半自磨机耐磨铸钢衬板的开发与应用

半自磨机耐磨铸钢衬板的开发与应用

摘要：通过对矿山半自磨机衬板现有材质和工作状况的分析，通过不同比例合金元素的加入，开发了耐磨铸钢衬板。研究了衬板的化学成分、组织和耐磨性能，并分析了不同合金元素的加入对提高衬板韧性、强度和耐磨性的作用。经过装机考核，表明所开发的耐磨铸钢衬板的使用寿命是普通衬板提高1.5倍以上。

关键词：球磨机衬板合金元素

由于其自动化程度高、粉磨效率高、设备运转稳定等优点，球磨机在电力、建材、矿山等行业生产中发挥着不可替代的作用，是主要的粉磨与制粉设备。作为保证球磨机正常运转的主要耐磨部件，衬板在使用过程中的稳定性和强韧性直接影响着球磨机的运转情况。目前球磨机衬板的主要材质包括高铬铸铁、高锰钢、低合金耐磨铸钢等，但随着球磨机的大型化，对衬板使用性能的要求越来越苛刻，普通材质的衬板并不能满足其使用要求。因此，如何提高大型球磨机衬板的综合使用性能成为目前亟待解决的关键问题。

根据铜陵有色金属集团冬瓜山铜矿大型半自磨机衬板实际使用情况，通过合金成分的设计以和单件装机考核结果，制备出适于大型球磨机使用的高强度耐磨钢衬板。

1 铜陵有色球磨机的工况条件

铜陵有色金属集团冬瓜山铜矿，目前有球磨机5 台：SAMΦ28’×13’(1台)、Ф5.03*8.3溢流型球磨机（2台）、Ф4.0*6.7溢流型球磨机（2台）。其中SAMΦ28’×13’衬板材质多采用ZGMn13系列，每年衬板消耗量54万?t，直接经济消耗1061.64万元。

2 半自磨衬板成分设计

以中高碳合金钢为基础，引入合金元素，通过调整合金元素加入量达到制备耐磨铸钢，提高大型球磨机衬板综合使用性能的目的。

碳是影响钢淬透性最主要的元素。它在奥氏体中的溶解度很大，而在铁素体的中的溶解度却很小。碳对钢的组织和力学性能的影响十分明显。在其它元素确定的前提下，当含碳量较低时(<0.3%)，其淬火后的显微组织为板条马氏体+残余奥氏体或板条马氏体+贝氏体+残余奥氏体；随着碳含量的增加，其淬火组织逐渐转变为隐针马氏体+残余奥氏体+碳化物，或隐针马氏体+残余奥氏体+贝氏体+碳化物。初步将碳含量确定为0.6%～0.9%。

铬有固溶强化、提高钢的淬透性、增加钢的回火稳定性等作用，随其在钢中含量的增加，可能形成多种碳化物。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与集聚，使其保持分散，有利于提高强度和硬度，且性能稳定，可以提高钢的回火稳定性。考虑到铜陵有色铜矿衬板的工作条件，适量的铬的加入有利于其寿命的提高。铬含量确定为2%～4%。

镍是非碳化物形成元素，以固溶形式存在于钢中，与Cr配合使用时，少量的镍(0.2%～0.3%)可以显著提高钢的淬透性和强度，同时有细化晶粒的作用，有利于韧性的提高。镍含量定为0.3%～0.8%。

少量的钼可以细化晶粒，提高强度，提高钢的淬透性及回火稳定性。钼是形成碳化物的元素，它与铬元素在钢中形成硬度较高的合金碳化物M7C3，可以提高耐磨性。钼是减小回火脆性的元素，可以抑制回火脆性，含钼量取0.3%～0.8%。

钨与钒是强碳化物形成元素，微量的钨与钒可以细化晶粒，提高韧性并提高淬透性，在此确定为微量。

综上所述，初步选定新型耐磨钢衬板的成分如表1所示。

3 球磨机衬板组织与性能

S-1、S-2、S-3、S-4和S-5分别为冷却速度为12、9、6、4和2?℃/min时试样。各个试样的宏观硬度、组织特点等结果列于表2。

4 单件装机考核结果

4.1 时间和地点

2013年2月1日—2013年5月31日，铜陵有色S AMΦ28’×13型半自磨机，与常规选择的ZGMn13材质半自磨机衬板混合装于磨机2路。

4.2 工况条件

装球量：140?t

球磨机转速：10.8?r/min

低铬球硬度：HRC45～48

矿料的普氏硬度：f12～16

4.3 考核结果

使用结果表明：采用ZGMn13材质系列用不到二个月就出现不同程度的破裂和磨损，个别衬板一个月左右其厚度磨损到只剩10?cm 左右。采用所制备新型耐磨铸钢材质衬板，连续运转70?d，累计处理矿石91万?t。ZGMn13衬板已经被部分磨穿，不能继续使用，而本实验衬板尚可使用。

5 结语

（1）加入合金元素Cr、Mo和Ni，适当加入微量合金元素为V、W、Mn等获得贝氏体低合金耐磨钢，具有优良的综合力学性能和耐

磨性。

（2）单件装机考核结果表明，本实验所试制耐磨铸钢衬板比ZGMn13衬板有更好的耐磨性和使用性能。