磨球及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种磨球及其制造方法。


背景技术：

2.球磨机广泛使用的磨球要求具有高的耐磨性、抗破碎能力和抗剥落能力。常用的磨球主要包括：低铬铸铁磨球、中铬铸铁磨球、高铬铸铁磨球、锻造磨球和轧制磨球等。低铬铸铁磨球硬度、冲击韧度、抗剥落性能低，抗磨性和抗破碎性能较差。中铬铸铁磨球和高铬铸铁磨球的硬度较高；但冲击韧度较低，抗破碎和抗剥落性能低，生产成本高。锻造磨球和轧制磨球的生产工艺流程长，工艺复杂，对原料要求高，生产成本高。
3.cn111020400a公开了一种耐磨球的制造方法。耐磨球中各化学元素的重量百分比为c 0.56-0.98％、si 0.22-0.38％、mn 1.78-2.48％、cr 1.53-2.72％、b 0.25-0.65％、mo 0.11-0.16％、v 0.14-0.18％、co 0.11-0.17％、ti 0.09-0.13％、nb 0.13-0.17％，余量为fe和其他不可避免的杂质。该耐磨球的制造方法包括如下步骤：熔炼，扒渣，浇铸，先在淬火砂再在淬火油中淬火，在淬火耐磨求的表面喷三乙醇胺溶液，在回火砂中回火，在除锈液中浸泡，得到耐磨球。该方法得到的耐磨球虽然硬度较高，但是冲击韧度较低。
4.cn102154594b公开了一种铬铌硼合金稀土铸造磨球。铸造磨球的化学成分如下：碳1.3-3.0％，硅0.3-1.2％，锰0.2-1.0％，铬4.0-7.5％，铌0.03-0.10％，硼0.01-0.2％，磷≤0.10％，硫≤0.10％，复合稀土变质剂0.15-0.3％，铁86.5-93.81％。制备铬铌硼合金稀土铸造磨球的具体操作步骤包括：熔炼、浇铸和热处理。热处理包括奥氏体化处理、油淬处理、低温回火处理。该磨球cr的含量较高，造价高，且冲击韧度较低。
5.cn111074146b公开了一种矿山用低铬铸铁磨球的制造方法。磨球的化学成分及重量百分比为cr 2.2-2.8，c 2.9-3.1％，si 0.6-0.8％，mn 0.8-1％，cu 0.06-0.12％，mo 0.04-0.06％，zr 0.03-0.05％，v 0.01-0.02，ce 0.01-0.02％，nb 0.005-0.015％，b 0.005-0.015％，p≤0.05％，s≤0.05％，余量为fe。制造方法包括如下步骤：熔炼、孕育、浇注、高温回火、淬火、低温回火。该低铬铸铁磨球的硬度和冲击韧性均较低。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种磨球，该磨球具有较高的冲击韧度，且具有较高的硬度。进一步地，本发明的磨球破碎率低。本发明的另一个目的在于提供上述磨球的制备方法。
7.本发明通过如下技术方案实现上述技术目的。
8.一方面，本发明提供了一种磨球，包括如下成分：c 0.1～0.3wt％，si 0.3～0.5wt％，mn 0.5～1.5wt％，cr 1～1.5wt％，b 1～3wt％，ce 0.01～0.07wt％，p≤0.04wt％，s≤0.04wt％，和fe 90～99wt％。
9.根据本发明的磨球，优选地，所述磨球包含奥氏体和贝氏体。
10.根据本发明的磨球，优选地，所述磨球的直径为90～130mm。
11.根据本发明的磨球，优选地，所述磨球的冲击韧度≥11j/cm2，且表面硬度≥62hrc。
12.另一方面，本发明提供了上述磨球的制造方法，包括如下步骤：
13.(1)将钢铁、锰铁合金、铬铁合金、硅铁合金熔炼，得到第一合金液；
14.(2)将第一合金液进行脱氧处理和脱氮处理，得到处理后合金液；
15.(3)将处理后合金液与硼铁合金混合，得到第二合金液；
16.(4)采用铈硅铁合金对第二合金液进行变质处理，得到第三合金液；
17.(5)将第三合金液浇注，得到磨球坯体；
18.(6)在磨球的表面涂覆石英粉涂料，得到涂膜后坯体；
19.(7)将涂膜后坯体在950～1200℃下热处理1～5h；将热处理后坯体在60～100℃的淬火油中淬火至150～250℃，然后在空气中冷却至10～35℃，得到淬火后坯体；将淬火后坯体在150～250℃下回火2～6h，得到磨球。
20.根据本发明的制造方法，优选地，步骤(1)在增碳剂的存在下进行熔炼，所述增碳剂选自石油焦粉或沥青焦粉中的一种。
21.根据本发明的制造方法，优选地，熔炼温度为1500～1650℃；熔炼在熔炼炉中进行，增碳剂位于熔炼炉的炉底。
22.根据本发明的制造方法，优选地，采用炉内插入法以铝作为脱氧剂进行脱氧处理，采用炉内插入法以钛铁作为脱氮剂进行脱氮处理。
23.根据本发明的制造方法，优选地，石英粉涂料的涂覆厚度为0.1～0.4mm。
24.根据本发明的制造方法，优选地，铈硅铁合金的用量为第二合金液质量的0.5～3wt％。
25.本发明磨球具有较低的铬含量和较高的硼含量，并与特定的其他元素相配合，获得了冲击韧度高，且硬度高的磨球。进一步地，本发明的磨球具有较低的破碎率和较高的抗开裂和剥落性能。采用本发明的制备方法能够进一步地提高磨球的性能。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
27.《磨球》
28.本发明的磨球包括如下成分：c 0.1～0.3wt％，si 0.3～0.5wt％，mn 0.5～1.5wt％，cr 1～1.5wt％，b 1～3wt％，ce 0.01～0.07wt％，p≤0.04wt％，s≤0.04wt％，fe 90～99wt％。在某些实施方式中，磨球由上述元素组成。当然，磨球中还可以含有一些不可避免的杂质。本发明的磨球中cr含量降低，b含量较高，且含有微量的ce元素，配合适当含量的c、si、mn、p、s和fe元素，能够获得冲击韧度高，且具有较高硬度的磨球，且磨球的破碎率低，抗开裂、剥落性能高。
29.本发明的磨球的直径可以为90～130mm；优选为90～120mm；更优选为95～100mm。这样能够提高磨球的冲击韧度。
30.本发明的磨球的金相组织包括奥氏体和贝氏体。这样能够使磨球兼具有较高的冲击韧度和硬度。
31.fe表示铁元素。fe的含量为90～99wt％；优选为93～97wt％；更优选为95～96wt％。根据本发明的一个实施方式，fe的含量为95.05wt％。
32.c表示碳元素。c的含量为0.1～0.3wt％；优选为0.2～0.28wt％；更优选为0.25wt％。
33.si表示硅元素。si的含量为0.3～0.5wt％；优选为0.35～0.4wt％；更优选为0.38wt％。
34.mn表示锰元素。mn的含量为0.5～1.5wt％；优选为1.05～1.3wt％；更优选为1.1wt％。
35.cr表示铬元素。cr的含量为1～1.5wt％；优选为1.25～1.4wt％；更优选为1.3wt％。
36.b表示硼元素。b的含量为1～3wt％；优选为1.5～1.85wt％；更优选为1.82wt％。
37.ce表示铈元素。ce的含量为0.01～0.07wt％；优选为0.035～0.05wt％；更优选为0.04wt％。
38.p表示磷元素。p的含量≤0.04wt％；优选为0.02～0.05wt％；更优选为0.03wt％。
39.s表示硫元素。s的含量≤0.04wt％；0.02～0.05wt％；更优选为0.03wt％。
40.这样的元素组成能够提高磨球的冲击韧度和硬度，抗开裂和抗剥落性能，降低破碎率。
41.本发明的磨球的冲击韧度≥11j/cm2；优选地，冲击韧度≥12j/cm2；更优选地，冲击韧度≥12.6j/cm2。磨球的表面硬度≥62hrc。
42.《磨球的制造方法》
43.本发明的铁磨球的制造方法，包括如下步骤：(1)形成第一合金液的步骤；(2)脱氧和脱氮的步骤；(3)形成第二合金液的步骤；(4)形成第三合金液的步骤；(5)浇注的步骤；(6)涂膜的步骤；和(7)后处理的步骤。下面进行详细介绍。
44.形成第一合金液的步骤
45.将钢铁、锰铁合金、铬铁合金、硅铁合金熔炼，得到第一合金液。
46.钢铁可以为废旧的钢铁(废钢)。这样能够节约成本。
47.熔炼温度可以为1500～1650℃；优选为1500～1600℃；更优选为1550～1600℃。
48.熔炼可以在增碳剂的存在下进行。增碳剂选自石油焦粉或沥青焦粉中的一种。在某些实施方式中，增碳剂为石油焦粉。在另一些实施方式中，增碳剂为沥青焦粉。
49.熔炼可以在熔炼炉中进行。熔炼炉的实例包括但不限于中频感应电炉。增碳剂可以位于熔炼炉的底部。
50.脱氧和脱氮的步骤
51.将第一合金液进行脱氧处理和脱氮处理，得到处理后合金液。
52.可以采用插入法，以铝作为脱氧剂进行脱氧处理。
53.可以采用插入法，以钛铁作为脱氮剂进行脱氮处理。
54.形成第二合金液的步骤
55.将处理后合金液与硼铁合金混合，得到第二合金液。
56.根据本发明的一个实施方式，将硼铁合金加入到处理后合金液中，得到第二合金液。可以以低熔点玻璃渣作为保护剂，防止第二合金液氧化。
57.形成第三合金液的步骤
58.采用铈硅铁合金对第二合金液进行变质处理，得到第三合金液。
59.铈硅铁合金的用量为第二合金液质量的0.5～3wt％；优选为1～2wt％；更优选为1～1.5wt％。
60.变质处理温度可以为1500～1650℃；优选为1500～1600℃；更优选为1550～1600℃。
61.变质处理可以在钢水包中进行。具体地，将铈硅铁合金置于钢水包内，然后向钢水包中冲入第二合金液。
62.浇注的步骤
63.将第三合金液浇注，得到磨球坯体。
64.浇注温度可以为1450～1600℃；优选为1500～1550℃。
65.铸型可以为金属模。
66.涂膜的步骤
67.在磨球坯体的表面涂覆石英粉涂料，得到涂膜后坯体。
68.石英粉涂料的涂覆厚度为0.1～0.4mm；优选为0.2～0.3mm。
69.石英粉涂料中包含石英粉。还可以包含羧甲基纤维素和水。石英粉和羧甲基纤维素的重量比为(85～98):4；优选为(90～97):4；更优选为(95～96):4。石英粉涂料的比重可以为1.05～1.5kg/l；优选为1.1～1.4kg/l；更优选为1.2～1.3kg/l。
70.后处理的步骤
71.将涂膜后坯体进行热处理；将热处理后坯体在淬火油中淬火，然后在空气中冷却，得到淬火后坯体；将淬火后坯体回火，得到磨球。这样能够提高磨球的冲击韧度，且能够保持较高的硬度，减少磨球的破碎率。
72.热处理温度为950～1200℃；优选为1000～1100℃；更优选为1050～1100℃。热处理时间为1～5h；优选为2～4h；更优选为3～3.5h。这样能够提高磨球的冲击韧度，且能够保持较高的硬度，减少磨球的破碎率。
73.淬火油的粘度可以为100～150mm2/s；优选为110～140mm2/s；更优选为120～130mm2/s。根据本发明的一个实施方式，淬火油的粘度为127.8mm2/s。这样能够提高磨球的冲击韧度，且能够保持较高的硬度，减少磨球的破碎率。
74.淬火油的温度为60～100℃；优选为70～90℃；更优选为80～85℃。这样能够提高磨球的冲击韧度，且能够保持较高的硬度，减少磨球的破碎率。
75.将热处理后坯体在淬火油中淬火至150～250℃；优选地，淬火至200～250℃；更优选地，淬火至200～220℃。这样能够提高磨球的冲击韧度，且能够保持较高的硬度，减少磨球的破碎率。
76.在空气中冷却至10～35℃；优选地，冷却至20～30℃。这样能够提高磨球的冲击韧度，且能够保持较高的硬度，减少磨球的破碎率。
77.回火温度可以为150～250℃；优选为200～250℃；更优选为200～220℃。回火时间可以为2～6h；优选为3～5h；更优选为4～5h。这样能够提高磨球的冲击韧度，且能够保持较高的硬度，减少磨球的破碎率。
78.下面介绍测试方法：
79.破碎率：使用磨球磨矿，使用时间为3000小时。磨矿结束后，分拣排出破碎的磨球，采用如下方法计算破碎率：破碎的磨球的质量/使用的磨球的总质量。
80.表面硬度：采用洛氏硬度计进行测试。
81.冲击韧性：采用摆锤冲击试验机进行测试。
82.落球试验：采用8m落球机进行测试。
83.下面介绍原料：
84.淬火油:牌号为ys230，生产厂家为石家庄华泰特种油品有限公司。粘度为127.8mm2/s。
85.实施例1
86.(1)将废钢、锰铁合金、铬铁合金、硅铁合金在石油焦粉存在下，在1550℃下，在熔炼炉中熔炼，得到第一合金液；石油焦粉位于熔炼炉的底部；
87.(2)采用炉内插入法，以铝作为脱氧剂，进行脱氧处理；采用炉内插入法，以钛铁作为脱氮剂，进行脱氮处理，得到处理后合金液；
88.(3)将硼铁合金加入到处理后合金液中，得到第二合金液；以低熔点玻璃渣作为保护剂，防止第二合金液氧化；
89.(4)在钢水包内放置第二合金液质量1％的铈硅铁合金，将第二合金液倒入钢水包内，在1550℃下进行变质处理，得到第三合金液；
90.(5)将第三合金液在1500℃下浇注，得到磨球坯体；
91.(6)在磨球坯体的表面涂覆0.2mm的石英粉涂料，得到涂膜后坯体。石英粉涂料由石英粉、羧甲基纤维素和水组成；其中，石英粉和羧甲基纤维素的重量比为96:4。
92.(7)将涂膜后坯体在1050℃下热处理3h；将热处理后坯体在80℃的淬火油中淬火至200℃，然后在空气中冷却至30℃，得到淬火后坯体；将淬火后坯体在200℃下回火4h，得到磨球。
93.磨球的直径为100mm。磨球的成分如表1所示。磨球的性能如表3所示。
94.表1
95.元素csimnpscrbcefe含量(wt％)0.250.381.10.030.031.31.820.04余量
96.比较例1
97.除磨球的直径为120mm，且成分如表2所示外，其余同实施例1。磨球的性能如表3所示。
98.表2
99.元素csimnpscrbcefe含量(wt％)0.320.291.020.030.031.21.920.03余量
100.表3
[0101][0102]
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技
术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。