CN1020760C - 高强度低合金白口铸铁磨球及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于粉磨矿石物料的高强度低合金白口铸铁磨球，其化学组成成分是(重量%)：C1.8-4.1、Si0.2-2.0、Mn0.3-2.5、C0.5-10、Mo0.1-1.5、Cu0.1-1.2、W0.1-1.0、V0-1.0、Ti0-1.2其余为Fe。本发明磨球利用冲天炉便可生产，采用金属型铸造，磨球强度高、韧性好、耐磨性优良，使用中不破碎不失圆，干磨球耗率＜100克/吨水泥，湿磨球耗率500-900克/吨矿石，适用于冶金选矿、建材、电力、化工等行业各类球磨机，是目前替代锻钢球和中锰球的理想研磨体。

Description

本发明属于各类球磨机粉磨物料用磨球及其制造方法，特别是铁基合金白口铸铁磨球及其制造方法。

目前用于冶金选矿、建材、电力、化工等行业各类球磨机粉磨矿石物料所使用的研磨体一般是普通锻钢磨球和中锰磨球，由于其材质和制造工艺的落后，致使磨球耐磨性差，早期变形，破碎率高，因而远远不能满足工业生产的要求。中国专利公报中公开了一种专利号为CN88107653.8，名称为低碳低铬合金白口铸铁球，其材质因是低碳低铬合金钢材料，故耐磨性较差;磨球的性能与其铸造工艺的先进性密切相关，该文献中没有说明其铸造工艺方法，在US-3367770、SU-448248、昭60-200950A和机械工业出版社1984·4铸铁手册（第330页）文献中涉及的均是一种含铬、镍的合金材料，不是用来制造磨球的，而且这些材质也不适于制造研磨体。

本发明的目的之一是提供一种高强度合金白口铸铁磨球的化学组成分。

本发明的目的之二是提供一种高强度合金白口铸铁磨球的制造方法。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

本发明磨球的化学组成成分是（重量%）：

C    2.1%    Si    0.5%    Mn    0.6%

Cr    2.5%    Mo    0.2%    W    0.2%

V    0.3%    Ti    0.3%    Cu    0.3%

P    0.03%    S    0.05%

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

本发明磨球的化学组成成分还可以是（重量%）：

C    3.6%    Si    1.29%

Mn    1.0%    Cr    5.0%

Mo    1.1%    Cu    0.8%

W    0.6%    V    0.8%

Ti    0.5%    P    0.08%

S    0.07%

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

本发明磨球用冲天炉即可生产，其制造工艺步骤是：

①将生铁、废钢、铬铁、锰铁、钨铁、硅铁混合加热熔化;

②温度升至1500-1550℃时加入脱氧剂铝，而后出炉浇注;

③用金属型铸造，浇注温度为1380-1420℃;

④浇注5-10分钟后开箱，铸球脱模，打掉浇冒口，清理残根、毛刺;

⑤磨球在200-260℃温度下进行低温时效处理，保温2-4小时，然后空气冷却。

合金材质的性能与其化学组成成分的合理选择有直接关系。本发明的化学成分选择是这样设计的：

碳：碳与合金元素铬和铁形成碳化物（Fe·Cr）₃C，含碳量高，组织中碳化物数量高，基体的硬度高，而磨性好。若含量超过4.1%，使材质变得硬而脆，使其强度和韧性降低。为了保证磨球有较高的强度和冲击韧性，并且含有一定数量的碳化物，以提高耐磨性，碳的含量控制在1.8-4.1%为宜。

硅：硅是降低淬透性的元素，并具有一定的脱氧作用。含硅量高，有利于屈氏体组织的形成，硬度和耐磨性也可以增加，但当硅量过高时不利于细化组织，韧性也明显下降，因此硅量控制在0.2- 2.0%为宜。

锰：锰是提高淬透性的元素，有利于细化珠光体组织，对碳化物的形成也起作用。锰的含量过高使组织中出现锰奥氏体，锰奥氏体磨球在使用中加工硬化效果较差，远比不上铬奥氏体磨球，因此锰控制在0.3-2.5%为宜。

铬：铬是碳化物形成元素，并决定碳化物的类型，同时为了改变材质的结晶特性，使合金液体完全按介稳定系统结晶，必须加入足够高的铬量，以强化磨球基体和形成合金碳化物，进而提高强度和耐磨性，因此铬量控制在0.5-10%为宜。

钼和铜：因铬大部分进入碳化物，使基体中的铬的含量较低，不利于得到极细的组织结构，因而加入一定量的钼和铜熔入基体，以提高材质的淬透性，加入量钼为0.1-1.5%、铜为0.1-1.2%为宜。

钨、钒和钛：钒、钛是生铁中自然带入的，不足部分须添加适量，属微量合金元素。钨、钒和钛是强碳化物元素，它们的联合作用能够使高温奥氏体向更细的组织结构转变，以提高基体对碳化物的镶嵌能力，提高耐磨性。因为有钨，不加入钒和钛也可以，因此选钨为0.1-1.0%、钒为0-1.0%、钛为0-1.2%为宜。

不可避免的微量杂质是原料中带入的，其中有磷和硫，均是有害元素，其含量越低越好。为了保证磨球的硬度及耐磨性，我们将磷和硫的含量控制在0.15%以下。

附图说明如下：

图1为本发明φ40磨球的硬度（HRC）及其分布图;

图2为本发明φ60磨球的硬度（HRC）及其分布图;

图3为本发明φ80磨球的硬度（HRC）及其分布图;

图4为本发明φ100磨球的硬度（HRC）及其分布图;

图5为本发明φ100磨球金相组织（光学显微镜照片放大620倍）。

图6为本发明φ100磨球金相组织（透视电镜照片放大5000倍）。

从图片可以看出本发明磨球的铸态金相组织为屈氏体十共晶碳化物。

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：

1、配料：各种物料的用量（重量%）

钒钛生铁    12    废钢    80

高碳铬铁    5    锰铁    1.5

钼铁    0.5    硅铁    0.5

钨铁    0.5    铜    0.3

脱氧剂铝占铁水重量的0.1%。

2、熔炼：用冲天炉生产，批料为100公斤，加料40批。

①将12公斤的钒、钛生铁、80公斤的废钢、5公斤的铬铁、0.5公斤的钼铁、0.5公斤的钨铁、1.5公斤的锰铁、0.5公斤的硅铁混合为一批料，装入炉中加热熔化;

②当温度升至1520℃出铁水后，加入0.3公斤的铜和 0.1公斤的铝作脱氧剂，然后出炉浇注;

③用金属型铸造，浇注温度为1400℃;

④浇注6分钟后打箱，铸出的磨球脱模，打掉浇冒口、清理残根、毛刺;

⑤磨球放入时效炉中，在230℃时恒温3小时，取出磨球空气冷却，即制得2000公斤磨球。

从磨球上取样进行化学分析，其成分如下（重量%）：

C2.1%    Si    0.5%    Mn    0.6%

Cr2.5%    Mo    0.2%    W    0.2%

V    0.3%    Ti    0.3%    Cu    0.3%

P    0.03%    S    0.05%

其余为Fe。

取磨球试样切20mm厚的片测试，硬度值（HRC）及其分布如图1和图3所示。

取磨球试样测试材质的抗弯强度为350-500牛顿/毫米²。

实施例2：

1、配料：各种物料用量（重量%）

低牌号生铁    13.5    废钢    65

高碳铬铁    10    锰铁    2.5

钼铁    2.5    硅铁    1.5

钨铁    1.5    钒铁    1.5

钛铁    1.0    铜    1.0

脱氧剂铝占铁水重量的0.1%。

2、熔炼：用0.5吨的中频电炉

①将67.5公斤的生铁、325公斤的废钢、50公斤的铬铁、12.5公斤的钼铁、12.5公斤的锰铁、7.5公斤的硅铁、7.5公斤的钨铁、7.5公斤钒铁、5公斤的钛铁、5公斤的铜混合装入炉中熔化;

②当温度升至1550℃时加入0.5公斤的铝作脱氧剂，即刻出铁水，然后出炉浇注;

③用金属型铸造，浇注温度为1380℃;

④浇注8分钟后打箱，铸球脱模，打掉浇冒口，磨去浇口残根、毛刺;

⑤磨球放入时效炉中，在250℃时恒温4小时，取出磨球空气冷却，制得250公斤磨球。从磨球上取样进行化学分析，其成分如下（重量%）：

C    3.6%    Si    1.29%    Mn    1.0%

Cr    5%    Mo    1.1%    Cu    0.8%

W    0.6%    V    0.8%    Ti    0.5%

P    0.08%    S    0.07%

其余为Fe。

在磨球实体上切取20mm薄片测试硬度（HRC）及其分布如图2和图4所示。

取磨球试样测试材质的抗弯强度为342-409牛顿/毫米²。

取本发明磨球进行装机试验结果如下表：

项目    磨机规格    运转时间    球耗量    碎球率    注

磨球    （时）    （克/吨水泥）    %

φ60-φ100    φ2.2×13M    2150    86    ＜0.5    水泥磨机

φ60-φ120    φ1.5×3.0M    1500    800    ＜0.5    铁选矿

φ60-φ120    φ1.5×3.0M    2150    715    ＜0.5    铜选矿

本发明磨球与现有技术相比有如下优点：

本发明磨球适用于冶金选矿、建材、电力、化工等行业各类球磨机粉磨矿石物料，干、湿两种工况条件都能适用;强度高、韧性好、耐磨性优良;使用过程中不破碎、不失圆，使用性能明显优于锻钢球和中锰球;采用冲天炉即可生产，因而生产成本低，效益显著。

Claims (3)

1、一种用于粉磨矿石物料的高强度低合金白口铸铁磨球，其特征在于，磨球的化学组成(重量的百分数)如下：

C   2.1%   Si0.5%  Mn0.6%

Cr  2.5%   Mo0.2%  W0.2%

V   0.3%   Ti0.3%  Cu0.3%

P   0.03%  S0.05%

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

2、一种用于粉磨矿石物料的高强度低合金白口铸铁磨球，其特征在于，磨球的化学组成（重量的百分数）如下：

C  3.6%  Si  1.29%  Mn1.0%

Cr  5.0%  Mo1.1%  Cu  0.8%

W0.6%  V  0.8%  Ti0.5%

P  0.08%  S0.07%

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

3、如权利要求1或2所说的磨球制造方法，其特征在于，工艺步骤是：

①将生铁、废钢、铬铁、锰铁、钨铁、硅铁混合加热熔化;

②温度升至1500-1550℃时加入脱氧剂铝，而后也炉浇注;

③用金属型铸造，浇注温度为1380-1420℃;

④浇注5-10分钟后开箱，铸球脱模，打掉浇冒口，清理残根、毛刺;

⑤磨球在200-260℃温度下进行低温时效处理，保温2-4小时，然后空气冷却。

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