CN116288055A - 一种大型半自磨机衬板 - Google Patents
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Abstract
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种大型半自磨机衬板，有效提高衬板材料的强度和耐磨性能；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大型半自磨机衬板，包含下述重量份配比成分；C：0.20％～0.30％；Mn：0.3％～1.0％；Si：0.3％～1.0％；Cr：1.0％～2.0%；P≤0.025%；S≤0.025%；Mo：0.30％～0.50%；Ni：1.0%～2.0%；Re：0.030％～0.050%；本发明可广泛应用于半自磨机领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型半自磨机衬板，属于半自磨机技术领域。
背景技术
半自磨机是部分利用矿石自身、部分利用钢球作为磨矿介质进行磨矿的设备。随着半自磨机大型化和自动化程度的提高，衬板的磨损问题越发严重，由于衬板材料的耐磨能力差，导致的主要问题就是衬板更换频繁，这样大大减少了半自磨机的有效工作时间，提高了成本。
随着能源费用的增长，矿山品位的下降，降低建设投资和生产费用是世界各国矿山工业面临的一个重要课题。采用高效大型磨矿设备是近年来选矿厂建设的主要方向。但随着磨矿设备的大型化，衬板、齿板、轧臼壁和破碎壁等磨损易耗件的尺寸增加，所受到的冲击力大，磨损量显著增加，使用寿命明显缩短，已经成为高效大型磨矿设备发展的一个瓶颈，如太钢袁家村铁矿Φ10.37m×5.49m半自磨机衬板使用寿命仅60～90天，一套衬板重量达500多吨，该矿建有三台半自磨机，每年衬板消耗1万吨左右，在更换一套衬板大约一周左右，造成巨大的直接和间接的经济损失。开发大型磨矿设备的易磨件已经受到广泛重视。
国内新上大型矿山一般采用较大直径半自磨机，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。
过去国内半自磨机衬板延续传统球磨机衬板材质，采用高锰钢（ZGMn13）或超高锰钢(ZGMn18Cr2)作为衬板耐磨材料。但由于高锰钢的初始硬度低，韧性好，冲击后才能硬化的特性，使得该材质在半自磨机的使用工况条件下出现耐磨性差，易变形，造成筒体扭曲，使用后衬板不易拆卸的问题，因此，半自磨机许多用户拒绝使用高锰钢衬板。
目前国内大多采用耐磨合金钢作为半自磨机衬板，但均因强韧性以及耐磨性没有良好的匹配，使得衬板在使用时断裂或是磨损严重而失效，使得寿命大大降低，目前国内半自磨机衬板使用效果最好的也仅仅在三个月之内，不仅增加了设备使用维护成本，而且严重影响半自磨机的生产效率。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种大型半自磨机衬板，有效提高衬板材料的强度和耐磨性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大型半自磨机衬板，包含下述重量份配比成分；
C：0.20％～0.30％；Mn：0.3％～1.0％；Si：0.3％～1.0％；Cr：1.0％～2.0%；P≤0.025%；S≤0.025%；Mo：0.30％～0.50%；Ni：1.0%～2.0%；Re：0.030％～0.050%。
制备过程包含下述工艺，
冶炼工艺：电弧炉冶炼+LF炉精炼；
热处理工艺：采用高温淬火+中温回火；
所得到的基体组织：马氏体+残余奥氏体。本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明通过高通量方法优化确定出设计成分，采用低碳低合金高强高韧钢，借助合金化细晶强化作用,特别是它们的复合加入，可在更宽的温度区间阻碍奥氏体晶粒的长大，通过晶粒细化使位错穿过晶界受阻产生细晶强化，提高材料的强度和耐磨性能。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明涉及的铸件正火和高温回火温度时间示意图。
图2为本发明涉及的铸件淬火和回火温度时间示意图。
实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的阐述。
如图1、图2所示，本发明一种大型半自磨机衬板，包含下述重量份配比成分；
C：0.20％～0.30％；Mn：0.3％～1.0％；Si：0.3％～1.0％；Cr：1.0％～2.0%；P≤0.025%；S≤0.025%；Mo：0.30％～0.50%；Ni：1.0%～2.0%；Re：0.030％～0.050%。
制备过程包含下述工艺，
冶炼工艺：电弧炉冶炼+LF炉精炼；
热处理工艺：采用高温淬火+中温回火；
本发明涉及的铸件的热处理工艺：正火+高温回火+淬火+回火工艺。
适用材质：ZG25-I；
铸件硬度：≥HRC42。
适用铸件：衬板 金相组织：回火马氏体+奥氏体。
制备工艺中需注意下述工艺。
第一，铸件必须先碰冒口和浇口，而后方可正火，如图1所示。
第二，正火后可用砂轮磨平飞边毛刺、冒口根、浇口根，清理表面沾砂。如果必须气割、气刨等动火清理时，正火后还需580℃回火并在300～350℃温度下进行。
第三，清理缺陷后补焊铸件，焊后去应力回火或立即淬火+回火，如图2所示。
第四，出现细小裂纹,打磨干净后才能淬火。装炉时铸件垂直放置，间距≥150mm。
第五，铸件厚大截面冷却到120~170℃才能出水，出水后及时入炉回火。
本发明在现场调研的基础上，收集典型厂家（太重、中信）生产的衬板的残体，进行取样分析，分析其化学成分，检测其硬度、冲击韧性、抗拉强度和耐磨性，观察其金相组织。
太重采用低合金Cr-Mo-Re 钢材质，基体组织为马氏体，热处理后硬度HRC48-51,但抗拉强度和屈服强度相当，无延伸率，在使用过程中耐磨性高，但易破碎，耐磨性能超过3个月，但常因有破碎衬板导致提前更换。
中信采用高碳低合金Cr-Mo钢材质，基体组织为珠光体+贝氏体，硬度HRC39-41，使用过程中无破碎，但因其硬度低而耐磨性差，最长时间不超过90天。
以往使用耐磨性差的锰钢及强韧性差的耐磨合金钢磨机衬板难以满足使用要求（抗拉强度、屈服强度、断面收缩率、硬度及伸长率）。大型磨机对耐磨衬板的使用性能要求越来越高，不但要有高的耐磨性，而且要有较高的屈服强度、断面收缩率、伸长率。
根据前面半自磨机使用情况现场调研结果和衬板实物分析结果，结合申请人的设备条件，提出本申请衬板的成分设计方案，经过实验室实验和现场试制，进行化学成分的优化筛选综合分析改进，最终开发了本申请衬板的成分体系；确定衬板的制备工艺方案，包括铸造工艺和热处理工艺，并进行试制验证（材料的力学性能，包括硬度、冲击韧性、抗拉强度、屈服强度和延伸率等；耐磨性能），得出强韧性匹配最优的半自磨机衬板材料。
配方为：C：0.20％～0.30％、Mn：0.3％～1.0％、Si：0.3％～1.0％、Cr：1.0％～2.0%、P/S≤0.025%、Mo：0.30％～0.50%、Ni：1.0%～2.0%、Re：0.030％～0.050%。通过高通量方法优化确定出设计成分，采用低碳低合金高强高韧钢，借助合金化细晶强化作用,特别是它们的复合加入，可在更宽的温度区间阻碍奥氏体晶粒的长大，通过晶粒细化使位错穿过晶界受阻产生细晶强化，提高材料的强度和耐磨性能。
Mn在一定条件下能细化钢的组织，对铁素体和奥氏体均有较强的固溶强化作用。可降低钢的下临界点和Ms点，并使层错能降低，Md点上升，从而增大残余奥氏体的体积与数量，有利于提高钢的韧性和耐磨性。
Si对铁素体也有较强的固溶强化作用，Si可以促进铁素体和位错马氏体板条间富碳残余奥氏体膜的形成，也阻碍渗碳体的形成和渗碳体从奥氏体中析出，有利于提高钢淬透性、弹性和综合力学性能。
Cr强化基体，细化组织，可阻止碳化物分解，增加钢的淬透性，并有二次硬化作用，有利于提高钢的耐磨性。
Mo强化铁素体，形成特殊碳化物，缩小γ区，使奥氏体等温转变图右移，提高淬透性，降低Ms点，降低过热敏感性，产生二次硬化。
综上，此类属低碳中合金高强韧钢，在保证一定韧性的情况下，具有较高的强度和耐磨性。
冶炼工艺：电弧炉冶炼+LF炉精炼
热处理工艺：采用高温淬火+中温回火
基体组织：马氏体+残余奥氏体
本发明涉及的材料可替代传统高锰钢耐磨材料应用于矿山、冶金、煤炭、电力、建材、化工等工业领域，如果全国推广使用后，每年可节约资金约数千万元。对金属矿资源合理开发和钢铁低碳能源生产，产生巨大的社会效益。本发明可解决制约大型半自磨衬板使用寿命低的关键技术难题，提高设备可靠性和使用寿命，对推动金属矿山行业的发展具有重要意义。
本发明提升耐磨半自磨机衬板材料的技术含量和附加值，这本身就意味着减少耐磨钢的生产量，即制造同类型的耐磨衬板，可比原先减少30%左右的能源、原材料消耗及废气排放；解决目前大型耐磨设备急需的耐冲击、耐蚀的耐磨件。同时，还减少了废旧设备回收和再生利用过程中对能源的消耗和对环境造成的污染。研发新型耐磨钢应用后不但能极大地提高本企业的市场竞争力，而且能够降低30%的衬板备件采购成本。
基于本发明所研发的新型双相耐磨合金钢半自磨机衬板材质，相比传统的锰钢及中低碳合金钢球磨机衬板抗冲击特性和耐磨损特性强，使用寿命长，可达到120天以上。以1台球磨机90天更换1套为例，一年可减少更换1套衬板，节约几百万元。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种大型半自磨机衬板，其特征在于，包含下述重量份配比成分；
C：0.20％～0.30％；Mn：0.3％～1.0％；Si：0.3％～1.0％；Cr：1.0％～2.0%；P≤0.025%；S≤0.025%；Mo：0.30％～0.50%；Ni：1.0%～2.0%；Re：0.030％～0.050%。
2.根据权利要求1所述的一种大型半自磨机衬板，其特征在于，制备过程包含下述工艺，
冶炼工艺：电弧炉冶炼+LF炉精炼；
热处理工艺：采用高温淬火+中温回火；
所得到的基体组织：马氏体+残余奥氏体。
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2023
- 2023-03-06 CN CN202310200472.0A patent/CN116288055A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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