一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种余热淬火球墨铸铁球磨机衬板的制备方法。采用氧化钼粉在高温铁水中还原进行钼的合金化的方法，以及采用低磷和低硫的铸造生铁为原料，在完成配料、称量、铁水熔炼、出铁、球化、扒渣、孕育、V-EPC真空消失模浇注、打箱、余热淬火、清理和低温回火等一系列工艺环节后获得球墨铸铁球磨机衬板的整个工艺过程。经检测：采用铸造余热淬火+220oC回火处理后厚度80mm的球墨铸铁球磨机衬板的硬度HRC50-52，冲击韧性ak18-22J/cm2,耐磨性是同类型高锰钢球磨机衬板的1.5-2倍。由于球墨铸铁的韧性适中，所以，本发明专利介绍的方法适合制备在中、小型球磨机中使用的厚度在100mm以下的衬板。
【专利说明】一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法，属于抗磨损金属 材料领域。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外球磨机衬板的材质主要采用高锰钢和低合金耐磨钢；高锰钢具有冲 击硬化的特点，其工件受到的冲击力越大，表面的硬化程度越高，耐磨性越好，然而，高锰钢 工件通常都是在中、低应力状态下工作，如：中、小型球磨机衬板，所以，高锰钢加工硬化的 特点难以获得充分的发挥，致使其耐磨性能不理想，使用寿命较低，所以，高锰钢并不适合 制备中、小型球磨机衬板；低合金耐磨钢具有硬度高、韧性适中和耐磨性能优良等特点，可 以用来生产中、小型球磨机衬板，然而，低合金耐磨钢中、小型球磨机衬板生产工艺比较复 杂，生产成本较高，是目前影响其全面推广应用的主要障碍，因此，开发硬度高、韧性适中、 耐磨性能优良、生产工艺简便和生产成本较低的新材质球磨机衬板是必要的。
[0003] 铸造余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的生产工艺与传统球墨铸铁耐磨铸件具 有许多相似之处；然而，与传统工艺显著不同的是：采用氧化钥粉在高温铁水中直接将其 还原进行钥的合金化，不但有效地降低了生产成本，而且，增加了对这种对淬透性具有重 要影响元素的含量，从而，有效地降低了球铁中的锰含量，改善了球铁的韧性；同时，采用 V-EPC真空消失模铸造容易实现铸件与型砂的分离，这为利用铸造余热进行淬火提供了可 能，另外，V-EPC真空消失模铸造容易实现批量化生产，为降低生产成本提供了有利条件； 经检测：采用铸造余热淬火+220°C回火处理后厚度80mm的球墨铸铁球磨机衬板的硬度 HRC50-52,冲击韧性ak18-22J/cm2,耐磨性是同类型高锰钢球磨机衬板的1. 5-2倍；因此，铸 造余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板具有硬度高、韧性适中、耐磨性能优良、生产工艺简便 和生产成本较低等显著特点。
[0004] 需要指出的是：由于该球墨铸铁韧性适中，所以，采用本发明专利制备的球磨机衬 板适合在直径在2. 5m以下的中小型球磨机中使用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种"铸造余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板"的制备方 法，通过利用氧化钥在高温铁水中直接还原进行钥的合金化和铸造余热淬火不但使球磨机 衬板具有高硬度和良好的韧性，而且，生产工艺简便和生产成本较低，是制备直径在2. 5米 以下的球磨机衬板的一种新的工艺方法。
[0006] 技术解决方案的工艺步骤如下： (1)供钥剂为市场上销售的工业纯氧化钥M〇03粉，Mo含量48-52wt% ;使用前，需将其 破碎至粒度小于2_。还原剂为焦粉颗粒，粒度小于1mm ;使用时按照焦粉颗粒：氧化钥粉 0. 6-0. 8:1的重量比进行称量和混合；混好后的混合粉中加入水玻璃溶液拌湿，并在模具 中压制成Φ15-20πιπι的钥合金化小球；小球使用前要充分干燥，以去除其中的水分。
[0007] (2)制备球磨机衬板的球墨铸铁的化学成分为：2. 8-3. 3wt%C，2· 5-3. 3wt%Si， 0. 8-1. 2wt°/〇Mn, 0. 5-0. 6wt°/〇Mo, 0. 6-0. 8wt°/〇Cu, 0. 02-0. 04wt°/〇RE ^ ^ , 0. 03-0. 05wt°/〇Mg ^ 余，P < 0· 05wt%，S < 0· 03wt%〇
[0008] (3)选用牌号为Q16或Q18的优质铸造生铁为原料；6#稀土硅铁镁合金 (4-6wt%RE，8-10wt%Mg)为球化剂，粒度小于10mm ;75Fe-Si为孕育剂，粒度小于10mm。
[0009] (4)铁水既可以在冲天炉中进行熔炼，也可以在中频感应电炉中熔炼；如果用冲天 炉熔炼，钥合金化小球应直接加入到冲天炉内；如果用中频感应电炉熔炼，钥合金化小球应 在开始冶炼时加入到坩锅底；钥合金化小球的加入量按照氧化钥中的钥含量和球墨铸铁中 的目标含量进行计算，钥的回收率按照95%计算；当铁水温度达到1450°C-1480°C时准备出 铁。
[0010] (5)采用专门用于进行球化处理的堤坝式铁水包接铁水；出铁前，将球化剂加入到 堤坝底部，球化剂的加入量为铁水重量的1. o-l. 8wt%。
[0011] (6)出铁，在铁水包内进行球化处理；结束后，在铁水包内加入聚渣剂人工除渣。
[0012] (7)将孕育剂加入到铁水表面并进行搅拌，孕育剂的加入量为铁水重量的 1. 0-1. 5% ;之后，将铁水浇入预先埋有球磨机衬板EPS组合模样的砂箱中；在铁水浇入之 前，V-EPC真空消失模铸造系统已处于正常的工作状态之中，浇注结束后，继续保持V-EPC 系统工作12-15分钟。
[0013] (8)关掉真空泵，将铸件从砂箱中取出并进行简单地表面清理后连同浇冒口一同 淬入到淬火池内进行淬火处理，淬火剂为水玻璃溶液； (9)铸件冷却至室温后，将其从淬火池中取出；打掉浇冒口和进行表面清理后进行 220°C/4小时的回火处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明工艺流程图。
【具体实施方式】
[0015] 实施例1 将市场上销售的工业纯氧化钥M〇03粉（51. 2wt% Mo)破碎至粒度小于2mm，并与粒度小 于1_的焦粉颗粒进行混合；两者混合的重量比为焦粉颗粒：氧化钥粉〇. 7:1 ;在混好后的 混合料中加入水玻璃溶液拌湿，并在模具中压制成Φ 15mm的小球，小球使用前充分干燥， 去除水分。
[0016] 选用牌号为Q16的优质铸造生铁为原料在冲天炉中熔炼铁水。
[0017] 球墨铸铁衬板的化学成分为：2. 8-3. 3wt%C, 2. 5-3. 3wt%Si, 0· 8-1. 2wt%Mn, 0. 5-0. 6wt°/〇Mo, 0. 6-0. 8wt°/〇Cu, 0. 02-0. 04wt°/〇RE ^ ^ , 0. 03-0. 05wt°/〇Mg ^ 余，P < 0· 05wt%，S < 0· 03wt%〇
[0018] 配料时铁水的初始成分按照3. lwt%C、l. Owt% Mn、0. 7wt% Cu进行准备；锰的合金 化采用高碳锰铁，铜的合金化采用纯紫铜；钥合金化时把小球直接加入到冲天炉内即可，钥 合金化小球的加入量按照氧化钥中的钥含量和目标成分的含量进行计算，钥的回收率按照 95%计算，当铁水在前炉中的取样成分达到要求，并且，温度达到1480° C时准备出铁。
[0019] 铁水包采用专门用于进行球化处理的堤坝式铁水包，球化剂为6#稀土硅铁镁合 金（4-6wt%RE，8-10wt%Mg)，粒度小于10mm ;出铁前，将球化剂加入到堤坝底部，球化剂的加 入量为铁水重量的1. 4wt%。
[0020] 出铁，在铁水包内进行球化处理；球化处理结束后，在铁水包内加入聚渣剂人工除 渣并取少量铁水用三角试块检验球化情况；如果球化正常，将占铁水重量1. 1%的粒度小于 10mm的75Fe-Si孕育剂加入到铁水表面熔化并搅拌，否则，补加球化剂直至球化正常；之 后，将铁水浇入到预先埋有球磨机衬板的EPS组合模样的砂箱中，在铁水浇入之前，V-EPC 真空消失模铸造系统已处于正常的工作状态之中，浇注结束后，继续保持V-EPC系统工作 12分钟。
[0021] 关掉真空泵，将铸件从砂箱中取出并进行简单地表面清理；之后，衬板连同浇冒口 一同淬入到淬火池内进行淬火处理，淬火剂为水玻璃溶液；待铸件冷却至室温后，将其从淬 火池中取出；打掉浇冒口和进行表面清理，然后进行220°C/4小时的回火处理。
[0022] 经检测：采用铸造余热淬火+220° C回火处理后厚度80mm的球墨铸铁球磨机衬板 的硬度HRC52,冲击韧性ak18. 5J/cm2,耐磨性是同类型高锰钢球磨机衬板的1. 5倍。
[0023] 实施例2 将市场上销售的工业纯氧化钥M〇03粉（51. 2wt% Mo)破碎至粒度小于2mm，并与粒度小 于1_的焦粉颗粒进行混合；两者混合的重量比为焦粉颗粒：氧化钥粉〇. 7:1 ;在混好后的 混合料中加入水玻璃溶液拌湿，并在模具中压制成Φ 15mm的小球，小球使用前充分干燥， 去除水分。
[0024] 选用牌号为Q16的优质铸造生铁为原料在中频感应电炉中熔炼铁水。配料时铁水 的初始成分按照3. 3wt%C、l. lwt% Mn、0. 7wt% Cu进行准备；猛的合金化采用高碳猛铁，铜的 合金化采用纯紫铜；钥合金化时将压制的小球在开始冶炼时加入到坩锅底，钥合金化小球 的加入量按照氧化钥中的钥含量和目标成分含量进行计算，其回收率按照95%计算，当铁 水的成分达到要求，并且，温度达到1460°C时准备出铁。
[0025] 铁水包采用专门用于进行球化处理的堤坝式铁水包；球化剂为6#稀土硅铁镁 合金，粒度小于10mm;出铁前，将球化剂加入到堤坝底部，球化剂的加入量为铁水重量的 1. lwt%〇
[0026] 出铁，在铁水包内进行增钥和球化处理；球化处理结束后，在铁水包内加入聚渣剂 人工除渣并取少量铁水用三角试块检验球化情况；如果球化正常，将占铁水重量1. 5%的粒 度小于10mm的75Fe-Si孕育剂加入到铁水表面熔化并搅拌，否则，补加球化剂直至球化正 常；之后，将铁水浇入到预先埋有球磨机衬板的EPS组合模样的砂箱中，在铁水浇入之前， V-EPC真空消失模铸造系统已处于正常的工作状态之中，浇注结束后，继续保持V-EPC系统 工作12分钟。
[0027] 关掉真空泵，将铸件从砂箱中取出并进行简单地表面清理；之后，衬板连同浇冒口 一同淬入到淬火池内进行淬火处理；淬火剂为水玻璃溶液，待铸件冷却至室温后，将其从淬 火池中取出，打掉浇冒口和进行表面清理，然后进行220° C/4小时的回火处理。
[0028] 经检测：采用铸造余热淬火+220° C回火处理后厚度80mm的球墨铸铁球磨机衬板 的硬度HRC50. 5,冲击韧性ak20J/cm2,耐磨性是同类型高锰钢球磨机衬板的1. 5倍。
【权利要求】
1. 一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法，所述球磨机衬板适合在直径在 2. 5m以下的中小型球磨机中使用，采用低磷和低硫的铸造生铁为原料，包括配料、称量、铁 水熔炼、出铁、球化、扒渣、浇注、淬火和低温回火的步骤，其特征在于：在铁水熔炼过程中， 采用以钥合金化小球形式加入的氧化钥粉在高温铁水中还原进行钥的合金化，采用V-EPC 真空消失模进行浇注，并利用铸造余热淬火。
2. 如权利要求1所述的一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法，其特征在 于，所述的配料和称量指：供钥剂为市场上销售的工业纯氧化钥M〇0 3粉，Mo含量48-52wt% ; 使用前，需将其破碎至粒度小于2mm ;还原剂为焦粉颗粒，粒度小于1mm ;使用时按照焦粉颗 粒：氧化钥粉0. 6-0. 8:1的重量比进行称量和混合；混好后的混合粉中加入水玻璃溶液拌 湿，并在模具中压制成Φ15-20_的钥合金化小球，小球使用前要充分干燥，以去除其中的 水分。
3. 如权利要求1所述的一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法，其 特征在于，所述球磨机衬板的球墨铸铁的化学成分为：2. 8-3. 3wt%C，2. 5-3. 3wt%Si， 0. 8-1. 2wt°/〇Mn, 0. 5-0. 6wt°/〇Mo, 0. 6-0. 8wt°/〇Cu, 0. 02-0. 04wt°/〇RE ^ ^ , 0. 03-0. 05wt°/〇Mg ^ 余，P < 0· 05wt%，S < 0· 03wt%〇
4. 如权利要求1所述的一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法，其特征在 于，所述铁水熔炼、出铁、球化、扒渣的步骤为： 铁水在冲天炉中进行熔炼或在中频感应电炉中熔炼；如果用冲天炉熔炼，钥合金化小 球应直接加入到冲天炉内；如果用中频感应电炉熔炼，钥合金化小球应在开始冶炼时加入 到坩锅底；钥合金化小球的加入量按照氧化钥中的钥含量和球墨铸铁中的目标含量进行计 算，钥的回收率按照95%计算；当铁水温度达到1450° C-1480°C时准备出铁； 采用专门用于进行球化处理的堤坝式铁水包接铁水，出铁前，将球化剂加入到堤坝底 部，球化剂的加入量为铁水重量的1. 0-1. 8wt% ; 出铁后，在铁水包内进行球化处理，结束后，在铁水包内加入聚渣剂人工除渣； 将孕育剂加入到铁水表面并进行搅拌，孕育剂的加入量为铁水重量的1. 0-1. 5%。
5. 如权利要求1所述的一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法，其特征在 于，所述浇注、淬火和低温回火的步骤为： 将加入孕育剂并搅拌后的铁水浇入预先埋有球磨机衬板EPS组合模样的砂箱中，在铁 水浇入之前，V-EPC真空消失模铸造系统已处于正常的工作状态之中； 浇注结束后，继续保持V-EPC系统工作12-15分钟后关掉真空泵； 将铸件从砂箱中取出并进行简单地表面清理后连同浇冒口一同淬入到淬火池内进行 淬火处理，淬火剂为水玻璃溶液； 铸件冷却至室温后，将其从淬火池中取出；打掉浇冒口和进行表面清理后进行 220°C/4小时的回火处理。
6. 如权利要求4所述的一种余热淬火耐磨球墨铸铁球磨机衬板的制备方法，其特 征在于：选用牌号为Q16或Q18的优质铸造生铁为原料；6#稀土硅铁镁合金（4-6wt%RE， 8-10wt%Mg)为球化剂，粒度小于10mm ;75Fe-Si为孕育剂，粒度小于10mm。
【文档编号】B22D1/00GK104152789SQ201410383320
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】郭长庆, 韩继炜, 石安君, 高雷章, 董鑫, 陶乾顺, 赵峰, 赵伟 申请人:江苏大学