复相球墨铸铁磨球的工况条件分析及应用

陕西华县金堆城钼业集团有限公司机修厂 （714102） 刘耀武 李志翔

磨球的工况条件分析是确定磨球材质、优化综合性能指标及保障磨球工况适应性的重要手段，是生产高质量磨球的根本保障，掌握应用好该方法，对指导磨球的实际生产具有十分重要的现实意义。

在湿磨条件下的大型球磨机所采用的磨球（≥φ100mm），选用哪种类型的材质，使其能更新我国传统式的普通锻钢球，是冶金矿山金属选矿亟待解决的问题，也是有关人员关注的问题。尽管磨球材质的优劣是由工业性试验和生产应用的结果来判定的，但在选材研究的思路和方向上，使其尽量具有科学性和现实性也是很重要的，这样可少走一些弯路。为此，有必要对磨球在磨机中服役特点和对磨球性能的要求，以及国内外磨球应用概况作一简要分析。

1. 磨球工况条件及在湿磨条件下磨损特点

（1）当球磨机转动时，占球磨机容积45%左右的磨球和矿料，在离心力和摩擦力的作用下，紧贴着衬板形成了一个特定区域的混合料堆（见附图），当料堆底层随衬板提升到一定高度（达到动平衡）时被抛落下来，此时底部的矿料被冲击破碎；远离衬板的矿料因提升高度低，则沿料堆上部滑下，此时对矿料产生剪切破碎；沿衬板下滑的磨球对矿料产生切削和凿削破碎；料堆底部还有挤压破碎。磨球的运动形式有滚动、滑动和撞击，诸多形式的破碎形式所产生的能量使磨球承受着复杂的应力状态。这些应力是长周期性的反复，从而造成了磨球的严重磨损。

（2）在湿磨条件下，磨球不但受到矿石的磨料磨损，而且不定期受到矿浆的冲刷和电化学腐蚀。大量的试验表明，磨球的湿磨损比干磨损高10倍左右。

（3）矿浆的强烈冲刷，洗去了部分磨球表面的附着物，使磨球与磨球直接撞击。这种撞击一则使磨球承受的应力增大，二则增大了磨球的无功磨损。

（4）湿磨时磨球磨损与破坏失效表现为以下几个方面：①造成磨球的塑性变形。②金属的切削与迁移。③绝热加热和亚表层金属的再结晶。④表面残留应力提高。⑤封闭在接触区的液体绝热增压等。

Dunn在研究湿磨金属磨损机理时认为，球与球、球与衬板的表面间存留有水，在冲击时这些表面凹凸不平处，甚至在一些表面微裂纹中的水，被封闭绝热加压，可能被加压至40～50MPa，当冲击球离开时又会瞬间降压。瞬间的增压与降压就可能产生水-汽反应，在接触点产生高速水压作用，使磨球的表面产生冲蚀磨损和汽蚀，从而使磨球失重加速。

2. 在湿磨条件下对磨球材质的性能要求

根据磨球在湿磨条件下的服役特点，大型磨机采用大直径磨球，其材质应具有以下性能要求。

（1）由附图可看出，被提升到最高处的磨球具有最大的位能，下落时直接冲击其他磨球。为防止磨球破碎，其材质应具有较高的冲击韧度和断裂韧度。

（2）磨球的受力特点，主要是一定能量的多次冲击形成的高频次应力反复。磨机连续运转半年至一年，其应力反复可高达5×（105～107）次，已属疲劳范畴。为防止因冲击造成的开裂和剥落，其材质应有较高的抗冲击疲劳性能。

（3）为提高磨球使用寿命，其材料应具有较高的抗磨性能，特别是冲击磨损性能。同时应具有较高的硬度，且硬度内外均匀，但又不能过高，以免材料的脆性增大，使得抗冲击疲劳性能下降。

（4）一定的耐蚀性。

3. 国内外磨球应用现状

（1）国内磨球应用概况 当前仍以普通碳素钢锻球为主体，其致命弱点是耐磨性能差。低合金钢有较好的耐磨性，但对其制造工艺（包括冶炼、轧钢、热处理）要求严格，应是批量专业化生产，否则质量不会有保证。我国现阶段合金钢磨球淬透性也较差，对于大直径磨球（≥φ100mm）应用也是不合算的。低合金钢磨球在国内应用很少，估计今后几年内也不会有很大的发展；高铬铸铁磨球成功地应用在水泥等干料磨机上，但不适用于湿磨条件，加之我国铬资源贫乏，在现阶段，其发展受到了限制；中锰球墨铸铁磨球，由于生产成本较低，又有一定的耐磨性，在我国中小型矿山的磨机上应用较多。若用在大型磨机上，由于抗冲击疲劳性能差，易于剥落、破碎，而且影响磨矿效率，效果很不理想，因此其应用也受到限制；合金白口铸铁磨球，由于韧性较差，应用局限性更大，若进行变质处理，韧性得到改善，可以应用在中小型磨机上，但应用厂家为数不多；复相球墨铸铁磨球，比低合金白口铸铁磨球韧性高，在中小型磨机上都有应用。尽管复相球墨铸铁磨球的应用还不成熟，但应用的厂家却有增无减，而且品种繁多，成分设计也各式各样。

复相球墨铸铁磨球应用在湿磨条件下的大型球磨机上，至今国内未见资料的系统报道。

（2）国外磨球应用概况 美国和加拿大等国家，金属选矿用的磨球材质多数是高碳低合金钢。

美国Ceimax钼公司选矿用φ52mm钢球，经化验wC＝0.76%，wNi＝0.12%，wCr＝0.26%，wCu＝0.44%；测定硬度61HRC；金相显微组织为细马氏体；吨原矿磨耗 0.49kg左右（赴美考察人员提供）。

（3）我公司应用磨球概况 自20世纪60年代开始选矿以来，使用锻钢球（普通碳素钢）。按我国冶金部锻钢球标准（YB27—65）规定（φ40～φ60mm磨球wC＝0.38%～0.50%，φ70～φ120mm磨球wC＝0.50%～0.80%，热处理后的硬度30～55HRC），多数达不到要求，耐磨性差。进入90年代，我公司钢球消耗有了较大的改观。西昌的锻钢球磨耗为吨原矿0.66kg左右，公司自产的“低碳合金白口铸铁磨球”磨耗为吨原矿0.73kg。使选矿成本减少（磨球占选矿成本高达20%左右）。

为寻求抗磨性能较好的磨球，我公司决定对“低碳合金白口铸铁磨球”进行技术升级，研制和应用“复相球墨铸铁磨球”，以进一步提高磨球产品的技术经济水平，降低选矿成本。