低铬磨球半自动化生产线工装的改造

毛蓉

（金堆城钼业集团有限公司机电修配厂，陕西华县 714 102）

低铬磨球半自动化生产线工装的改造

毛蓉

（金堆城钼业集团有限公司机电修配厂，陕西华县 714 102）

利用水冷法降低低铬磨球脱模后的表面温度，明显改善了磨球硬度，并结合冲击韧性和金相组织分析，得到了一种设备改造少、成本低，产品硬度高、组织均匀的低铬铸球半自动化生产线工装改造方法。

半自动化生产线；工装改造；硬度

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.00 8

0 引言

磨球是选矿、冶金、电力和化工等行业粉磨工序的主要易损件[1]。随着我国经济的快速发展，对磨球等耐磨材料的需求越来越大。市场的需要，催生出了各种各样材质不同、性能各异的磨球种类[2-3]。其中低铬铸铁磨球以明显的价格优势，在水泥、矿石等行业中得到广泛应用[4]。通过前期试验，我公司探索得到一种性能良好的低铬磨球成分配比，但在生产实践中发现，在现有半自动化生产工艺下，产品的硬度差别较大，不能稳定到达产品性能预期目标。

为解决这一问题，本文以半自动化磨球生产线为基础，提出一种工装改进设计，探索得到成本低、设备改造少、硬度高的低铬合金磨球生产工装改造方案。

表1 低铬合金磨球实验元素配比 %

1 方案设计及样品制备

1.1 试验方案设计

通过前期化学成分实验[4]，已经确定了理想的化学成分配比，详见表1。本文主要讨论在现有半自动化磨球生产线基础上，通过对磨球脱模时的工装改进，得到硬度较高，冲击韧性理想的低铬合金磨球。

理论研究表明，在上述化学成分配比的条件下，低铬合金磨球属于亚共晶白口铁，结晶过程中，先按匀晶转变结晶出初晶（或先共晶）奥氏体；温度降至1148 ℃左右时发生共晶转变，形成共晶奥氏体和渗碳体，即莱氏体；温度进一步降低，初晶奥氏体和共晶奥氏体均析出部分二次渗碳体，并随之全部转变为珠光体[5]。最终组织组成为：莱氏体+细针状珠光体+少量碳化物。珠光体是由铁素体和渗碳体组成的，渗碳体以细片状分散地分布在铁素体基体上，起到强化作用，对低铬合金磨球的硬度和强度都有贡献。莱氏体中渗碳体组织均有较高硬度，是提高磨球性能的关键，但由于渗碳体极脆，对冲击韧性影响较大，所以必须将渗碳体的数量控制在一个合理的范围内。

通过理论分析可以发现，要提高低铬合金磨球的硬度需适当提高莱氏体中渗碳体的含量，即在700 ℃～800 ℃后快速降温，使磨球在脱模后进行类似淬火的热处理过程，以提高表层渗碳体含量，达到提高硬度的作用。必须注意的是，决不能将低铬合金磨球直接进行淬火处理，以免出现裂纹，影响使用寿命。

由于场地限制，现有半自动化磨球生产线布局相对紧凑，不适合大型设备降温设备。因此，在实验中，拟设计一个水箱或风机来保证磨球退模后热量的快速转移，达到类似淬火的效果。

1.2 工装设计

根据理论分析和实际生产条件，为了保证实验效果，磨球开箱脱模温度需在600 ℃以上。在工装设计时，可以考虑使用导热性好的金属材料分别做盛球和盛水装置，保证热量通过辐射和热传递的方式顺利传递到水中，球箱和水箱体积比大于1∶10，同时球箱略高于水箱，以方便安装，具体装置图如图1所示。为了进一步提高导热速度，在水冷的基础上加风冷喷雾，即在生产线上加一台轴流风机，并人工加水雾，利用风速吹起小雾滴，使磨球表面空气快速冷却，增加磨球降温速率。

图1 工装示意图

2 现场试验

现场试验时，室温为28 ℃，整个试验过程中都处在轴流风机可达到的范围内。试验分为两组，系列1为水激冷，即主要利用水冷将磨球温度导出，现场图片如图2.a所示；系列2为水激冷+水雾，即在水冷的基础上，增加人工喷雾，通过轴流风机流动风速，快速降低球箱表面空气温度，加强磨球辐射热传导能力，现场图片如图2.b所示。

图2 试验现场

磨球脱模后，迅速取样，每组取两个平行样品记录取样时温度，并每隔5 min记录一次温度，计算降温速度。直至样品降温至250 ℃左右，记录结束。取110～120×20×20(mm)进行硬度、冲击韧性和金相组织性能分析。

3 实验结果与分析

3.1 冷却速度

根据实验设计要求，系列1出炉温度约650.3℃；冷却速率 11～13 ℃/min；系列 2出炉温度约696.1℃；冷却速率 13～23 ℃/min。

3.2 力学性能

为保证力学性能实验值的可靠性，实验中每组均取两个平行试样，测试结果如表3所示。从表2中可以看出，通过冷却处理的低铬合金磨球比一般低铬合金磨球的硬度和冲击韧性值均有明显提升。说明利用快速降温的方式提高磨球硬度的实验思路是正确的。同时，也可以系列2冷却速度高于系列1，但就硬度而言，没有明显改善。为简化生产实际中的设备投入，可以考虑单纯利用水激冷方式进行降温处理。

表2 力学性能一览表

3.3 金相组织

图3为系列1实验样品在4%硝酸酒精腐蚀下100×和500×金相照片。从中可以看出，样品组织均匀，无局部偏聚现象，无明显杂质，主要组织仍为：莱氏体+细针状珠光体+少量碳化物。可见水激冷没有明显改变低铬合金磨球的组织构成，只是提高了渗碳体组织的比例，达到提高硬度的目的。

图4为系列2实验样品在4%硝酸酒精腐蚀下100×和500×金相照片。从中可以看出，系列2与系列1样品组织基本一致，但在微观上通过破坏莱氏体网络状形态，增加了板条状碳化物的数量，局部出现断网状组织，使样品更好的吸收冲击功，提高冲击韧性。金相组织图片也佐证了力学性能的实验结果，即系列1与系列2硬度值相当，但系列2比系列1冲击韧性值略高。

图3 系列1实验样品金相照片

图4 系列2实验样品金相照片

通过上述实验分析，可以发现低铬合金磨球在脱模时快速降温对其硬度有明显提高作用，是降低磨矿单耗的有效措施。综合设备投入和实验效果，选用水激冷工装即可满足要求，无需喷雾。

4 结语

根据上述实验可知：

①低铬合金磨球脱模后，通过快速冷却的方式可以达到提高其硬度的目的；

②利用水作为冷却介质，在球箱周围增加水箱，不但经济易得，而且效果显著；

③为保证水激冷作用显著，需使球箱和水箱体积比大于1∶10，生产实时际应相应增加安全防护措施，杜绝安全隐患。

[1] 刘稳善,解培民,刘博.新型低铬铸铁磨球的研究[J].物理测试,200 7(5):20-23.

[2] 潘继勇.金属矿山磨球和衬板的优化设计研究[J].铸造,2013(3):209-221.

[3] 晁建兵,符寒光.低铬铸铁磨球的研究及应用[J].矿冶,200 4(4):54-56.

[4] 毛蓉,张萍.低成本新型耐磨铸球生产工艺研究与应用[J].中国铸造装备与技术, 2017(2):26-28.

[5] 崔忠圻,谭耀春.金属学与热处理[M].北京,机械工业出版社,200 7:113-119.

Tooling modif i cation of semi-automatic production line for low chrome cast ball

MAO Rong
(Jinduicheng Molybdenum Mining Group Co.,Ltd., Huaxian 714102, Shaanxi, China)

The effects of tooling modification of semi-automatic production line rapidly reduced the temperature of cast ball, by water-cooling, and hardness of low chrome cast ball is improved. The optimum tooling design is found though hardness test, impact toughness measurement and metallographic analysis. The experimental results show that, the tooling modification program for low chromium cast ball semi-automatic production line, is less equipment, low cost, and the productions are high hardness, and uniform microstructure.

semi-automatic production line; tooling modif i cation; hardness

T G 251+.2；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 25-03

2017-04-25

稿件编号:170 4-176 4

毛蓉(198 9—），女，工程师，主要从事耐磨材料研究和开发工作.