CN106756464A - 一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，具体步骤如下：称取原料进行熔炼，得到铁合金液，其组分包括：C、Si、Mn、Mg、Cr、Mo、Cu、Ni、Re、S、P、Fe；再经球化和孕育处理、热处理得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。本发明提出了一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，解决了大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的心部球化衰退、石墨粗大及磨球淬透性不足的问题，得到的大尺径奥铁体球墨铸铁磨球具有良好的韧性、硬度、强度等力学性能，重量轻同时具有良好的耐磨性与耐腐蚀性，使用寿命长等优点。

Description

一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法。
背景技术
富矿储量的枯竭，以及对金属需求的增加，需要处理的矿石量日益增加，这要求选矿设备规模不断增大，性能不断提高。选矿流程的关键作业之一是磨矿。磨矿工艺可以分为两大类。一类是传统的研磨工艺，另一类是半自磨工艺。就传统的研磨工艺而言，矿石的可磨性降低，导致选用的磨球有增大趋势。相较于传统的研磨工艺，半自磨工艺是一种流程简单，耗用研磨介质少，只需大尺径磨球的研磨工艺，其具有一定的优势，在国内外已被广泛采用。
无论是传统的研磨工艺还是不断发展的半自磨工艺，大尺径磨球都是不可或缺的研磨介质。现阶段，常见的大尺径磨球为锻球和高铬铸球，存在以下缺陷：锻球在锻打层以外的部分机械性能较差，表现为在使用后期耐磨性急剧下降；高铬铸球的韧性较低，在半自磨机中使用时易破碎，且高铬铸球含铬量较高，易对环境造成重金属污染。奥铁体磨球具有不易破碎、硬度高、耐腐蚀、节能环保等优点，但奥铁体磨球常规尺寸较小，一般不大于100mm，如果大于100mm，易导致磨球心部球化衰退、石墨粗大及磨球淬透性不足的问题。以上情况制约了传统球磨机的技术升级，也制约了半自磨机的使用及发展。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，解决了大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的心部球化衰退、石墨粗大及磨球淬透性不足的问题，得到的大尺径奥铁体球墨铸铁磨球具有良好的韧性、硬度、强度等力学性能，重量轻同时具有良好的耐磨性与耐腐蚀性，使用寿命长等优点。
本发明提出的一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，具体步骤如下：
S1、熔炼：称取原料加入熔炼炉中，升温，至熔融状态得到铁合金液，对铁合金液进行检测，其组分按质量百分数包括：C：3-4％、Si：2-3％、Mn：1.8-2.5％、Mg：0.03-0.04％、Cr：0.2-0.3％、Mo：0.2-0.25％、Cu：0.4-0.5％、Ni：0.45-0.6％、Re：0.02-0.04％、S≤0.02％、P≤0.02％，余量为Fe；出炉；
S2、球化和孕育处理：在中间包内加入球化剂、变质剂、第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入第二孕育剂，然后将S1中得到的铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；
S3、热处理：将磨球坯体升温至880-920℃，保温1.6-2.4h，然后降温至220-280℃，保温3.5-4.5h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
具体实施方式中，在铁合金液中，C的质量百分数还可以为：3.2％、3.4％、3.5％、3.7％、3.85％，Si的质量百分数还可以为：2.2％、2.4％、2.5％、2.7％、2.85％，Mn的质量百分数还可以为：1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％，Mg的质量百分数还可以为：0.032％、0.034％、0.035％、0.037％、0.039％，Cr的质量百分数还可以为：0.22％、0.24％、0.25％、0.27％、0.29％，Mo的质量百分数还可以为：0.21％、0.22％、0.23％、0.24％，Cu的质量百分数还可以为：0.42％、0.44％、0.46％、0.48％、0.49％，Ni的质量百分数还可以为：0.475％、0.5％、0.52％、0.54％、0.56％、0.58％，Re的质量百分数还可以为：0.024％、0.028％、0.03％、0.032％、0.035％、0.038％，S的质量百分数还可以为0％、0.005％、0.01％、0.015％、0.02％，P的质量百分数还可以为：0％、0.005％、0.01％、0.015％、0.02％，余量为Fe。
优选地，大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的球径为130-180mm。
优酸地，大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的球径为150mm。
优选地，铁合金液的组分中，满足如下关系式：100×nNi＝100×(nMo+nCu)-0.15，其中，nNi、nMo、nCu分别表示Ni、Mo、Cu在铁合金液的组分中的质量百分数。
优选地，C、Si、Cr在铁合金液的组分中的质量百分数满足如下关系式：5.6％≤C+Si+Cr≤6.8％。
优选地，Mn、Cr在铁合金液的组分中的质量百分数满足如下关系式：2.1％≤Mn+Cr≤2.7％。
优选地，在S1中，Mo-Cu-Ni合金在铁合金液出炉前8-12min加入熔炼炉内，出炉温度为1400-1500℃。
优选地，在S1中，Mo-Cu-Ni合金在铁合金液出炉前10min加入熔炼炉内，出炉温度为1450℃。
优选地，在S3中，具体步骤如下：将磨球坯体升温至900℃，保温2h，然后降温至250℃，保温4h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
优选地，在S2中，具体步骤如下：按重量份在中间包内加入1.3-1.5份球化剂、1.5-1.7份变质剂、1.2-1.4份第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入0.0012-0.0014份第二孕育剂，然后将S1中得到的100-120份铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；其中，变质剂为纳米TiN-SiC变质剂，第一孕育剂和第二孕育剂均为纳米Si-Ba合金粉末。
优选地，在S2中，纳米TiN-SiC变质剂中，TiN、SiC的重量比为1-2:2-4；纳米Si-Ba合金粉末中，Si、Ba的重量比为3-4:1-2。
本发明中通过控制铁合金液中Cr和Mn的含量，且降低Cr在铁合金液中的含量，减少或避免了Cr对矿山水土造成的重金属污染，同时有效提高了奥铁体大球的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，改善了奥铁体大球的热加工性能，与C、Si配合，生成强碳化物，呈细小、孤立状分布，起到弥散强化的作用，同时Mn和Si配合，具有良好的脱氧和脱硫效果，有效净化铁合金液，有效增强奥铁体大球的硬度、抗拉强度和屈服强度；Mo、Cu、Ni与Mn配合，具有良好的淬透性与抗蠕变性，使大尺径奥铁体球墨铸铁磨球内外性能相近，提高大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的力学稳定性，减少开裂；在球化和孕育处理过程中，通过加入纳米TiN-SiC变质剂，TiN、SiC与铁合金液中的Mo、Re配合，有效细化组织晶粒，促进枝晶破碎，提高位错密度，且通过细化石墨组织，解决了大尺径奥铁体球墨铸铁磨球心部石墨粗大问题，又与孕育剂配合，有效避免大尺径奥铁体球墨铸铁磨球心部的球化衰退问题，使大尺径奥铁体球墨铸铁磨球在使用过程中不易失圆，不易破碎，有效提高大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的韧性、塑性及强度等力学性能，同时提高大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的耐磨性能及延长其使用寿命；通过合理设置热处理的工艺参数，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球，其重量为普通磨球重量的90％左右，使用时可节约5％的用电量，具有良好的经济效益，其组织中含有大量小颗粒状石墨球，具有良好的减震效果，使大尺径奥铁体球墨铸铁磨球不易出现破碎、失圆等现象，且与生成的针状铁素体配合，能有效阻止裂纹的扩展，进一步强化大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性和耐磨性，延长大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的使用寿命，同时大尺径奥铁体球墨铸铁磨球组织中含有大量奥氏体，在湿磨条件下具有良好的耐腐蚀性。本发明提出了一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，解决了大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的心部球化衰退、石墨粗大及磨球淬透性不足的问题，得到的大尺径奥铁体球墨铸铁磨球具有良好的韧性、硬度、强度等力学性能，重量轻同时具有良好的耐磨性与耐腐蚀性，使用寿命长等优点。
附图说明
图1为实施例5中大尺径奥铁体球墨铸铁磨球表面x100的球化结果图；
图2为实施例5中大尺径奥铁体球墨铸铁磨球心部x100的球化结果图。
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
本发明提出的一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，具体步骤如下：
S1、熔炼：称取原料加入熔炼炉中，升温，至熔融状态得到铁合金液，对铁合金液进行检测，其组分按质量百分数包括：C：3.4％、Si：2.5％、Mn：2.2％、Mg：0.035％、Cr：0.25％、Mo：0.22％、Cu：0.45％、Ni：0.52％、Re：0.03％、S：0.02％、P。0.02％，余量为Fe；出炉；
S2、球化和孕育处理：在中间包内加入球化剂、变质剂、第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入第二孕育剂，然后将S1中得到的铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；
S3、热处理：将磨球坯体升温至910℃，保温1.75h，然后降温至260℃，保温3.8h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
实施例2
本发明提出的一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，具体步骤如下：
S1、熔炼：称取原料加入熔炼炉中，升温，至熔融状态得到铁合金液，对铁合金液进行检测，其组分按质量百分数包括：C：3％、Si：3％、Mn：1.8％、Mg：0.04％、Cr：0.3％、Mo：0.25％、Cu：0.5％、Ni：0.6％、Re：0.02％、S：0.018％、P。0.018％，余量为Fe；出炉；
S2、球化和孕育处理：在中间包内加入球化剂、变质剂、第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入第二孕育剂，然后将S1中得到的铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；
S3、热处理：将磨球坯体升温至890℃，保温2.25h，然后降温至235℃，保温4.25h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
实施例3
本发明提出的一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，具体步骤如下：
S1、熔炼：称取原料加入熔炼炉中，升温，至熔融状态得到铁合金液，对铁合金液进行检测，其组分按质量百分数包括：C：4％、Si：2％、Mn：2.5％、Mg：0.03％、Cr：0.2％、Mo：0.2％、Cu：0.4％、Ni：0.45％、Re：0.04％、S：0.015％、P：0.01％，余量为Fe；在1450℃的温度下出炉；
S2、球化和孕育处理：按重量份在中间包内加入1.4份球化剂、1.6份变质剂、1.3份第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入0.0013份第二孕育剂，然后将S1中得到的110份铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；其中，变质剂为纳米TiN-SiC变质剂，第一孕育剂和第二孕育剂均为纳米Si-Ba合金粉末；
S3、热处理：将磨球坯体升温至900℃，保温2h，然后降温至250℃，保温4h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
其中，大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的球径为130mm；
在S1中，Mo-Cu-Ni合金在铁合金液出炉前10min加入熔炼炉内；
在S2中，纳米TiN-SiC变质剂中，TiN、SiC的重量比为1:2；纳米Si-Ba合金粉末中，Si、Ba的重量比为3:1。
实施例4
本发明提出的一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，具体步骤如下：
S1、熔炼：称取原料加入熔炼炉中，升温，至熔融状态得到铁合金液，对铁合金液进行检测，其组分按质量百分数包括：C：3.2％、Si：2.2％、Mn：2％、Mg：0.036％、Cr：0.23％、Mo：0.23％、Cu：0.48％、Ni：0.56％、Re：0.024％、S：0.02％、P：0.02％，余量为Fe；在1500℃的温度下出炉；
S2、球化和孕育处理：按重量份在中间包内加入1.5份球化剂、1.7份变质剂、1.4份第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入0.0014份第二孕育剂，然后将S1中得到的120份铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；其中，变质剂为纳米TiN-SiC变质剂，第一孕育剂和第二孕育剂均为纳米Si-Ba合金粉末；
S3、热处理：将磨球坯体升温至880℃，保温2.4h，然后降温至220℃，保温4.5h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
其中，大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的球径为180mm；
在S1中，Mo-Cu-Ni合金在铁合金液出炉前8min加入熔炼炉内；
在S2中，纳米TiN-SiC变质剂中，TiN、SiC的重量比为1:4；纳米Si-Ba合金粉末中，Si、Ba的重量比为4:1。
实施例5
本发明提出的一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，具体步骤如下：
S1、熔炼：称取原料加入熔炼炉中，升温，至熔融状态得到铁合金液，对铁合金液进行检测，其组分按质量百分数包括：C：3.8％、Si：2.7％、Mn：2.2％、Mg：0.032％、Cr：0.28％、Mo：0.21％、Cu：0.42％、Ni：0.48％、Re：0.036％、S：0.02％、P：0.01％，余量为Fe；在1400℃的温度下出炉；
S2、球化和孕育处理：按重量份在中间包内加入1.3份球化剂、1.5份变质剂、1.2份第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入0.0012份第二孕育剂，然后将S1中得到的100份铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；其中，变质剂为纳米TiN-SiC变质剂，第一孕育剂和第二孕育剂均为纳米Si-Ba合金粉末；
S3、热处理：将磨球坯体升温至920℃，保温1.6h，然后降温至280℃，保温3.5h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
其中，大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的球径为150mm；
在S1中，Mo-Cu-Ni合金在铁合金液出炉前12min加入熔炼炉内；
在S2中，纳米TiN-SiC变质剂中，TiN、SiC的重量比为1:3；纳米Si-Ba合金粉末中，Si、Ba的重量比为3:2。
下面对本实施例5所得到的大尺径奥铁体球墨铸铁磨球进行性能测试，测试结果如下：
图1为实施例5中大尺径奥铁体球墨铸铁磨球表面x100的球化结果图；
图2为实施例5中大尺径奥铁体球墨铸铁磨球心部x100的球化结果图。
球化结果具体数据如下表所示：
取样部位 磨球表面 磨球球心
石墨个数 553 309
球化率 88.94 90.33
球级别 3 2
石墨直径um 12.74 18.63
大小级别 8 7
机械性能测试结果如下表所示：
通过以上结果可知，本发明大尺径奥铁体球墨铸铁磨球性能优异，硬度与冲击韧性大，球化率高，具有良好的减震效果，使大尺径奥铁体球墨铸铁磨球不易出现破碎、失圆等现象，适合生产使用，具有良好的经济效益。
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 (10)

1.一种大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、熔炼：称取原料加入熔炼炉中，升温，至熔融状态得到铁合金液，对铁合金液进行检测，其组分按质量百分数包括：C：3-4％、Si：2-3％、Mn：1.8-2.5％、Mg：0.03-0.04％、Cr：0.2-0.3％、Mo：0.2-0.25％、Cu：0.4-0.5％、Ni：0.45-0.6％、Re：0.02-0.04％、S≤0.02％、P≤0.02％，余量为Fe；出炉；
S2、球化和孕育处理：在中间包内加入球化剂、变质剂、第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入第二孕育剂，然后将S1中得到的铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；
S3、热处理：将磨球坯体升温至880-920℃，保温1.6-2.4h，然后降温至220-280℃，保温3.5-4.5h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
2.根据权利要求1所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的球径为130-180mm。
3.根据权利要求1所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，铁合金液的组分中，满足如下关系式：100×nNi＝100×(nMo+nCu)-0.15，其中，nNi、nMo、nCu分别表示Ni、Mo、Cu在铁合金液的组分中的质量百分数。
4.根据权利要求1所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，C、Si、Cr在铁合金液的组分中的质量百分数满足如下关系式：5.6％≤C+Si+Cr≤6.8％。
5.根据权利要求1所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，Mn、Cr在铁合金液的组分中的质量百分数满足如下关系式：2.1％≤Mn+Cr≤2.7％。
6.根据权利要求1所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，在S1中，Mo-Cu-Ni合金在铁合金液出炉前8-12min加入熔炼炉内，出炉温度为1400-1500℃。
7.根据权利要求6所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，在S1中，Mo-Cu-Ni合金在铁合金液出炉前10min加入熔炼炉内，出炉温度为1450℃。
8.根据权利要求1所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，在S3中，具体步骤如下：将磨球坯体升温至900℃，保温2h，然后降温至250℃，保温4h，冷却至室温，得到大尺径奥铁体球墨铸铁磨球。
9.根据权利要求1所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，在S2中，具体步骤如下：按重量份在中间包内加入1.3-1.5份球化剂、1.5-1.7份变质剂、1.2-1.4份第一孕育剂，然后在中间包内表面贴覆小钢片；向浇瓢中加入0.0012-0.0014份第二孕育剂，然后将S1中得到的100-120份铁合金液送入浇瓢中混合均匀，接着注入中间包内，在铁合金液的液面上覆盖草木灰形成草木灰层，成型后冷却至室温，除去草木灰层，得到磨球坯体；其中，变质剂为纳米TiN-SiC变质剂，第一孕育剂和第二孕育剂均为纳米Si-Ba合金粉末。
10.根据权利要求9所述大尺径奥铁体球墨铸铁磨球的制备方法，其特征在于，在S2中，纳米TiN-SiC变质剂中，TiN、SiC的重量比为1-2:2-4；纳米Si-Ba合金粉末中，Si、Ba的重量比为3-4:1-2。
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