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1、百铸网,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,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,百铸网,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
2、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。,百铸网,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
3、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。,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,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
4、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。,百铸网,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
5、。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。,百铸网,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4.5m15.11m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
6、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。,百铸网,ZG42Cr2Si2MnMoRE钢衬板于1985年5月16日部分装机于河北省冀东水泥厂4.515.11m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。,
7、百铸网,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。,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百
8、铸网,百铸网,百铸网,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。,百铸网,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
9、 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。,百铸网,百铸网,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
10、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。,百铸网,百铸网,百铸网,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
11、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。,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,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
12、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，在淬火温度喷雾至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。,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,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：3000mm5000mm。 2.5、高铬白口铸铁磨机衬板应用实例 BTMCr12-DT衬板在4.5m大型水泥磨机
13、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。,百铸网,百铸网,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4.515.11m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。4.515.11m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。,百铸网,百铸网,百铸网,百铸网,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f8
