[发明专利]激光复合制造球磨机衬板

说明书

技术领域

本发明涉及激光复合制造球磨机衬板，主要体现在使用激光在经支撑结构轻量化设计的高锰钢材质球磨机衬板上，熔覆上高级防腐耐磨材料，从而实现提高球磨机衬板使用寿命、降低钢材消耗和节约使用成本的目的。

背景技术

用球磨机将矿石粉碎成可供下一道工序使用的细小颗粒，是水泥工业和冶金行业必须的工序过程，球磨机是承担这一过程的关键设备。球磨机主要使用两大类耐磨件产品，即磨球和衬板。我国仅水泥行业因磨损而消耗的金属材料超过200万吨，其中衬板材料约占11%，折合成市场交易额达到15亿元以上。由此可见，提高衬板的使用寿命具有重大经济价值。

第一代水泥球磨机衬板材料使用的是高锰钢，在水泥球磨机工况条件下，高锰钢衬板受到的冲击力不够大，加工硬化不明显，表现出塑性过高而耐磨性不足磨损严重。市场调查发现，国内大部分中小水泥厂仍然使用传统的高锰钢衬板，经济效益和环境效益低下。

20 世纪30 年代发展的镍硬铸铁为第二代衬板材料，镍硬铸铁是在白口铁中加入5% 的Ni 和3%的Cr，非合金白口铁的珠光体基体被马氏体和残余奥氏体代替，形成了马氏体白口铁，由于硬的碳化物存在于硬而不易屈服的基体上，其耐磨性有了很大的提高。但因为这种生铁显微组织中有高达50% 的碳化物，故脆性很大，极易开裂。

为了减小镍硬铸铁的脆性，从20 世纪70 年代起，国际上发展了第三代耐磨材料高铬铸铁，铬系白口铸铁目前仍是国内外耐磨铸铁的主流，Cr15，Cr20 和Cr26 系列高铬耐磨铸铁在美国、日本和我国均已大批量生产和应用。

材料改进自然带来制造成本和销售价格的提升，我们设想是否可以用略高于高锰钢材质衬板的价格，达到高铬铸铁的寿命或更高。这样的产品即可以降低终端客户的使用成本又可以减少资源浪费。要达到上述目的，我们需要先从衬板失效原理成和工作进行分析。

如图1是球磨机原理示意图，球磨机料仓1是一个空心圆柱体，料仓通过端板4与支撑旋转轴6连接，料仓1内柱面四周安装波纹衬板2。钢球及研磨介质3和被磨物料8一起从进料口5注入到球磨机料仓1中，当筒体回转时，在摩擦力和离心力的作用下，介质3贴附在筒体内壁的衬板2上并被带动提升，当提升到某一高度后，在重力的作用下，产生自由泻落或抛落，从而对筒体内的物料8进行冲击、研磨和碾碎。当物料达到要求后，便从出料口排出。这样连续作业达到粉碎矿石的目的。

球磨机衬板的主要作用为保护筒体和将能量传递给需要研磨的介质，因此衬板在球磨机运转的过程中，也周期性地承受研磨体与物料的冲击和低应力划伤磨损综合作用，衬板和磨球的使用寿命仅为几个月。

传统认为衬板的消耗是由于衬板板面硬度和韧性不够造成失效，研究发现腐蚀应当是失效的另一重要因素。

在球磨机作业过程中一直向球磨机料仓内注水，以便把粉碎到规格的矿粉分离出来，由于矿石本身有腐蚀元素溶于水中，使水产生酸性或碱性，同时空气中的氧气也会使衬板腐蚀，被腐蚀的衬板完全失去了原有金属的强度，很容易被冲击掉，露出新金属后继续腐蚀。

对于高锰钢衬板由于其铸件初始硬度只有HB180-220，初期根本不耐磨，由于磨球和矿石的冲击力有限，所以衬板使用过程中的强化缓慢也不能达到高冲击下的硬度，反而衬板磨损加剧。

发明内容

本发明针对以上失效问题的分析，通过激光熔覆高品质合金的办法延长衬板寿命提高，从而获得高性价比的球磨机衬板。

1、如图2在以高锰钢为基材的衬板工作曲面10上熔覆一层1.5mm左右、硬度在HRC55左右的防腐耐磨材料，形成高品质合金功能层11，阻止衬板表层氧化以及磨球和矿石对衬板的磨损。

2、熔覆层采取沿轴线方向波纹状熔覆带如图3，减少贵重材料使用量，同时可以将磨球带到更高位置提高破碎率。

3、衬板支撑结构轻量化设计如图4，通过加强筋结构减少衬板的重量，最大条件下降低衬板自重，减少球磨机空载损耗。按原衬板先高铬铸铁材质算，重量为37.28kg，我们优化后重量为13.94公斤，单板节约重量23.34，节约62%重量。按中型球磨机统计，每个球磨机有100块衬板，则每台球磨机可减掉2.3吨重量，这大大减少球磨机的空载损耗。

附图说明

图1 是本发明中球磨机原理示意图。

图2 是本发明中激光熔覆球磨机衬板示意图。

图3 是本发明中沿轴线方向波纹状熔覆带示意图。

图4 是本发明中衬板支撑结构轻量化设计示意图。

具体实施方式