专利名称：一种球磨机铸铁衬板及其生产方法
技术领域：
本发明属于金属抗磨材料及其制备，是粉磨各类物料的球磨机用衬板及其生产方法。
目前，我国水泥、矿山、电力化工等行业多选用滚筒式球磨机做粉磨设备，其中的衬板是易损件之一，使用寿命较短。这是因为国内生产的衬板一种是用冲天炉熔炼制造的中锰球墨铸铁材质，各物料均按GB3180-82规定的化学成份选配，所制衬板厚大，冷却工艺难以控制，衬板基体组织多数为索式体，有时甚至出现网状碳化物，致使该类衬板性能不稳定，在使用过程中易发生早期断裂，近几年来另一种中碳低合金Cr-Mn-SI-Mo-Cu系材质衬板在水泥、选矿、发电等行业中被应用，其制造工艺大致为电炉熔炼-水玻璃砂型铸造-淬火-回火处理，大批量生产时须采用电弧炉熔炼(可参考1993年2月“铸造”期刊，论文名称为“中碳多元合金钢在大中型水泥磨机衬板上的应用”和刊登在“华北电力学学报”1991年第一期的论文“中高碳低合金钢球磨机衬板的研制”。)。虽然此类材质衬板的抗磨性能所改善，但由于在制备过程中加入了较多了贵重合金材料和需要较复杂的热处理工序，存在着生产工艺难度大，能耗较高和产出比例较低，不易于推广应用等不足。既使是在国外所使用的高铬铸铁Cr15Mo3、镍硬铸铁、中碳合金钢等衬板亦存在同样问题。
本发明的目的在于提供一种铸铁衬板的生产方法，该方法适合冲天炉熔炼，采用多元微合金化技术，并靠合理选配我国富有的含Mn、Cu、W等合金元素做炉料，简化铸造成型后的热处理工序，使衬板相结构是马氏体为基体，并用适当数量的贝氏体做为第二相的复合组织。极大地改善了衬板的耐磨性和冲击韧性。以克服现有技术所存在的不足。
本发明的合金成份，炉料种类和生产方法是一种球磨机铸铁衬板及其生产方法是衬板为Si、Mn、Cu、Ta、Ti、Nb、W等多元及微合金化材质，采用冶金熔炼，砂型铸造和淬火，回火热处理工序制成，衬板合金中的各化学成份百分比含量为C3.0-3.8、Si1.5-2.5、Mn1.0-2.0、Cu2.0-3.0、W0.1-1.2、Nb微量-0.5、Ti微量-0.2、Ta微量、RE微量、Mg微量，余量为Fe，其中P〈0.1、S〈0.03，衬板的金相结构是马氏体为基体，并有适当数量贝氏体做第二相的复合组织，衬板硬度为HRC53-56，冲击韧性ak为13.5J/cm2-18J/cm2；衬板的生产方法是A、选配炉料根据衬板的化学成份及合金收得率配料，所用炉料为铸造生铁、回炉料、废钢、锰铁、硅铁、钨渣铁合金或钨铁、电解铜、低稀土硅合金、钛铁、铌铁；B、熔炼将所选配各炉料按一定比例装入炉中熔炼，使熔炼炉的出铁温度为1400℃-1500℃；C、球化、孕育处理采用低稀土镁硅铁合金做球化剂，75Si-Fe、Ti-Te做孕育剂进行炉前球化和孕育处理，75Si-Fe、Ti-Te的孕育量分别为0.5-1%和0.05%；D、铸造成型及热处理采用湿砂型室温落砂铸造成型，清理后将衬板置入电阻炉或反射炉加热至840℃，保温2小时，取出后淬入水溶液中冷却至350℃-450℃时，提出衬板迅速置入保温抗缓冷至室温，再将衬板回火处理，回火温度为250℃-300℃，保温3-4小时，回火后冷却即为衬板产成品。
所选配的各炉料和淬火用溶液的配比是各炉料以铸造生铁、回炉料、废钢、电解铜、钨渣铁含金为主要炉料，以硅铁、锰铁钛铁、低稀土硅铁合金为添加料，各添加炉料的总重量占各主要炉料总重量的3.8-7%，各主要炉料中废钢占5-10%、电解铜为2-3%、钨渣铁合金为5-12%，余量为铸造生铁回炉料，二者的相对重量比为1∶0.3-0.5，各添加炉料的添加量与总炉料的重量比分别为硅铁0.5-2%、锰铁1.5-3%、钛铁0.05-0.08%、铌铁0.3-0.5%，低稀土硅铁合金1.5-1.8%，淬火处理水溶液中含水玻璃18-20%、氯化钠8-10%，碳酸钠8-10%、氢氧化钾05-1%，余量为水，水温为20℃-60℃。
热处理设备及有关成分的参数说明为热处理用加热炉为台车式电阻或燃煤反射炉，所用炉料中的钨渣铁合金为炼制钨合金的炉渣。
衬板的化学成份中所含物质的微量范围为0.01%-0.05%。
本发明的各实施例如下实施例1、用3吨/小时的冲天炉熔炼，所用炉料为铸造生铁55%、回炉料20%、废钢10%、电解铜2.5%、钨渣合金8%。添加料硅铁为0.85%、锰铁2%、钛铁0.05%，低稀土合金1.6%。
出铁温度为1450℃，用低稀土、镁硅铁合金进行球化处理，用75Si-Fe、Ti-Te进行孕育处理，孕育量分别为0.5-1%和0.05%。衬板浇注成型后的热处理工序如前述。其中所用加热炉为台车式电阻炉，温度为850℃、保温3小时。淬火用溶液中含水玻璃18%、碳酸钠8%、氯化钠8%、氢氧化钾1%、余量为火。淬火后衬板温度为350℃。回火温度为250℃并保温4小时后空冷。
所制成的衬板中各成份的含量(重量%)为C3.3、Si1.87、Mn1.25、Cu2.5、W0.8、Nb0.8、Ti0.06、RE0.02、Mg0.035，余量为铁。衬板的金相组织如前述，衬板硬度为HRC55，冲击韧性ak=13.5J/cm2。
实施例2各炉料重量百分比为铸造生铁55%、回炉料25%、废钢10%、电解铜2.1%、钨铁1.5%、锰铁3%、硅铁1.55%、钛铁0.05%、低稀土硅铁合金1.5%、铌铁0.3%。
出铁温度、球化处理、孕育处理及热处理工序、工艺条件同上。
制成的衬板中各成份含量(重量%)为C3.6、Si2.45、Mn1.8、Cu2.01、W1.05、Nb0.04、Ti0.03、RE0.015、Mg0.038，余量为铁。衬板硬度为HRC=56，冲击韧性ak=14J/cm2。
实施例3各炉料重量百分比为铸造生铁55%、回炉料20%、废钢10%、电解铜3%、钨渣铁合金6%、锰铁2.45%、硅铁1.4%、钛铁0.05%、铌铁0.5%、低稀土镁硅铁合金1.6%。
制做方法与实施例1相同。
衬板中各成份含量(重量%)为C3.7、Si2.23、Mn1.5、Cu2.8、W0.5、Nb0.05、Ti0.07、RE0.025、Mg0.032，余量为铁。衬板硬度为HRC=53，冲击韧性ak=18J/cm2。
本发明所具有实质性特点和所取得的显著技术进步是1、由于衬板的机械性能取决于其化学成份和金相组织。较为理想的化学成份及金相组织是靠合理的选配炉料及适当的铸造和热处理工艺。本发明所生产的衬板材质其化学成份设计就是在Fe-Si合金中合理加入一定量的合金元素并据此采用了相应的铸造和热处理工序和工艺条件。具体分析如下锰强烈扩大奥氏体区域，抑制珠光体转变，稳定奥氏体，可明显提高合金淬透性。钨的作用是显著提高淬透性，且具有较强的促进贝氏体相变的作用，钨既可固深于铁素体或奥氏体中，又可形成碳化物及复杂的碳化物，能明显细化碳化物和晶粒，因此加适量钨能提高合金的综合机械性能。铜可提高淬透性，尤其是当铜、钨共存时，提高淬透性的效果更为显著，且铜使连续冷却转变图中的珠光体区向右移，使贝氏体转变区左移，所以铜具有促进贝氏体转变的作用，本发明加大铜含量至2-3%，从而可获得较多数量贝氏体组织，微量合金元素Nb、Ta、Ti可采用相应的的铁合金或钨渣合金做为炉料加入，在溶炼过程中能与C、N形成高熔点化合物，并做为外补晶核以细化晶粒提高强度、冲击韧性和耐磨性。另处Nb、Ta、Ti能部份溶于奥氏体中提高了合金的淬透性有利于在热处理过程中获得马氏体、贝氏体组织。
2、本发明在合理配料的基础上利用冲天炉熔炼和简单的热处理工艺制作机械性能较好的衬板，不仅节省了较昂贵的Cr-Fe、Ni、Mo等合金大幅度降低了材料成本，而且简化了铸造及热处理工序使制造工艺易于掌握，便于推广应用。
3、所生产的衬板与其他材质衬板相比具有较高的耐磨性能、耐冲击性能(耐磨性是高锰钢的3-4倍)，在使用过程中无断裂、变形现象发生，其寿命比高锰钢衬板长3倍以上。
权利要求
1.一种球磨机铸铁衬板及其生产方法是衬板为Si、Mn、Cu、Ta、Ti、Nb、W等多元及微合金化材质，采用冶金熔炼，砂型铸造和淬火，回火热处理工序制成，其特征在于衬板合金中的各化学成份百分比含量为C3.0-3.8、Si1.5-2.5、Mn1.0-2.0、Cu2.0-3.0、W0.1-1.2、Nb微量-0.5、Ti微量-0.2、Ta微量、RE微量、Mg微量，余量为Fe，其中P＜0.1、S＜0.03，衬板的金相结构是以马氏体为基体，并有适当数量贝氏体做第二相的复合组织，衬板硬度为HRC53-56，冲击韧性ak为13.5J/cm2-18J/cm2；衬板的生产方法是A、选配炉料根据衬板的化学成份及合金收得率配料，所用炉料为铸造生铁、回炉料、废钢、锰铁、硅铁、钨渣铁合金或钨铁、电解铜、低稀土硅铁合金、钛铁、铌铁；B、熔炼将所选配各炉料按一定比例装入炉中熔炼，使熔炼炉的出铁温度为1400℃-1500℃；C、球化、孕育处理采用低稀土镁硅铁合金做球化剂，75Si-Fe、Ti-Te做孕育剂进行炉前球化和孕育处理，75Si-Fe、Ti-Fe的孕育量分别为0.5-1%和0.05%；D、铸造成型及热处理采用湿砂型室温落砂铸造成型，清理后将衬板置入电阻炉或反射炉加热至840℃，保温2小时，取出后淬入水溶液中冷却至350℃-450℃时，提出衬板迅速置入保温坑缓冷至室温，再将衬板回火处理，回火温度为250℃-300℃，保温3-4小时，回火后冷却即为衬板产成品。
2.根据权利要求1所述的衬板及其方法，其特征在于各炉料以铸造生铁、回炉料、废钢、电解铜、钨渣铁含金为主要炉料，以硅锰铁钛铁、低稀土硅铁合金为添加料，各添加炉料的总重量占各主要炉料总重量的3.8-7%，各主要炉料中废钢占5-10%、电解铜为2-3%、钨渣铁合金为5-12%，余量为铸造生铁回炉料，二者的相对重量比为1∶0.3-0.5，各添加炉料的添加量与总炉料的重量比分别为硅铁0.5-2%、锰铁1.5-3%、钛铁0.05-0.08%、铌铁0.3-0.5%，低稀土硅铁合金1.5-1.8%，淬火处理水溶液中含水玻璃18-20%、氯化钠8-10%，碳酸钠8-10%、氢氧化钾05-1%，余量为水，水温为20℃-60℃。
3.根据权利要求1或2所述板及其生产方法，其特征在于热处理用加热炉为台车式电阻炉或燃烧反射炉，所用炉料中的钨渣铁合金为炼制钨合金的炉渣。
4.根据权利要求1所述的衬板及其生产方法，其特征在于衬板的化学成份中含物质的微量范围为0.01%-0.05%。
全文摘要
本发明属于金属抗磨材料及其制备，是粉磨各类物料的球磨机用衬板及其生产方法。该方法适合冲天炉熔炼，采用多元微合金化技术，并靠合理选配我国富有的含Mn、Cn、W等合金元素做炉料，简化铸造成型后的热处理工序，使衬板的金相为马氏体、贝氏体复合组织。用该方法制造的衬板具有耐磨性、冲击韧性较高和使用中无断裂、变形现象发生，寿命较长等显著特点。
文档编号B02C17/22GK1109384SQ94105108
公开日1995年10月4日 申请日期1994年5月12日 优先权日1994年5月12日
发明者王士本, 刁家亮, 刁美艳, 葛会民, 毕俊刚 申请人:河北机电学院