一种水泥球磨机用耐磨衬板及其制造方法与流程

本发明涉及水泥加工领域，尤其涉及一种水泥球磨机用耐磨衬板及其制造方法。

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。

现常用衬板材料为高强度钢，但其耐磨性仍较差，使用寿命短，由于高强度钢一般的韧性差，衬板在使用过程中易发生开裂、崩碎，使得维修拆卸非常困难；而用低碳合金钢制造球磨机衬板，又存在强度和硬度低、耐磨性差的不足；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；同时，目前主流衬板多为马氏体型钢，在250℃以上易发生相变，导致衬板性能下降，因此不适合在长时间、高强度的工况下工作。另外，现有衬板多只考虑衬板本身的强度、韧性和耐蚀性等，没有考虑衬板辅助加工物料的能力，且物料易粘附在衬板上；同时，不锈钢成本高且不耐磨，高强度钢耐磨但不耐腐蚀，均易由于磨损或腐蚀影响工作面，同时降低所制物料的纯净度。

在国内已申请的相关专利中，专利《一种大型球磨机用衬板及其铸造方法》（申请号：201010294909.4，公开日：2011-01-26），公开了一种耐磨性能优异，硬度高，韧性好，强度高衬板的制备方法，向常规钢质衬板内添加硅、铬、钼、硼、铌等多种合金元素提升衬板的耐磨性和韧性，但该衬板不耐腐蚀；另外，仍然是马氏体型钢，不耐高温；同时，由于基体限制，其抗冲击能力仍较差，长时间工作易破损。专利《一种高耐磨性能的球磨机用衬板》（申请号：201410364512.6，公开日：2014-10-29），公开了一种本质高强度不锈钢作为基材的衬板，且采用的中温回火工艺，耐高温，但其大量采用了铬、钛等合金元素，原材料冶炼困难且昂贵，同时导致了该衬板可铸造性差，不能用于制造大型衬板，应用范围不广，与此同时，大量碳的加入也使该衬板无法完全奥氏体化，耐蚀性不佳。另外，上述两份专利均只考虑衬板本身的强度、韧性和耐蚀性等，没有考虑衬板辅助加工物料的能力，且物料易粘附在衬板上。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击、经济性好、使用寿命长、物料不易粘附、可辅助加工物料且所制物料纯净度高的水泥球磨机用耐磨衬板。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水泥球磨机用耐磨衬板，包括具备安装面与工作面的基材，其特征在于：所述基材工作面呈波浪形或凹凸网格状；所述基材工作面表面还涂覆有耐磨涂层，该耐磨涂层为采用超音速火焰喷涂涂覆的碳化钨系耐磨涂层。

上述的水泥球磨机用耐磨衬板，其中：所述碳化钨系耐磨涂层优选为WC-CoCr或WC-Co，其所含碳化钨粉颗粒等级为WC10-WC100。

上述的水泥球磨机用耐磨衬板，其中：碳化钨系耐磨涂层的成分还包括碳化钽粉末、碳化钛粉末中的一种或它们的组合物；所述碳化钽粉末、碳化钛粉末中的一种或它们的组合物按质量百分比计共占碳化钨系耐磨涂层总质量的3-5%。

上述的水泥球磨机用耐磨衬板，其中：所述基材采用低碳钢制造，所述低碳钢包括碳含量低于0.25%的碳素钢及碳含量低于0.25%的合金钢。

上述的水的水泥球磨机用耐磨衬板的制造方法，其包括以下步骤：

(1)选用碳含量低于0.25%的碳素钢及碳含量低于0.25%的合金钢作为低碳钢基材；

(2)将低碳钢基材加工为需要的尺寸；

(3)将基材工作面加工为需要的形状，如波浪形或凹凸网格状或阶梯状；

(4)配置碳化钨系耐磨涂层的原料：选用碳化钨粉WC-CoCr或WC-Co，保证其颗粒等级为WC10-WC100；

(5)采用超音速火焰喷涂工艺，燃焰速度≥2100m/s，将步骤(3)配置的原料粉末送入燃焰，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基材工作面表面上，形成涂覆耐磨涂层。

上述的水泥球磨机用耐磨衬板的制造方法，其步骤(3)中除选用碳化钨粉外，还按碳化钨系耐磨涂层总质量的3-5%掺入碳化钽粉末、碳化钛粉末中的一种或它们的组合物，混合均匀。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述方案，制得的衬板工作面耐磨性极高，表面硬度在2200HV以上，远高于常规高强度钢700HV左右的硬度；低碳钢抗冲击能力强，且成本低，虽然其本身不耐磨耐蚀，但由于工作面涂覆有耐磨、耐蚀的碳化钨涂层，解决了其工作面耐磨耐蚀问题，安装面与外壳贴合，不易腐蚀，即使有轻微腐蚀也不影响其工作性能及所制物料的纯净度；碳化钨材料耐磨性优良，兼有抗冲击、韧性好的低碳钢作为基材，工作损耗低，适应性好，使用寿命长，经济性好；基材工作面为波浪状或花纹状，涂覆在其表面的涂层也因而呈现同样形态，可辅助切削物料，优选的涂层成分更增加了涂层的抗爆能力，利于切削水泥颗粒；同时，碳化钨涂层采用超音速火焰喷涂涂覆在亲合性好的低碳钢表面，结合力好，不易脱落，兼之碳化钨切削能力强、耐磨性好，可以大幅提高球磨机的工作效率，同时使所制备的物料纯净度高。

附图说明

图1是本发明基材的波浪形工作面的局部示意图；

图2是本发明基材的阶梯状工作面的局部示意图；

图3是本发明基材的凹凸网格状工作面的局部示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种水泥球磨机用耐磨衬板，包括具备安装面与工作面的基材和涂覆在基材表面的耐磨涂层，其中：所述基材工作面呈波浪形；所述耐磨涂层为采用超音速火焰喷涂涂覆的添加了3%碳化钽粉末的WC-Co涂层，该涂层采用的粉末颗粒等级为WC10；所述基材采用10^#钢制造。其制造方法包括以下步骤：

(1)选用10^#钢作为低碳钢基材；

(2)将低碳钢基材加工为需要的尺寸；

(3)将基材工作面加工为波浪形；

(4)配置碳化钨系耐磨涂层的原料：选用碳化钨粉WC-Co，保证其颗粒等级为WC10；并按碳化钨系耐磨涂层总质量的3%掺入碳化钽粉末，混合均匀；

(5)采用超音速火焰喷涂工艺，燃焰速度≥2100m/s，将步骤(3)配置的原料粉末送入燃焰，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基材工作面表面上，形成涂覆耐磨涂层。

其中，超音速火焰喷涂的方法、衬板安装的方法均为现有技术，不再赘述，下同。

实施例2：

一种水泥球磨机用耐磨衬板，包括具备安装面与工作面的基材和涂覆在基材表面的耐磨涂层，其中：所述基材工作面呈凹凸网格状；所述耐磨涂层为采用超音速火焰喷涂涂覆的添加了5%碳化钛粉末的WC-CoCr涂层，该涂层采用的粉末颗粒等级为WC100；所述基材采用20Cr钢制造。其制造方法包括以下步骤：

(1)选用20Cr钢作为低碳钢基材；

(2)将低碳钢基材加工为需要的尺寸；

(3)将基材工作面加工为凹凸网格状；

(4)配置碳化钨系耐磨涂层的原料：选用碳化钨粉WC-CoCr，保证其颗粒等级为WC100；

(5)采用超音速火焰喷涂工艺，燃焰速度≥2100m/s，将步骤(3)配置的原料粉末送入燃焰，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基材工作面表面上，形成涂覆耐磨涂层。

实施例3：

一种水泥球磨机用耐磨衬板，包括具备安装面与工作面的基材和涂覆在基材表面的耐磨涂层，其中：所述基材工作面呈波浪形；所述耐磨涂层为采用超音速火焰喷涂涂覆的添加了2%碳化钛粉末及2%碳化钽粉末的WC-CoCr涂层，该涂层采用的粉末颗粒等级为WC20；所述基材采用20Cr钢制造。

其制造方法包括以下步骤：

(1)选用20Cr钢作为低碳钢基材；

(2)将低碳钢基材加工为需要的尺寸；

(3)将基材工作面加工为波浪形；

(4)配置碳化钨系耐磨涂层的原料：选用碳化钨粉WC-CoCr，保证其颗粒等级为WC20；并分别按碳化钨系耐磨涂层总质量的2%添加碳化钛粉末及碳化钽粉末，混合均匀；

(5)采用超音速火焰喷涂工艺，燃焰速度≥2100m/s，将步骤(3)配置的原料粉末送入燃焰，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基材工作面表面上，形成涂覆耐磨涂层。

实施例4：

一种水泥球磨机用耐磨衬板，包括具备安装面与工作面的基材和涂覆在基材表面的耐磨涂层，其中：所述基材工作面呈凹凸网格状或阶梯状；所述耐磨涂层为采用超音速火焰喷涂涂覆的WC-CoCr涂层，该涂层采用的粉末颗粒等级为WC100；所述基材采用20Cr钢制造。其制造方法包括以下步骤：

(1)选用20Cr钢作为低碳钢基材；

(2)将低碳钢基材加工为需要的尺寸；

(3)将基材工作面加工为凹凸网格状或阶梯状；

(4)配置碳化钨系耐磨涂层的原料：选用碳化钨粉WC-CoCr，保证其颗粒等级为WC100；

(5)采用超音速火焰喷涂工艺，燃焰速度≥2100m/s，将步骤(3)配置的原料粉末送入燃焰，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基材工作面表面上，形成涂覆耐磨涂层。

实施例5：

一种水泥球磨机用耐磨衬板，包括具备安装面与工作面的基材和涂覆在基材表面的耐磨涂层，其中：所述基材工作面呈波浪形或阶梯状；所述耐磨涂层为采用超音速火焰喷涂涂覆的WC-Co涂层，该涂层采用的粉末颗粒等级为WC10；所述基材采用25^#钢制造。其制造方法包括以下步骤：

(1)选用25^#钢作为低碳钢基材；

(2)将低碳钢基材加工为需要的尺寸；

(3)将基材工作面加工为波浪形或阶梯状；

(4)配置碳化钨系耐磨涂层的原料：选用碳化钨粉WC-Co，保证其颗粒等级为WC10；

(5)采用超音速火焰喷涂工艺，燃焰速度≥2100m/s，将步骤(3)配置的原料粉末送入燃焰，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基材工作面表面上，形成涂覆耐磨涂层。

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。