CN110055463B

CN110055463B - 一种轻量化球磨机耐磨衬板及其制备方法

Info

Publication number: CN110055463B
Application number: CN201910353917.2A
Authority: CN
Inventors: 张瑜; 陈伟; 赵宇; 张卫强; 张志波; 王东宇; 杨银辉; 肖华强; 杨春雷; 文玉兵; 苏灿东
Original assignee: Yunnan Titanium Industry Co Ltd
Current assignee: Yunnan Titanium Industry Co Ltd
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-04-29
Also published as: CN110055463A

Abstract

本发明公开了一种轻量化球磨机耐磨衬板及其制备方法，所述的轻量化球磨机耐磨衬板经过电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、模铸浇铸及热处理制备而成，具有以下质量比的化学成分：C1.50～1.80wt%，Si0.15～0.40wt%，Mn 28.6～30.6wt%，Al10.0～12.6 wt%，S≤0.010 wt%，P≤0.015 wt%，（C+Mn）：Al=2.5～3.0，其余为Fe及不可避免的不纯物。本发明采用碱性炉衬电弧炉冶炼，LF精炼、VD真空精炼确保成分的均匀稳定，钢中的气体含量低；模铸采用金属模，金属模型背面镶铸水套，铸件布置在半型内，顶注式浇注，确保衬板浇铸的顺利进行，铸件实现快速凝固；铸件高温脱模后立刻进行水韧处理，省去了再次加热节约能源；生产周期短，提高劳动生产率，降低生产成本。所制备的耐磨衬板重量轻、强度高、韧性好。

Description

一种轻量化球磨机耐磨衬板及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种轻量化球磨机耐磨衬板及其制备方法。

背景技术

高锰钢是一种历史悠久的耐磨材料，早在1882年英国人Robert Hadfield就已经研发出高锰钢，由于在塑性变形过程中趋向于形成大范围的堆垛层错、孪晶以及平面位错结构，使其具有很高的强度和冲击韧性，故高锰钢被用作为耐磨材料。高锰钢组织为奥氏体，高锰钢工件在强烈冲击或高压力的条件下，其表面发生塑性变形，奥氏体产生加工硬化，外加的驱动力促使奥氏体向马氏体转变，使硬度可以从HB170～225提高到HB500～800，而心部依旧保持原有的硬度和良好的韧性。由于高锰钢的这一特性，高锰钢被广泛用于球磨机衬板、颚式破碎机锤头、挖掘机斗齿、水泥泵车耐磨管件等承受冲击磨损的工况条件。

随着工业制造技术的进步和生产规模化，要求生产设备向专业化、大型化发展，球磨机、颚式破碎机、挖掘机、水泥泵车也不断朝着大型化、巨型化发展。近几年，球磨机的衬板尺寸通常为宽度314mm，衬板长500mm，厚度40～50mm，质量约为50kg。由成百上千的耐磨衬板构成大型球磨机、水泥泵车耐磨管件，由于自身重量较大，在运行过程中，将消耗大量能源。

针对以上问题，有必要发明一种轻量化球磨机耐磨衬板及其制备方法。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种轻量化球磨机耐磨衬板，第二目的在于提供一种轻量化球磨机耐磨衬板的制备方法。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的轻量化球磨机耐磨衬板经过电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、模铸浇铸及热处理制备而成，具有以下质量比的化学成分：C1.50～1.80wt%，Si0.15～0.40wt%，Mn 28.6～30.6wt%，Al10.0～12.6 wt%，S ≤0.010wt%，P≤0.015 wt%，（C+Mn）：Al=2.5～3.0，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本发明的第二目的是这样实现的，所述方法包括电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、模铸浇铸及热处理步骤，具体为：

A、电弧炉冶炼：按850kg/t_钢的废钢装入配比，在电弧炉中加入废钢；之后按300kg/t_钢的铁水装入配比，在电弧炉中加入低硫铁水进行熔炼，下电极通电熔化废钢，待废钢熔化后按15.0～20.0kg/t_钢、10.0kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石造渣；之后按260～300kg/t_钢的量，加入电解锰；按2.5～5.0kg/t_钢的量，加入硅铁；按110～130kg/t_钢的量，加入纯铝；下电极通电熔化电解锰、硅铁及纯铝；之后按15～18kg/t_钢的量，加入增碳剂；下电极通电升温至1300～1340℃，将钢水倒入钢包；待出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工位；

B、LF炉精炼：将A步骤出钢完毕的钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用10～20NL/min的小氩量吹氩2分钟，然后下电极采用档位6～8档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0～5.0kg/t_钢，然后加入电石0.5 kg/t_钢调渣，控制渣碱度为5.5～6.5；之后将钢水温度加热至1360～1380℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为2.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为20～30NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

C、VD炉真空精炼：将B步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用15～25NL/min的小氩量吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40～50NL/min，在真空度75Pa条件下钢水脱气处理时间≥20分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧,在O≤10×10^-6%之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为25～35NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后N≤15×10^-6%时，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t_钢，将钢包钢水吊离VD真空精炼炉至模铸浇铸工位；

D、模铸浇铸：将C步骤所得钢水吊至金属模模铸浇铸工位，采用顶注式浇注，金属模模倾斜度为6°，金属模型背面镶铸水套，铸件布置在半型内，采用电阻炉对金属型的预热，浇注前将水冷金属型预热至280℃，浇注时冷却开通冷却水路，冷却水流速100～280L/s，控制冷却水温低于50℃；采用金属模将钢水浇铸成所需衬板，浇铸温度为1300～1340℃，浇注速度应做到先慢，后快，再慢，在浇注过程中保证液流平稳，浇注时间控制在20S以内；浇注完毕，衬板在模中冷却凝15～25min，温度至1050～1100℃时，取出铸件脱模；铸件脱模后，快速去除浇口、飞边，接着立刻进行水韧处理；

E、热处理：铸件脱模后快速去除浇口、飞边，此时衬板表面温度在1000～1040℃；将表面温度在1000～1040℃衬板快速放入淬火池中，淬火池采用循环冷却水，水温控制为20～40℃，衬板冷却至室温后取出；立即进行时效处理，时效温度为480～550℃，保温5～8小时后取出空冷至室温，即得轻量化球磨机耐磨衬板。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明提供了高强韧性轻量化耐磨衬板及其制备方法，所制备的轻量化球磨机耐磨衬板抗拉强度≥1380MPa，断后伸长率16～22%，冲击韧性αk(无缺口) ≥120J/cm²，表面硬度≥56HRC，密度≤6.7g/cm³具有良好的强度，硬度高，韧性好，密度较常规高锰钢降低12%以上；所得的轻量化球磨机耐磨衬板使用寿命提高1倍以上，且大幅减轻耐磨件的重量，运行能耗降低10%以上。

2、本发明采用水冷金属模成型，浇铸过程铸件凝固冷速快，晶粒细小，解决了耐磨衬板凝固成型过程中，收缩率大、结晶范围宽、导热性能差、导致晶粒粗大、降低耐磨性能的难题；避免了水玻璃砂铸造成型，成型表面粗糙、表面质量差、晶粒粗大，以及树脂砂铸造和干砂消失模铸造成型冷却速度慢、铸件晶粒粗大、抗磨性不足的缺点，同时提高了生产效率.

3、本发明采用余热水韧处理工艺，衬板浇注凝固后，不需冷却到室温，在冷却到适当温度时利用铸件余热直接进行水韧处理，避免常规热处理工艺要求对工件再次加热，减少零件表面加热脱碳，节约能源，缩短生产周期，降低劳动强度，大幅度降低生产成本。

4、本发明采用碱性炉衬电弧炉冶炼，LF精炼、VD真空精炼确保成分的均匀稳定，钢中的气体含量低。模铸采用金属模，金属模型背面镶铸水套，铸件布置在半型内，顶注式浇注，确保衬板浇铸的顺利进行，铸件实现快速凝固；铸件高温脱模后立刻进行水韧处理，省去了再次加热节约了能源。金属模铸和余热水韧处理工艺生产周期短，提高了劳动生产率，降低了生产成本。所制备的耐磨衬板重量轻、强度高、韧性好。

5、本发明C元素含量控制为1.50～1.80%，使球磨机衬板具有较好的淬透性和耐磨性。C是奥氏体稳定化元素，可促进奥氏体形成，起到固溶强化作用。奥氏体中含碳量升高，奥氏体稳定性升高，Ms点下降，当进行快速冷却时碳可使奥氏体保持在室温呈单相的奥氏体组织。在锰含量较高的Fe-Mn合金系中，奥氏体相区的成分范围变化很大，在此区域希望碳含量尽可能高以提高力学性能。但C含量过高时，特别是对于Al和C合金化的Fe-Mn-Al系低密度钢，在500～750℃时效时，通常会产生K-碳化物，即(FeMn)3AlCx，K-碳化物的大小和形貌会强烈地影响Fe-Mn-Al系低密度钢的强塑性，在基体内均匀分布的纳米级K-碳化物起强化效果，同时对塑性降低较少。而粗大呈片状或者带状分布的K相的产生会导致脆性断裂并且严重的损害钢的冲击韧性。因此要适当考虑碳含量的控制，要求碳含量的控制为1.5～1.8%。

6、本发明Mn元素含量控制为28.8～30.6%，锰是奥氏体稳定化元素，Mn能显著提高强度、硬度，提高钢的耐氧化性及耐磨性。Mn元素的加入，一是扩大奥氏体相区，它的加入使Ms点降低，从而降低钢淬火时的临界冷却速度，提高钢的淬透性。当钢中碳含量一定时，随着锰含量的增加，其组织逐渐由珠光体型转变为马氏体型，并进一步转变为奥氏体型，促使合金钢形成单一的奥氏体组织。在不影响材料加工硬化特征的情况下，可以有效抑制铸态下碳化物的析出和生长，加速渗碳体在热处理时充分溶解的过程。二是提高合金钢的层错能。层错能较高的合金倾向于以形变孪晶的形成来取代马氏体相变。随锰含量增加，层错能提高，抑制马氏体相变，呈现出孪生诱发塑性效应(TWIP)。三是Mn进入渗碳体中取代一部分铁原子，起固溶强化，强化基体的作用。但由于锰原子半径与铁原子半径差别不大，因此强化作用较小。本发明采用最合适的Mn元素含量范围。

7、本发明Al元素含量控制为10.0～12.6%，Al元素可显著降低钢的密度，每添加1％的Al，钢的密度下降0.101g/cm³，可减重约1.3％，并增加耐腐蚀性能。Al元素为缩小奥氏体相区元素，它能使钢的A3温度升高。Al对奥氏体的稳定性影响具有二元性，Al增加层错能，强烈抑制奥氏体向马氏体转变，有利于形变孪晶的形成，从而提高其强度和塑性。高Mn含量和一定的铝含量可显著提高钢的热变形抗力，延迟动态再结晶，使奥氏体晶粒在动态再结晶后得到细化。但是，铝含量高对浇铸不利。本发明Al元素含量控制为10.0～12.6%。

8、本发明的元素Si可固溶于奥氏体中，可以起到固溶强化作用，有利于降低层错能，提高钢的屈服强度。硅在高碳钢中具有封闭相区，促进石墨化倾向，当其含量大于0.6％时，一方面会导致高锰钢产生粗晶，降低冲击吸收能量和耐磨性，另一方面也会使碳在奥氏体中溶解度降低，进而促使碳化物在晶界的析出，不但降低了钢的耐磨性及韧性，也增加了钢的热裂倾向。因此，本发明要求Si≤0.40。

9、本发明的元素S是非金属夹杂物形成元素，为改善消除S与Fe等其它元素形成低熔点非金属夹杂的危害，S与Mn形成MnS，MnS在压延方向延伸分布，使压延方向的韧性降低，因此，希望S含量越低越好，本发明要求S≤0.010%。

10、本发明P元素是晶界偏聚元素，对钢的冲击韧性影响很大，P含量越高，脆性越大。P含量越低，钢的韧性越好，特别是0.015%以下钢的冲击值纵横异性显著减小，高合金钢冶炼时对P去除很难，主要通过控制原料P含量及通过电渣重熔工艺达到要求，结合经济性成本考虑，本发明控制P≤0.015%。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

实施例1

1、本发明提供一种轻量化球磨机耐磨衬板，具有下列质量比的化学成分C:1.50wt%；Si:0.15wt%；Mn :28.6wt%；Al10.0 wt%；S: 0.006 wt%；P: 0.008 wt%；C+Mn：Al=2.5，其余为Fe及不可避免的不纯物。

2、一种轻量化球磨机耐磨衬板的制备方法，包含以下步骤：电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、模铸浇铸及热处理组成，具体步骤为：

A、电弧炉冶炼

按850kg/t_钢的废钢装入配比，在50吨超高功率电弧炉加入下列质量比优质废钢(化学成分C 0.12wt%、Si 0.12 wt%、Mn 0.35wt% 、P 0.025wt%、S 0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按300kg/t_钢的铁水装入配比，在50吨超高功率电弧炉加入下列质量比优质低硫铁水(化学成分C 4.2wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.050wt%、S0.003wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)进行熔炼，下电极通电熔化废钢；废钢熔化后按15.0kg/t_钢、10.0kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石造渣；之后按260kg/t_钢的量，加入下列质量比的电解锰：Mn 99.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.5～5.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按110kg/t_钢的量，加入下列质量比的纯铝：Al 99.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；下电极通电熔化电解锰、硅铁及纯铝；之后按15kg/t_钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C 92.15wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份 1.64wt%，水份 0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；下电极通电升温至1340℃，将钢水倒入钢包。出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

B、LF炉精炼

将A步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(10NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位6～8档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0kg/t_钢，然后加入电石0.5 kg/t_钢调渣，控制渣碱度为5.5；之后将钢水温度加热至1380℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 56.5wt%、Ca 29.5 wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

C、VD炉真空精炼

将B步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40NL/min，在真空度75Pa条件下钢水脱气处理时间30分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧，在O含量达10×10^-6%之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为25NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束N含量达15×10^-6%后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t_钢，将钢包钢水吊离VD真空精炼炉至模铸浇铸工位。

D、模铸浇铸

金属模模倾斜度为6°，金属模型背面镶铸水套，铸件布置在半型内，采用顶注式浇注。采用电阻炉对金属型的预热，浇注前将水冷金属型预热至280℃，浇注时冷却开通冷却水路，冷却水流速是120L/s，冷却水温控制为48℃。

采用金属模将钢水浇铸成所需衬板，浇铸温度为1340℃，浇注速度应做到先慢，后快，再慢，在浇注过程中应尽量保证液流平稳，浇注19S。浇注完毕，衬板在模中冷却凝25min，温度至1100℃时，取出铸件脱模。铸件脱模后快速去除浇口、飞边后，立刻进行水韧处理。

E、热处理

浇铸衬板在模中冷却至1100℃时，取出铸件脱模。铸件脱模后快速去除浇口、飞边，此时浇铸衬板表面温度在1040℃。将表面温度在1040℃衬板快速放入淬火池中，淬火池采用循环冷却水，水温控制为22℃,衬板冷却至室温后取出。立即进行时效处理，时效温度为480℃，保温8小时后取出空冷至室温，即得轻量化球磨机耐磨衬板。

3、所制备的退火态轻量化球磨机耐磨衬板棒材为单一奥氏体组织，具有以下性能：

实施例2

1. 本发明提供一种轻量化球磨机耐磨衬板，具有下列质量比的化学成分C:1.65wt%；Si:0.28wt%；Mn:29.6wt%；Al:11.3 wt%；S:0.008wt%；P: 0.012 wt%；C+Mn：Al=2.8，其余为Fe及不可避免的不纯物。

2. 一种轻量化球磨机耐磨衬板的制备方法包含以下步骤：电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、模铸浇铸及热处理工艺组成，具体步骤为：

A、电弧炉冶炼

按850kg/t钢的废钢装入配比，在50吨超高功率电弧炉加入下列质量比优质废钢(化学成分C 0.16wt%、Si 0.18wt%、Mn 0.42wt% 、P 0.030wt%、S 0.028wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按300kg/t钢的铁水装入配比，在50吨超高功率电弧炉加入下列质量比优质低硫铁水(化学成分C 4.5wt%、Si 0.50wt%、Mn 0.45wt% 、P 0.060wt%、S0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)进行熔炼，下电极通电熔化废钢；废钢熔化后按18.0kg/t钢、10.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石造渣；之后按280kg/t钢的量，加入下列质量比的电解锰：Mn 99.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.8kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按120kg/t钢的量，加入下列质量比的纯铝：Al 99.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；下电极通电熔化电解锰、硅铁及纯铝；之后按17kg/t钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C 92.15wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份 1.64wt%，水份 0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；下电极通电升温至1320℃，将钢水倒入钢包。出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

B、LF炉精炼

将A步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位6～8档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0kg/t钢，然后加入电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.0；之后将钢水温度加热至1370℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 56.5wt%、Ca 29.5 wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为25NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

C、VD炉真空精炼

将B步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(20NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为45NL/min，在真空度75Pa条件下钢水脱气处理时间25分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧，O含量达9×10^-6%之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为30NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，N含量达13×10^-6%后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，将钢包钢水吊离VD真空精炼炉至模铸浇铸工位。

D、模铸浇铸

采用顶注式浇注，金属模模倾斜度约6°，金属模型背面镶铸水套，铸件布置在半型内。采用电阻炉对金属型的预热，浇注前将水冷金属型预热至280℃，浇注时冷却开通冷却水路，冷却水流速是180L/s，冷却水温控制为40℃。

采用金属模将钢水浇铸成所需衬板，浇铸温度为1320℃，浇注速度应做到先慢，后快，再慢，在浇注过程中应尽量保证液流平稳，浇注时间控制在18S以内。浇注完毕，衬板在模中冷却凝20min，温度至1080℃时，取出铸件脱模。铸件脱模后快速去除浇口、飞边后，立刻进行水韧处理。

E、热处理

浇铸衬板在模中冷却至1080℃时，取出铸件脱模。铸件脱模后快速去除浇口、飞边，此时浇铸衬板表面温度在1020℃。将表面温度在1020℃衬板快速放入淬火池中，淬火池采用循环冷却水，水温控制为30℃,衬板冷却至室温后取出。立即进行时效处理，时效温度为520℃，保温6小时后取出空冷至室温，即得轻量化球磨机耐磨衬板。

实施例3

1、本发明提供一种轻量化球磨机耐磨衬板，具有下列质量比的化学成分C:1.80wt%；Si:0.40wt%；Mn:30.6wt%；Al:12.6wt%；S:0.010wt%；P: 0.015 wt%；C+Mn：Al=3.0，其余为Fe及不可避免的不纯物。

2、一种用于权利要求1所述轻量化球磨机耐磨衬板的制备方法包含以下步骤：电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、模铸浇铸及热处理工艺组成，具体步骤为：

A、电弧炉冶炼

按850kg/t钢的废钢装入配比，在50吨超高功率电弧炉加入下列质量比优质废钢(化学成分C 0.20wt%、Si 0.25 wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.035wt%、S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按300kg/t钢的铁水装入配比，在50吨超高功率电弧炉加入下列质量比优质低硫铁水(化学成分C4.8wt%、Si 0.60wt%、Mn 0.60wt% 、P 0.070wt%、S0.005wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)进行熔炼，下电极通电熔化废钢；废钢熔化后按20.0kg/t钢、10.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石造渣；之后按300kg/t钢的量，加入下列质量比的电解锰：Mn 99.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按130kg/t钢的量，加入下列质量比的纯铝：Al 99.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；下电极通电熔化电解锰、硅铁及纯铝；之后按18kg/t钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C 92.15wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份 1.64wt%，水份 0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；下电极通电升温至1300℃，将钢水倒入钢包。出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

B、LF炉精炼

将A步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(20NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位6～8档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰5.0kg/t钢，然后加入电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.5；之后将钢水温度加热至1360℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 56.5wt%、Ca 29.5 wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为30NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

C、VD炉真空精炼

将B步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(25NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为50NL/min，在真空度75Pa条件下钢水脱气处理时间20分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧，O含量为8×10^-6%之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为35NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，N含量达12×10^-6%后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，将钢包钢水吊离VD真空精炼炉至模铸浇铸工位。

D、模铸浇铸

采用顶注式浇注，金属模模倾斜度约6°，金属模型背面镶铸水套，铸件布置在半型内。采用电阻炉对金属型的预热，浇注前将水冷金属型预热至280℃，浇注时冷却开通冷却水路，冷却水流速是275L/s，冷却水温为35℃。

采用金属模将钢水浇铸成所需衬板，浇铸温度为1320℃，浇注速度应做到先慢，后快，再慢，在浇注过程中应尽量保证液流平稳，浇注时间17S。浇注完毕，衬板在模中冷却凝15min，温度至1150℃时，取出铸件脱模。铸件脱模后快速去除浇口、飞边后，立刻进行水韧处理。

E、热处理

浇铸衬板在模中冷却至1050℃时，取出铸件脱模。铸件脱模后快速去除浇口、飞边，此时浇铸衬板表面温度在1000℃。将表面温度在1000℃衬板快速放入淬火池中，淬火池采用循环冷却水，水温控制为20℃,衬板冷却至室温后取出。立即进行时效处理，时效温度为550℃，保温5小时后取出空冷至室温，即得轻量化球磨机耐磨衬板。

Claims

1.一种轻量化球磨机耐磨衬板的制备方法，其特征在于所述轻量化球磨机耐磨衬板经过电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、模铸浇铸及热处理制备而成，具有以下质量比的化学成分：C1.50~1.80wt%，Si0.15~0.40wt%，Mn 28.6~30.6wt%，Al10.0~12.6wt%，S≤0.010wt%，P≤0.015wt%，（C+Mn）:Al=2.5~3.0，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述制备方法包括电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、模铸浇铸及热处理步骤，具体为：

A、电弧炉冶炼：按850kg/t_钢的废钢装入配比，在电弧炉中加入废钢；之后按300kg/t_钢的铁水装入配比，在电弧炉中加入低硫铁水进行熔炼，下电极通电熔化废钢，待废钢熔化后按15.0~20.0kg/t_钢、10.0kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石造渣；之后按260~300kg/t_钢的量，加入电解锰；按2.5~5.0kg/t_钢的量，加入硅铁；按110~130kg/t_钢的量，加入纯铝；下电极通电熔化电解锰、硅铁及纯铝；之后按15~18kg/t_钢的量，加入增碳剂；下电极通电升温至1300~1340℃，将钢水倒入钢包；待出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工位；

B、LF炉精炼：将A步骤出钢完毕的钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用10~20NL/min的小氩量吹氩2分钟，然后下电极采用档位6~8档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0~5.0kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为5.5~6.5；之后将钢水温度加热至1360~1380℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为2.0m/s，喂线量为150m；喂线结束采用流量为20~30NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

C、VD炉真空精炼：将B步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用15~25NL/min的小氩量吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至100Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40~50NL/min，在真空度75Pa条件下钢水脱气处理时间≥20分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧；在O≤10×10^-6%之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为25~35NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后N≤15×10^-6%，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t_钢，将钢包钢水吊离VD真空精炼炉至模铸浇铸工位；

D、模铸浇铸：将C步骤所得钢水吊至金属模模铸浇铸工位，采用顶注式浇注，金属模模倾斜度为6°，金属模型背面镶铸水套，铸件布置在半型内，采用电阻炉对金属型的预热，浇注前将水冷金属型预热至280℃，浇注时冷却开通冷却水路，冷却水流速100~280L/s，控制冷却水温低于50℃；采用金属模将钢水浇铸成所需衬板，浇铸温度为1300~1340℃，浇注速度应做到先慢，后快，再慢，在浇注过程中保证液流平稳，浇注时间控制在20S以内；浇注完毕，衬板在模中冷却凝15~25min，温度至1050~1100℃时，取出铸件脱模；铸件脱模后，快速去除浇口、飞边，接着立刻进行水韧处理；

E、热处理：铸件脱模后快速去除浇口、飞边，此时衬板表面温度在1000~1040℃；将表面温度在1000~1040℃衬板快速放入淬火池中，淬火池采用循环冷却水，水温控制为20~40℃，衬板冷却至室温后取出；立即进行时效处理，时效温度为480~550℃，保温5~8小时后取出空冷至室温，即得轻量化球磨机耐磨衬板。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A中所述的废钢包括以下质量比的化学成分：C 0.12-0.20wt%、Si 0.12-0.25wt%、Mn 0.35-0.50wt%、P 0.025-0.035wt%、S0.020-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A中所述的电弧炉为50吨超高功率电弧炉，所述的电弧炉采用碱性炉衬。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A中所述的低硫铁水包括以下质量比的化学成分：C 4.2-4.8wt%、Si 0.40-0.60wt%、Mn 0.30-0.60wt%、P 0.050-0.070wt%、S≤0.005wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A中所述的电解锰包括以下质量比的化学成分：Mn 99.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A中所述的硅铁包括以下质量比的化学成分：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的纯铝包括以下质量比的化学成分：Al 99.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A中所述的增碳剂包括以下质量比的化学成分：C 92.15wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤B中所述的硅钙线包括以下质量比的化学成分：Si 56.5wt%、Ca 29.5wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤E中所述的轻量化球磨机耐磨衬板为单一奥氏体组织，具有以下性能：表面硬度56~60HRC、冲击韧性无缺口αk≥120J/cm²、抗拉强度1380~1460MPa、延伸率16~22%、密度≤6.7g/mm³。

10.一种权利要求1所述制备方法制备的轻量化球磨机耐磨衬板。