王定祥 球磨机衬板材质的选择及热处理工艺 for 百铸网
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• 实践证明BTMCr12-DT衬板的研制是成功的。 BTMCr12-DT与CIX-ZL钢对于试验的ф4.5×15.11m 水泥磨第二仓分级衬板在筒体内情形见图23，这是 螺旋弧面凸棱分级衬板。图23中标示日本字样为 CIX-2L钢衬板，未标示“日本”字样的数字为 BTMCr12-DT衬板。在图中可见分级衬板之“凸 棱”，象是步枪膛中的“莱福线”，此由一种尺寸 之分级衬板组成。ф4.5×15.11m第二仓分级衬板见 图24。日本衬板CIX-2L钢的化学成分,力学性能与金 相组织见表14。
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• 选用四台风机可供6-8吨铸件吹风喷雾淬火用。参考 喷雾进水量120kg/台时，参考化雾水量44kg/台时。 冷却床尺寸：3000mm×5000mm。 • 2.5、高铬白口铸铁磨机衬板应用实例 BTMCr12DT衬板在ф4.5m大型水泥磨机磨机应用实例； BTMCr12-DT是笔者在唐山水泥机械厂工作期间的 1985年主持研制的高铬白口铸铁新品种， BTMCr12-DT化学成分力学性能与金相组织见表13。
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• 5）、马氏体控温淬火法 • 铸件在淬火介质中如油、水以及有机淬火介质中淬火冷却时，一般由 奥氏体在马氏体开始转变点MS转变为马氏体时，由于冷却速度较快， 奥氏体马转变为马氏体时的组织应力很大，晶格发生畸变以及位错密 度增加太快导致转变应力大于晶格间结合力而发生断裂。因此要对在 这些淬火介质对奥氏体转变为马氏体的速度进行人工干预，控制马氏 体转变速度，防止开裂，即在该钢种在马氏体转变点附近从淬火介质 中人工移出到空气中冷却，以达到淬火提高力学性能的目标而又不开 列的效果。在油中淬火需要采用马氏体控温淬火法。
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• ZG42Cr2Si2MnMoRE钢衬板于1985年5月16日部 分装机于河北省冀东水泥厂4.5×15.11m球磨机第 一仓与日本KX601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2620小时对磨耗进行测定，该衬板的磨 耗量为1.57克/吨水泥，而日本衬板的磨耗量为2.5 克/吨水泥，。在1998年12月1日经磨损失效换下， 使用十三年，实际运转96360小时（十一年），在 运转期间无断裂。
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• 概述 • 衬板是球磨机筒体和进出口料端盖的保护板。球磨机是水泥建材、冶金矿山、 水利电力、化工、煤炭的主要粉磨设备，简称磨机。它是一个两端带有支承 装置的圆筒体，内装研磨体（又称研磨介质）和被磨的物料（如石灰石、矿 石或煤等），其总装入量为筒体有效容积的25-45%。筒体绕水平的中心轴 线回转，筒体内的研磨体和物料在离心力和摩擦力作用下被筒体衬板提升到 一定的高度，然后脱离筒体瀑泻或抛落，物料循环地在筒体内运动受到研磨 体不断地冲击、辊轧挤压和研磨作用而粉碎成为一定粒度要求的产品。物料 从筒体一端的空心轴进入，而粉磨后的产品经筒体另一端空心轴排出。筒体 内物料的移动是给予压力来实现。筒体能够回转是由电机带动减速机，减速 机传动筒体上的大齿轮实现的。干法磨时物料排出筒体被输送出去。温法磨 时，物料被水流带走。球磨机的一般构造见图1。
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• 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4米以上水泥磨第一仓工况要求，填补了国内空白， 国内领先，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。 • 经过二十多年对大型球磨机衬板在全国推广应用证明，该 材质耐磨性能优异，生产成本低廉、制造成熟，使用性能 可靠，经济效益和社会效益显著。在大型水泥球磨机衬板 百分之八十用此材料。系我国第一个球磨机衬板材料发明 专利。
Casting China 百铸网第四届铸技术服务交流 暨谷城铸造企业及铸造工艺技术培训会
球磨机衬板材质的选择 及热处理工艺
王定祥 青岛市机械研究所
湖北 谷城 2014年7月26日-7月28日
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王定祥简介：青岛市机械研究所教授级高级工程师。湖南长沙人。1961年毕 业于华中科技大学金属材料热处理专业。科中科技大学青岛校友会名誉会长。 曾任唐山水泥机械厂主任工程师。现为《钢铁耐磨材料产业技术创新战略联 盟》专家委员会专家；担任中国金属学会耐磨材料学术委员会委员从1984年 开始任职28年被聘为特邀委员；担任中国机械工程学会磨损失效及抗磨技术 委员会委员在1984年开始任职24年被聘为荣誉委员。擅长耐磨材料新产品实 体生产技术有：各类磨机衬板（湿法磨、干法磨、立磨）磨球；锤式破碎机 双液双金属锤头、机械复合锤头、耐磨棒锤头；反击破碎机板锤；挖掘机斗 齿；园锤破碎机圆锥体；耐磨耐热耐蚀件；钢铁耐磨材料热处理新设备及热 处理新工艺等等。
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• 2、冶金矿山球磨机衬板 • 铁矿、铜矿、金矿、钼矿、铝矿等冶金矿山球磨机系湿法球 磨机衬板，湿法球磨机内对矿石粉磨过程加水形成料浆，而 矿山的成分含有酸性成分或碱性成分，虽然还可能将料浆兑 成中性，然而其粉磨过程对衬板的腐蚀极大。再者矿石的硬 度差别也极大，矿石的硬度以普氏硬度f表示在f＝8极f＝22 之间几乎为3倍左右，因此反映在耐磨性上差别也大。在湿 法球磨机衬板方面应用高锰钢较多，高锰钢显微组织是奥氏 体，主要原因是奥氏体抗腐蚀性较好。而矿石硬度较高，而 显微组织奥氏体对低抗高硬度的物料比较适应。
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• 1.1、ZG42Cr2Si2MnMoRE钢 • 中合金变质耐磨铸钢ZG42Cr2Si2MnMoRE钢是唐山水泥机 械厂研究成功的一大型球磨机衬板钢。中合金变质耐磨铸 钢获国家发明专利，专利号为87103727，第一发明人王定 祥。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》为大型球磨机衬板材质 的选定与推广材质。该发明专利荣获河北省发明智慧奖、 该产品荣获唐山市新产品奖、河北省新产品奖和全国铸造 产品《金鼎奖》。2010年11月在广州审查通过的“耐磨钢 铸件”国家标准中ZG42Cr2Si2MnMo钢即此钢种。
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• 1、水泥球磨机衬板： • 水泥球磨机曾用高锰钢（奥氏体锰钢）ZG100Mn13、ZG120Mn13较 多，初始硬度HRC20，在实际的使用工况条件下造成的加工硬化作用 不充分，磨损后硬度化为HRC34，抗磨损性能差，使用寿命低。在使 用中容易产生塑性流变，衬板与筒体园周面反翘曲，当反向翘曲力大 于固紧螺钉的抗拉强度，致使螺钉被拉断，衬板离开筒体而掉下。再 者，产生塑性流变后经使用后的衬板与紧固螺钉粘结在一起，拆损衬 板十分困难。因此水泥球磨机不用ZG100Mn13及ZG120Mn13了，对 ZG120Mn13Cr2及ZG120Mn17Cr2也很少用，几乎都是用合金钢与抗 磨的铸铁材料。
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• 比重 是指20℃时淬火油与4℃时的水在相同体积下重量之 比。水的重度为1T/m3，故油的比重在数值上是和重度相等 的。 • 粘度 是流体相对运动时所引起的内摩擦力，它表示油在淬 火过程中的流动性。在此用运动粘度表示，运动粘度小，则 流动性好。单位用厘沲。（粘度有三种：动力粘度、运动粘 度与恩氏粘度） • 闪点： 在常压下油蒸汽与空气的混合物在靠近火焰闪出火 花并立即熄灭的最低温度称为闪点。闪点表征油的易燃程度 而不是燃点，以判断发生火焰的可能性和确定防火等级。
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• 淬火介质：地下水或自来水，要求清净。淬火池容纳水量为淬火装炉 量加吊具总量的10倍至18倍。而且要求水能循环冷却。淬火水池水温 淬火时不超过50℃。淬火方式：仍不能用翻车式台车电阻炉将衬板翻 入水中，仍要用吊盘式淬火或吊捆式淬火。 • 1.4、耐磨钢ZG50Cr5Mo、ZG60Cr5Mo及抗磨白口铸铁部分牌号 • 耐磨钢ZG50Cr5Mo、ZG60Cr5Mo及抗磨白口铸铁部分牌号在水泥磨 机中按球磨机直径大小、衬板形状结构以及工况条件选用制做衬板。 耐磨钢ZG50Cr5Mo、ZG60Cr5Mo的化学成分及化学性能见表9。抗磨 白口铸铁件部分化学成分及表面硬度见表10。铬锰钨系抗磨铸铁牌号 及化学成分见表11。
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• 凝固点 油在丧失流动状态时的温度叫做凝固点。淬火油不 能在凝固点以下使用，在热处理车间温度应在油的凝固点以 上。 • 机械杂质、灰分、水分 这些大部分是在运输过程中带入的。 机械杂质应采用过滤器过滤掉。水分应尽可能少，它能造成 的淬火过程硬度不均，水分控制在2%以下。 • 燃点 在一个大气压下，油蒸气与空气的混合物遇到火焰着 火并继续燃烧的最低温度叫燃点。 • 自燃点 不用引火而油自行着火的最低温度叫自燃点。一般 油的自燃点均在200℃以上。
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• 1984年原建材部科技司对水泥装备的开发项目中单列了球 磨机衬板专项，向中国建材机械联合公司安排后下达给唐 山水泥机械厂攻关任务。并邀请日产4000t水泥的河北冀东 水泥厂参加针对该厂φ4.5m×15.11m水泥磨筒体为攻关目 标。唐山水泥机械厂王定祥担任组长，由冶炼、铸造、热 处理工程师贾存玉等4人，冀东水泥厂派工程技术人员李勇 涛等5人，一共10人组成攻关小组，并邀请中国农业机械化 化学科学研究院周平安教授级高工及北京钢铁研究总院王 洪发教授级高工技术顾问参加研制工作。
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• 热处理设备：淬火加热设备为罩式台车电阻炉、台车电阻炉、煤气台 车炉。回火设备为回火台车电阻炉或大型井式回火电阻炉。 • 淬火介质：该类牌号铸件可以淬油也可以采用其它水溶性淬火介质， 采用MS点控温淬火法。在不采用淬油或不用其它水溶性淬火介质时， 简明、快捷、实用的就是用吹风喷雾冷却床装置。采用吹风喷雾冷却 床装置在冬天冷却床处温度≤0℃，则对抗磨白口铸铁件及铬锰钨系抗 磨铸铁件在冷却床上空冷，在0℃以上至17℃则采用吹风而不喷雾，在 18-42℃之间采用喷雾，随着气温的增加喷雾量加大甚至如象下小雨， 在淬火ห้องสมุดไป่ตู้度喷雾至300-450℃停水不停风，吹风至200℃停风空冷。吹 风喷雾冷却时间大约20-40分钟，吹风喷雾装置及过程见图16、图17、 图18、图19、图20、图21及图22。
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• 实践证明BTMCr12-DT衬板的研制是成功的。 BTMCr12-DT与CIX-ZL钢对于试验的ф4.5×15.11m 水泥磨第二仓分级衬板在筒体内情形见图23，这是 螺旋弧面凸棱分级衬板。图23中标示日本字样为 CIX-2L钢衬板，未标示“日本”字样的数字为 BTMCr12-DT衬板。在图中可见分级衬板之“凸 棱”，象是步枪膛中的“莱福线”，此由一种尺寸 之分级衬板组成。ф4.5×15.11m第二仓分级衬板见 图24。日本衬板CIX-2L钢的化学成分,力学性能与金 相组织见表14。
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• 选用四台风机可供6-8吨铸件吹风喷雾淬火用。参考 喷雾进水量120kg/台时，参考化雾水量44kg/台时。 冷却床尺寸：3000mm×5000mm。 • 2.5、高铬白口铸铁磨机衬板应用实例 BTMCr12DT衬板在ф4.5m大型水泥磨机磨机应用实例； BTMCr12-DT是笔者在唐山水泥机械厂工作期间的 1985年主持研制的高铬白口铸铁新品种， BTMCr12-DT化学成分力学性能与金相组织见表13。
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• 5）、马氏体控温淬火法 • 铸件在淬火介质中如油、水以及有机淬火介质中淬火冷却时，一般由 奥氏体在马氏体开始转变点MS转变为马氏体时，由于冷却速度较快， 奥氏体马转变为马氏体时的组织应力很大，晶格发生畸变以及位错密 度增加太快导致转变应力大于晶格间结合力而发生断裂。因此要对在 这些淬火介质对奥氏体转变为马氏体的速度进行人工干预，控制马氏 体转变速度，防止开裂，即在该钢种在马氏体转变点附近从淬火介质 中人工移出到空气中冷却，以达到淬火提高力学性能的目标而又不开 列的效果。在油中淬火需要采用马氏体控温淬火法。
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• ZG42Cr2Si2MnMoRE钢衬板于1985年5月16日部 分装机于河北省冀东水泥厂4.5×15.11m球磨机第 一仓与日本KX601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2620小时对磨耗进行测定，该衬板的磨 耗量为1.57克/吨水泥，而日本衬板的磨耗量为2.5 克/吨水泥，。在1998年12月1日经磨损失效换下， 使用十三年，实际运转96360小时（十一年），在 运转期间无断裂。
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• 概述 • 衬板是球磨机筒体和进出口料端盖的保护板。球磨机是水泥建材、冶金矿山、 水利电力、化工、煤炭的主要粉磨设备，简称磨机。它是一个两端带有支承 装置的圆筒体，内装研磨体（又称研磨介质）和被磨的物料（如石灰石、矿 石或煤等），其总装入量为筒体有效容积的25-45%。筒体绕水平的中心轴 线回转，筒体内的研磨体和物料在离心力和摩擦力作用下被筒体衬板提升到 一定的高度，然后脱离筒体瀑泻或抛落，物料循环地在筒体内运动受到研磨 体不断地冲击、辊轧挤压和研磨作用而粉碎成为一定粒度要求的产品。物料 从筒体一端的空心轴进入，而粉磨后的产品经筒体另一端空心轴排出。筒体 内物料的移动是给予压力来实现。筒体能够回转是由电机带动减速机，减速 机传动筒体上的大齿轮实现的。干法磨时物料排出筒体被输送出去。温法磨 时，物料被水流带走。球磨机的一般构造见图1。
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• 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4米以上水泥磨第一仓工况要求，填补了国内空白， 国内领先，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。 • 经过二十多年对大型球磨机衬板在全国推广应用证明，该 材质耐磨性能优异，生产成本低廉、制造成熟，使用性能 可靠，经济效益和社会效益显著。在大型水泥球磨机衬板 百分之八十用此材料。系我国第一个球磨机衬板材料发明 专利。
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球磨机衬板材质的选择 及热处理工艺
王定祥 青岛市机械研究所
湖北 谷城 2014年7月26日-7月28日
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王定祥简介：青岛市机械研究所教授级高级工程师。湖南长沙人。1961年毕 业于华中科技大学金属材料热处理专业。科中科技大学青岛校友会名誉会长。 曾任唐山水泥机械厂主任工程师。现为《钢铁耐磨材料产业技术创新战略联 盟》专家委员会专家；担任中国金属学会耐磨材料学术委员会委员从1984年 开始任职28年被聘为特邀委员；担任中国机械工程学会磨损失效及抗磨技术 委员会委员在1984年开始任职24年被聘为荣誉委员。擅长耐磨材料新产品实 体生产技术有：各类磨机衬板（湿法磨、干法磨、立磨）磨球；锤式破碎机 双液双金属锤头、机械复合锤头、耐磨棒锤头；反击破碎机板锤；挖掘机斗 齿；园锤破碎机圆锥体；耐磨耐热耐蚀件；钢铁耐磨材料热处理新设备及热 处理新工艺等等。
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• 2、冶金矿山球磨机衬板 • 铁矿、铜矿、金矿、钼矿、铝矿等冶金矿山球磨机系湿法球 磨机衬板，湿法球磨机内对矿石粉磨过程加水形成料浆，而 矿山的成分含有酸性成分或碱性成分，虽然还可能将料浆兑 成中性，然而其粉磨过程对衬板的腐蚀极大。再者矿石的硬 度差别也极大，矿石的硬度以普氏硬度f表示在f＝8极f＝22 之间几乎为3倍左右，因此反映在耐磨性上差别也大。在湿 法球磨机衬板方面应用高锰钢较多，高锰钢显微组织是奥氏 体，主要原因是奥氏体抗腐蚀性较好。而矿石硬度较高，而 显微组织奥氏体对低抗高硬度的物料比较适应。
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• 1.1、ZG42Cr2Si2MnMoRE钢 • 中合金变质耐磨铸钢ZG42Cr2Si2MnMoRE钢是唐山水泥机 械厂研究成功的一大型球磨机衬板钢。中合金变质耐磨铸 钢获国家发明专利，专利号为87103727，第一发明人王定 祥。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》为大型球磨机衬板材质 的选定与推广材质。该发明专利荣获河北省发明智慧奖、 该产品荣获唐山市新产品奖、河北省新产品奖和全国铸造 产品《金鼎奖》。2010年11月在广州审查通过的“耐磨钢 铸件”国家标准中ZG42Cr2Si2MnMo钢即此钢种。
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• 1、水泥球磨机衬板： • 水泥球磨机曾用高锰钢（奥氏体锰钢）ZG100Mn13、ZG120Mn13较 多，初始硬度HRC20，在实际的使用工况条件下造成的加工硬化作用 不充分，磨损后硬度化为HRC34，抗磨损性能差，使用寿命低。在使 用中容易产生塑性流变，衬板与筒体园周面反翘曲，当反向翘曲力大 于固紧螺钉的抗拉强度，致使螺钉被拉断，衬板离开筒体而掉下。再 者，产生塑性流变后经使用后的衬板与紧固螺钉粘结在一起，拆损衬 板十分困难。因此水泥球磨机不用ZG100Mn13及ZG120Mn13了，对 ZG120Mn13Cr2及ZG120Mn17Cr2也很少用，几乎都是用合金钢与抗 磨的铸铁材料。
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• 比重 是指20℃时淬火油与4℃时的水在相同体积下重量之 比。水的重度为1T/m3，故油的比重在数值上是和重度相等 的。 • 粘度 是流体相对运动时所引起的内摩擦力，它表示油在淬 火过程中的流动性。在此用运动粘度表示，运动粘度小，则 流动性好。单位用厘沲。（粘度有三种：动力粘度、运动粘 度与恩氏粘度） • 闪点： 在常压下油蒸汽与空气的混合物在靠近火焰闪出火 花并立即熄灭的最低温度称为闪点。闪点表征油的易燃程度 而不是燃点，以判断发生火焰的可能性和确定防火等级。
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• 淬火介质：地下水或自来水，要求清净。淬火池容纳水量为淬火装炉 量加吊具总量的10倍至18倍。而且要求水能循环冷却。淬火水池水温 淬火时不超过50℃。淬火方式：仍不能用翻车式台车电阻炉将衬板翻 入水中，仍要用吊盘式淬火或吊捆式淬火。 • 1.4、耐磨钢ZG50Cr5Mo、ZG60Cr5Mo及抗磨白口铸铁部分牌号 • 耐磨钢ZG50Cr5Mo、ZG60Cr5Mo及抗磨白口铸铁部分牌号在水泥磨 机中按球磨机直径大小、衬板形状结构以及工况条件选用制做衬板。 耐磨钢ZG50Cr5Mo、ZG60Cr5Mo的化学成分及化学性能见表9。抗磨 白口铸铁件部分化学成分及表面硬度见表10。铬锰钨系抗磨铸铁牌号 及化学成分见表11。
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• 凝固点 油在丧失流动状态时的温度叫做凝固点。淬火油不 能在凝固点以下使用，在热处理车间温度应在油的凝固点以 上。 • 机械杂质、灰分、水分 这些大部分是在运输过程中带入的。 机械杂质应采用过滤器过滤掉。水分应尽可能少，它能造成 的淬火过程硬度不均，水分控制在2%以下。 • 燃点 在一个大气压下，油蒸气与空气的混合物遇到火焰着 火并继续燃烧的最低温度叫燃点。 • 自燃点 不用引火而油自行着火的最低温度叫自燃点。一般 油的自燃点均在200℃以上。
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• 1984年原建材部科技司对水泥装备的开发项目中单列了球 磨机衬板专项，向中国建材机械联合公司安排后下达给唐 山水泥机械厂攻关任务。并邀请日产4000t水泥的河北冀东 水泥厂参加针对该厂φ4.5m×15.11m水泥磨筒体为攻关目 标。唐山水泥机械厂王定祥担任组长，由冶炼、铸造、热 处理工程师贾存玉等4人，冀东水泥厂派工程技术人员李勇 涛等5人，一共10人组成攻关小组，并邀请中国农业机械化 化学科学研究院周平安教授级高工及北京钢铁研究总院王 洪发教授级高工技术顾问参加研制工作。
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• 热处理设备：淬火加热设备为罩式台车电阻炉、台车电阻炉、煤气台 车炉。回火设备为回火台车电阻炉或大型井式回火电阻炉。 • 淬火介质：该类牌号铸件可以淬油也可以采用其它水溶性淬火介质， 采用MS点控温淬火法。在不采用淬油或不用其它水溶性淬火介质时， 简明、快捷、实用的就是用吹风喷雾冷却床装置。采用吹风喷雾冷却 床装置在冬天冷却床处温度≤0℃，则对抗磨白口铸铁件及铬锰钨系抗 磨铸铁件在冷却床上空冷，在0℃以上至17℃则采用吹风而不喷雾，在 18-42℃之间采用喷雾，随着气温的增加喷雾量加大甚至如象下小雨， 在淬火ห้องสมุดไป่ตู้度喷雾至300-450℃停水不停风，吹风至200℃停风空冷。吹 风喷雾冷却时间大约20-40分钟，吹风喷雾装置及过程见图16、图17、 图18、图19、图20、图21及图22。