况条件 准确判断磨球的磨损机制 尤其是磨损 球化剂 孕育剂 去 S 剂等均应按照标准要求使的主要控制环节 是提高磨球使用性能的关键 磨 用 不合格产品不用 加入 5 以上的 Cr 上述措球生产工艺设计是针对金属型球铁磨球的具体情 施都是为了避免在柱状晶 等轴晶的过渡层内积况提出的 具有针对性 存过多的偏聚物 夹杂和微裂纹 参考文献 熔化原则高温熔化低温浇注 最好使用工频 1 梅瑛 金属型球铁磨球非平衡凝固特性的研究 J 热加工工 电炉熔炼 因为其炉温高 高温熔化后能搅动炉料 艺 2006 21 20 23 2 张兰英 对铬铁磨球组织选择的理论探讨 J 湛江海洋大学 使成分均匀 冲天炉熔化虽然成本低 使用普遍 但学报 1997 2 18 22 是熔化温度不易达到 1 500 以上 熔池内铁液搅 3 刘家俊 材料磨损原理及其耐磨性 M 北京 清华大