[发明专利]一种大型耐磨空心磨球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属耐磨材料技术领域，更具体地说，涉及一种大型耐磨空心磨球的制备方法。

背景技术

EM型中速磨机是英国B&W公司生产的中速球式磨机，六十年代初由国外引进我国，九十年代末我国在引进基础上开发国产的EM型中速磨机，现已成为我国电力和矿山行业的主要粉磨设备。其主要粉磨原理是磨球在上、下磨环间滚动，将进入磨道间的矿物粉碎，因此磨球和磨环是其主要的易损件。根据设备的大小通常放置5～10个磨球，我国在七十年代在国外引进磨球的基础上开发了自主的EM型中速磨机磨球，但当时的磨球直径较小（一般直径小于500mm），且磨球材质以高碳CrNiMo钢为主。随着设备的大型化，其磨球尺寸也增大，外径由至为了减轻重量，这些磨球均设置为空心的，其壁厚由100mm至150mm，重量由0.62吨至3.6吨，并设置5个工艺孔，孔径从到磨球的剖面示意图如图1所示，图中：1、空心磨球本体，2、工艺孔。由于空心磨球在运转过程中承受较大的冲击载荷，而高碳CrNiMo钢的冲击韧性较低（一般为10J/cm²左右），难以承受较大的冲击载荷，而造成磨球使用过程中的脆性剥落，甚至碎裂。为了提高空心磨球的韧性，现有技术中一般采用中碳CrNiMo钢，但是其硬度和韧性的综合性能指标很难同时满足大型空心磨球的使用性能要求，导致使用寿命较短，究其原因在于磨球的成分和热处理工艺不尽合理。

此外，关于大型空心磨球的铸造工艺，其最大的难点在于如何控制磨球的薄厚均匀性。在铸造过程中，砂芯一般通过芯骨固定，但是对于外径为至的大型空心磨球，其钢水对砂芯的浮力达几顿重，现有技术中通过从砂芯中直接引出抽气管，通过对砂芯抽真空来控制砂芯的位置，但是这种方式仍无法很好解决大型空心磨球的壁厚不均匀问题。现有技术中，对于壁厚为150mm的大型空心磨球，其壁厚的偏差可达±10%左右，即砂芯向上漂浮约15mm，导致空心磨球的上部分壁厚为135mm，空心磨球的下部分壁厚为165mm。大型空心磨球的壁厚不均匀对其使用性能影响重大，具体包括如下几个方面：（1）空心磨球的壁厚不均匀，会导致空心磨球在上、下磨环间滚动时对下磨环产生瞬间的震动冲击力，下磨环容易产生脆裂，从而影响设备的正常运行，维护费用随之增大；（2）空心磨球的壁厚不均匀，会导致空心磨球在滚动过程中相邻的磨球之间发生撞击，从而影响磨球的使用寿命，甚至出现爆球现象；（3）磨球的壁厚不均匀，会导致设备在运行过程中振动和噪声大，且加重了磨机的能源消耗。综上所述，空心磨球壁厚不均匀性的原因为：空心磨球铸造过程中，砂芯固定不牢靠，导致浇注过程中砂芯移位，造成空心磨球的壁厚偏差较大。如何使得大型空心磨球壁厚的偏差在±3%以内，是现有技术中困扰大型空心磨球铸造企业的技术难题。

现有技术中关于空心磨球的铸造技术方案，已有类似公开。其中：中国专利号ZL201120342871.3的专利文件中公开了一种中速磨机空心球的消失模铸造模具，它由若干套模具单元组合而成，每套模具单元对应于空心球的其中一块，每套模具单元均包括上模、下模、模片，上模模腔的形状对应于空心球的外表面形状，下模模腔的形状对应于空心球的内表面形状，上下模组合在一起形成的空腔正好对应于空心球其中一块的形状，模片放置在上下模之间，其上下面与上下模的模腔相配合；若干套模具单元得到的铸件合并在一起为一个完整的空心球。在铸造的过程中，通过每套模具单元的模片消失使消失模成型机生产空心球的一部分，在组合时虽然可以通过组模模具来保证空心球的同心度和圆整度，但是该申请案无法解决空心磨球壁厚偏差较大的问题。

此外，中国专利申请号201210119692.2的专利文件公开了一种大型磨机空心球的消失模铸造工艺，该申请案的步骤为：（1）、设计磨机空心球各分块模片：根据空心磨球的设计图纸将磨球分成若干分块，设计并制作各分块金属发泡模具；（2）、制作各分块模片：选用铸造专用EPS泡沫珠粒，制作各分块泡沫模片；（3）、组装模片：制作磨机空心球泡沫模型，模片粘接缝要用热熔胶把缝隙勾好；用样板检查模片的圆整度，误差不能大于5毫米；（4）、造型：将组装好的磨球泡沫模型放入砂箱；在下箱与中圈处，中圈与上箱联接处放置抽气管；5个工艺清砂孔用铬铁矿砂堵实；（5）、浇注：砂箱四周用耐火泥封堵，防止漏气，真空度大于0.65MPa；采用漏包浇注，出炉温度1580～1650℃，浇注温度1530～1580℃。该申请案通过分片制模和负压消失模铸造工艺，在一定程度上解决了空心磨球壁厚不均匀的问题，但是该申请案关键要解决的技术问题是如何在小工作台上生产大型磨机空心球，采用上述方案砂型的漂浮现象较为严重，仍无法控制大型空心磨球壁厚的偏差在±3%以内。