高铬铸铁磨球的生产工艺

方 斌（安徽理工大学，安徽淮南市 232000）

高铬铸铁磨球的生产工艺

方 斌（安徽理工大学，安徽淮南市 232000）

通过中频炉调整和配制高铬磨球合金成分，采用炉前稀土硅铁变质处理，磨球的冲击韧性可得到明显的改善，再经高温（960℃油淬）调质处理后，磨球韧性和耐磨性显著提高。实践表明，该种磨球单耗低（约58g/t煤），破碎率＜0.5%，使用寿命是低铬磨球的2.3倍。

高铬铸铁磨球；变质处理；热处理

球磨机是水泥、电力、矿山等行业研磨工序的主要设备，磨球是球磨机主要易损件之一。淮化集团公司热电厂先后使用过抗磨锻钢磨球、球墨铸铁磨球和低铬铸铁磨球。抗磨锻钢磨球具有不易破损的特点，但是耐磨性差，易失圆，球耗高。球墨铸铁磨球球化率波动较大，同时球的破碎率较高。低铬铸铁磨球性价比较好。但随着水泥等行业产能的迅速发展，对磨球的单耗要求更高，高铬铸铁磨球含有M7C3型共晶碳化物，具有良好的综合力学性能，可使磨球级配和磨内填充率保持长时间相对稳定，有利于磨机稳产、高产。但高铬铸铁磨球在实际生产中，如何处理好磨球硬度与韧性、淬透性与合金元素含量这两对矛盾一直是实际生产中未解决的难题，通常是硬度高则韧性低，破碎率高；合金元素含量高使淬透性提高，但成本增加[1]。为此，我们采用中频炉熔炼结合金属型铸造的工艺方法，严格控制化学成分、熔炼工艺、浇注温度和热处理工艺等参数，直接优化了磨球硬度与韧性、淬透性与合金元素含量之间关系，探索出优质、长寿命和低耗损的高铬铸铁磨球。

1 磨球化学成分的选择

1.1 碳 含碳量是决定高铬铸铁磨球中的碳化物和硬度的重要因素。含碳量越高，碳化物越多，硬度越高，耐磨性能就越好。但碳量过高碳化物粗大造成磨球的韧性差。我们根据磨球在热电厂的实际工作条件，将含碳量控制在2.2%～2.8%之间。

1.2 铬 铬含量主要决定碳化物类型并可以提高耐腐蚀磨损性。铬和碳的含量应保证使合金中有一定量的以M7C3（Cr，Fe）7C3）类型为主的碳化物，以获得高的耐磨性、硬度和冲击韧性。而高铬铸铁中碳化物类型、形态和分布主要由Cr/C决定：当Cr/C＞4时，共晶碳化物大多数呈M7C3型。

高铬铸铁磨球中共晶碳化物M7C3数量的F.Maratray回归方程计算公式：

由此可知：当含碳量相同时，铬含量越高，共晶碳化物的数量越多，高铬铸铁磨球硬度就越高。文献[2]认为碳化物数量在20%~30%范围内，耐磨性最好。但随着铬含量的提高，铁液的流动性降低，磨球冷裂倾向增大，韧性下降，磨球易破碎，同时铬属于贵金属，过多的增加铬造成磨球成本提高，综合各种因素考虑我们将铬含量控制在14%~16%。

1.3 稀土元素 可有效降低铁液中气体和有害杂质的含量，起到脱硫、除气、净化铁液作用，并可改善晶界状况，改善流动性提高韧性。因此在实际生产中用稀土进行变质处理，以提高高铬铸铁磨球的韧性。

1.4 硅和锰 硅降低淬透性，且易产生索氏体，影响高铬铸铁磨球的耐磨性，同时过高的硅含量会使其脆性趋势增加，因此一般控制硅含量在≤1%。锰是稳定奥氏体元素，带来大量的残余奥氏体，过高在磨球使用过程中，易导致表层剥落的疲劳磨损比率增加，生产中锰含量0.5%~0.8%。

1.5 钼和铜 钼能显著提高高铬铸铁磨球的淬透性，抑制珠光体的形成，从而改善耐磨性。加入铜能进一步提高淬透性，可以降低钼的含量。一般控制Mo和Cu分别为0.8%~1.0%和0.8%~1.2%。

综上所述，我们选定的Cr15高铬铸铁磨球的化学成分如表1。

表1 高铬铸铁磨球的化学成分（质量分数，%）

2 高铬铸铁磨球的生产工艺

2.1 铸型准备

采用冷却速度快的金属型模具浇注磨球，铸型选择中间冒口充型，保证顺序凝固，提高补缩效果，有效地控制磨球夹渣、气孔、缩孔和缩松等缺陷，磨球内部组织致密，工艺出品率高。

砂套采用透气性好的硅砂，在打制好砂套后，合箱前用带烟乙炔火焰烘烤上下型腔内表面，从而使金属型保持一定的温度，延长铸型寿命，同时提高磨球的表面质量。

2.2 高铬铸铁磨球熔炼工艺

在0.5t中频感应炉中对铁液进行熔炼，具体工艺要求如下：

（1）酸性炉衬 中频炉选用热稳定性较好、使用寿命较长的硅砂做炉衬。

（2）加料 先加入少量的铬铁和钼铁，再加入生铁、废钢和回炉料，待废钢等熔化后，最后加入经过加热的剩余铬铁。装填料时应遵循下紧上松原则，以利于塌料。

（3）熔炼温度 为防止铬和碳过度烧损以及缩短炉衬寿命，熔炼温度应控制在1460℃。

（4）脱氧处理 由于高铬铸铁熔炼温度高、时间长，铁液氧化比较严重，因此需要在出炉前进行脱氧。出炉前将温度提到1500℃，出铁前3~5min在炉中加入少量的锰铁和硅铁进行预脱氧，最后加入铝进行终脱氧。

（5）浇注和打箱 铁液加热到1500℃时即可出炉，浇包中加入1%稀土硅铁合金做冲入法变质处理。出铁液后迅速覆盖珍珠岩，铁液在包内应停留一段时间进行镇静，当温度为1400℃左右时浇注，浇注时应控制一定速度以利于废气逸出，并应连续浇满，防止产生冷隔和夹渣等铸造缺陷。待金属型冒口凝固后开箱落球，置于干燥地表自然冷却。

2.3 高铬铸铁磨球的热处理

热处理是生产高铬铸铁磨球质量的一个重要环节，通过热处理获得理想的金相组织和力学性能，以使磨球达到硬度和韧性的最佳配合。为获得马氏体组织，热处理采用高温淬火+回火工艺。通过全部采用油淬，解决高铬铸铁磨球风淬不硬、软点多、水淬易碎的问题。

实际生产中，我们采用RT-240-12台车电炉加热，阶段升温至Cr15磨球的最佳奥氏体化温度960~1000℃，保温120~180min，油冷。为消除应力，提高韧性并保持淬火后的高硬度和耐磨性，油冷后应及时进行回火，以减少了残余奥氏体，回火工艺为350~450℃，保温180~240min，出炉空冷。热处理后Cr15高铬铸铁磨球的金相组织为：回火马氏体（M回）+一次碳化物（K1）+二次碳化物（K2）+少量的残余奥氏体（A′）。硬度值≥58HRC，心部硬度与表面硬度差＜3HRC。

3 高铬铸铁磨球的生产应用

我们制作的高铬铸铁磨球2009年12月至2010年8月在淮化集团热电厂ø3.2m球磨机使用，停机开仓检查无明显破碎变形磨球，共生产煤25600t，球耗约58g/t，破碎率＜0.5%，使用效果良好。

[1] 徐雪霞，白秉哲.我国贝氏体耐磨铸钢的发展及应用.铸造技术，2008，29（7）：967-969.

[2] 王仲珏.浅析高铬白口铸铁磨球的铸态组织设计.机械，2004，31（8）：54-55.

Production Technology of the Grinding Ball of High Chromium Cast Iron

FANG Bin
（Anhui Science&Technology University，Huainan 232000，Anhui China）

Impact toughness of grinding ball could be obviously improved with MF furnace adjusting and preparation of high Cr grinding ball alloy and modification with RE ferrosilicon.High temperature adjustment of oil quench at 960℃can obviously increase both toughness and wear-resistance of grinding balls which have been proved in practice to be with lower energy consumption(58g per ton coal)and break rate＜0.5%while service life 2.3 times more than that of lower Cr ones.

Grinding ball of high chromium cast iron；Modification；Heat treatment

TG 251.2；

B

1006-9658（2011）01-2

2010－09－16

2010－141

方斌（1968-），男，高级工程师，主要从事耐磨材料方面研究工作