一种防止球磨机衬板断裂的方法 【技术领域】
本发明涉及一种防止球磨机衬板断裂的方法。
背景技术
球磨机是铁矿粉生产的主要设备，球磨机将铁矿石进行粗磨、中磨和细磨，使铁矿粉粒度达到用户要求。但在生产中经常会遇到，球磨机衬板出现断裂事故，特别是球磨机格子衬板断裂比较频繁，已严重影响球磨机的作业率和效率，并给设备管理和生产组织带来极大的困难。
【发明内容】
本发明目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种可提高球磨机衬板屈服极限的防止球磨机衬板断裂的方法。
球磨机主要包括进料部、筒体部、出料部，为了减少铁矿粉对球磨机本体的磨损，在球磨机进料部安装端衬板、筒体部安装筒体衬板、出料部安装格子衬板来进行保护。本发明方法是采用含有Cr、Mo等金属元素的高锰钢材料，如ZGMn13Cr2Mo、ZG32Mn9SiCr2MoRe或ZGMn9Cr2ReSi；通过消失模铸造方法制成球磨机端衬板、筒体衬板和格子衬板，对铸造成型后的球磨机端衬板、筒体衬板和格子衬板在安装使用前还需要进行下述热处理：
(1)将衬板入炉加热到200℃～300℃，保温1～2小时，然后按速度为40℃～50℃/小时升温到650℃～680℃；保温4.5～5小时；可以有效防止衬板产生裂纹；
(2)按60℃～70℃/小时继续升温到1060℃～1090℃，保温3.0～4.0小时；可使高锰钢衬板碳化物完全溶解于奥氏体中，获得较高的强度与韧性；
(3)将衬板从炉中取出，放入水中进行水韧处理，水韧处理时间2.5～3.0小时；可消除铸态组织中的碳化物，得到单一的奥氏体组织。衬板中碳化物可降低衬板强度并使衬板发脆，容易使衬板产生铸造裂纹；
水韧处理的水温控制在30℃～40℃；水韧处理衬板从炉中取出到入水时间控制在1.5～2.5分钟；
(4)回火处理，将衬板从水中取出，放入回火炉中，按速度为40℃～50℃/小时加热到300～350℃，保温6～8小时，然后以1.5～2.5min/mm速度冷却；在回火过程中强度与硬度不断下降，而塑性与韧性逐渐提高。
衬板回火入炉温度控制在150℃以下。衬板回火前外部尺寸必须清铲切割好，否则容易产生应力集中和裂纹。
在高锰钢成分的基础上添加Cr、Mo及其它元素使之微合金化所形成的加铬高锰钢衬板，在碳化物溶解完全的条件下，无论是强度还是韧性均优于以前高锰钢衬板，尤其是屈服极限更为明显，是防止衬板断裂的主要方法。适当的回火温度及保温时间，可消除铸造应力并获得沉淀强化效果，防止铸造裂纹发生。含有金属Cr、Mo等元素球磨机筒体衬板和格子衬板在铸造后，应通过一定时间的时效处理，经过低温或常温、长时间保温或加热消除铸造应力，可逐步提高衬板的塑性与韧性，消除铸造的内应力，延长其使用寿命，防止球磨机衬板断裂。一般来说，正常时效处理时间为6～18月，时间跟衬板材质与厚度有关。
端衬板、格子衬板与筒体衬板是球磨机磨损最快的过流部件，且现有的端衬板、格子衬板使用寿命比筒体衬板短1500～2000小时。为实现端衬板、格子衬板与筒体衬板的同步更换，应适当增加端衬板、格子衬板的厚度，同时减少筒体衬板的厚度，这样可以有效减少更换的频率和球磨机停产次数。
具体方法是：如果球磨机的端衬板、格子衬板厚度不变，将球磨机筒体衬板中磨矿曲线波形的高峰、中峰、低谷衬板的厚度分别减少约20毫米，即从原来的120毫米、150毫米、170毫米分别减少到100毫米、120毫米、150毫米，可实现同步更换，减少球磨机停机次数。同时也增大了球磨机的有效容积，提高了台时处理量，提高球磨机的利用系数，发挥球磨机的潜能。
如果球磨机的筒体衬板厚度不变，根据球磨机端衬板、格子衬板使用地点和磨损部位不同，将球磨机端衬板、格子衬板的厚度增加20～40毫米，且另外在端衬板、格子衬板的半径方向增加防裂双筋，防裂双筋的尺寸为长×上宽/下宽×高＝(550～800)×(60～80)/(80～100)×60毫米。一般的，球磨机中心部分端衬板、格子衬板的厚度增加40毫米，而且另增加防裂双筋；中间部分厚度增加30毫米，圆周部分厚度增加20毫米。
本发明适合于对已有球磨机的衬板改造。本发明克服了以前衬板机体强度低，易开裂和屈服变形等特点，因而具有更高的耐磨性，更高的抗裂强度。使用寿命可达4000小时～5000小时，或可连续使用6～7月，球磨机处理量可达50万吨～70万吨，是普通高锰钢衬板使用寿命的二倍多。有时效处理的含有稀有元素的高锰钢衬板或格子衬板不会发生拱变或断裂。减少故障停机时间，提高球磨机作业率。
【具体实施方式】
因为高锰钢衬板的导热性差，热膨胀系数大，容易产生热应力和组织应力，因此对形状简单、厚度薄而均匀、装炉不堆积的衬板，可直接用中、高速升温淬火；而对于形状复杂、大件重型、厚薄悬殊、堆积装炉的衬板，要采用在衬板加热开始形成奥氏体的温度AC1以上650～680℃进行预热均温。研究表明，在AC1以上保温时间愈长，脆性相溶解愈多，不仅能减少铸造裂纹的发生，而且能减少脆性相，减小内外、表里温差，减小热应力与组织应力，从而减轻了铸造裂纹倾向，而使塑性提高。预热均温后就能进一步用中、高速升温至淬火温度1060～1090℃，其目的在于消除铸态组织中的碳化物，得到单一的奥氏体组织，因为高锰钢衬板中碳化物会降低衬板的强度并使衬板发脆，致使衬板容易开裂。后经适当的时间保温后淬火。这样不仅可以缓和高锰钢衬板在加热时导热性差及热膨胀系数大的影响，而且减轻了表层脱碳、脱锰与氧化的现象，提高了耐磨性，防止衬板断裂。高锰钢衬板在高温时脱碳、脱锰与氧化都很剧烈，在低温650～680℃时却均很轻微。在低温升温时，新析出的脆性相在650～680℃均温1.5～2小时，即能大部分溶解或全部溶解。因此适当的保温时间能达到表里厚薄均温的效果。延长保温时间能降低衬板脆性和断裂倾向，提高衬板塑性和屈服极限。
为增强高锰钢抗塑性变形的效果，提高耐冲蚀磨损和抗断裂能力，针对球磨机衬板、格子衬板等，采用最佳地时效处理工艺，即将淬火后的衬板加热到300～350℃，保温6～8小时后炉冷，使固溶的碳以细小弥散的碳化物形式析出，从而发挥出第二相的强化作用效果。
将格子衬板与格子衬板之间，及格子衬板与筒体衬板等之间的缝隙用16Mn钢板塞牢、焊固，可防球磨机运行中衬板串位，剪断螺栓或损坏格子衬板、筒体衬板，使衬板断裂。根据衬板之间的缝隙大小，Mn16钢板采用刨削加工。
如球磨机的筒体衬板厚度不变，根据球磨机端衬板、格子衬板使用地点和磨损部位，将球磨机端衬板、格子衬板的厚度增加20～40毫米。因为第一球磨机圆周中心部分，钢球抛落速度快，对衬板冲击能量大(动能和势能都大)，故端衬板、格子衬板容易开裂，而且对衬板冲刷磨损也很厉害。第二球磨机圆周中心部分半径小、衬板磨损面积小，所以铁矿石对衬板磨损速度快。第三球磨机圆周中心部分被磨削的铁矿石粒度粗、硬度大、纯度高、品位好、它对中心部分端衬板、格子衬板磨损和开裂加剧，实际检查情况更是如此；所以端衬板、格子衬板厚度由原来80毫米增大到100～120毫米，适当延长水韧处理和时效处理时间，使奥氏体组织优化。
太原钢铁集团有限公司峨口铁矿每年处理原矿780多万吨，生产铁矿粉210万吨。现有7台Φ3.2×4.5、2台Φ3.2×3.5、1台Φ5.0×6.4、2台Φ4.3×6.1、1台∮3.6×4.0和1台∮3.6×4.5，共14台球磨机。每月衬板用量为80多吨，年用量约为1000吨。格子衬板等应有相当的库存量，可以解决球磨机格子衬板等突发性故障；使用完一套，马上保险贮备第二套球磨机格子衬板，保证衬板二次时效处理时间。采用ZGMn9Cr2加稀土元素铸造的太钢峨口铁矿4#球磨机筒体衬板，经过适当的淬火及时效处理后试用，经现场跟踪统计，其耐磨性提高了31％。加铬高锰钢衬板要达到所要求的机械性能，其组织中的碳化物必须固溶于奥氏体中。如残留碳化物超标，其性能将急剧恶化，产品也无法使用。因此加铬高锰钢衬板的热处理工艺要求更加严格，操作更加精细。在热处理过程中要特别注意控制升温速度，防止裂纹的产生，尤其是低温的升温速度应控制在30～50℃/小时，同时应在650～680℃范围内保温。
含有金属Cr、Mo等元素的高锰钢衬板经水韧处理后，不可再加热到350℃～400℃以上。安装球磨机衬板时，不能用氧气枪切割衬板；因为氧气枪加热切割衬板等于格子衬板水韧处理后再回火，在随后的冷却过程中，碳化物沿晶界析出，使晶界结晶粒度变粗，因此导致格子衬板呈现出较大的脆性。由于高锰钢的导热能力只有普通钢的1/3，而膨胀系数比普通钢大50％，在切割格子衬板外边时，由于加热速度太快，容易使格子衬板受热区产生微裂纹，埋藏了球磨机格子衬板断裂的隐患。实际生产中，由于格子衬板(或端衬板)比球磨机筒体衬板磨损快、使用寿命短，更换格子衬板(或端衬板)时，不拆筒体第四圈衬板，而是用氧气——乙炔枪将格子衬板的外边割去尺寸宽×高＝(30～50)×(70～90)毫米，以保证格子衬板的安装。这正好等于格子衬板水韧处理后再回火。在随后的冷却过程中，碳化物沿晶界析出，使晶界结晶粒度粗，同时使格子衬板呈现出较大的脆性，在生产过程中易发生格子衬板断裂事故。
加热时的入炉温度、中温均温时间、升温速度、高温保温时间等都与高锰钢衬板的大小、厚薄、复杂程度、装炉方式有关。对于小型球磨机衬板、简单衬板和不堆积加热衬板，可在小于750℃时入炉，并以中、高速直接升温至淬火温度。使用火焰炉加热时，可按最大厚度1.3～1.5min/mm保温后，淬火，即可得到单一的奥氏体组织。对于简单的大型重厚衬板、堆积装炉衬板、中等复杂衬板，可在小于等于650℃时入炉，在650～680℃范围内按最大厚度1.5min/mm均温，并按堆积厚度修正。均温后，塑性已有提高，适宜用较快速度升温。使用火焰炉加热时，由于温度不均，升温速度可用250～400℃/小时；电炉加热比较均匀，可用300～650℃/小时升温。升温到淬火温度1060～1090℃后，保温。根据生产实际经验得出：高温保温系数，对于火焰炉及电炉来说约为0.8min/mm；保温后入水淬火即可获得单一的奥氏体组织，并不至于出现裂纹。有时在生产中加热到高温按1小时/20～25mm进行保温。实践证明，即使不预热直接加热至高温，这个保温系数也嫌长了。因为资料显示，高锰钢的导热系数比碳素钢低，而且(Fe.Mn)3C比其它所有的合金碳化物均易溶解、扩散。同时高温保温时间过长会加重脱碳，脱锰与氧化的现象，晶粒也更粗大.所以在高温时的保温时间不宜过长。对于特殊大、重、厚薄悬殊的复杂衬板，如太钢峨口铁矿1#、12#球磨机簸箕衬板和筒体衬板，单重约为1吨左右，壁厚为100～150毫米，其加热过程中的热应力大于组织应力，应当采取必要的减小热应力的有效措施。如在小于400℃均温，再用60℃/小时低速升温，至AC1以上650～680℃再均温，而后用100℃/小时的较低速度升温至淬火温度等。同样，由于铸件长时间处于高温状态容易脱碳，脱锰和氧化，而在随后的淬火过程中又形成马氏体、屈氏体，提高了裂纹敏感性。所以高温保温系数宜采用1.5～1.8min/mm，保温时间为2.5～3小时，甚至采用1.0～1.2min/mm，保温时间为1.67～2小时，都能使碳化物溶解扩散均匀，得到单一的纯奥氏体组织。
对于溢流型球磨机，出料部安装端衬板。同样可以按照本发明进行改造。
综上所述，对于多数大、重、厚型复杂衬板、中等复杂衬板、堆积装炉衬板，采用在开始形成奥氏体的温度AC1以上650～680℃均温，再以较快速度加热至1060～1090℃，能够消除铸态组织中的碳化物，得到单一的奥氏体组织，能够显著提高屈服极限、抗断裂能力，节约能源，提高生产率，同时缩短高温保温时间，提高了耐磨性能和使用寿命，降低了裂纹废品率。