CN103350184B - 金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料及其制备方法 - Google Patents
金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料及其制备方法，涉及铬系白口铸铁磨球铸造技术领域。由下述重量配比的组分组成：硅溶胶100份，FeNb50-A或FeNb70铌铁粉2-10份，FeV80-A或FeV80-B钒铁粉2-10份，FeTi80-A钛铁粉2-5份，FeB16C1.0硼铁粉0.5-2份，FeNCr10-A氮化铬铁粉1-5份，锆英粉或石英粉5-10份，铸造用膨润土4-8份，质量浓度为2%-8%的CMC水溶液0.2-0.5份；铌铁粉、钒铁粉、钛铁粉、硼铁粉和氮化铬铁粉粒度不低于200目。本发明既可保护金属型，又具有孕育作用，可提高铬系白口铸铁磨球的硬度、冲击韧性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及铬系白口铸铁磨球铸造技术领域。
背景技术
建材、选矿、水泥、电力等行业广泛应用球磨机进行物料的研磨，而研磨最常用的介质就是磨球，每年的用量大约100万吨，相当巨大。
当球磨机工作时,磨球随着滚筒转动而上升和抛下,主要受到冲击和磨损,而磨损是以磨料磨损为主。因此要求磨球有一定的韧性、较好的耐磨性和较少的铸造缺陷。
磨球分为锻钢球和铸造球两大类，其中铸造球是主流。铸造球又分为各种合金铸铁球和合金铸钢球，其中铬系白口铸铁球应用较多。铬系白口铸铁磨球由金属型铸造(金属型铸造俗称硬模铸造，是用金属材料制造铸件，并在重力下将熔融金属浇入铸型获得铸件的工艺方法,由于一副金属型可以浇注几百次至几万次，故金属型铸造又称为永久型铸造)，并经适当的孕育处理和热处理可获得较满意的组织和耐磨性能。目前铸造生产中铁液孕育处理普遍采用浇注前孕育方式，这种孕育方式的突出缺点是易出现孕育衰退。型内孕育和涂料孕育能有效地抑制孕育衰退，目前对型内孕育的研究多停留在试验阶段，对孕育涂料研究则报道很少，这两种孕育方式在生产中应用非常少见。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料，既可保护金属型，提高金属型使用寿命，又具有孕育作用，而且是瞬时孕育，能有效地抑制孕育衰退,使铬系白口铸铁磨球硬度提高的同时保持一定的冲击韧性，使磨球不易破碎，并提高铬系白口铸铁磨球的耐磨性。
本发明所采取的技术方案是：一种金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料，由下述重量配比的组分组成：硅溶胶100份，FeNb50-A或FeNb70铌铁粉2-10份，FeV80-A或FeV80-B钒铁粉2-10份，FeTi80-A钛铁粉2-5份，FeB16C1.0硼铁粉0.5-2份，FeNCr10-A氮化铬铁粉1-5份，锆英粉或石英粉5-10份，铸造用膨润土4-8份，质量浓度为2%-8%的CMC（羧甲基纤维素钠）水溶液0.2-0.5份；所述铌铁粉、钒铁粉、钛铁粉、硼铁粉和氮化铬铁粉粒度不低于200目。
优选的，铌铁粉、钒铁粉、钛铁粉、硼铁粉和氮化铬铁粉粒度不低于325目。
优选的，铌铁粉为FeNb50-A，钒铁粉为FeV80-A。
金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料的制备方法，包括下述步骤：
（1）将FeNb50-A或FeNb70铌铁粉、FeV80-A或FeV80-B钒铁粉、FeTi80-A钛铁粉、FeB16C1.0硼铁粉和FeNCr10-A氮化铬铁粉破碎，过不低于200目的筛，得合金粉；
（2）按上述重量配比取FeNb50-A或FeNb70铌铁粉、FeV80-A或FeV80-B钒铁粉、FeTi80-A钛铁粉、FeB16C1.0硼铁粉和FeNCr10-A氮化铬铁粉以及锆英粉或石英粉、铸造用膨润土，搅拌成均匀粉料；
（3）在均匀粉料中加入100重量份的硅溶胶及质量浓度为2%-8%的CMC（羧甲基纤维素钠）水溶液0.2-0.5重量份，搅拌成胶状液即得到金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料。
优选的，步骤（1）中铌铁粉、钒铁粉、钛铁粉、硼铁粉和氮化铬铁粉破碎，过不低于325目的筛。
优选的，步骤（1）和步骤（2）中铌铁粉为FeNb50-A，钒铁粉为FeV80-A。
本发明孕育涂料所用铌铁粉可以是国标《GB/T 7737-2007 铌铁》中的FeNb50-A或FeNb70；钒铁粉可以是国标《GB/T 4139-2004 钒铁》中的FeV80-A或FeV80-B；钛铁粉可以是国标《GB/T 3282-2012 钛铁》中的FeTi80-A；硼铁粉可以是国标《GB/T 5682-1995硼铁》中的FeB16C1.0；氮化铬铁粉可以是国标《GB/T 5685-1985 氮化铬铁》中的FeNCr10-A；铸造用膨润土可以是国标《GB/T 20973-2007 膨润土》中铸造用膨润土的任一等级；硅溶胶可以是《HB 5346—1986熔模铸造用硅溶胶》中的任一牌号；锆英粉、石英粉、CMC（羧甲基纤维素钠）可以是本领域中适用的任一产品。
将上述制备好的涂料喷涂在金属型内壁，涂层1-2mm，干燥后合箱浇注金属液，进行磨球生产。
本发明中的各组分的功用机理为：
本发明孕育涂料中，铌与铁液中的碳化合形成NbC，其显微硬度为2500-3000Hv，是一种硬度很高、弥散分布的稳定碳化物，对于许多要求耐磨的铸铁来说是非常重要的硬质相，并且NbC尺寸极其细小，可作为晶核起到孕育作用，能有效抑制奥氏体的长大。本发明选用FeNb50-A或FeNb70铌铁粉主要是考虑其中的Si、Al等石墨化元素含量低，有利于保持磨球的高硬度。
氮有很强的代替碳的作用，能够有效增加一次碳化物的数量。随着含氮量的增加，氮原子在铁液中均匀分布，并在共晶碳化物的结晶前沿偏聚，减缓了方向性生长，形状更趋于粒状。碳化物的粒状化有利于防止裂纹扩展，从而提高材料的抗疲劳能力。因为氮的原子半径比铁的小得多，可作为间隙原子固溶于基体中，对高铬铸铁的基体起到固溶强化作用。本发明选用FeNCr10-A氮化铬铁粉的依据是碳含量高、含硅量低，有利于保持磨球的高硬度，并且价格低。
钛元素很活泼，钛与碳、氮形成的TiC、TiN熔点高，其质点在凝固过程中起外来晶核作用，细化铸态组织。TiC极为稳定，不易溶解，在热处理过程中阻碍奥氏体晶粒长大，从而细化晶粒。TiC的硬度高，为优良的耐磨质点。本发明选用FeTi80-A钛铁粉是考虑其中的Si、Al含量低，有利于保持磨球的高硬度。
钒和碳形成的初生碳化物，硬度很高约为2400 HV。而且形成一次碳化物，使基体中含碳量降低，提高Ms（马氏体转变的起始温度）点，使铸态容易获得马氏体组织。钒还能细化白口组织，减少粗大柱状晶组织。本发明选用FeV80-A或FeV80-B钒铁粉同样是考虑其中的Si、Al含量低，有利于保持磨球的高硬度。
含钒、钛的铸铁碳化物细化、间距减小、断续、均匀分布，硬度、韧性和耐磨性都有所提高。
硼能减少固溶体中碳的含量，使铁液中的碳的浓度增加，造成铁液中碳的原子集团数增多，从而使碳化物的结晶核心增多，有利于碳化物的细化。本发明选用FeB16C1.0硼铁粉主要是考虑其中的碳含量高，Si、Al含量低，有利于保持磨球的高硬度，并且价格低。
硅溶胶是孕育涂料中的粘结剂。孕育涂料中添加锆英粉或石英粉主要是利用它们的耐高温性能，保护金属铸型。添加铸造用膨润土和CMC（羧甲基纤维素钠）水溶液主要是为了改善涂料的悬浮性，同时也提高涂料的粘结强度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料具有双重作用，一是保护金属型，提高金属型使用寿命。二是具有孕育作用，而且是瞬时孕育，能有效地抑制孕育衰退。喷涂在铸型内壁的孕育涂料，一部分进入液态金属中起孕育作用，瞬间大量增加结晶核心，不仅增加坚硬的碳化物数量，而且使其呈细小颗粒状弥散分布，使磨球硬度提高的同时保持一定的冲击韧性，从而使磨球不易破碎；一部分在型壁处作为结晶核心，促使晶粒垂直于型壁向磨球中心生长，大大提高铬系白口铸铁磨球的耐磨性。
具体实施方式
实施例1
本实施例中的金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料按以下表7所述重量配比的组分组成，其中CMC水溶液质量浓度为2%。
上述金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料的制备方法，按照下述步骤进行：
（1）将FeNb50-A铌铁粉、FeV80-B钒铁粉、FeTi80-A钛铁粉、FeB16C1.0硼铁粉和FeNCr10-A氮化铬铁粉破碎，过400目的筛，得合金粉；
（2）按上述重量配比取FeNb50-A铌铁粉、FeV80-B钒铁粉、FeTi80-A钛铁粉、FeB16C1.0硼铁粉和FeNCr10-A氮化铬铁粉以及锆英粉、铸造用膨润土，搅拌成均匀粉料；
（3）在均匀粉料中加入100重量份的硅溶胶及质量浓度为2%的CMC水溶液0.2重量份，搅拌成胶状液即得到金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料。
对比试验。表1为某电厂φ3.2米球磨机使用的高铬白口铸铁磨球的化学成分。采用相同的生产工艺生产此高铬白口铸铁磨球，即用感应电炉熔化，出炉温度1540℃，浇注温度1420℃，金属型铸造φ80mm磨球。1050℃保温3小时油冷，380℃保温3小时回火。不同之处在于分别在金属型内壁喷涂普通涂料和本发明的孕育涂料。力学性能检测及生产验证结果（见表2）表明，在金属型内壁喷涂本发明的孕育涂料，取得了良好的效果。
实施例2
按以下表7中指定的各组分重量配比重复实施例1的制备方法，区别在于采用质量浓度为8%的CMC水溶液、FeNb70铌铁粉和FeV80-A钒铁粉，用石英粉代替锆英粉，筛的目数为250目。
对比试验。表3为某水泥厂使用的低铬白口铸铁磨球的化学成分。采用相同的生产工艺生产此低铬白口铸铁磨球，即用感应电炉熔化，出炉温度1520℃，浇注温度1400℃，金属型铸造磨球。960℃保温3小时油冷，250℃保温3小时回火。不同之处在于分别在金属型内壁喷涂普通涂料和本发明的孕育涂料。力学性能检测及生产验证结果（见表4）表明，在金属型内壁喷涂本发明的孕育涂料，取得了良好的效果。
实施例3
按以下表7中指定的各组分重量配比重复实施例1的制备方法，区别在于采用质量浓度为3%的CMC水溶液、FeV80-A钒铁粉，筛的目数为325目。
对比试验。表5为某铜矿选矿厂使用的中铬白口铸铁磨球的化学成分。采用相同的生产工艺生产此中铬白口铸铁磨球，即用感应电炉熔化，出炉温度1520℃，浇注温度1400℃，金属型铸造磨球。1000℃保温3小时油冷，250℃保温3小时回火。不同之处在于分别在金属型内壁喷涂普通涂料和本发明的孕育涂料。力学性能检测及生产验证结果（见表6）表明，在金属型内壁喷涂本发明的孕育涂料，取得了良好的效果。
实施例4
按以下表7中指定的各组分重量配比重复实施例1的制备方法，区别在于采用质量浓度为4%的CMC水溶液、FeNb70铌铁粉，用石英粉代替锆英粉，筛的目数为200目。并在应用中取得了良好的效果。
实施例5
按以下表7中指定的各组分重量配比重复实施例1的制备方法，区别在于采用质量浓度为5%的CMC水溶液、FeV80-A钒铁，筛的目数为500目。并在应用中取得了良好的效果。
实施例6
按以下表7中指定的各组分重量配比重复实施例1的制备方法，区别在于采用质量浓度为6%的CMC水溶液、FeNb70铌铁，用石英粉代替锆英粉，筛的目数为600目。并在应用中取得了良好的效果。
。
Claims (6)
1. 一种金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料，其特征在于其由下述重量配比的组分组成：硅溶胶100份，FeNb50-A或FeNb70铌铁粉2-10份，FeV80-A或FeV80-B钒铁粉2-10份，FeTi80-A钛铁粉2-5份，FeB16C1.0硼铁粉0.5-2份，FeNCr10-A氮化铬铁粉1-5份，锆英粉或石英粉5-10份，铸造用膨润土4-8份，质量浓度为2%-8%的CMC水溶液0.2-0.5份；所述铌铁粉、钒铁粉、钛铁粉、硼铁粉和氮化铬铁粉粒度不低于200目。
2.根据权利要求１所述的金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料，其特征在于所述铌铁粉、钒铁粉、钛铁粉、硼铁粉和氮化铬铁粉粒度不低于325目。
3.根据权利要求１或2所述的金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料，其特征在于所述铌铁粉为FeNb50-A，钒铁粉为FeV80-A。
4.如权利要求１所述的金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将FeNb50-A或FeNb70铌铁粉、FeV80-A或FeV80-B钒铁粉、FeTi80-A钛铁粉、FeB16C1.0硼铁粉和FeNCr10-A氮化铬铁粉破碎，过不低于200目的筛，得合金粉；
（2）按上述重量配比取FeNb50-A或FeNb70铌铁粉、FeV80-A或FeV80-B钒铁粉、FeTi80-A钛铁粉、FeB16C1.0硼铁粉和FeNCr10-A氮化铬铁粉以及锆英粉或石英粉、铸造用膨润土，搅拌成均匀粉料；
（3）在均匀粉料中加入100重量份的硅溶胶及质量浓度为2%-8%的CMC水溶液0.2-0.5重量份，搅拌成胶状液即得到金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料。
5.根据权利要求4所述的金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中铌铁粉、钒铁粉、钛铁粉、硼铁粉和氮化铬铁粉破碎，过不低于325目的筛。
6.根据权利要求4或5所述的金属型铸造铬系白口铸铁磨球用孕育涂料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）和步骤（2）中铌铁粉为FeNb50-A，钒铁粉为FeV80-A。
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