CN105132793B - 一种磷矿专用耐磨球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：2.2～3.5％，Si：0.3～1.2％，Mn：0.5～1.5％，Cr：8.0～11.0％，Mo：0.2～2.0％，Ni：0.2～1.5％，V：0.1～1.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明还公开上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注，热处理；其中热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为680～720℃的设备中，将设备升温至950～1000℃，升温时间为8～9h，接着取出置于淬火油中进行淬火，然后回火7.5～8.5h，冷却至室温得到磷矿专用耐磨球。本发明具有超抗破碎、超耐磨的性能。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨球技术领域，尤其涉及一种磷矿专用耐磨球及其制备方法。
背景技术
磷矿是指在经济上能被利用的磷酸盐类矿物的总称，是一种重要的化工矿物原料。用它可以制取磷肥，也可以用来制造黄磷、磷酸、磷化物及其他磷酸盐类，以用于医药、食品、火柴、染料、制糖、陶瓷、国防等工业部门。
我国磷矿资源储量丰富，但高品位磷矿储量低。我国磷矿储量居世界第2位，仅次于摩洛哥和西撒哈拉。我国磷矿已查明资源储量矿石量176亿吨，折算成标矿为105亿吨；而其中P2O5含量≥30％的富磷矿资源储量矿石量16.6亿吨，折算成标矿为17.6亿吨。如果仍按照目前“采富弃贫”的开采模式进行下降，20年后我国磷矿石开采殆尽。云南、贵州、四川、湖北是我国磷矿最为丰富的四个省份。其中湖北省磷矿年产量突破2000万吨，是磷矿产量最大的省份。但湖北省单厂磷矿产量只有21.4万吨，不仅低于云贵63.67万吨和54.43万吨的单厂水平，也明显低于全国平均31.86万吨的水平。未来湖北省以及全国的磷矿资源整合将是必然趋势。
中国磷矿有三大类型：岩浆岩型磷灰石、沉积岩型磷块岩和沉积变质岩型磷灰岩。其中沉积岩型磷块岩是世界各国磷矿的主要类型，我国此类型矿石贮量占总贮量的70％，主要分布在中南和西南地区，而云、贵、川、鄂、湘五省又占该类型贮量的78％；但这种矿选矿难度极大。
这种磷矿资源整合的必然趋势及我国磷矿难选的客观实际，迫使我们不断提高磷矿选矿中各个环节的高效化、节能化、环保化。球磨机破碎碾磨是磷矿选矿流程中一个重要环节，而其中的研磨体耐磨球的好坏直接关系着球磨机的使用效果和磨矿指标。现有的普通耐磨球不能很好的满足日益提高的磨矿需求，那么就要寻找一种超抗破碎、超耐磨、更适合磷矿磨矿需求的耐磨球。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种磷矿专用耐磨球及其制备方法，具有超抗破碎、超耐磨的性能，硬度和冲击值优异，硬度HRC达61-70，冲击值≥15J/cm2，而且使用寿命长，落球冲击疲劳寿命可达100000次以上，符合各方面性能要求，适于磷矿选矿中碾磨磷矿石。
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：2.2～3.5％，Si：0.3～1.2％，Mn：0.5～1.5％，Cr：8.0～11.0％，Mo：0.2～2.0％，Ni：0.2～1.5％，V：0.1～1.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。
具体实施方式中，C的重量百分比可以为2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％，Si的重量百分比可以为0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％，Mn的重量百分比可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％，Cr的重量百分比可以为8.0％、8.2％、8.4％、8.6％、8.8％、9.0％、9.2％、9.4％、9.6％、9.8％、10.0％、10.2％、10.4％、10.6％、10.8％、11.0％，Mo的重量百分比可以为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2.0％，Ni的重量百分比可以为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％，V的重量百分比可以为0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％、1.1％、1.3％、1.5％。
优选地，Mo的含量和Cr的含量存在如下关系：Cr＝2×Mo+7％。
优选地，Mo的含量和Ni的含量存在如下关系：Mo＝2×Ni-0.5％。
优选地，C和Si的重量比为2.2～3.4：0.3～0.9。
优选地，Ni和V的重量比为0.5～1.5:0.5～1.5。
优选地，其组分按重量百分比包括：C：2.2～3.4％，Si：0.3～0.9％，Mn：0.5～1.5％，Cr：8.0～11.0％，Mo：0.5～2.0％，Ni：0.5～1.5％，V：0.5～1.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。
在由铁矿石生产各种铁或铁合金时，由于铁矿中往往伴生有磷、硫等金属或非金属矿，导致最终的铁或铁合金中含有磷、硫等元素以及难以避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注，热处理；其中热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为680～720℃的设备中，将设备升温至950～1000℃，升温时间为8～9h，接着取出置于淬火油中进行淬火，然后回火7.5～8.5h，冷却至室温得到磷矿专用耐磨球。
具体实施方式中，设备的初始温度可以为685℃、690℃、695℃、700℃、705℃、715℃；设备的最终温度可以为955℃、960℃、965℃、970℃、975℃、980℃、985℃、990℃、995℃；设备的升温时间可以为8h、8.1h、8.2h、8.3h、8.4h、8.5h、8.6h、8.7h、8.8h、8.9h、9h。
优选地，当耐磨球坯直径≤50mm时，热处理过程中的淬火油温度为110～140℃，淬火时间为7～10min；当耐磨球坯直径＞50mm时，热处理过程中的淬火油温度为110～140℃，淬火时间为12～14min。
具体实施方式中，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火油温度可以为115℃、120℃、125℃、130℃、135℃，淬火时间可以为7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min；当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火油温度可以为115℃、120℃、125℃、130℃、135℃，淬火时间为12min、12.2min、12.4min、12.6min、12.8min、13min、13.2min、13.4min、13.6min、13.8min、14min。
优选地，当耐磨球坯直径≤50mm时，热处理过程中的回火温度为320～340℃；当耐磨球坯直径＞50mm时，热处理过程中的回火温度为340～360℃。
具体实施方式中，当耐磨球坯直径≤50mm时，回火温度为322℃、325℃、328℃、330℃、333℃、335℃、338℃；当耐磨球坯直径＞50mm时，回火温度为343℃、345℃、348℃、350℃、352℃、355℃、357℃。
优选地，热处理过程中，冷却至室温的时间为3.8～4.2h，例如3.9h、4.0h、4.1h。
优选地，熔炼过程中，熔炼温度为1520～1560℃，例如1525℃、1530℃、1535℃、1540℃、1545℃、1550℃、1555℃。
优选地，浇注过程中，浇注温度为1480～1520℃，例如1485℃、1490℃、1495℃、1500℃、1505℃、1510℃、1515℃。
本发明相对现有技术中的高铬耐磨球，提高碳含量至2.2～3.5％，使耐磨球碳化物数量增加，硬度和耐磨性随之提高；同时加入钼、镍、钒元素，能促进碳、铬对耐磨球的各方面物理性能有明显提高；而且钼、镍、钒还起到提高耐磨球淬透性，提高强度和耐磨性能，稳定奥氏体，提高抗腐蚀性能，提高本发明流动性，还能抗爆裂、耐高温，当Mo的含量和Cr的含量存在如下关系：Cr＝2×Mo+7％，以及Mo的含量和Ni的含量存在如下关系：Mo＝2×Ni-0.5％时，本发明的硬度和耐磨、抗腐蚀性能大大提高；而且本发明中针对不同直径的耐磨球采用不用的淬火和回火工艺，使耐磨球内部和表面的硬度均匀趋于一致，从而使耐磨球内部和表面的性能维持一致，大幅提高耐磨球的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性，从而达到各方面性能要求，针对磷矿选矿中碾磨磷矿石有更好的效果。
与现有技术相比，本发明耐磨球具有超抗破碎、超耐磨的性能，硬度和冲击值优异，硬度HRC达61-70，冲击值≥15J/cm2，而且使用寿命长，落球冲击疲劳寿命可达100000次以上。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：2.2％，Si：1.2％，Mn：0.5％，Cr：8.0％，Mo：0.2％，Ni：1.5％，V：0.1％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注和热处理。
熔炼温度为1560℃，浇注温度为1520℃。
热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为680℃的设备中，将设备升温至980℃，升温时间为8h；接着取出置于温度为130℃的淬火油中进行淬火，然后回火7.8h，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火时间为8min，回火温度为325℃，当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火时间为14min，回火温度为345℃；冷却至室温得到磷矿专用耐磨球，冷却时间为3.8h。
本实施例的HRC为61-70，冲击值≥15.1J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥100000次。本实施例具有超抗破碎、超耐磨的性能，使用寿命长，达到各方面性能要求。
实施例2
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：3.5％，Si：0.3％，Mn：1.5％，Cr：11.0％，Mo：2.0％，Ni：0.2％，V：1.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注和热处理。
熔炼温度为1530℃，浇注温度为1500℃。
热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为720℃的设备中，将设备升温至1000℃，升温时间为9h；接着取出置于温度为130℃的淬火油中进行淬火，然后回火8.2h，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火时间为7min，回火温度为330℃，当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火时间为13min，回火温度为350℃；冷却至室温得到磷矿专用耐磨球，冷却时间为4.2h。
本实施例的HRC为61-70，冲击值≥16.68J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥100000次。本实施例具有超抗破碎、超耐磨的性能，使用寿命长，达到各方面性能要求。
实施例3
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：2.2％，Si：0.9％，Mn：0.5％，Cr：11.0％，Mo：2.0％，Ni：1.5％，V：0.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注和热处理。
熔炼温度为1560℃，浇注温度为1520℃。
热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为710℃的设备中，将设备升温至980℃，升温时间为8h；接着取出置于温度为130℃的淬火油中进行淬火，然后回火8.2h，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火时间为8min，回火温度为325℃，当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火时间为14min，回火温度为345℃；冷却至室温得到磷矿专用耐磨球，冷却时间为4.2h。
本实施例的HRC为61-70，冲击值≥17.1J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥100000次。本实施例具有超抗破碎、超耐磨的性能，使用寿命长，达到各方面性能要求。
实施例4
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：3.4％，Si：0.3％，Mn：1.5％，Cr：8.0％，Mo：0.5％，Ni：0.5％，V：1.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注和热处理。
熔炼温度为1530℃，浇注温度为1500℃。
热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为680℃的设备中，将设备升温至970℃，升温时间为9h；接着取出置于温度为130℃的淬火油中进行淬火，然后回火7.8h，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火时间为7min，回火温度为335℃，当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火时间为13min，回火温度为345℃；冷却至室温得到磷矿专用耐磨球，冷却时间为3.8h。
本实施例的HRC为61-70，冲击值≥16.21J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥100000次。本实施例具有超抗破碎、超耐磨的性能，使用寿命长，达到各方面性能要求。
实施例5
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：2.26％，Si：0.60％，Mn：0.71％，Cr：8.2％，Mo：0.51％，Ni：0.50％，V：0.522％，S：0.018％，P：≤0.032％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注和热处理。
熔炼温度为1540℃，浇注温度为1500℃。
热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为700℃的设备中，将设备升温至970℃，升温时间为8.5h；接着取出置于温度为110℃的淬火油中进行淬火，然后回火8h，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火时间为10min，回火温度为330℃，当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火时间为13min，回火温度为350℃；冷却至室温得到磷矿专用耐磨球，冷却时间为4h。
本实施例的HRC为61-70，冲击值≥15.8J/c㎡，落球冲击疲劳寿命≥90000次。本实施例具有超抗破碎、超耐磨的性能，使用寿命长，达到各方面性能要求。
实施例6
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：2.85％，Si：0.60％，Mn：0.93％，Cr：9.0％，Mo：1.04％，Ni：1.03％，V：1.07％，S：0.023％，P：≤0.034％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注和热处理。
熔炼温度为1540℃，浇注温度为1500℃。
热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为700℃的设备中，将设备升温至970℃，升温时间为8.5h；接着取出置于温度为120℃的淬火油中进行淬火，然后回火8h，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火时间为7min，回火温度为330℃，当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火时间为13min，回火温度为350℃；冷却至室温得到磷矿专用耐磨球，冷却时间为4h。
本实施例的HRC为61-70，冲击值≥16.4J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥100000次。本实施例具有超抗破碎、超耐磨的性能，使用寿命长，达到各方面性能要求。
实施例7
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：3.01％，Si：0.43％，Mn：1.08％，Cr：10.14％，Mo：1.56％，Ni：1.49％，V：1.502％，S：0.015％，P：≤0.041％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注和热处理。
熔炼温度为1540℃，浇注温度为1500℃。
热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为700℃的设备中，将设备升温至970℃，升温时间为8.5h；接着取出置于温度为130℃的淬火油中进行淬火，然后回火8h，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火时间为7min，回火温度为330℃，当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火时间为13min，回火温度为350℃；冷却至室温得到磷矿专用耐磨球，冷却时间为4h。
本实施例的HRC为61-70，冲击值≥17.32J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥100000次。本实施例具有超抗破碎、超耐磨的性能，使用寿命长，达到各方面性能要求。
实施例8
本发明提出的一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：3.44％，Si：0.46％，Mn：1.38％，Cr：11.01％，Mo：1.98％，Ni：1.51％，V：1.54％，S：0.010％，P：≤0.031％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注和热处理。
熔炼温度为1540℃，浇注温度为1500℃。
热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为700℃的设备中，将设备升温至970℃，升温时间为8.5h；接着取出置于温度为140℃的淬火油中进行淬火，然后回火8h，当耐磨球坯直径≤50mm时，淬火时间为7min，回火温度为330℃，当耐磨球坯直径＞50mm时，淬火时间为13min，回火温度为350℃；冷却至室温得到磷矿专用耐磨球，冷却时间为4h。
本实施例的HRC为61-68，冲击值≥15.38J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥90000次。本实施例具有超抗破碎、超耐磨的性能，使用寿命长，达到各方面性能要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种磷矿专用耐磨球，其特征在于，其组分按重量百分比包括：C：3.4～3.5％，Si：0.9～1.2％，Mn：0.9～1.5％，Cr：8.0～9.8％，Mo：0.2～2.0％，Ni：0.6～1.5％，V：0.7～1.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质；
Mo的含量和Cr的含量存在如下关系：Cr＝2×Mo+7％；Mo的含量和Ni的含量存在如下关系：Mo＝2×Ni-0.5％；
制备所述磷矿专用耐磨球的方法包括：熔炼，浇注，热处理；其中热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为680～720℃的设备中，将设备升温至950～1000℃，升温时间为8～9h，接着取出置于淬火油中进行淬火，然后回火7.5～8.5h，冷却至室温得到磷矿专用耐磨球；其中，当耐磨球坯直径≤50mm时，热处理过程中的淬火油温度为110～140℃，淬火时间为7～10min；当耐磨球坯直径＞50mm时，热处理过程中的淬火油温度为110～140℃，淬火时间为12～14min；当耐磨球坯直径≤50mm时，热处理过程中的回火温度为320～340℃；当耐磨球坯直径＞50mm时，热处理过程中的回火温度为340～360℃。
2.根据权利要求1所述磷矿专用耐磨球，其特征在于，C和Si的重量比为2.2～3.4：0.3～0.9。
3.根据权利要求1或2所述磷矿专用耐磨球，其特征在于，Ni和V的重量比为0.5～1.5:0.5～1.5。
4.根据权利要求1或2所述磷矿专用耐磨球，其特征在于，其组分按重量百分比包括：C：3.4％，Si：0.9％，Mn：0.9～1.5％，Cr：8.0～9.8％，Mo：0.5～2.0％，Ni：0.6～1.5％，V：0.7～1.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述磷矿专用耐磨球，其特征在于，热处理过程中，冷却至室温的时间为3.8～4.2h；熔炼过程中，熔炼温度为1520～1560℃；浇注过程中，浇注温度为1480～1520℃。
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Denomination of invention: The invention relates to a special wear-resistant ball for phosphate rock and a preparation method thereof Effective date of registration: 20210902 Granted publication date: 20171031 Pledgee: Ningguo Anhui rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: ANHUI RUITAI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980008796 |
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