矿用球磨机双金属复合铸造衬板的研究解析

摘 要 矿用球磨机双金属用来保护球磨机筒体，使得研磨和物料能够避免直接冲击，而这种冲击会产生一定的摩擦，从而破坏零件。到目前为止，我国在大型球磨机衬板上使用的材料常伟高锰钢材质，这种材质虽然有很好的韧性，但是其不耐磨，达不到合适的强度要求。在使用过程中，也容易发生变形的情况，使得磨机衬板容易发生脱落，而脱落的原因是螺栓拉断。没有办法同那些具有较高硬度或者耐磨性的高铬铸铁磨球进行配合使用。而高铬铸铁磨球则具有很大的优势，其中具有很高的抗磨性，这种抗磨性使得工件使用的时间能够大大增强。但是，与此同时，由于高铬铸铁的脆性比较大，这种脆性大的特征，使得铬铸铁在承受压力时，容易发生断裂的现象，从而使得韧性十分不足。笔者对矿用球磨机双金属复合铸造衬板进行研究。

关键词 矿用；磨机；双金属；复合铸造

中图分类号：TG249 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0141-02

矿用球磨机在研磨物料的过程中，会出现很多液体，这些液体使得衬板在磨损时，容易发生腐蚀、气蚀以及磨损等情况，使得寿命十分短暂。而在这过程中，由于磨球直径较大，使得衬板的冲击力也比较大，从而容易发生破碎。目前为止，我国球磨机衬板，常用的材料是高锰钢。虽然这种韧性比较好，但是这种材料在耐磨性上则表现比较差，同时屈服强度也比较低。这种情况，使得变形容易发生。因此高铬铸铁容易发生各种变形情况，使得整个冲击韧性较差，破裂情况也十分严重。

1 矿用球磨机双金属复合铸造衬板失效形式

山、建材以及电力行业等。使用磨机的过程中，衬板会因为同研磨介质，从而产生一种摩擦，这种摩擦，会对设备产生十分大的消耗量。磨机衬板根据不同的工作场所，以及不同的工况条件，在作业过程中，产品的使用寿命与衬板的失效情况也会不一样。同时，这种衬板材料，虽然能够普遍适用于干式磨机上，但是如果在湿磨条件下，将会更容易被磨损掉。此时，在正常情况下，衬板由于失效，会形成各种磨损、断裂以及变形等。为了方便衬板进行使用，要求衬板具有的耐磨性与韧性都达到一定要求。

要对球磨机的转速进行设计，此时需要筒体内的磨球，能够被带到一定的高度之后，处于一种失控状态，最终呈抛物线轨迹，达到自由下落的目的。在底脚区，磨球会发生抛落与泄落现象，此时会产生比较大的冲击力，这种冲击力使得磨球在碰撞过程中，受到破碎，从而形成矿粒。同时，还会受到其他因素的影响，比如受到磨球和物料的约束，在磨球与磨球之间，磨球与物料之间，从而进行碰撞。衬板受到作用力的冲击之后，衬板与物料会因为滑动，同时磨球在其中进行滚动，产生一种研磨。当衬板受到各种冲击之后，不停的冲击，使得衬板会发生各种断裂情况。而在衬板的表面，也会因为矿粒而产生一定的碾压，这种情况使得塑性发生变形，由于衬板的表面会受到矿料的压力，这种压力使得塑性发生变形。如果塑变发生比较多之后，塑性则会达到一定的程度，从而形成金属表层材料，材料的表面会因为疲劳裂纹而产生脱落现象，材料金属表面发生脱离情况，当报废情况发生之后，硬度比较低，这种低硬度表面的衬板使得表面产生较深的滑痕。沟槽也比较深，此时边缘也容易发生变形的情况。这种硬度比较高的衬板，因为表面光滑，不会发生塑性变形情况。当磨球受到离心作用力时，会发生上升，这种上升使得磨球、矿料以及衬板之间产生一种滚动，这种滚动与滑动使得整个运动过程有效进行。衬板在进行微切割时，会产生一种作用，这种作用使得衬板的表面会发生切削磨损。这种金属湿式磨球机，会产生矿浆，这种矿浆会发生腐蚀作用，腐蚀作用使得衬板的磨损更为严重。

2 矿用球磨机双金属复合铸造衬板的材质要求

球磨机衬板主要是用于耐磨钢制造过程中，这种高锰钢会处于一种低应力，在加工过程中，由于硬化不足，使得耐腐蚀性比较差，从而导致硬化效果不够好。耐磨性能达不到要求，在球磨机运行过程中，容易发生故障。国内外，近些年来，在研制过程中，会产生各种高锰钢、中碳合金钢，这些材料都使得材质衬板等问题发生，因此湿式磨机在使用过程中，会有各种不同的材质衬板，并且会出现很多使用效果不理想的情况。其中最为主要的表现便是寿面比较短暂。

为了能够在冶金矿山恶劣情况下，得到使用，需要研制出一种性能很好，并且使用成本较少的材料，这些材料能够替代高锰钢。所以，要延长衬板的使用寿命，需要不断减少衬板的损耗，成为了人们十分关心的问题。

近些年来，人们也一直在寻找一种金属型与非金属型的衬板，这类衬板具有很高的耐磨性能。在其中，金属型衬板慢慢变成了一种能够普遍使用在矿业中的磨机衬板。它们具有多种分类，这些分类为锰钢、高铬合金铸铁以及硬镍合金铸铁等。虽然到目前为止，它们具有一定的先进性，但是还存在很多其他问题，比如费用比较高、使用周期比较短等。

组织要求合适的材料，是否具有良好的性能，要在组织合理的情况下才能实现，不管针对的是哪种耐磨件，都是如此，如常用的材料，马尔贝氏体、奥氏体，贝氏体，珠光体等。在不同的硬度水平之下，组织的耐磨性会因为硬度大而增大。而奥氏体、贝氏体在耐磨性方面则远远高于珠光体和马氏体。除此以外，不同组织之间的含金量以及含碳量存在很多不同之处，此时耐磨性也发生了比较大的变化。生产过程中，由于马氏体组织的硬度比较高，其耐磨性也相对比较容易获得，因此在使用过程中，应当保证一定硬度。那么从硬度角度来说，贝氏体组织具有比较高的耐磨性，尤其相对于马氏体组织来说。单一奥氏体组织材料，由于高锰钢是主要代表，这种代表虽然具有比较高的硬度，但是如果属于一种高能冲击，这种磨损情况将会使得加工硬度，能够符合比较高的表面硬度。所以如果处于高冲击情况，这种工况将会比较难获得，但仍然不能够使表面，发生加工硬化情况，同时耐磨情况也不容易发生。该理论在工程实践中，也被证实。

3 矿用球磨机双金属复合铸造衬板性能要求

矿用球磨机双金属复合铸造衬板需要具有较高的硬度，具备优良的韧性，同时还要对其淬透性优良进行选择，良好的工艺性能，同时对经济与工业生产也提出了要求。endprint

3.1 硬度比较高

针对奥氏体化后，在淬火过程中，由于钢能够在获得马氏体能力时，在特定的条件下，大小可以用经由淬火获得淬透层深度进行表示。在实际过程中，这种性能需要对淬火后组织均匀性的指标进行衡量。磨料磨损工况条件比较好时，为了能够保证整体组织成为一种比较理想的组织，这种淬透性也十分重要。

3.2 经济与工业生产可行性

解析矿用球磨机双金属复合铸造衬板的研究过程中，要从两个方面进行考虑，一方面是耐磨件要在一定情况下对工况条件进行满足，要尽量降低所生产的成本。从另一个角度来说，还要注重考虑使用单位在经济上的效益，这种效益应当注重提高耐磨件的使用寿命，此外还要对材料性能的提高，以及耐磨件失效的减少，在某种程度上来说，都反映了材料的耐磨性。总而言之，在其他条件一致的情况下，材料的硬度也都越来越高，使得这种耐磨性也十分好。不少学者认为，材料的耐磨性，以及材料与磨料之间的耐磨性，之间的硬度比值为Hm/Ha。当Hm/Ha<0.8时，材料表现为硬磨料磨损。在此种情况下，要保证材料的耐磨性，应当根据Hm/Ha 值不断增加，当Hm/Ha>0.8时，这种软磨料发生磨损情况时，这种材料耐磨性也会随着Hm/Ha 的比值变化而变化。唯有当Hm/Ha>1.3时，这种硬度不仅能够得到提高，还能使得材料在使用过程中，发生的疲劳裂纹，以及宏观剥落等情况发生，整体耐磨性减少。但是在材料使用过程中，如果能够保证材料的韧性，使疲劳、剥落等情况时有发生，则会导致硬度越来越高，从而达到耐磨的效果。

3.3 良好的韧性

如果衬板耐磨件是在磨料磨损工况下进行的，那么就应当将韧性作为一项十分重要的性能指标，在很大程度上，决定了工件的使用寿命，如果韧性比较好，那么工件在使用过程中，宏观断裂以及宏观失效的情况也就比较少。从另一个角度来说，还能够使得材料断裂机制受到抑制，从而抑制材料断裂。在具体案例中，应当根据相应的情况，比如工况条件，提出要求，在整个过程中，应当不能够低于10 J/cm。十分值得注意的是，对于球磨机衬板这种类型的耐磨件，当其处于运动中时，可以从两个方面进行考虑，一是由于物料是处于磨球和衬板之间，因此会有稍许的缓冲作用，因此，钢板和衬板几乎不会发生直接碰撞，在衬板的表面也会因为冲击力比较大，或者冲击力比较直接，这种冲击力也使得整个特大型球磨机，不能够达到足够硬化的程度。从另一个角度来说，球磨机一般其衬板的尺寸较大，所以在受到充分硬化之后，容易产生应力集中，从而发生宏观断裂的情况。这些情况的发生，使得衬板本身也存在很多的缺陷，如果此时通过热处理，或者安装应力也时常发生。按照不少学者的观点，则认为应当在实验的基础之上，对磨损机制进行考虑，针对冲击韧性值对大型球磨机衬板的耐磨材料进行分析，此时需要保证其冲击韧性值应当为10 J/cm。

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作者简介

李维强，男，汉族，福建上杭人，现任职于紫金矿业集团股份有限公司。endprint