CN104593678A - 一种长寿命半自磨机衬板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长寿命的半自磨机衬板，衬板的提升筋的底部宽度为衬板宽度的1/2～3/5,提升筋与衬板之间的提升角为30.1°～30.5°，所述衬板的材料采用空冷热处理中高碳低合金钢材质。本发明通过对损坏衬板失效分析、球磨机运转状态计算机模拟、优化衬板外形尺寸、提高冶金和铸件质量、调整衬板材质成份、优化衬板热处理工艺、成品严格检查和控制等一系列手段来提高半自磨机筒体衬板寿命，从而提高磨机作业率并降低矿山企业衬板磨耗成本。

Description

一种长寿命半自磨机衬板及其制造方法

技术领域

本专利属于铸造材料和热处理领域，特别涉及一种长寿命半自磨机衬板及其制造方法。

背景技术

设备大型化是新型现代化矿山的发展趋势。新型矿山选用大型半自磨机和配套系统可以提高矿石处理量，降低矿石单位磨耗成本。磨矿生产过程是矿山成本的重要组成部分，所以，降低磨矿成本和提高磨矿效率对降低整个矿山运转成本具有重要意义。

国内新上大型矿山一般采用较大直径半自磨机，磨机直径一般在6米以上。设备大型化后，工作条件更加恶劣，使得筒体衬板使用寿命大大降低，目前已经成为半自磨机应用过程中的一大难题和瓶颈。过去国内，球磨机衬板一般采用高锰钢（ZGMn₁₃）或超高锰钢(ZGMn₁₃Cr₂)作为衬板耐磨材料。高锰钢衬板具有韧性好，不易断裂的优点，在充分加工硬化条件下，具有较好的耐磨性；但对于半自磨机衬板来说，采用高锰钢作为衬板材料，它有较明显的缺点。在使用过程中，耐磨性差，易变形，造成筒体扭曲，损坏设备；同时使用后，不容易拆卸，拆装成本高，因此，半自磨机许多用户拒绝使用高锰钢衬板；

国内也有采用高铬铸铁、普通低合金钢、贝氏体球墨铸铁（ADI）或硬质合金镶嵌和双液浇注复合衬板作为耐磨材料的实例，但是，经过试验实践，证明在半自磨机衬板的应用中效果不好，大部分出现严重断裂和耐磨性不足的缺陷。国内也很少有从磨机特性出发系统解决半自磨机衬板使用寿命的新型衬板的实例。

发明内容

本发明的目的是提供一种从衬板工作参数、结构尺寸、材质成份、铸造和热处理等多个角度进行优选，最终实现提高半自磨机筒体衬板寿命的半自磨机衬板及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种长寿命半自磨机衬板，所述衬板的提升筋的底部宽度为衬板宽度的1/2～3/5,提升筋与衬板之间的提升角为30.1°～30.5°，所述衬板的材料采用空冷热处理中高碳低合金钢材质；

所述衬板采用以下方法制备而成：

（1）    采用EDEM专用模拟软件，对球磨机运转状态进行计算机模拟，通过设定球磨机转速、磨球大小、磨球和矿物充填量，选择合适的衬板尺寸，利用软件模拟功能，选择能使磨机中抛出的磨球落在料堆上，而不直接撞击衬板时衬板的尺寸；

（2）    采用树脂砂工艺生产半自磨机衬板，内浇道形状为圆形，一道进水，位置设置在铸件截面中心；

（3）    获得的铸件经950℃奥氏体化，风冷至300℃，空冷至室温，550℃回火，自然冷却至室温，温度变化控制在±10℃。

所述材料的机械性能指标范围是：HRC=38～42；aK≥50J/cm²，无缺口。

所述材料包括以下重量分数的组分：C：0.65%～0.85%；Si：0.4%～0.6%；Mn：0.5%～0.8%；Cr：2.0%～3.0%；Mo：0.3%～0.5%；S≤0.04%；P≤0.04%。

一种半自磨机衬板的制备方法，包括以下步骤：

（4）    采用EDEM专用模拟软件，对球磨机运转状态进行计算机模拟，通过设定球磨机转速、磨球大小、磨球和矿物充填量，选择合适的衬板尺寸，利用软件模拟功能，选择能使磨机中抛出的磨球落在料堆上，而不直接撞击衬板时衬板的尺寸；

（5）    采用树脂砂工艺生产半自磨机衬板，内浇道形状为圆形，一道进水，位置设置在铸件截面中心；

（6）    获得的铸件经950℃奥氏体化，风冷至300℃，空冷至室温，550℃回火，自然冷却至室温，温度变化控制在±10℃。

半自磨机衬板通过以上方法改进后，具有如下优势：

1）在同样工矿条件下，衬板使用寿命可由原先的3个月提高至6个月；

2）半自磨机台时效率提高5%～10%；

3）半自磨机不必担心由于衬板变形而引起筒体变形问题。

附图说明

图1是本发明EDEM模拟半自磨机运行图。

图2是半自磨机衬板改进前示意图。

图3是半自磨机衬板改进后示意图。

图4是本发明采用树脂砂工艺生产半自磨机衬板的浇注示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

本发明通过对损坏衬板失效分析、球磨机运转状态计算机模拟、优化衬板外形尺寸、提高冶金和铸件质量、调整衬板材质成份、优化衬板热处理工艺、成品严格检查和控制等一系列手段来提高半自磨机筒体衬板寿命，从而提高磨机作业率并降低矿山企业衬板磨耗成本。

在江西铜业集团银山铜矿一台7m×3.5m的半自磨机上进行衬板的改进。

（1）外形结构尺寸优选

根据国外大型耐磨材料公司的成功经验，要提高半自磨机衬板寿命，第一步要使衬板的结构、提升角等外形尺寸上设计合理。由于半自磨机衬板受冲击最大和磨损最严重的部位是衬板中间提升筋，所以，要提高衬板使用寿命首先要提高衬板提升筋的寿命，防止提升筋部位的早期失效。采用EDEM专用模拟软件，对球磨机运转状态进行计算机模拟。通过设定球磨机转速、磨球大小、磨球和矿物充填量，并改变和选择合适的衬板尺寸，利用软件模拟功能，观察是否能使磨机中抛出的磨球落在料堆上，而不直接撞击衬板（见图1），以此提高磨机研磨效率和减少磨球对衬板的冲击。

改进前高板筒体衬板提升筋上下宽度相差不大（见图2），因此提升筋厚度相对较薄，提升筋底部与衬板边缘较宽。这种设计的衬板在遭受较大冲击时更容易出现裂纹。改进后的衬板提升筋的底部宽度280mm（见图3），提升筋2与衬板1之间的提升角为30.15。加大了提升筋的厚度和改变了提升角，取得明显的效果。

（2）材质选择

高锰钢衬板在半自磨机应用上受到很大限制。因此，在半自磨机衬板上不采用高锰钢材质，而采用空冷热处理中高碳低合金钢材质。其成份见表1。

表1 半自磨机衬板中高碳合金钢成分控制范围

 经过严格的冶炼和铸造条件下，中、高碳低合金钢具有较好的冲击韧性和硬度。经过热处理以后，半自磨机衬板材料合适的机械性能指标是：HRC=38～42；aK≥50J/cm²（无缺口）该材料制成的衬板不会出现较大变形，能承受较大的冲击负荷，不会损害半自磨机设备。

（3）铸造工艺和质量控制

采用树脂砂工艺生产半自磨机衬板，要严格控制冶金质量，不允许有明显的铸造缺陷。为了防止衬板内部缩孔和开裂，将内浇道形状修改为圆形，多道进入改为一道进水，位置设置在铸件截面中心（图4）。

严格控制合金钢衬板成份在相应范围内，特别是C、P和S的成份（表1）。

半自磨机衬板的热处理工艺：950℃奥氏体化，风冷至300℃，空冷至室温，550℃回火，自然冷却至室温，温度变化控制在±10℃。

对半自磨机衬板最后成品应逐块进行超声探伤检查，不得有明显的铸造缺陷。

通过改进后半自磨机在同样工矿条件下衬板使用寿命可由原先的3个月提高至6个月，半自磨机台时效率提高5%～10%。

    半自磨机衬板的使用寿命目前已经成为选矿厂的难题和瓶颈，用系统分析和综合解决问题的方法是提高半自磨机衬板使用寿命的重要技术措施，这些措施已经在江西铜业集团银山铜矿中取得成效并可在国内外通类型的半自磨机中推广，必将取得明显的经济效益和社会效益。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (4)

1.一种长寿命半自磨机衬板，其特征在于：所述衬板的提升筋的底部宽度为衬板宽度的1/2～3/5,提升筋与衬板之间的提升角为30.1°～30.5°，所述衬板的材料采用空冷热处理中高碳低合金钢材质；

所述衬板采用以下方法制备而成：

（1）采用EDEM专用模拟软件，对球磨机运转状态进行计算机模拟，通过设定球磨机转速、磨球大小、磨球和矿物充填量，选择合适的衬板尺寸，利用软件模拟功能，选择能使磨机中抛出的磨球落在料堆上，而不直接撞击衬板时衬板的尺寸；

（2）采用树脂砂工艺生产半自磨机衬板，内浇道形状为圆形，一道进水，位置设置在铸件截面中心；

（3）获得的铸件经950℃奥氏体化，风冷至300℃，空冷至室温，550℃回火，自然冷却至室温，温度变化控制在±10℃。

2.根据权利要求1所述的长寿命半自磨机衬板，其特征在于：所述材料的机械性能指标范围是：HRC=38～42；aK≥50J/cm²，无缺口。

3.根据权利要求2所述的长寿命半自磨机衬板，其特征在于：所述材料包括以下重量分数的组分：C：0.65%～0.85%；Si：0.4%～0.6%；Mn：0.5%～0.8%；Cr：2.0%～3.0%；Mo：0.3%～0.5%；S≤0.04%；P≤0.04%。

4.一种根据权利要求1至3任一种半自磨机衬板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）采用EDEM专用模拟软件，对球磨机运转状态进行计算机模拟，通过设定球磨机转速、磨球大小、磨球和矿物充填量，选择合适的衬板尺寸，利用软件模拟功能，选择能使磨机中抛出的磨球落在料堆上，而不直接撞击衬板时衬板的尺寸；

（2）采用树脂砂工艺生产半自磨机衬板，内浇道形状为圆形，一道进水，位置设置在铸件截面中心；

（3）获得的铸件经950℃奥氏体化，风冷至300℃，空冷至室温，550℃回火，自然冷却至室温，温度变化控制在±10℃。