1、引言
   水泥工業(yè)用球磨機(jī)磨頭板，處于粗磨倉(cāng)（一倉(cāng)）進(jìn)料端，故又稱端襯板。由于水泥磨機(jī)一倉(cāng)大都以破碎為主，入料粒度大，沖擊功大，鋼球平均球徑>80mm，特別是大型或特大型磨機(jī)的研磨條件相當(dāng)惡劣。磨頭板材料的選擇，過(guò)去主要以安全為主，大都采用高錳鋼或變質(zhì)高錳鋼，也有采用超高錳鋼材料，但生產(chǎn)使用中反映出諸多問(wèn)題：一是耐磨性不足，使用壽命在6—12月之間；二是塑性變形隆起，拉折，斷螺栓時(shí)有發(fā)生，致使襯板整體掉落而早期失效。中低合金鋼用于磨頭板雖具有強(qiáng)韌性匹配，由于合金元素含量少，耐磨性也不十分理想，一般使用壽命在16個(gè)月左右，影響了水泥粉磨效率的提高。2003年3月，我公司承接了大宇水泥（山東）有限公司兩套∮5.4mx15.5m特大型磨機(jī)襯板的制備工作。該公司過(guò)去一直使用進(jìn)口襯板，使用壽命在3年左右，為此，合約簽定時(shí)，對(duì)方要求磨頭板使用壽命在3年以上。我公司是專業(yè)生產(chǎn)耐磨襯板廠家，有近30年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，特別是高合金襯板的生產(chǎn)，已用于水泥磨機(jī)上200多臺(tái)（套），從∮2.2m、∮2.6m、∮3m中小型磨機(jī)到∮3.8m、∮4.2m、∮5m大型和特大型磨機(jī)上都實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，一般使用壽命（一倉(cāng)）均在6年以上。其中1988年用于原河南偃師縣水泥廠∮2.2mx6.5m水泥磨一倉(cāng)溝槽襯板使用壽命在12年以上，2001年用于河南鄭州順寶水泥股份有限公司∮3mx9m大型水泥磨機(jī)一倉(cāng)溝槽襯版使用壽命在7年以上，收到較好社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但高鉻合金鑄鐵用于大型和特大型磨機(jī)磨頭板尚屬首次，國(guó)內(nèi)也鮮有報(bào)導(dǎo)。鑒于技術(shù)市場(chǎng)資源實(shí)際，我們決定試用KmTBCr26制備e5.4m特大型磨機(jī)磨頭板。
2、化學(xué)成分的設(shè)計(jì)
    Ø5.4m特大型磨機(jī)平均球徑∮80mm，最大∮100mm．入磨粒度≤25mm，人磨水份≤1，磨機(jī)轉(zhuǎn)速約15r/min，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量大于250t/h，年產(chǎn)水泥約400萬(wàn)噸，其中80%出口。
    原裝進(jìn)口磨頭板化學(xué)成分和主要性能檢測(cè)分析見(jiàn)表1。結(jié)果顯示，國(guó)外磨頭板材料主要是中碳中鉻合金鋼，化學(xué)成分中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)淬透性元素Mo、Ni等，熱處理工藝排除空冷或風(fēng)冷淬火的可能，經(jīng)初步分析應(yīng)為油淬或其他介質(zhì)淬火，HRC45~48，能夠滿足或基本滿足特大型磨機(jī)磨頭板的技術(shù)要求。
    因此，我公司確定磨頭板的主要化學(xué)成分如下。
2.1碳、鉻的確定
    碳和鉻是決定高鉻鑄鐵基體組織、碳化物結(jié)構(gòu)和使用性能的兩個(gè)最重要的元素。碳量決定碳化物數(shù)量，鉻量決定碳化物類型。從高鉻鑄鐵的鑄態(tài)獲得馬氏體組織要求出發(fā)，結(jié)合鑄件的壁厚、形狀、大小及服役的工況條件和使用要求，選擇C量為2.6%~2.9%，使Cr/C=8左右，碳化物含量K<30%，這時(shí)共晶碳化物為斷網(wǎng)狀，M7C3型碳化物的顯微硬度可達(dá)到HV1300~1800，材料具有強(qiáng)韌性，能夠滿足Cr26高鉻鑄鐵磨頭板的使用要求。
2.2硅、錳的確定
    硅、錳在高鉻鑄鐵中是常規(guī)元素，其主要作用是脫氧脫硫。硅降低淬透性但提高M(jìn)s點(diǎn)，在高鉻鑄鐵中一般不再單獨(dú)加硅，故Skl.2%。錳提高淬透性但嚴(yán)重降低Ms點(diǎn)，一般控制在0.5%～1.0%。
20鉬的確定
    鉬在高鉻鑄鐵中一部分形成碳化物，提高顯微硬度；一部分形成MozC，其余全部進(jìn)入基體，提高淬透性。鉬與錳、鉬與鎳、鉬與銅聯(lián)合使用提高淬透性效果更好。但鉬是貴重金屬，考慮成本因素，鉬含量選在0.6%~1.2%之間。
2A鎳和銅的確定
    鎳和銅在高鉻鑄鐵中提高淬透性，改善韌性。二者均是非碳化物形成元素，全部溶人奧氏體，起穩(wěn)定奧氏體作用。但加入量大時(shí)，容易增加殘余奧氏體量，特別是銅在奧氏體中溶解度有限�？紤]成本等綜合因素，確定鎳加入量為0.4%～l.2%，銅加入量為0.4%～1.2%。
2.5其他
  S、P為有害元素，在生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制。V、Ti、B、RE作復(fù)合變質(zhì)劑加入，細(xì)化晶粒，凈化晶界。
3、熔煉及澆注工藝
采用750kg快速中頻感應(yīng)爐熔煉，單渣熔煉堿性成型坩堝。依次加入廢鋼及高碳鉻鐵、鉬鐵、鎳板、廢銅；增碳用廢電極，顆粒為25～40mm，裝爐時(shí)裝入坩堝底部。熔化后期分析碳、鉻含量，并用高、中碳鉻鐵調(diào)整碳、鉻含量。出鐵前10min加錳鐵預(yù)脫氧，出鐵前約3min加硅鈣鋇鋁復(fù)合精煉脫氧劑進(jìn)行終脫氧。當(dāng)鐵液溫度達(dá)到1480—1530C時(shí)出鐵。澆包底部放入0.25%的稀土鎂鐵。待澆包充入1/3重量的鐵液時(shí)按0.5%的重量，加入已烘干過(guò)的顆粒為1—5mm的復(fù)合變質(zhì)劑，澆包接滿時(shí)復(fù)合變質(zhì)劑應(yīng)反應(yīng)結(jié)束，以觀察不到鎂光為止。變質(zhì)溫度為1450—1480C，包中攪拌、造渣兩次，徹底扒渣后鎮(zhèn)靜2~3min，待溫度降低到1380～1430C時(shí)開(kāi)始澆注。澆注應(yīng)“先慢，中快，后細(xì)”，待鐵液到達(dá)冒口4/5處時(shí)加保溫劑，并按一定時(shí)間點(diǎn)澆冒口2—3次。
4、造型工藝
    面砂為50/100目硅砂，改性水玻璃C02硬化；背砂為40/70目濕型砂；芯砂為70/140目合脂油砂。采用保溫冒口加覆蓋劑與冷鐵配合的鑄造工藝，端襯板工作面采用厚40mm成型冷鐵和兩塊厚50mm邊冷鐵。由于磨頭板在砂型中以較慢的冷卻速度以糊狀形式凝固，此時(shí)合金具有形成分散縮孔的嚴(yán)重傾向，鑄件易出現(xiàn)晶間縮孔或疏松，鑄件韌性下降，嚴(yán)重的使鑄件早期失效。冷鐵的合理使用，加快了鑄件的結(jié)晶冷卻速度，組織致密性好，強(qiáng)韌性提高，避免或消除了因鑄造缺陷給生產(chǎn)應(yīng)用帶來(lái)的安全隱患。冷鐵在第一次使用前需預(yù)熱180~200℃，刷石英粉醇基涂料，刷后及時(shí)點(diǎn)火烘干。澆注前20min合箱。通過(guò)破壞性試驗(yàn)及觀察宏觀斷口的方法，修正外冷鐵數(shù)量、厚度及保溫冒口的型號(hào)。
5、熱處理工藝
    高鉻鑄鐵磨頭板必須經(jīng)過(guò)淬火及回火以獲得高硬度強(qiáng)韌性的馬氏體基體，同時(shí)可以提高鑄件的沖擊疲勞抗力，消除和大幅度降低內(nèi)應(yīng)力。熱處理時(shí)應(yīng)視鑄件的壁厚、斷面大小、裝爐量、工裝條件及四季氣溫變化情況采用不同的奧氏體化溫度和保溫時(shí)間，來(lái)保證達(dá)到初始設(shè)計(jì)的性能要求。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T8263-1999抗磨白口鑄鐵件》和建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T691-1998高鉻鑄鐵襯板技術(shù)條件》有關(guān)熱處理工藝規(guī)范，參照有關(guān)文獻(xiàn)資料研究提出的二次碳化物析出與溶入的淬火溫度和保溫時(shí)間，確定奧氏體化溫度為1000℃±20℃，回火溫度為320～420℃。此批∮5.4mx15.5m特大型磨機(jī)磨頭板厚130mm，最大塊重189kg，應(yīng)保證熱處理過(guò)程中鑄件不開(kāi)裂，采用階梯升溫措施（見(jiàn)圖2）。
    提取的試樣為10mmx10mm x55mm無(wú)缺口試樣，在熱處理后的磨頭板本體中直接提取，硬度值在試樣上取得，沖擊韌性及金相組織在同一試樣上進(jìn)行。檢測(cè)結(jié)果表明：鑄件平均硬度HRC>58，平均沖擊韌性ak>5J/cm2。金相觀察表明，試樣的淬火回火組織為：回火馬氏體+共晶碳化物M7C3+=次碳化物+殘余奧氏體。
6、結(jié)語(yǔ)
    (1)針對(duì)水泥工業(yè)大型和特大型球磨機(jī)磨頭板的使用要求，研究開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的Cr26高鉻鑄鐵材料，其化學(xué)成分為：2.6%~2.9%C，22%—28%Cr，Si<1.2%，0.5%~1.0% Mn ,0.6%—1.2% Mo,0.4%—1.2% N1,0.4%一1.2%Cu,V、Ti、B微量．RE0.25,S<0,06% ,P<O.10%.熱處理工藝：淬火溫度1000℃±20C，回火溫度320—420℃。鑄件平均硬度HRC>58，平均沖擊韌性ak>5J/Cll12。淬火回火組織為：回火馬氏體+共晶碳化物M7C，+二次碳化物+殘余奧氏體。
    (2)研制的Cr26高鉻鑄鐵磨頭板已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使用6年以上，預(yù)計(jì)仍能繼續(xù)使用2年左右，表明抗磨性良好。為我國(guó)水泥工業(yè)新型干法生產(chǎn)企業(yè)的大型和特大型球磨機(jī)耐磨襯板的安全應(yīng)用和節(jié)能降耗提供了可靠技術(shù)支撐，推動(dòng)了耐磨材料的技術(shù)進(jìn)步，具有推廣應(yīng)用意義。