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∮5.4×15.5m特大型水泥磨机隔仓板的生产质量控制及国产化应用
发布时间：2013-06-09 07:59 来源：未知
1、引言
韩国独资企业一一大宇水泥（山东）有限公司在山东省日照市港口建有400万吨粉磨站一座，拥有两台∮5.4×15.5m世界级特大型水泥球磨机，80%产品出口。其球磨机衬板过去主要是从国外进口。2003年开始首次从国内耐磨材料生产企业采购。我公司于2003年初承接了∮5.4×15.5m特大型磨机高合金衬板的生产制备工作，并已实现安全生产6年以上，达到国际衬板先进技术水平，受到用户好评‘1]。在成功消化国外衬板先进技术基础上，我公司又于2006年12月对该套磨机隔仓板技术进行消化吸收，优化生产，至今已安全运转2.5年以上，收到较好效果。该套隔仓板的成功应用，标志着我国耐磨材料技术跨上了一个新台阶，达到了国际水平，在我国水泥工业大型球磨机特殊耐磨件生产上，突破了技术瓶颈，实现了安全无忧虑生产。现将隔仓板生产工艺技术设计路线和质量控制过程简述如下。
2、原装国外进口隔仓板化学成分和主要性能检测分析
从大宇水泥（山东）有限公司使用过的废1日隔仓板上取样，进行主要化学元素分析和性能检测（见表1），结果显示：国外隔仓板材料主要是低碳高合金钢，化学成分中没有发现淬透性元素Mo、Ni等，热处理工艺排除空冷或风冷淬火的可能，经初步分析应为油淬或其它介质淬火，HRC 41. 5:-45，从残旧件上发现有卷韧边，说明材料韧性好，适合特大型磨机隔仓板的技术要求。
3、∮5.4×15.5m特大型水泥磨机隔仓板化学成分优化和技术设计路线
3.1技术路线设计
众所周知，水泥磨机隔仓板磨损机理为粗磨仓粉磨达到粒度一定的物料是通过隔仓板篦缝到细磨仓的，物料对隔仓板篦缝进行挤压冲刷磨损，球和物料对隔仓板进行侧冲击凿削磨损，并且隔仓板多为悬臂梁式安装，螺栓固定，受力状况十分恶劣。因此，材料的韧性要好（冲击值ak≥25J/ctri2，硬度HRC 45～50）。该套磨机粉磨工艺指标主要有平均球径∮80 mm，最大钢球∮100 mm，入磨粒度≤25 mm，入磨水份≤1，磨机转速约15r/min，台时产量大于250t/h。为满足上述生产条件及隔仓板使用性能要求，保证所选隔仓板金属材料既有足够高耐磨性，又有足够的强韧性配合。结合国内大型磨机的选材，并考虑成本诸因素，我们确定在本公司中碳中铬合金耐磨钢的基础上进行化学成分优化，采用多元微合金变质及精炼技术以细化组织，配以相应的热处理工艺，使隔仓板在服役中既不塑性变形又耐磨损不断裂，不发生早期失效，使用寿命在3年以上，实现安全正常生产，满足市场客户的需求，富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
3.1化学成分的确定
化学成分见表2。
C：C是主导元素。通过多次试验证明，C<0.3%钢的耐磨性不足而韧性较佳。当C>O. 45%时，HRC值虽有所提高，但韧性大为降低。从隔仓板的使用性能考虑，CO.33～0. 42%为宜。
Si:Si是固溶于铁素体和奥氏体中，有明显的强化作用，Si对钢的韧性有不利的影响，特别是Cr、Mn、Si三元素同时存在时，在铸造中裂纹和开裂的倾向增大，生产工艺难度及废品率增加。因此，Si按常规0.4～0.8%控制加入。
Mn：Mn的加入有利于提高淬透性，Mn在一定范围内能提高钢的强度、硬度和耐磨性，Mn又是较强的脱硫剂，可减少硫的有害作用。但过量的Mn会导致钢的淬火组织中奥氏体增加，易引起晶粒粗大，使钢的硬度下降，耐磨性降低。故Mn O．6～1.2%为宜。
Cr: Cr是强碳化物形成元素。在钢中随Cr量的变化，碳化物可转变为对抗磨有利的碳化物类型。当Cr >4%时，即可有硬度较高的M7C3型碳化物出现，这有利于提高钢的耐磨性。另有部分Cr溶入基体中，既强化基体又提高淬透性。Cr在回火时能阻止或减缓碳化物的析出和集聚，使碳化物保持较大的分散度，有利于强度和硬度的提高。但Cr量不宜过高，否则易形成柱状晶和枝晶偏析，增大生产白点的倾向性。综合考虑Cr4. 5～5. 5%为宜。
Ti：Ti是活泼元素。钢中加入微量的钛，可以明显细化晶粒，减少枝晶偏析，提高钢的强度和韧性。钛还是一种脱氧去气剂，在钢中形成极为稳定的TiC，并不易溶解，只有当钢加热到1000℃以上才缓慢地溶解，从而保证钢在热处理中能获得细晶粒组织。钛作为单一的微合金化元素添加到钢中，其含量必须达到一定量（Ti>0. 04%质量分数），才能起到析出强化作用。钛的加入不易过量，如果含量过大时，就会有多余的钛固溶于铁素体中，引起铁素体的脆化作用，将会抵消细化晶粒的作用，恶化钢的性能，综合考虑Ti控制在0. 06～0.12%为宜。
Cu：Cu可全部溶入奥氏体中，少量的Cu有与Ni类似作用，改善钢的韧性，提高钢的淬透性。其含量控制在0.3～0.5%为宜。
S、P为有害元素，在钢中应严格控制。
4、生产质量控制
4.1熔炼
产品内在质量的优劣多来自冶金质量的控制，为取得高洁净的钢夜，熔炼是关键。大型隔仓板的熔炼是在750kg中频感应电炉中性坩埚中进行，选用低硫低磷无锈蚀优质废钢，按精细计算的配料单全部称重下料。高（低）碳铬铁破碎粒度80～100 mm，并经250 0C烘烤。复合脱氧剂、复合变质剂、钛铁破碎粒度1～10 mm，并经150～200 0C烘烤。在熔炼的全过程中大功率送电，以缩短熔炼时间，减少合金的烧损及提高熔化速度。采用高（低）碳铬铁调整Cr、C的平衡。炉前分析C、Cr元素。
4.2净化钢液
各元素调整平衡后，造渣升温至1550℃除渣，加入已预热的复合脱氧剂（见表3），加入量0.2%，复合脱氧剂既是除渣剂，又是Ca、Ba的添加剂，用以净化钢液，提高冶金质量。在脱氧基本良好的洁净液面上加入钛铁( FeTi30)。Ti在钢液中形成TiN和TiC。TiC颗粒细小，是阻碍奥氏体晶粒长大的有效质点，提高钢水的洁净度，得到N、0、S含量较小的洁净钢水，可获得细晶粒组织。钛铁加入后，采用高效隔热保温剂覆盖液面，提速升温至1600～1620 0C时，除渣再造新渣，彻底扒渣后倾钢出炉。
4.3变质处理
稀土净化变质处理工艺是我国独特的净化钢液、细化晶粒、强化基体的生产手段之一，高的洁净度和均匀细小的晶粒有利于提高材料的强度与韧性。有文献表明，Y基重稀土的净化变质效果优于Ce基轻稀土。变质处理是采用中性材料钢包，在出钢前30min将钢包预热至800℃左右，将已预热的稀土变质剂按钢液重量的0.3%加入钢包底部，并用洁净的薄铁皮覆盖，以延长变质剂的反应，对钢液进行孕育变质。变质剂的加入量不得过量，过多的变质剂会使钢液中夹杂物数量增多，对材料的韧性带来不利影响。变质温度为1550～1580℃。变质过程中造渣、扒渣两次，将被融渣吸附的悬浮夹杂物及非金属夹杂物排出。排渣即为清杂的过程。变质处理后及时在钢包的液面上覆盖钢包覆盖剂进行静置，温度降至1480～1500℃时，推开包嘴浮渣进行浇注。
5、热处理工艺及主要性能
1）随铸件同箱浇注100×100×100 mm试块，浇注后6h开箱打磨清理，进行热处理。
2）热处理奥氏体化在煤气（天燃气）工业加热炉中进行，回火在75kw台式电阻炉中进行。其热处理工艺见图1。
3）中碳中铬合金钢隔仓板因化学成分的变化，淬火冷却介质采用淬火液。淬火液冷却特性介于油冷和空冷之间，比空冷快5～9倍左右‘8]。高温铸件进入淬火液因水的比热比空气大，散热速度比空气快。进入中、低温度阶段时，散热速度降低，冷却均匀，且变形开裂现象极微。淬火液使用温度应≤50℃。根据现场生产实践操作，铸件在淬火液中的终冷温度控制基本按以下经验公式计算：
S-K．n
式中S是铸件在淬火液中停留的时间（秒）；K是根据液温不同所取的系数(3～5)秒，低温取上限，高温取下限；n是铸件的平均有效厚度（毫米）。
铸件在淬火液中终冷温度为：180～210℃。特别指出的是：(a)铸件在淬火液中必须是均匀散开，不得叠压。(b)大断面铸件冷却时应垂直入液且上下移动，不得躺卧。(c)铸件淬火后空冷至50: -80℃及时装炉回火。
4)性能测试结果：冲击试样为10×10×55 mm无缺口试块，在100×100×100 mm大试样上用线切割切取。试样随铸件同炉进行热处理。HRC值均在10×10×55 mm冲击试样上测得，测试结果见表4。
5)通过金相观察表明，该材料的金相组织符合原设定要求，即金相组织为板条马氏体及残余奥氏体。
6、应用效果
2007年初大宇水泥（山东）有限公司①5.4×15.5特大型水泥磨机隔仓板（如图2）装机运行，至今己运营近3年。又分别于2007年7-8月将该材料应用于山西晋牌水泥集团公司①4.4m大型磨机整体隔仓板上（铸件高 1. 2m）和浙江水泥股份有限公司①4.2×14. 5m大型磨机隔仓板上，均表现了良好的耐磨性和使用效果。大量工业应用为水泥工业新型干法生产企业大型和特大型磨机隔仓板的安全使用提供了技术支撑，为耐磨材料质量技术进步与未来发展指明了方向。
7、结束语
(1)新研制的特大型水泥磨机隔仓板材料，主要化学成分（质量分数%）：C 0.33: -0. 42，Si 0.40:-0. 80, Mn O.6--1.2,Cr 4.5--5.5,Cu 0.3:-0.5,Ti O.06～0. 12, Re O.05: -0. 08,S≤0.035, P≤O. 035,主要力学性能HRC45--52，a。>40J/cm2。
(2)生产质量控制的关键是：净化钢液及变质处理技术，以净化晶界、细化组织、强化基体。采用特殊淬火介质淬火，热工人员素质和现场操作经验显得十分重要。
