探討我國金屬礦山球磨機磨球的應用現狀及選材

鮑萬臣，李 偉，李 剛，李亞娥

（河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司，河北 唐山 063700）

球磨機主要運用在冶金、建材、礦山、電力等多個行業，主要對物料進行破碎工作，磨球是球磨機中最為常見的研磨部件，也是磨機行業中各種易磨損的器件之一。根據相關調查統計可知，在我國金屬礦山磨球機中每年的消耗磨礦介質約40萬t～50萬t，從這個數據中，我們可以得知這么巨大的消耗足夠引起人們的重視，因此，通過提升磨球的耐磨性和使用壽命，具有非常重要的社會價值和經濟意義[1]。

從摩擦學的角度來分析磨損是一個系統方面的問題，因此磨球磨損的因素較多，具體包括了以下幾種：磨球的尺寸大小及配比、磨球的材質成分以及組裝、磨球的物料種類，性質、磨機的結構、磨礦的環境和生產工藝等等[2]。相比較以往而言，我國的磨球材質品質較為單一化，質量差，使用過程易破碎，消耗很大。在近幾十年的發展過程當中，我國的抗磨技術和新型耐磨材料的研發，在很大程度上推動了我國的磨機行業的快速和穩定發展。

1 磨球機中磨球的磨損機理分析及性能要求

1.1 磨球的磨損運行機理分析

磨球在具體的工作過程中，由于受到壓力的作用，使得研磨器材磨損消耗較大。對于金屬礦石磨球機由于物質中含有腐蝕性的物質，在高壓工作的環境下，加速了磨球的腐蝕。磨球的磨損程度很大方面都受到磨球機的工作參數、磨球質量以及被磨礦粒的性質影響。其中磨球機中的磨球磨損程度受到腐蝕的因素的影響較大，它不僅僅要存在嚴重的磨料磨損，同時還要承受礦漿的腐蝕。對于磨料磨損的運行機理，主要是在微觀切削、多次塑變以及微觀剝落以及疲勞斷裂，由于這些機理使得磨損程度加深，但是具體是哪一種機理占主導地位，主要根據礦石的顆粒硬度、磨損硬度等因素來確定，其中腐蝕磨損過程中的磨損行為和腐蝕行為與純腐蝕和純磨損之間是不同，這是一個相互促進的過程。由于漿液具有腐蝕性，磨球機磨球出現磨損是干式的磨球機磨球的10倍以上，由于加工材料中具有腐蝕性的物質，為了有效的保障球磨機磨球的耐腐蝕性，通過使用鈍化膜的方式阻止腐蝕介體進入，因此，腐蝕將靜態變化高出很多，那么腐蝕的速度將提高幾個級別。

由于零件在磨損過程當中具有復雜性以及受到試驗技術的局限影響，這對于腐蝕程度很難進行定量分析，只有將這些不確定的因素控制在一定范圍內。

1.2 磨球的性能要求

1.2.1 磨球材質具有高的硬度和良好的韌性

磨球的硬度、材質與耐磨性有很大的關系。有學者認為，金屬材料磨損后，它表面的硬度和磨料硬度比例是判斷材料的耐磨性的最好參照物，當Hu/Ha小于0.8時，材料的抗磨性不受磨料硬度的影響，受到最大的磨損，稱作硬磨料磨損；當Hu/Ha大于0.8時，隨比值的提高，材料磨損量減少，稱作軟磨料磨損。

因此，在磨球生產過程當中，應重點關注磨球的硬度。但是磨球在工作過程當中會受到高應力的沖擊作用，因此并不是硬度越高越好，如果選用硬度過高的材質，會造成韌性下降，導致磨球使用過程當中出現疲勞剝落或者破碎的問題。

在實際的使用過程當中，材料的硬度和韌性是一對矛盾體，往往硬度越高，就會意味著韌性降低，很難將高硬度和高韌性結合在一體，因此，對于磨球而言，需要根據磨損系統的各個參數，選擇合理的力學性能并且以此作為選擇材料的依據[3]。

1.2.2 良好的耐蝕性

由于球磨機磨球腐蝕和磨損之間是相互作用的，在具體的使用過程中會加劇磨耗，為選材帶來很大的困難。材料選擇要具有耐腐蝕性，要求材料的組織均勻，不斷提高耐磨方式，比如會產生硬質碳化物，這都會提高材料力學的性能，從而提升整體的耐磨性，但是會增加材料組織的不均勻性。在實際的使用過程當中，耐磨與耐蝕是一對矛盾體。因此，在進行球磨機的材料選擇過程當中，不能單單通過材料的力學性能進行判斷，選擇磨球材料應該要充分結合礦產物料材質特性，將磨球的組織、成分、硬度和切合度等列入到綜合考量之中。以司家營鐵礦舉例磨球材料化學組成成分較多，如表1顯示。

表1 磨球材料化學組成成分

1.2.3 高的生產質量和低的成本

由于磨球損耗較大，在生產過程中要進行大批量使用，因此要求磨球質量好且穩定，所以磨球的質量是非常重要的指標，同時也是產品進入市場的重要基礎。在磨球進行礦石加工過程中，可能會導致磨球失效（碎球的情況），提前降低磨球的性能。通過對磨球的綜合性能以及使用單位合理的選擇，力爭達到磨球成本低，磨耗小，破碎率低，磨礦效率高，綜合指標高。

2 國內磨球的應用現狀

20世紀80年代以來，我國所選用的磨球大多是低碳鋼鍛磨球、普通白口鑄鐵磨球和一定數量的中猛稀土鑄鐵磨球，最近幾十年，通過大量的研究，新開發的磨球材質，分為兩個大類，七個品種。其中高鉻鑄鐵磨球硬度最高，并且磨球的表面和中心的硬度差較小，被廣泛地運用到生產之中，屬于理想的耐磨材料。高鉻鑄鐵含鉻高，一般在控制在10%～20%之間，并且加入銅等貴重元素來提升磨球的工作效率，因此價格較高。高鉻鑄鐵在干磨時表現出了很好的耐磨性，并且在濕磨時，由于材料中有大量的共晶碳和物，與其他的材料相間形成大量相界，由于基體和碳化物的電極位置不同，在礦山濕度條件下形成相界腐蝕，最終導致共晶碳化物因支撐削弱而折斷，或者有可能與機體連接中斷。根據以上的原因分析，高鉻鑄鐵磨球不適用于金屬礦山濕磨球工況。目前這項技術被廣泛運用干磨領域。最近鉻鑄鐵技術中將鉻量控制在4%～10%，那么磨球的韌性和耐磨性都處于高鉻鑄鐵和低鉻鑄鐵之間，由于價格和性能無明顯優勢，故研究和生產較少。

3 結語

總之，本文通過對大量資料進行整理、收集，調研，分析得出，目前金屬礦球磨機選材主要按照以下幾個點進行：首先選材應該遵循科學合理的角度，在對工況條件進行綜合分析后，結合礦磨系統進行磨球尺寸和選材的確定；其次，磨球的選擇應該出于質量穩定控制的狀態，以免次晶太多造成生產效率下降；再次，對于材料選擇應該符合我國國情，盡可能做到就地取材；最后，進行材料選擇過程當中，要考慮磨球的綜合效能。