专利名称：一种大型球磨机用衬板及其铸造方法
技术领域：
本发明属于金属铸件制造技术领域，具体涉及一种大型球磨机用衬板及其铸造方 法。
背景技术：
球磨机是冶金磨矿、水泥、发电等行业常用的粉磨设备。球磨机衬板的主要作用是 保护磨机和带动磨球对物料进行研磨和粉碎。球磨机衬板的主要失效形式是小能量多次冲 击下的磨料磨损，据统计，我国每年在球磨机上消耗的钢铁达数百万吨。因此如何提高球磨 机衬板的耐磨性一直是研究的热点。在上世纪八十年代以前，我国衬板材料基本上采用高锰钢。高锰钢衬板使用过程 中存在的主要问题是不能充分地加工硬化，其残体表面硬度仅有HBS270 350，在选矿厂 的磨机中也不会超过HBS300，远远达不到高锰钢的加工硬化极限HBW500的水平。所以，用 高锰钢来制造球磨机衬板因其不能发挥高锰钢的加工硬化特性，故耐磨性差，使用寿命短。 又由于高猛钢的屈服强度低，衬板在使用过程中易发生塑性变形，使得维修拆卸非常困难。 加入某些合金元素的高锰钢衬板或合金白口铁衬板比普通高锰钢衬板的抗磨性有显著提 高，但是由于这些材料中含有大量的Cr、Ni、Mo等贵重金属而使成本增加，并且在生产和使 用过程中也容易产生裂纹，甚至破碎。近年来出现了采用耐磨铸铁制造球磨机衬板的报道， 但由于耐磨铸铁脆性大，衬板在使用中易出现断裂，影响球磨机的安全运行。用低合金钢制 造球磨机衬板，存在强度和硬度低、耐磨性差的不足，其耐磨性仅比高锰钢衬板略有提高。 为了提高合金钢的强韧性和耐磨性，通常都要加入钼、镍、铬、钨、钒等合金元素，随着合金 资源的日益紧缺，钼、镍、铬、钨、钒等合金供应日趋紧张，价格飞速上涨，导致普通钢铁耐磨 材料生产成本不断攀升。随着工业的发展，球磨机也由小变大，从七八十年代以直径2 3 米为主，发展到九十年代4米左右大流行，一直到现在向5 9米发展，原来的一些衬板材 料已不能满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨性能好、生产成本低的大型球磨机用衬板。同时，本发明的目的还在于提供一种大型球磨机用衬板的铸造方法。为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是一种大型球磨机用衬板，其化学 组成及各组成成分的重量百分含量为c 0. 40 0. 50%、Mn :1. 8 2. 0%、Si 0. 7 1. 0%、 Cr :1. 8 2. 1%、Mo 0. 35 0. 65%、B 0. 004 0. 008%、Nb 0. 03 0. 04%、Ce 0. 02 0. 05%、P<0. 03%、S<0. 03%，余量为Fe和不可避免的杂质。进一步地，所述衬板的厚度大于140mm。所述衬板的重量大于1500kg。一种大型球磨机用衬板的铸造方法，包括熔炼工艺过程和热处理工艺过程 (1)熔炼工艺过程
4采用碱性电弧炉氧化法，首先用高铝矾土打结熔炼炉炉衬，之后向熔炼炉炉底加入底 渣材料，然后向熔炼炉中加入碳素废钢和钼铁，当温度达到1550 1600°C时，再加入经烘 干处理的电解锰、铬铁、硅铁、硼铁和铌铁，当温度为1620°C时，向熔炼炉中加入脱氧剂进行 脱氧处理，得到出钢钢液；
在出钢钢液出钢前对钢水包进行清洗、烘烤处理，烘烤至钢水包上下均为红色时，再向 钢水包中放置铈铁合金，之后将所述出钢钢液倒入钢水包中出钢，出钢温度控制为1590 1610°C，钢渣混出，倒入钢水包中的出钢钢液在钢水包中与铈铁合金反应进行变质处理，之 后再镇静5 10分钟后扒渣，当温度为1520 1540°C时，将钢水包中的钢液浇入铸型型腔 中进行铸造，得到衬板铸件； (2)热处理工艺过程
对所述衬板铸件进行热处理，当加热炉温度升至300°C时放入衬板铸件，以60°C /小 时的升温速度将衬板铸件加热到650°C，保温10小时，再随炉加热到930°C，保温4小时， 随后将衬板铸件从加热炉中取出，放入到室温的淬火油介质中淬火，之后再随炉将衬板铸 件加热到260°C，保温4小时进行回火处理，继续随炉加热到260°C，保温2小时进行回火 处理，经冷却，得到衬板成品。衬板成品的化学组成及各组成成分的重量百分含量为C: 0. 40 0. 50%、Mn :1. 8 2. 0%、Si 0. 7 1. 0%、Cr :1. 8 2. 1%、Mo 0. 35 0. 65%、B 0. 004 0. 008%、Nb 0. 03 0. 04%、Ce 0. 02 0. 05%、Ρ<0· 03%、S<0. 03%,余量为 Fe 和不 可避免的杂质。 进一步地，所述底渣材料由石灰和萤石组成，石灰与萤石的重量比为石灰萤石 =4:1。 所述底渣材料的用量为2 3%。所述铈铁合金的用量为0. 02 0. 05%。所述脱氧剂为铝。所述脱氧剂的用量为0. 08%。本发明通过在中碳钢中添加以硅、锰、铬为主的合金元素和少量的钼、硼、铌、铈合 金元素，对中碳钢进行复合强化处理，改善了中碳钢的组织和淬透性，同时采用合理的铸造 方法，通过熔炼工艺过程和热处理工艺过程来充分发挥硅、锰、铬、钼、硼、铌、铈合金元素的 作用，提高了衬板的韧性和耐磨性能，达到了大型球磨机用衬板所需的综合性能，制得的衬 板成品的质量好，使用寿命显著延长。本发明的大型球磨机用衬板中添加的合金元素以廉 价的硅、锰为主要合金元素，铬的添加量控制不超过2. 1%，其余合金元素的添加量为少量或 微量，因此生产成本低，而且铸造方法简单，制得的衬板成品的价格与高锰钢相当。本发明 具有显著的经济效益和社会效益。本发明提供的大型球磨机用衬板的有效厚度大于140mm，单重达1500kg以上。衬 板成品的耐磨性能优异，硬度高，韧性好，强度高，其硬度> HBW515，冲击韧度> 42J/cm2，抗 拉强度可达1610MPa。
具体实施例方式实施例1
一种大型球磨机用衬板，其化学组成及各组成成分的重量百分含量为c 0. 40%、Mn 2. 0%、Si 1. 0%、Cr :1. 8%、Mo 0. 65%,B 0. 008%,Nb 0. 03%,Ce 0. 05%,P 0. 025%, S 0. 021%,
余量为Fe和不可避免的杂质。该衬板的厚度为142mm，单量为1556kg。该大型球磨机用衬板的铸造方法，包括熔炼工艺过程和热处理工艺过程
(1)熔炼工艺过程
采用碱性电弧炉氧化法，首先用高铝矾土打结熔炼炉炉衬，之后向熔炼炉炉底加入由 石灰和萤石组成的底渣材料，其中石灰与萤石的重量比为石灰萤石=4:1，底渣材料的用 量为3%，然后向熔炼炉中加入碳素废钢和钼铁，当温度达到1550°C时，再加入经烘干处理 的电解锰、铬铁、硅铁、硼铁和铌铁，当温度为1620°C时，向熔炼炉中加入铝进行脱氧处理， 铝的用量为0. 08%，得到出钢钢液；
在出钢钢液出钢前对钢水包进行清洗、烘烤处理，烘烤至钢水包上下均为红色时，再向 钢水包中放置铈铁合金，铈铁合金的用量为0. 05%，之后将出钢钢液倒入钢水包中出钢，出 钢温度控制为1590 1610°C，钢渣混出，倒入钢水包中的出钢钢液在钢水包中与铈铁合金 反应进行变质处理，之后再镇静10分钟后扒渣，当温度为1520 1540°C时，将钢水包中的 钢液浇入铸型型腔中进行铸造，得到衬板铸件；
(2)热处理工艺过程
对衬板铸件进行热处理，当加热炉温度升至300°C时放入衬板铸件，以60°C /小时的 升温速度将衬板铸件加热到650°C，保温10小时，再加热到930°C，保温4小时，随后将衬板 铸件从加热炉中取出，放入到室温的淬火油介质中淬火，之后再将衬板铸件加热到260°C， 保温4小时进行回火处理，继续加热到260°C，保温2小时进行回火处理，经冷却，得到衬板 成品。实施例2
一种大型球磨机用衬板，其化学组成及各组成成分的重量百分含量为c 0. 50%、Mn 1. 8%、Si :0. 7%、Cr :2. 1%、Μο :0. 35%,B :0. 004%,Nb :0. 04%,Ce :0. 02%,P :0. 024%, S :0. 027%, 余量为Fe和不可避免的杂质。该衬板的厚度为146mm，单量为1593kg。该大型球磨机用衬板的铸造方法，包括熔炼工艺过程和热处理工艺过程
(1)熔炼工艺过程
采用碱性电弧炉氧化法，首先用高铝矾土打结熔炼炉炉衬，之后向熔炼炉炉底加入由 石灰和萤石组成的底渣材料，其中石灰与萤石的重量比为石灰萤石=4:1，底渣材料的用 量为2%，然后向熔炼炉中加入碳素废钢和钼铁，当温度达到1600°C时，再加入经烘干处理 的电解锰、铬铁、硅铁、硼铁和铌铁，当温度为1620°C时，向熔炼炉中加入铝进行脱氧处理， 铝的用量为0. 08%，得到出钢钢液；
在出钢钢液出钢前对钢水包进行清洗、烘烤处理，烘烤至钢水包上下均为红色时，再向 钢水包中放置铈铁合金，铈铁合金的用量为0. 02%，之后将出钢钢液倒入钢水包中出钢，出 钢温度控制为1590 1610°C，钢渣混出，倒入钢水包中的出钢钢液在钢水包中与铈铁合金 反应进行变质处理，之后再镇静5分钟后扒渣，当温度为1520 1540°C时，将钢水包中的钢 液浇入铸型型腔中进行铸造，得到衬板铸件；
(2)热处理工艺过程
6对衬板铸件进行热处理，当加热炉温度升至300°C时放入衬板铸件，以60°C /小时的 升温速度将衬板铸件加热到650°C，保温10小时，再加热到930°C，保温4小时，随后将衬板 铸件从加热炉中取出，放入到室温的淬火油介质中淬火，之后再将衬板铸件加热到260°C， 保温4小时进行回火处理，继续加热到260°C，保温2小时进行回火处理，经冷却，得到衬板 成品。实施例3
一种大型球磨机用衬板，其化学组成及各组成成分的重量百分含量为c 0. 40%、Mn 1. 9%、Si :0. 9%、Cr :1. 9%、Mo :0. 45%,B :0. 006%,Nb :0. 03%,Ce :0. 02%,P :0. 022%, S :0. 021%, 余量为Fe和不可避免的杂质。该衬板的厚度为144mm，单量为1582kg。该大型球磨机用衬板的铸造方法，包括熔炼工艺过程和热处理工艺过程
(1)熔炼工艺过程
采用碱性电弧炉氧化法，首先用高铝矾土打结熔炼炉炉衬，之后向熔炼炉炉底加入由 石灰和萤石组成的底渣材料，其中石灰与萤石的重量比为石灰萤石=4:1，底渣材料的用 量为2%，然后向熔炼炉中加入碳素废钢和钼铁，当温度达到1580°C时，再加入经烘干处理 的电解锰、铬铁、硅铁、硼铁和铌铁，当温度为1620°C时，向熔炼炉中加入铝进行脱氧处理， 铝的用量为0. 08%，得到出钢钢液；
在出钢钢液出钢前对钢水包进行清洗、烘烤处理，烘烤至钢水包上下均为红色时，再向 钢水包中放置铈铁合金，铈铁合金的用量为0. 02%，之后将出钢钢液倒入钢水包中出钢，出 钢温度控制为1590 1610°C，钢渣混出，倒入钢水包中的出钢钢液在钢水包中与铈铁合金 反应进行变质处理，之后再镇静5分钟后扒渣，当温度为1520 1540°C时，将钢水包中的钢 液浇入铸型型腔中进行铸造，得到衬板铸件；
(2)热处理工艺过程
对衬板铸件进行热处理，当加热炉温度升至300°C时放入衬板铸件，以60°C /小时的 升温速度将衬板铸件加热到650°C，保温10小时，再加热到930°C，保温4小时，随后将衬板 铸件从加热炉中取出，放入到室温的淬火油介质中淬火，之后再将衬板铸件加热到260°C， 保温4小时进行回火处理，继续加热到260°C，保温2小时进行回火处理，经冷却，得到衬板成品。实施例1、实施例2、实施例3制得的衬板成品的性能测试数据见表1所示。表1 各实施例衬板成品性能测试数据
权利要求
一种大型球磨机用衬板，其特征在于所述衬板的化学组成及各组成成分的重量百分含量为C0.40～0.50%、Mn1.8～2.0%、Si0.7～1.0%、Cr1.8～2.1%、Mo0.35～0.65%、B0.004～0.008%、Nb0.03～0.04%、Ce0.02～0.05%、P<0.03%、S<0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的大型球磨机用衬板，其特征在于所述衬板的厚度大于 140mmο
3.根据权利要求1所述的大型球磨机用衬板，其特征在于所述衬板的重量大于 1500kg。
4.一种权利要求1 3任一所述的大型球磨机用衬板的铸造方法，其特征在于包括 熔炼工艺过程和热处理工艺过程(1)熔炼工艺过程采用碱性电弧炉氧化法，首先用高铝矾土打结熔炼炉炉衬，之后向熔炼炉炉底加入底 渣材料，然后向熔炼炉中加入碳素废钢和钼铁，当温度达到1550 1600°C时，再加入经烘 干处理的电解锰、铬铁、硅铁、硼铁和铌铁，当温度为1610 1630°C时，向熔炼炉中加入脱 氧剂进行脱氧处理，得到出钢钢液；在出钢钢液出钢前对钢水包进行清洗、烘烤处理，烘烤至钢水包上下均为红色时，再向 钢水包中放置铈铁合金，之后将所述出钢钢液倒入钢水包中出钢，出钢温度控制为1590 1610°C，钢渣混出，倒入钢水包中的出钢钢液在钢水包中与铈铁合金反应进行变质处理，之 后再镇静5 10分钟后扒渣，当温度为1520 1540°C时，将钢水包中的钢液浇入铸型型腔 中进行铸造，得到衬板铸件；(2)热处理工艺过程对所述衬板铸件进行热处理，当加热炉温度升至280 300°C时放入衬板铸件，以50 600C /小时的升温速度将衬板铸件加热到630 650°C，保温8 10小时，再加热到920 940°C，保温4小时，随后将衬板铸件从加热炉中取出，放入到室温的淬火油介质中淬火，之 后再将衬板铸件加热到240 260°C，保温4小时进行回火处理，继续加热到240 260°C， 保温2小时进行回火处理，经冷却，得到衬板成品。
5.根据权利要求4所述的大型球磨机用衬板的铸造方法，其特征在于所述底渣材料 由石灰和萤石组成，石灰与萤石的重量比为石灰萤石=4:1。
6.根据权利要求4或5所述的大型球磨机用衬板的铸造方法，其特征在于所述底渣 材料的用量为重量百分比2 3%。
7.根据权利要求4所述的大型球磨机用衬板的铸造方法，其特征在于所述铈铁合金 的用量为重量百分比0. 02 0. 05%。
8.根据权利要求4所述的大型球磨机用衬板的铸造方法，其特征在于所述脱氧剂为铝。
9.根据权利要求4或8所述的大型球磨机用衬板的铸造方法，其特征在于所述脱氧 剂的用量为0. 08%。
10.根据权利要求4所述的大型球磨机用衬板的铸造方法，其特征在于所述衬板成品 的化学组成及各组成成分的重量百分含量为c 0. 40 0. 50%、Mn :1. 8 2. 0%、Si 0. 7 1.0%、Cr :1· 8 2· 1%、Μο :0· 35 0· 65%,B :0· 004 0· 008%,Nb :0· 03 0· 04%,Ce :0· 02 `0. 05%、P<0. 03%、S<0. 03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
全文摘要
本发明公开了一种大型球磨机用衬板及其铸造方法，其中，该衬板的化学组成及各组成成分的重量百分含量为C0.40～0.50%、Mn1.8～2.0%、Si0.7～1.0%、Cr1.8～2.1%、Mo0.35～0.65%、B0.004～0.008%、Nb0.03～0.04%、Ce0.02～0.05%、P<0.03%、S<0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的大型球磨机用衬板的有效厚度大于140mm，单重达1500kg以上。衬板成品的耐磨性能优异，硬度高，韧性好，强度高，其硬度≥HBW515，冲击韧度≥42J/cm2，抗拉强度可达1610MPa。
文档编号C21D1/18GK101956140SQ201010294909
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者李洛利, 李继文, 王文焱, 王爱琴, 谢敬佩 申请人:河南科技大学