復(fù)相球墨鑄鐵磨球的工況條件分析及應(yīng)用

陜西華縣金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司機(jī)修廠 （714102） 劉耀武 李志翔

磨球的工況條件分析是確定磨球材質(zhì)、優(yōu)化綜合性能指標(biāo)及保障磨球工況適應(yīng)性的重要手段，是生產(chǎn)高質(zhì)量磨球的根本保障，掌握應(yīng)用好該方法，對(duì)指導(dǎo)磨球的實(shí)際生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在濕磨條件下的大型球磨機(jī)所采用的磨球（≥φ100mm），選用哪種類型的材質(zhì)，使其能更新我國傳統(tǒng)式的普通鍛鋼球，是冶金礦山金屬選礦亟待解決的問題，也是有關(guān)人員關(guān)注的問題。盡管磨球材質(zhì)的優(yōu)劣是由工業(yè)性試驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用的結(jié)果來判定的，但在選材研究的思路和方向上，使其盡量具有科學(xué)性和現(xiàn)實(shí)性也是很重要的，這樣可少走一些彎路。為此，有必要對(duì)磨球在磨機(jī)中服役特點(diǎn)和對(duì)磨球性能的要求，以及國內(nèi)外磨球應(yīng)用概況作一簡要分析。

1. 磨球工況條件及在濕磨條件下磨損特點(diǎn)

（1）當(dāng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，占球磨機(jī)容積45%左右的磨球和礦料，在離心力和摩擦力的作用下，緊貼著襯板形成了一個(gè)特定區(qū)域的混合料堆（見附圖），當(dāng)料堆底層隨襯板提升到一定高度（達(dá)到動(dòng)平衡）時(shí)被拋落下來，此時(shí)底部的礦料被沖擊破碎；遠(yuǎn)離襯板的礦料因提升高度低，則沿料堆上部滑下，此時(shí)對(duì)礦料產(chǎn)生剪切破碎；沿襯板下滑的磨球?qū)ΦV料產(chǎn)生切削和鑿削破碎；料堆底部還有擠壓破碎。磨球的運(yùn)動(dòng)形式有滾動(dòng)、滑動(dòng)和撞擊，諸多形式的破碎形式所產(chǎn)生的能量使磨球承受著復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。這些應(yīng)力是長周期性的反復(fù)，從而造成了磨球的嚴(yán)重磨損。

（2）在濕磨條件下，磨球不但受到礦石的磨料磨損，而且不定期受到礦漿的沖刷和電化學(xué)腐蝕。大量的試驗(yàn)表明，磨球的濕磨損比干磨損高10倍左右。

（3）礦漿的強(qiáng)烈沖刷，洗去了部分磨球表面的附著物，使磨球與磨球直接撞擊。這種撞擊一則使磨球承受的應(yīng)力增大，二則增大了磨球的無功磨損。

（4）濕磨時(shí)磨球磨損與破壞失效表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①造成磨球的塑性變形。②金屬的切削與遷移。③絕熱加熱和亞表層金屬的再結(jié)晶。④表面殘留應(yīng)力提高。⑤封閉在接觸區(qū)的液體絕熱增壓等。

Dunn在研究濕磨金屬磨損機(jī)理時(shí)認(rèn)為，球與球、球與襯板的表面間存留有水，在沖擊時(shí)這些表面凹凸不平處，甚至在一些表面微裂紋中的水，被封閉絕熱加壓，可能被加壓至40～50MPa，當(dāng)沖擊球離開時(shí)又會(huì)瞬間降壓。瞬間的增壓與降壓就可能產(chǎn)生水-汽反應(yīng)，在接觸點(diǎn)產(chǎn)生高速水壓作用，使磨球的表面產(chǎn)生沖蝕磨損和汽蝕，從而使磨球失重加速。

2. 在濕磨條件下對(duì)磨球材質(zhì)的性能要求

根據(jù)磨球在濕磨條件下的服役特點(diǎn)，大型磨機(jī)采用大直徑磨球，其材質(zhì)應(yīng)具有以下性能要求。

（1）由附圖可看出，被提升到最高處的磨球具有最大的位能，下落時(shí)直接沖擊其他磨球。為防止磨球破碎，其材質(zhì)應(yīng)具有較高的沖擊韌度和斷裂韌度。

（2）磨球的受力特點(diǎn)，主要是一定能量的多次沖擊形成的高頻次應(yīng)力反復(fù)。磨機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)半年至一年，其應(yīng)力反復(fù)可高達(dá)5×（105～107）次，已屬疲勞范疇。為防止因沖擊造成的開裂和剝落，其材質(zhì)應(yīng)有較高的抗沖擊疲勞性能。

（3）為提高磨球使用壽命，其材料應(yīng)具有較高的抗磨性能，特別是沖擊磨損性能。同時(shí)應(yīng)具有較高的硬度，且硬度內(nèi)外均勻，但又不能過高，以免材料的脆性增大，使得抗沖擊疲勞性能下降。

（4）一定的耐蝕性。

3. 國內(nèi)外磨球應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）國內(nèi)磨球應(yīng)用概況 當(dāng)前仍以普通碳素鋼鍛球?yàn)橹黧w，其致命弱點(diǎn)是耐磨性能差。低合金鋼有較好的耐磨性，但對(duì)其制造工藝（包括冶煉、軋鋼、熱處理）要求嚴(yán)格，應(yīng)是批量專業(yè)化生產(chǎn)，否則質(zhì)量不會(huì)有保證。我國現(xiàn)階段合金鋼磨球淬透性也較差，對(duì)于大直徑磨球（≥φ100mm）應(yīng)用也是不合算的。低合金鋼磨球在國內(nèi)應(yīng)用很少，估計(jì)今后幾年內(nèi)也不會(huì)有很大的發(fā)展；高鉻鑄鐵磨球成功地應(yīng)用在水泥等干料磨機(jī)上，但不適用于濕磨條件，加之我國鉻資源貧乏，在現(xiàn)階段，其發(fā)展受到了限制；中錳球墨鑄鐵磨球，由于生產(chǎn)成本較低，又有一定的耐磨性，在我國中小型礦山的磨機(jī)上應(yīng)用較多。若用在大型磨機(jī)上，由于抗沖擊疲勞性能差，易于剝落、破碎，而且影響磨礦效率，效果很不理想，因此其應(yīng)用也受到限制；合金白口鑄鐵磨球，由于韌性較差，應(yīng)用局限性更大，若進(jìn)行變質(zhì)處理，韌性得到改善，可以應(yīng)用在中小型磨機(jī)上，但應(yīng)用廠家為數(shù)不多；復(fù)相球墨鑄鐵磨球，比低合金白口鑄鐵磨球韌性高，在中小型磨機(jī)上都有應(yīng)用。盡管復(fù)相球墨鑄鐵磨球的應(yīng)用還不成熟，但應(yīng)用的廠家卻有增無減，而且品種繁多，成分設(shè)計(jì)也各式各樣。

復(fù)相球墨鑄鐵磨球應(yīng)用在濕磨條件下的大型球磨機(jī)上，至今國內(nèi)未見資料的系統(tǒng)報(bào)道。

（2）國外磨球應(yīng)用概況 美國和加拿大等國家，金屬選礦用的磨球材質(zhì)多數(shù)是高碳低合金鋼。

美國Ceimax鉬公司選礦用φ52mm鋼球，經(jīng)化驗(yàn)wC＝0.76%，wNi＝0.12%，wCr＝0.26%，wCu＝0.44%；測(cè)定硬度61HRC；金相顯微組織為細(xì)馬氏體；噸原礦磨耗 0.49kg左右（赴美考察人員提供）。

（3）我公司應(yīng)用磨球概況 自20世紀(jì)60年代開始選礦以來，使用鍛鋼球（普通碳素鋼）。按我國冶金部鍛鋼球標(biāo)準(zhǔn)（YB27—65）規(guī)定（φ40～φ60mm磨球wC＝0.38%～0.50%，φ70～φ120mm磨球wC＝0.50%～0.80%，熱處理后的硬度30～55HRC），多數(shù)達(dá)不到要求，耐磨性差。進(jìn)入90年代，我公司鋼球消耗有了較大的改觀。西昌的鍛鋼球磨耗為噸原礦0.66kg左右，公司自產(chǎn)的“低碳合金白口鑄鐵磨球”磨耗為噸原礦0.73kg。使選礦成本減少（磨球占選礦成本高達(dá)20%左右）。

為尋求抗磨性能較好的磨球，我公司決定對(duì)“低碳合金白口鑄鐵磨球”進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，研制和應(yīng)用“復(fù)相球墨鑄鐵磨球”，以進(jìn)一步提高磨球產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，降低選礦成本。