阅读说明：本技术 一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺 (Feeding end lining plate for semi-automatic mill of concentrating mill and processing technology thereof ) 是由 朱国伟 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺,该进料端衬板由以下质量分数的各组分组成：0.705％C、0.242％Si、0.628％Mn、2.15％Cr、0.266％Mo、0.0311％P、0.110％S；本发明所述的一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺,筒体衬板结构改进后,通过改进超高锰合金钢的配方、采用热处理新工艺等措施,很好的解决耐磨超高锰合金钢的淬透性、抗蠕性和耐磨性问题,提高超高锰合金钢的初始硬度和整体机械性能,半自磨机各项工艺指标将有所提高,并与格子板、端衬板同步磨损,一同更换,减少检修次数和事间,避免重复劳动,降低成本,提高效益。(The invention discloses a feeding end lining plate for a semi-automatic mill of a concentrating mill and a processing technology thereof, wherein the feeding end lining plate comprises the following components in percentage by mass: 0.705% C, 0.242% Si, 0.628% Mn, 2.15% Cr, 0.266% Mo, 0.0311% P, 0.110% S; according to the feeding end lining plate for the semi-automatic mill of the concentrating mill and the processing technology thereof, after the structure of the barrel lining plate is improved, through improving the formula of the ultra-high manganese alloy steel, adopting the measures of a new heat treatment process and the like, the problems of hardenability, creep resistance and wear resistance of the wear-resistant ultra-high manganese alloy steel are well solved, the initial hardness and the overall mechanical property of the ultra-high manganese alloy steel are improved, various technological indexes of the semi-automatic mill are improved, and the semi-automatic mill is worn synchronously with the grid plate and the end lining plate and is replaced together, so that the overhaul times and the trouble are reduced, the repeated labor is avoided, the cost is reduced, and.)

一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺

技术领域

本发明属于衬板加工领域，特别涉及一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺。

背景技术

半自磨机是国内外火电、矿山、化工、冶金等行业生产中主要粉碎研磨设备，衬板和磨球则是半自磨机正常运转中的主要工作部件。随着现代化生产的发展，半自磨机的直径越来越大，直径五米左右的磨机在生产中已广泛应用，因此对衬板和磨球的质量要求越来越高。由于衬板和磨球长期处在严酷的工况中，维修量和更换量都相当大，不仅浪费人力、物力、财力，且直接影响生产效率，影响现代化企业的文明生产。因此，使用新型抗磨、抗冲击材质的衬板，创造半自磨机最佳工作态度，是提高产量、降低消耗、争取良好经济和文明环境的重要途径；

矿石随筒体转动，位置迅速提高，很快从受压状态转为张力状态。当矿石重力克服离心力时，矿石就脱离筒体落下，但各种粒度矿石下落的路径是不同的。大块矿石由于重力大，上身到较低高度时首先滑落下来，同时对较小颗粒产生冲击和磨碎作用，随后往筒体中心层移动；中等块的矿石随筒体到达较高的位置后按泻落状态滚落下来，矿石相互磨剥形成泻落区；小块矿石随筒体达到更高位置沿抛物线轨迹落下，形成矿石瀑落区。此时的冲击力使矿石磨碎成细粒，合乎产品粒度要求的颗粒通过出料端格筛从中部排出，通过调整衬板的组成成分、热处理工艺等可以重点解决衬板初始，硬度，以提高衬板的淬透性、抗蠕性和耐磨性，为此，我们提出一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺，该进料端衬板由以下质量分数的各组分组成：0.705％C、0.242％Si、0.628％Mn、2.15％Cr、0.266％Mo、0.0311％P、0.110％S。

优选的，所述进料端衬板长1410mm，宽约440mm，衬板单边凸起80mm为提升条，衬板中间有两个螺栓孔，孔距870mm，筒体衬板是靠两根M58的扁头螺栓固定在筒体上。

优选的，所述进料端衬板衬板厚度为70mm，衬板硬度HRC48-52，耐磨衬板与筒体固定采用高强度螺栓联接。

一种选矿厂半自动磨机用进料端衬板的加工工艺，进料端衬板的加工工艺包括以下步骤：

第一步、产品尺寸链确认；

第二步、模具样板制作；

第三步、模具制作；

第四步、造型；

第五步、涂料；

第六步、配箱；

第七步、尺寸检验；

第八步、合箱；

第九步、配料；

第十步、冶炼·炉前化学成份分析·成份调整；

第十一步、测温；

第十二步、浇注；

第十三步、保温·开箱；

第十四步、半成品检验·性能试验确认；

第十五步、除冒口(打磨)·热处理；

第十六步、硬度检测；

第十七步、成品检验；

第十八步、标识；

第十九步、标识发货。

优选的，进料端衬板采用高锰合金ZGMn13Cr1。

优选的，在热处理时，加热到1100℃*4h保温，水淬，再经250℃*4h回火处理。

优选的，C含量每增加0.1％，常温下αk值降低39.23～41.19J/cm²。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该选矿厂半自动磨机用进料端衬板及其加工工艺，提升条改在衬板中间，提升条两端受力均匀，提升条成梯形强度加大，提升条两端加强筋板上开起吊工艺孔安装起吊方便，故此方案可行，高矮提升条衬板，只改变提升条高度，其余尺寸不变；筒体衬板结构改进后，通过改进超高锰合金钢的配方、采用热处理新工艺等措施，很好的解决耐磨超高锰合金钢的淬透性、抗蠕性和耐磨性问题，提高超高锰合金钢的初始硬度和整体机械性能，半自磨机各项工艺指标将有所提高，并与格子板、端衬板同步磨损，一同更换，减少检修次数和事间，避免重复劳动，降低成本，提高效益。

附图说明

图1为本发明进料端衬板的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

该进料端衬板由以下质量分数的各组分组成：0.705％C、0.242％Si、0.628％Mn、2.15％Cr、0.266％Mo、0.0311％P、0.110％S。

进料端衬板长1410mm，宽约440mm，衬板单边凸起80mm为提升条，衬板中间有两个螺栓孔，孔距870mm，筒体衬板是靠两根M58的扁头螺栓固定在筒体上；进料端衬板衬板厚度为70mm，衬板硬度HRC48-52，耐磨衬板与筒体固定采用高强度螺栓联接。

在加工时，产品尺寸链确认；

第二步、模具样板制作；

第三步、模具制作；

第四步、造型；

第五步、涂料；

第六步、配箱；

第七步、尺寸检验；

第八步、合箱；

第九步、配料；

第十步、冶炼·炉前化学成份分析·成份调整；

第十一步、测温；

第十二步、浇注；

第十三步、保温·开箱；

第十四步、半成品检验·性能试验确认；

第十五步、除冒口(打磨)·热处理；

第十六步、硬度检测；

第十七步、成品检验；

第十八步、标识；

第十九步、标识发货。

其中，进料端衬板采用高锰合金ZGMn13Cr1，在热处理时，加热到1100℃*4h保温，水淬，再经250℃*4h回火处理，C含量每增加0.1％，常温下αk值降低39.23～41.19J/cm²。

需要说明的是，通过调整衬板的组成成分、热处理工艺等可以重点解决衬板初始硬度，以提高衬板的淬透性、抗蠕性和耐磨性，具体如下：

1、半自磨机的筒体衬板材质的选用。

高锰钢具有良好的韧性和加工硬化能力。即在强烈的冲击载荷下，受力表面被加工硬化，而心部仍保持着良好的韧性，可满足半自磨机使用工况的要求。但是对于厚大断面的铸件衬板，高锰钢也有耐磨性不足，屈服强度较低，易发生蠕变和延展，表面相变引起反弓变形的问题。

超高锰合金钢能进一步提高钢的强度和韧性，同时提高了钢的加工硬化能力和耐磨性，克服了普通高锰钢的不足。

因此，超高锰合金钢是适合于制作半自磨机筒体衬板的。

1.1、超高锰合金钢化学成分的确定

化学成分是决定组织和性能的基本因素。高锰钢属于高合金钢种，为进一步提高其机械性能和耐磨性能，改善钢的工艺性能，在钢中加入其它合金元素进行合金化。合金化有以下三个目的：

(1)细化铸态结晶组织。高锰钢的结晶组织往往比较粗大，而铸态结晶组织的粗细和水韧处理后的最终组织有直接的关系。伴随着粗大的结晶组织往往出现组织和性能方面的缺陷，使钢的机械性能和耐磨性能降低。可以加入某些合金元素，在钢液中发生化学反应形成碳化物、氧化物、氮化物等。若化合物熔点高且结晶结构和点阵常数与钢类似时，可作为钢液的结晶核心，从而细化结晶组织。

(2)提高钢的机械性能和耐磨性能。多元合金元素在高锰奥氏体中均可固溶，从而使钢得到强化，使钢的强度性能如屈服强度、抗拉强度提高。

(3)改善工艺性能。高锰钢经水韧处理后为单相奥氏体组织。冷却时奥氏体由于不稳定容易析出碳化物，使钢的组织发生变化。如钢中含有较多的增加奥氏体稳定性的元素，便可以防止受热时碳化物析出，降低热处理工艺复杂程度。

①基本化学成分——碳

高锰钢属于含碳量高的钢种，碳含量0.9～1.5％。碳在高锰钢中有两个作用，一是促使形成单相奥氏体组织；二是固溶强化，以保证高的机械性能。碳对耐磨性也有重要影响。碳、锰含量不同时钢中形成不同的组织，碳低时形成马氏体组织。碳、锰含量低，则机械性能较差。碳含量高，虽然铸态组织中有较多碳化物，同时有少量珠光体组织，但经固溶处理后可以得到单相奥氏体组织。当然碳含量也不可过高，否则热处理后不能全部消除碳化物。

钢中碳含量对机械性能和耐磨性能有显著的影响。铸态时随钢中碳含量的增加，钢的强度在一定的范围内是增加的。硬度则随碳含量的增加而不断提高。钢的塑性和韧性则明显降低。碳含量达到1.3％左右时，铸态钢的韧性即降低到零。这是由于随碳含量的增加，铸态组织中碳化物数量增加，甚至在晶界上形成连续网状碳化物，大大削弱晶间的强度和钢的塑、韧性。经过固溶处理后钢的性能有很大变化。1050℃水淬后得到奥氏体组织。即使碳含量提高到1.48％，冲击韧性仍可达到81.395J/cm²，碳含量较低的可以达到196.133～294.2J/cm²。

碳对冲击韧性的影响在低温时特别显著。例如以碳含量为1.06％和1.48％的两种钢作对比，20℃时二者冲击韧性约差2.6倍，但-40℃时相差5.3倍，-60℃时相差13倍之多。

碳对冲击韧性的影响与碳含量的范围有关。在Mn含量不变的情况下，+20℃时碳含量在0.8～1.15％的范围内影响很小，大于1.15％以后冲击韧性明显降低。碳含量的增加值和冲击韧性的变化数值之间在数量上存在以下关系

1)碳含量每增加0.1％，常温下αk值降低39.23～41.19J/cm²。这也相当于温度降低15～20℃时冲击韧性的降低值。

虽然固溶处理可以使碳化物溶解，但是碳含量高时必须提高固溶处理的温度，或是延长热处理的时间才能使碳化物充分溶解。当碳化物数量多时，虽然可经过固溶处理消除，但不能保证金属微观组织的致密度。由于碳化物比容和奥氏体比容的差别造成碳化物溶解后在奥氏体中存在超显微缺陷。因此碳含量越高，碳化物数量越多，热处理后金属的致密度越差，韧性越低。

碳含量和强度性能及塑性性能之间的关系是与碳作为溶质原子和位错的交互作用有关。碳原子半径小于铁和锰原子的半径，因此它必然在位错周围的压应力区域内富集，构成柯氏气团。碳原子和位错之间的交互作用力使位错运动的阻力增加。表现为强度性能的增加和塑性的某种程度的降低。

在非强力冲击磨料磨损的工作条件下，提高碳含量有利于提高钢的耐磨性。这是因为碳的固溶强化作用，即经过常规固溶处理，也容易在钢中残存一部分弥散分布的碳化物。这是组织有利于提高非强冲击磨料磨损条件下工作的耐磨性。钢中碳含量较高而锰含量较低时，也容易出现这种碳化物。

在强力冲击条件下通常希望适当降低碳含量，甚至降到0.9～1.05％左右(锰含量不变)。经过热处理可以得到单相奥氏体组织，具有好的塑、韧性，在形变过程中容易强化。这种碳含量较低的材料在固溶处理后它的原始硬度为HB170～210。使用后可以提高到HB450～480。硬化层深度可以达到18mm。

根据以上分析，碳含量高，可以提高硬度，提高耐磨性，但钢的强度、塑性及韧性降低，因此，超高锰合金钢的含碳量选择为：1.0～1.4％。

②基本化学成分——锰

锰对冲击韧性的影响，锰含量增加时，强度性能提高，冲击韧性提高。这和锰能增加晶间的结合力的作用有关。锰对低温下冲击韧性的影响更大一些，即低温时冲击韧性随锰含量的增加提高的更快。

锰是促使奥氏体枝晶生长迅速的元素。在薄壁铸件中由于温度梯度(指铸件壁金属内的温度梯度)高，锰含量高使金属的导热性降低，更容易得到穿晶组织。

锰对钢的加工硬化能力有影响。当碳含量不变时，锰含量增加，加工硬化能力提高。

根据以上分析，结合文献(11)的研究，即含量为18％时可使钢达到最好的耐磨性。因此，超高锰合金钢的含锰量选择为：17～19％。

③有害元素——磷

磷在高锰钢中是有害元素。尽管它在钢中的含量远小于锰、碳含量，但磷却对钢的机械性能、耐磨性能、工艺性能有很重要的影响。磷在奥氏体中溶解度很小。磷含量高时就会以磷化物和磷共晶的形式析出。由于共晶成分的熔点低，在结晶凝固时必然分布在枝晶之间，存在初始晶界上。磷共晶是脆性组织，对钢的常温机械性能必然有不利的影响。

磷对高锰钢的冲击韧性的影响是非常显著的。磷含量每增加0.01％使常温下冲击韧性降低49～58.8J/cm²。磷增加使强度、延伸率、断面收缩率降低而且下降的幅度大体在同一水平。

磷在高锰钢中很容易偏析，会加剧磷的有害作用。当磷含量高时还会造成其他元素如碳、锰偏析程度提高。考虑到原材料等各方面的因素。超高锰合金钢的磷含量选择为：＜0.05％。

④常规元素——硅

硅在高锰钢中可以固溶于奥氏体中，起到固溶强化作用。同时硅又改变碳在奥氏体中的溶解度。硅对钢的机械性能和耐磨性能的影响比较复杂。硅固溶于奥氏体中影响碳在奥氏体中溶解度，促使碳脱溶，以碳化物的形式析出。硅含量增加既使碳化物沿晶界析出又使晶内碳化物析出量增加，而且硅有改变碳化物形貌的作用。当硅含量较少时，碳化物呈针片状。硅含量增加到0.8％时，碳化物呈块状。

硅含量高，铸态碳化物必然多，给热处理带来困难，使热处理时间延长或被迫提高热处理温度，以致使晶粒变得粗大。由于温度的提高，金属表面严重脱碳，甚至在表层内沿晶界氧化。硅促使铸态组织中的碳化物增加，使钢在高温时性能变差，低温时变脆。硅含量为0.15％时已引起在晶界上析出碳化物，降低冲击韧性。如高锰钢中的含硅量较高，会引起碳化物分解，降低碳在奥氏体中的浓度，使变形强度能力变差，同时使铸件产生裂纹的倾向增大。

参考ZGMn13和文献(12)，超高锰合金钢的硅含量选择为：0.3～1.0％。

⑤有害元素——硫

高锰钢中由于有大量的锰，硫大部分和锰结合成高熔点的硫化锰。大部分产物均进入熔渣之中，钢中残留的硫量很低。钢中残留的少量硫化锰夹杂的形态多数接近于球形，对钢的性能影响不大。

因此，超高锰合金钢的硫含量选择为：＜0.05％。

⑥微量元素——铝

高锰钢中的铝是作为脱氧剂加入的，加入量较少，一般在0.06～0.15％，生成的脱氧产物Al2O3。由于钢中有MnO、FeO、SiO2等氧化物，Al2O3和它们之间容易结合成熔点较低，比重较小的夹杂物。氧化铝在钢结晶时难以起细化组织的作用，是高锰钢的结晶组织粗大的原因之一。

铝的脱氧能力较锰强。但在锰含量高的钢中，由于质量作用定律的作用，它的脱氧能力将有所削弱。加入过多的铝并不能强化脱氧，产生不利的影响。在钢中磷含量高时可适当提高铝含量，以减少磷的有害作用。

因此，超高锰合金钢的铝含量选择为：＜0.2％。

⑦微量元素——钛

钛是在熔炼时以钒铁生铁的形式加入的。钛主要形成碳化物元素，碳化物和奥氏体有同样的晶格类型，即面心立方晶格，在奥氏体——碳化物晶界上存在着共格关系，即晶格牢固地连接在一起，因此在磨损过程中防止了碳化物的剥落，其较高的显微硬度对抵抗磨粒冲蚀磨损也非常有效。钛在改善高锰钢质量方面占有很重要的地位。钛可以起细化晶粒的作用，钛固溶于钢中时可以增加奥氏体的稳定性。在高锰钢中可以起以下作用：细化结晶组织、消除柱状晶、提高机械性能和耐磨性。

因此，超高锰合金钢的钛含量选择为：＜0.2％。

⑧微量元素——钒

加钒后可以水韧处理，使钒固溶于奥氏体中，可以提高钢的耐磨性。加钒后也可以使用沉淀强化的处理方法，这是提高耐磨性的有效途径。

钒是强碳化物形成元素之一，含钒化合物熔点均很高，在结晶时可以作为结晶核心，细化铸造组织。加钒后铸态组织中的碳化物较分散，且数量多而尺寸较小。

通常在钢种加钒后钢的塑性下降、屈服强度提高、硬度提高、冲击韧性降低。但由于钒有明显细化结晶组织的效果，可以弥补这个不利的影响。

因此，超高锰合金钢的钒含量选择为：＜0.5％。

⑨合金元素——铬

铬是国内外在高锰钢的合金化中使用最广泛的合金元素。增加铬在钢中的含量，改善了钢的淬透性，并使整个铸件的断面上硬度更为均匀。加铬后钢的耐磨性提高。

在高锰钢中铬含量较少，一般不超过4％。经水韧处理后铬在高锰钢中大部分都固溶于奥氏体中。由于铬在铁内扩散速度慢，而且铬原子的交互作用使碳的扩散速度也降低，使奥氏体的稳定性提高。这对含铬高锰钢组织的热处理是有影响的。

1)铬对高锰钢组织的影响

铬在高锰钢中使钢的铸态组织和奥氏体等温转变曲线有所改变。通常随铬含量的增加使钢的铸态组织中碳化物量增加。加铬后由于铬的扩散过程特点和铬对碳扩散过程的影响，奥氏体稳定性提高，共析转变晚，得到单相奥氏体较难，为此必须提高固溶处理的温度30～50℃才能得到所要求的组装。

2)铬对机械性能的影响

铬溶于奥氏体后，可以提高钢的屈服强度，但延伸率有所下降。在铬含量少时抗拉强度变化不大，含量高时有所降低。常温下钢中铬含量增加，冲击韧性降低。铬对高锰钢的加工硬化能力有影响，在相同变形条件下，含铬的锰钢的硬度值提高较不含铬的钢的数值高。

由于铬对锰钢的加工硬化能力有极大影响，又不致使碳化物增加过多，这样，超高锰合金钢的铬含量选择为：1.5～2.5％。

超高锰合金钢ZGMn17Cr2的力学性能

σ<sub>b</sub>/MPa	σ<sub>0.2</sub>/MPa	δ(％)	ψ(％)	HBS	a<sub>kv</sub>(J/cm<sup>2</sup>)
						≥750	≥430	≥30	≥30	220～240	≥100

优选的，进料端衬板及簸箕衬板主要化学成分如下所示

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。