简析球磨机磨球的材质研究及应用

2019-09-12贾世恒王允强郭强

魅力中国 2019年17期

贾世恒王允强郭强

（淄博恒世科技发展有限公司，山东淄博 255088）

目前来看，许多行业的粉磨作业都需要运用球磨机来完成，如冶金、矿产等行业。在球磨机研磨介质中，磨损率最高的介质为磨球，其消耗量高达100万t/a左右，在总损耗中，磨球损耗占据了绝大部分，是易耗品。按照材质的区别，可以将磨球分为金属、非金属两种。常用的金属磨球有钢球和铁球两种；常用的非金属球则包括无机非金属材料、有机高分子材料等。如SiO2无机非金属合成材料和C2F4高分子有机材料。根据生产方式的区别，也可以分为三种形式，一种是铸球，另一种是轧球，还有一种是锻球。目前，铸球的应用最为广泛。

一、磨球材质研制的发展与现状

随着科技的进步，各类新材料层出不穷，磨球材质也随之得到了发展和进步。在早期，磨球材质以河卵石为主，经过长期的发展，逐步开始使用铸铁、钢球等磨球材质。在现代，合金和纳米技术的广泛应用，使磨球材质也发生了改变，合金材料、纳米材料逐渐成为比较常用的磨球材质。为了提升铸造的工艺、力学、热处理等性能，要着重研究物料冲击力和磨损的降低措施。不论是国内还是国外，对磨球材料的研究和开发都在长期持续。在20世纪60年代，磨球材料出现了跨越性的发展。在此之前，大部分西方国家都采用锻钢球、白口铸铁球等金属球作为主要磨球材质。而在该阶段，高铬铸铁和镍硬铸铁两种磨球材质得到了发展和应用，并在70年代深入普及，成为最常用的磨球材质之一。到了80年代，我国经济和技术快速发展，国内外交流加深，进而开辟了更多磨球材质的研究渠道，并在磨球材质研究方面取得了一定的成果。经过研究，我国从传统的采用低碳钢锻磨球、白口铸铁磨球、中锰稀土铸铁磨球转变为采用合金铸铁磨球、中高碳低合金佘热淬火刚磨球等。这些研究在很大程度上改善了磨球材质的质量，使其在多个行业中广泛应用。目前来看，国外以高铬白口铸铁磨球为主，其中美国主要采用地镍硬铸铁、高碳低合金钢等材质的磨球；日本主要采用高铬钢球等作为磨球的主要材质。

二、导致球磨机磨球磨损的各项因素

在球磨机运作的过程中，磨球会随着应用时间、次数的增加而出现尺寸、体积的缩减，即产生磨损。磨损问题会造成磨球功能降低，严重时还会造成功能丧失。如果在磨球磨损严重的情况下还继续使用，不仅会影响生产效率和质量，还会带来安全隐患，造成安全事故。通常，磨球磨损的形式可以分为三种。一种是磨粒切削磨损，另一种是冲击疲劳磨损，还有一种是冲击磨粒磨损。造成磨球磨损的原因有很多，主要分为磨机磨损、介质质量磨损、接触性磨损、回路磨损、料浆磨损、矿石磨损、粒径磨损等。其中，磨机磨损主要受到磨机类型、速度等因素的影响，进而产生磨损问题；介质质量主要包括硬度、尺寸、合金质量分数等多个方面；接触性则包括接触角度、接触速度两个方面；回路包括贯穿、循环两种；料浆主要会出现粘度和腐蚀的影响；矿石的硬度、耐磨性等会对磨损程度产生影响；粒径则主要与粒度和形状有关。

三、球磨机磨球的材质研究

球磨机利用磨球对物质材料进行研磨，其运动过程是小能量反复冲击的过程，磨损问题则属于系统问题，会受到多个因素的影响。其中，材质强度与磨球冲击性能有直接关系，也会影响磨损情况。对此，我国编撰出台了相关的规范标准，其中包括《铸造磨球》、《合金铸铁磨球》等多个规范内容。这些标准和规范详细的规定了各种磨球材质中各类物质的含量。如，高铬铸铁磨球要含有超过10%的铬，并包含（Cr，F）7C3、中铬铸铁磨球则需要含有5%-10%的铬，同时含有Cr，F）7C3和（Cr，F）3C、贝氏体球墨铸铁磨球中以贝氏体球墨铸铁为主要组成组织。根据材料的不同，测定方式也各不相同。通常，碳含量的测定方式可以采用气体容量法，以测量管式炉内燃烧气体为主；硅含量则可以运用高氯酸脱水重量法进行测量；锰含量则可以运用高碘酸钠光度法进行测定。通常，在冶金、电力等行业中，铸造磨球广泛应用，不同材质磨球的化学成分具体如下：

表1 球墨铸铁磨球中的化学成分表

表2 铬合金铸铁磨球化学成分表

氮化硅球也是比较常用的磨球之一，该磨球可以采用湿法和干法两种方式进行加工生产。其中，干法会影响磨球的后期使用，且会降低细研磨的效率，所以普遍采用湿法制作。为了避免湿法制作过程中出现过度水解的情况，可以采用酒精进行研磨。运用球磨机进行加工，具有投入低、操作简单的优势。但是研磨的效率也相对较低，磨粒大小也会受到限制，时常会出现较大的颗粒。加工氮化硅原料时，要从材料的化学组成、粒度、工艺等多个方面考虑，筛选最佳生产工艺技术。氮化硅磨球是氧化锆磨介的替代品，其具有磨损率低的力学性能，目前已经在工业领域范围内应用，但由于技术和工艺等原因，其应用范围并不广泛，但氮化硅球具有很大的发展潜力。