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∮4.5m大型球磨机衬板材质的研制与应用
发布时间：2013-06-09 07:59 来源：未知
∮4.5m大型球磨机衬板中合金钢ZG42Cr2 Mn-S12MoCe是中国建材装备总公司为解决大型球磨机衬板新材质而下达给唐山水泥机械厂的新产品重点开发项目。ZG42Cr2MnSi2MoCe钢是唐山水泥机械厂研究成功的一种耐磨钢。该钢种获国家发明专利。是国家建材局与<七五>重点攻关项目《研究提出各种规格球磨机衬板选材的指导性文件>为大型球磨机衬板材质的选定与推广材质。
1、化学成分设计
碳是钢中影响各项性能的主要元素。碳取中限，以保证材质具有较高的韧性的同时，又具有较高的硬度和良好的耐磨性，确定碳量为0.38%～0.48%。铬可提高钢的淬透性，并固溶强化基体，细化晶粒和提高回火稳定性。确定铬量为1.80%～2.20%。锰能提高淬透性及强度。锰的含量超过1%时显著增加残余奥氏体量，并增大钢的过热倾向和增大回火脆性倾向，因此确定锰的含量为0. 80%～1.10%。硅有显著的固溶强化作用，并使回火脆性温度移向高温，使钢的回火温度提高，获得较高的韧性。硅的加入对Ms点及残余奥氏体含量基本无影响，确定硅量为1.50%—1.80%。钼可提高钢的淬透性、回火稳定性并细化晶粒，抑制回火脆性，改善冲击韧度。加入微量的稀土铈在于改善夹杂物的形态，使大的多角形夹杂物变为均匀分布少量的圆形夹杂物，净化晶界、细化晶粒，提高韧性及耐磨性。综上所述，化学成分设计，富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机械设备。
2、熔炼、浇注
铸件为∮4.5m×15.11m水泥磨第一仓阶梯衬板。规格为244mm×347mm×56mm／127mm。单重为45kg。熔炼设备为850kg中性炉衬中频感应电炉。浇注设备为1t倾咀式行车吊包。
采用不氧化法熔炼，钢的成分根据炉料化学成分及各种铁合金的吸收率进行配料计算来控制。热炉装料，铬铁、钼铁随料装入。熔化期以最大功率送电，炉料熔化70%～80%进行推料及钢液搅拌，同时以还原剂对渣还原，当炉料熔化90%时进行钢液测温。钢液温度达1520—1530℃（热电偶）时进行中间化验，向钢液中加入调整成分的铁合金。在钢液温度达到1530—1550℃（热电偶）时出钢。钢包中冲铝0.8—1.2kg/t钢液，终脱氧。加铝后用罐装强制置入式迅速向钢液内加入稀土铈，钢包上加复盖剂保温。
在钢液为1420～1440℃（光学高温计）开始浇注。浇注时控制浇注速度为两头小中间大，采用低温浇注。在不产生夹砂等缺陷下提高浇注速度，当钢液上升至分型面以上时降低浇注速度，以确保铸件充分收缩。随后点冒口2～3次。最后胃口上覆盖珍珠岩保温剂。在浇注时并注意挡渣以及引气、排气。
3、造型、清理
材质的铸造线收缩率为2%。型芯砂用水玻璃石英砂，加入1%～2%膨润土，8%水玻璃。铸型、型芯皆刷锆英粉酒精涂料，确保表面光洁。直、横、内浇道及冒口均应捣密实�？刂坪枚趸加不奔洌Ｖけ砻嬷柿�，要保证烘干质量，开好出气孔。使用外冷铁，以保证内部无缩孔、疏松等缺陷。胃口处用易割片，以方便切割冒口，铸造工艺见图l。
清理工作在铸造之后热处理之前进行。清铲中容易出现废品为浇道切割裂纹，必须防止，不可大意。浇道、冒口、飞边、毛刺等能用锤击敲掉为好，但不能损坏铸件。不能用锤敲掉的浇冒口等用气割割去，在切割前用割炬预热切割表面至100～200℃，切割后留残根1～1.5mm，切勿造成切割缺肉。如不用气割，允许用气刨，残根留量为0.5～1mm。
4、热处理
热处理目的是为获得稳定的马氏体组织，消除内应力，达到高硬度和高韧性的最佳配合。
4.1试样制备
为了测试冲击韧度和硬度，观察金相组织，试样采用熔模精密铸造，铸成10mm×10mm×55mm梅氏无缺口冲击试样毛坯。冲击试样铸型以数量为4×5呈45°角均匀分布在浇道周围。试样均经850℃±10℃退火处理。经磨削至标准的尺寸和表面光洁度。每一组试样为3个，进行热处理工艺试验，测试数据取平均值。
4.2淬火工艺试验
淬火加热采用SRTX-4-13高温箱式电炉。试样随炉升温，在500℃保温25min，按炉子功率升温至淬火温度保温15min淬入机油中。测定硬度与冲击椎，结果如表2所示，淬火温度与硬度和韧性关系如图2、图3所示。淬火工艺表明，930℃淬火的硬度与冲击韧度较好。
4.3回火工艺试验
回火采用RJJ-36-6井式回火电阻炉。将淬火后的试样分别按7种回火温度回火，试样回火保温时间为th，保温终了出炉空冷。分别在880℃、930℃和980℃淬火，在200至500℃中的7种回火温度回火试样的力学性能见表3。试样分别在880℃、930℃和980℃淬火，又分别按7种回火温度回火的硬度与冲击韧度值见图4、图5、图6。
从图4可知，在880℃淬火不同温度回火，在300℃回火时硬度为HRC55.1，冲击韧度31. 58J／cm2为较佳力学性能。从图5可知，在930℃淬火不同温度回火，在250℃回火时硬度为HRC55,7，冲击韧度33. 34J/cm2为较佳力学性能。从图6可知，在980℃淬火不同温度回火，在250℃回火时硬度为HRC56.2，冲击韧度28 .4J/cm2为较佳力学性能。从图2、图3、图4、图5、图6综合对比分析得出，热处理工艺以930℃淬火、250℃回火的力学性能更好。
5、金相组织
ZG42Cr2MnS12MoCe铸态组织为片状珠光体。退火组织为细片状珠光体，930℃淬火组织马氏体。930℃淬火250℃回火为回火马氏体组织。
6、耐磨性
930℃淬火250℃回火的ZG42Cr2MnSi2MoCe钢与冀东水泥厂引进日本石川岛播磨重工株式会社球磨机日本牌号为KX-601钢的衬板实物取样，均制成耐磨性试样，在MI，-10型磨损试验机上对比试验，试验参数为：转盘转数60r/min，螺矩2mm/r，螺旋轨迹长14 .13m，选用砂纸S1C180#，载荷2.56kg，结果如表4�？杉�，ZG42Gr2MnS12MoCe钢的耐磨性比KX-601钢的耐磨性稍好。
7、新合金钢与KX-601钢性能对照
表5为研制的合金钢与日本KX-601钢性能对比。从表5可知，ZG42Cr2MnS12MoCe钢比KX-601性能稍好。
8、研制的合金钢衬板剖析
8.1衬板取样数据
供给河北省冀东水泥厂∮4.5m×15 .11m球磨机第一仓ZG42Cr2MnS12MoCe钢衬板50吨(第一仓衬板为840块，共重41.16t)，抽查52#衬板取样数据见表6。
8.2衬板断面硬度
衬板用电火花加工机床取出10mm×lOmm×70mm立方形钢芯，由工作面到背面进行硬度测定。（试样号：52）衬板断面硬度分布见表7，断面硬度差在HRC1以内。
8.3衬板金相组织
52#衬板金相组织为回火马氏体如图7所示。图8为52#衬板抽取冲击试样试验后对断口扫描的电镜照片，是韧窝断口，为韧性材料。
9、工业应用效果
∮4.5m大型球磨机中合金钢ZG42Cr2MnSi2Mo-Ce衬板，于1985年5月16日部分装机于河北省冀东水泥厂4.5m×15.11m球磨机第一仓与日本KX-601衬板进行工业性对比试验，在第一仓中段该衬板与日本衬板各16块，拼成四方型。在实际运转2620h后对磨耗进行测定，该衬板的磨耗量为1.57g/t水泥，而日本衬板的磨耗量为2.5g/t水泥。在1998年12月1日经磨损失效换下，使用13年，实际运转96360h (11年)，在运转期间无断裂。在1986年12月26日通过的部级鉴定结论为该衬板主要技术指标达到和超过日本同类产品技术水平，价格远低于日本同类产品。衬板的选材和生产工艺符合国内条件，其技术性能适应4m以上水泥磨第一仓工况要求，填补了国内空白，为进口的大型水泥磨机衬板立足国内迈出一大步，并为国内大型球磨机衬板材质改进提供了方向。
10、结论
(1) ZG42Cr2MnS12MoCe是一种中合金马氏体耐磨钢，具有高硬度、高韧性和良好的抗磨损性能。经10多年的跟踪大型球磨机衬板生产使用效果验证表明，使用寿命长、不断裂，是制作大型球磨机衬板的可靠材质。
(2) ZG42Cr2MnS12MoCe成分设计合理，Ce使钢种性能得到提高，符合国情，价格低廉。在磨损试验以及工业性对比试验的条件下，该钢种达到并超过日本KX-601钢的抗磨性，但前者技术指标稍好。
(3)该钢种生产工艺简单，一般能生产低合金钢的铸钢车间即可生产。铸件清理无特殊要求，便于普遍推广使用。
(4)在10多年的推广应用中证实，此钢种还可以用作球磨机的隔仓板、磨头衬板等；还可以制作锤式破碎机中小型锤头、颚式破碎机颚板等。
