探讨我国金属矿山球磨机磨球的应用现状及选材

鲍万臣，李 伟，李 刚，李亚娥

（河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司，河北 唐山 063700）

球磨机主要运用在冶金、建材、矿山、电力等多个行业，主要对物料进行破碎工作，磨球是球磨机中最为常见的研磨部件，也是磨机行业中各种易磨损的器件之一。根据相关调查统计可知，在我国金属矿山磨球机中每年的消耗磨矿介质约40万t～50万t，从这个数据中，我们可以得知这么巨大的消耗足够引起人们的重视，因此，通过提升磨球的耐磨性和使用寿命，具有非常重要的社会价值和经济意义[1]。

从摩擦学的角度来分析磨损是一个系统方面的问题，因此磨球磨损的因素较多，具体包括了以下几种：磨球的尺寸大小及配比、磨球的材质成分以及组装、磨球的物料种类，性质、磨机的结构、磨矿的环境和生产工艺等等[2]。相比较以往而言，我国的磨球材质品质较为单一化，质量差，使用过程易破碎，消耗很大。在近几十年的发展过程当中，我国的抗磨技术和新型耐磨材料的研发，在很大程度上推动了我国的磨机行业的快速和稳定发展。

1 磨球机中磨球的磨损机理分析及性能要求

1.1 磨球的磨损运行机理分析

磨球在具体的工作过程中，由于受到压力的作用，使得研磨器材磨损消耗较大。对于金属矿石磨球机由于物质中含有腐蚀性的物质，在高压工作的环境下，加速了磨球的腐蚀。磨球的磨损程度很大方面都受到磨球机的工作参数、磨球质量以及被磨矿粒的性质影响。其中磨球机中的磨球磨损程度受到腐蚀的因素的影响较大，它不仅仅要存在严重的磨料磨损，同时还要承受矿浆的腐蚀。对于磨料磨损的运行机理，主要是在微观切削、多次塑变以及微观剥落以及疲劳断裂，由于这些机理使得磨损程度加深，但是具体是哪一种机理占主导地位，主要根据矿石的颗粒硬度、磨损硬度等因素来确定，其中腐蚀磨损过程中的磨损行为和腐蚀行为与纯腐蚀和纯磨损之间是不同，这是一个相互促进的过程。由于浆液具有腐蚀性，磨球机磨球出现磨损是干式的磨球机磨球的10倍以上，由于加工材料中具有腐蚀性的物质，为了有效的保障球磨机磨球的耐腐蚀性，通过使用钝化膜的方式阻止腐蚀介体进入，因此，腐蚀将静态变化高出很多，那么腐蚀的速度将提高几个级别。

由于零件在磨损过程当中具有复杂性以及受到试验技术的局限影响，这对于腐蚀程度很难进行定量分析，只有将这些不确定的因素控制在一定范围内。

1.2 磨球的性能要求

1.2.1 磨球材质具有高的硬度和良好的韧性

磨球的硬度、材质与耐磨性有很大的关系。有学者认为，金属材料磨损后，它表面的硬度和磨料硬度比例是判断材料的耐磨性的最好参照物，当Hu/Ha小于0.8时，材料的抗磨性不受磨料硬度的影响，受到最大的磨损，称作硬磨料磨损；当Hu/Ha大于0.8时，随比值的提高，材料磨损量减少，称作软磨料磨损。

因此，在磨球生产过程当中，应重点关注磨球的硬度。但是磨球在工作过程当中会受到高应力的冲击作用，因此并不是硬度越高越好，如果选用硬度过高的材质，会造成韧性下降，导致磨球使用过程当中出现疲劳剥落或者破碎的问题。

在实际的使用过程当中，材料的硬度和韧性是一对矛盾体，往往硬度越高，就会意味着韧性降低，很难将高硬度和高韧性结合在一体，因此，对于磨球而言，需要根据磨损系统的各个参数，选择合理的力学性能并且以此作为选择材料的依据[3]。

1.2.2 良好的耐蚀性

由于球磨机磨球腐蚀和磨损之间是相互作用的，在具体的使用过程中会加剧磨耗，为选材带来很大的困难。材料选择要具有耐腐蚀性，要求材料的组织均匀，不断提高耐磨方式，比如会产生硬质碳化物，这都会提高材料力学的性能，从而提升整体的耐磨性，但是会增加材料组织的不均匀性。在实际的使用过程当中，耐磨与耐蚀是一对矛盾体。因此，在进行球磨机的材料选择过程当中，不能单单通过材料的力学性能进行判断，选择磨球材料应该要充分结合矿产物料材质特性，将磨球的组织、成分、硬度和切合度等列入到综合考量之中。以司家营铁矿举例磨球材料化学组成成分较多，如表1显示。

表1 磨球材料化学组成成分

1.2.3 高的生产质量和低的成本

由于磨球损耗较大，在生产过程中要进行大批量使用，因此要求磨球质量好且稳定，所以磨球的质量是非常重要的指标，同时也是产品进入市场的重要基础。在磨球进行矿石加工过程中，可能会导致磨球失效（碎球的情况），提前降低磨球的性能。通过对磨球的综合性能以及使用单位合理的选择，力争达到磨球成本低，磨耗小，破碎率低，磨矿效率高，综合指标高。

2 国内磨球的应用现状

20世纪80年代以来，我国所选用的磨球大多是低碳钢锻磨球、普通白口铸铁磨球和一定数量的中猛稀土铸铁磨球，最近几十年，通过大量的研究，新开发的磨球材质，分为两个大类，七个品种。其中高铬铸铁磨球硬度最高，并且磨球的表面和中心的硬度差较小，被广泛地运用到生产之中，属于理想的耐磨材料。高铬铸铁含铬高，一般在控制在10%～20%之间，并且加入铜等贵重元素来提升磨球的工作效率，因此价格较高。高铬铸铁在干磨时表现出了很好的耐磨性，并且在湿磨时，由于材料中有大量的共晶碳和物，与其他的材料相间形成大量相界，由于基体和碳化物的电极位置不同，在矿山湿度条件下形成相界腐蚀，最终导致共晶碳化物因支撑削弱而折断，或者有可能与机体连接中断。根据以上的原因分析，高铬铸铁磨球不适用于金属矿山湿磨球工况。目前这项技术被广泛运用干磨领域。最近铬铸铁技术中将铬量控制在4%～10%，那么磨球的韧性和耐磨性都处于高铬铸铁和低铬铸铁之间，由于价格和性能无明显优势，故研究和生产较少。

3 结语

总之，本文通过对大量资料进行整理、收集，调研，分析得出，目前金属矿球磨机选材主要按照以下几个点进行：首先选材应该遵循科学合理的角度，在对工况条件进行综合分析后，结合矿磨系统进行磨球尺寸和选材的确定；其次，磨球的选择应该出于质量稳定控制的状态，以免次晶太多造成生产效率下降；再次，对于材料选择应该符合我国国情，尽可能做到就地取材；最后，进行材料选择过程当中，要考虑磨球的综合效能。