摘要:

我國(guó)是世界上最早掌握金屬材料生產(chǎn)技術(shù)的國(guó)家之一。早在歐洲工業(yè)革命之前我國(guó)金屬材料技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平。但是到了近代，我國(guó)金屬材料與其他科學(xué)技術(shù)就長(zhǎng)期處于落后狀態(tài)。新中國(guó)成立后，金屬材料技術(shù)也隨之走上了高速發(fā)展的快車道，開創(chuàng)了科學(xué)技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元。

改革開放前，金屬材料技術(shù)就在不斷的發(fā)展，耐磨材料當(dāng)屬其中。當(dāng)時(shí)的耐磨材料主要是ZGMn13高錳鋼、普通白口鑄鐵等。冶金礦山、水泥建材、水利電力等工業(yè)領(lǐng)域在使用粉碎設(shè)備中大量用球磨機(jī)，而球磨機(jī)中的耐磨材料主要是襯板和磨球。當(dāng)時(shí)襯板主要是用ZGMn13高錳鋼制成，而ZGMn13高錳鋼主要生產(chǎn)廠家有4個(gè)：上海機(jī)修總廠、衡陽(yáng)冶金機(jī)修廠、沈陽(yáng)重型機(jī)器廠、唐山水泥機(jī)械廠。其中，唐山水泥機(jī)械廠年產(chǎn)量達(dá)到了8000噸。而現(xiàn)在年產(chǎn)量萬(wàn)噸耐磨材料鑄件的企業(yè)接近20家，耐磨材料的牌號(hào)已超過(guò)100個(gè)。

球磨機(jī)內(nèi)除消耗大量的襯板之外，還要消耗大量的磨球。當(dāng)時(shí)磨球材料大多是低碳鋼鍛球。低碳鋼鍛球在水泥工業(yè)平均單耗為1200克/噸水泥；在黑色金屬礦山平均單耗為2150克/噸鐵礦；在電力磨煤平均單耗為1000克/噸煤；在有色金屬礦山平均單耗為2980克/噸銅礦。可謂磨耗太大，浪費(fèi)驚人。沈陽(yáng)鑄造研究所等單位研制成功的中錳稀土球墨鑄鐵材料，用于制造中錳稀土球墨鑄鐵磨球其硬度可達(dá)HRC 44，硬度較高，有一定的強(qiáng)度和韌性。唐山水泥機(jī)械廠于1966年建成當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)第一條中錳稀土球墨鑄鐵磨球機(jī)械化生產(chǎn)線。該材質(zhì)磨球在水泥工業(yè)平均單耗降至600克/噸水泥。湖南水口山礦物局鉛鋅礦建成的中錳稀土球墨鑄鐵機(jī)械化生產(chǎn)線將兩種球耗做對(duì)比，低碳鋼鍛球平均單耗945克/噸鉛鋅礦，而中錳球墨鑄鐵球平均單耗為328克/噸鉛鋅礦。但是在中錳稀土球墨鑄鐵的生產(chǎn)使用中發(fā)現(xiàn)該球質(zhì)量難以控制，當(dāng)硬度大于HRC45時(shí)，平均單耗不降反增，鉛鋅礦粉碎單耗增至1500克/噸鉛鋅礦，因而未能大規(guī)模推廣應(yīng)用。唐山水泥機(jī)械廠又建成鍛熱淬火機(jī)對(duì)50#鍛球利用鍛造余熱淬火自身回火使50#鍛鋼球的硬度達(dá)到HRC45以上，使水泥工業(yè)平均單耗降至400克/噸水泥。當(dāng)時(shí)唐山水泥機(jī)械廠50#鍛鋼球產(chǎn)量達(dá)6000噸。國(guó)內(nèi)還發(fā)展生產(chǎn)了低合金鋼、45Mn2、50Mn2、軸承鋼等鍛軋鋼球，耐磨性比低碳鋼鍛球要好，成為磨球的一個(gè)發(fā)展方向。
自我國(guó)實(shí)行改革開放以后，國(guó)內(nèi)外耐磨材料技術(shù)交流活躍。美國(guó)克萊梅克斯(Climax )鉬業(yè)公司的高鉻鑄鐵資料與美國(guó)ESCO 公司資料相繼傳入我國(guó)。國(guó)際耐磨材料企業(yè)比利時(shí)馬格托公司產(chǎn)品開始進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院、北京鋼研總院、北京建材研究院、北京鋼鐵學(xué)院等科研院校也對(duì)耐磨材料展開研究。原建材部從國(guó)外引進(jìn)了四條具有國(guó)際先進(jìn)水平，年產(chǎn)100萬(wàn)噸的水泥生產(chǎn)成套設(shè)備，建成當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的四個(gè)水泥企業(yè)。河北冀東水泥廠是從日本石川島播磨重工株式會(huì)社引進(jìn)的；柳州水泥廠是從丹麥引進(jìn)的；安徽寧國(guó)水泥廠是從日本三菱重工引進(jìn)的；淮海水泥廠是從羅馬尼亞引進(jìn)的。四大水泥企業(yè)的投產(chǎn)給國(guó)內(nèi)企業(yè)提出供應(yīng)耐磨件球磨機(jī)襯板與磨球的要求。國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛對(duì)引進(jìn)設(shè)備參觀學(xué)習(xí)，在消化吸收后，創(chuàng)新制造新材料襯板與磨球。

1980年原建材部派人到聯(lián)邦德國(guó)蒂森公司參觀考察，經(jīng)洽談向我國(guó)出售一套生產(chǎn)高鉻鑄鐵磨球的舊設(shè)備，以總價(jià)47萬(wàn)馬克的價(jià)格（折合人民幣73.6萬(wàn)元）成交。舊設(shè)備拆回后，安裝在唐山水泥機(jī)械廠，國(guó)內(nèi)自制配套了淬火、回火熱處理爐以及檢測(cè)儀器。建成了國(guó)內(nèi)第一條工藝可靠、設(shè)備齊全、檢測(cè)手段完善，具有六工位造型機(jī)、自動(dòng)磨球機(jī)的年產(chǎn)3000噸高鉻鑄鐵磨球機(jī)械化生產(chǎn)線，1983年成功投產(chǎn)。經(jīng)全國(guó)水泥廠大、中、小型球磨機(jī)使用，平均單耗＜40克/噸水泥，比50#鍛球平均單耗提高了9倍。國(guó)內(nèi)第一條年產(chǎn)3000噸的高鉻鑄鐵機(jī)械化生產(chǎn)線的建成是我國(guó)生產(chǎn)先進(jìn)耐磨鑄球里程碑式的突破，吸引全國(guó)耐磨材料工作者的觀摩研究，促進(jìn)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)制造出各種規(guī)格耐磨鑄球、金屬型模具以及研制成各種牌號(hào)的耐磨鑄球，掀起我國(guó)耐磨磨球的發(fā)展高潮。河北工學(xué)院和豐潤(rùn)縣合金鑄件廠對(duì)冀東水泥廠高鉻鑄球進(jìn)行了解剖分析，創(chuàng)新研制出多元合金鑄鐵磨球，并于1986年通過(guò)專家鑒定，達(dá)到了日本石川島重工播磨株式會(huì)社椎4.5×15.11m球磨機(jī)高鉻鑄球技術(shù)水平。同年唐山水泥機(jī)械廠也自主創(chuàng)新對(duì)進(jìn)口椎4.5×15.11m 球磨機(jī)第一倉(cāng)及第二倉(cāng)筒體襯板新材料ZG42Cr2Si2MnMoRe 鋼及ZGCr13SiMo 研制成功，通過(guò)部級(jí)鑒定結(jié)論：達(dá)到并超過(guò)日本同類產(chǎn)品技術(shù)水平，為大型球磨機(jī)襯板與磨球耐磨材料國(guó)產(chǎn)化實(shí)現(xiàn)了配套。

1993年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院工藝所研制的“MQ型球磨機(jī)磨球落球試驗(yàn)機(jī)”成為在實(shí)驗(yàn)室中預(yù)測(cè)磨球的沖擊疲勞性能并防止磨球早期破碎的裝置。解決了磨球破碎率和磨耗（克/噸礦料）在球磨機(jī)中運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)千小時(shí)才能測(cè)定數(shù)據(jù)的問(wèn)題，該試驗(yàn)方法是將磨球提升到3.0～3.5m 固定高度落下，以此恒定能量測(cè)定不同直徑的磨球在一定面積的疲勞剝落所撞擊的次數(shù)，從而預(yù)知磨球破碎率與磨耗。這在國(guó)內(nèi)磨球生產(chǎn)企業(yè)中已普遍使用。

1995年，北京中發(fā)鋼球有限公司引進(jìn)的比利時(shí)馬格托公司迪莎機(jī)械化生產(chǎn)線解決了中、小規(guī)格高鉻鑄球（椎60mm以下）的生產(chǎn)問(wèn)題。1997年，安徽馬鞍山東洋鐵球有限公司建成了金屬型頂鑄上型覆砂機(jī)械化生產(chǎn)線樹脂砂小球機(jī)械化生產(chǎn)線。2000年，國(guó)家電力公司水利部在青海省西寧市召開的電力系統(tǒng)磨球生產(chǎn)技術(shù)研討會(huì)上，國(guó)內(nèi)磨球生產(chǎn)企業(yè)大多與會(huì)。主講的專家教授除筆者外，還有上海電力學(xué)院宋琳生、西安交通大學(xué)賀柏齡、國(guó)家電力工業(yè)耐磨件質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心孫正國(guó)、鄭州化方機(jī)械制造有限公司郭建華等。大家對(duì)金屬型鑄球工藝、砂型鑄球工藝、電力系統(tǒng)磨球標(biāo)準(zhǔn)化以及金屬型模具的設(shè)計(jì)與使用等領(lǐng)域作了詳盡介紹，從學(xué)術(shù)上促進(jìn)了我國(guó)磨球生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。2002年，安徽寧國(guó)市耐磨材料總廠建成金屬型全覆砂機(jī)械化生產(chǎn)線和覆膜砂小球機(jī)械化生產(chǎn)線。2005年，江西德興銅礦機(jī)械制造公司建成金屬型頂鑄上型覆砂生產(chǎn)線，金屬上、下型覆砂生產(chǎn)線。2006年，河北中美豪特耐磨材料有限公司建成金屬型下芯機(jī)械化生產(chǎn)線、覆膜砂小球機(jī)械化生產(chǎn)線。

國(guó)內(nèi)采用鑄造磨球的生產(chǎn)工藝還有離心機(jī)鑄球工藝，包括立式離心鑄球機(jī)、臥式離心鑄球機(jī)，還有消失模（EPC）鑄造磨球和熔煉鑄造（椎20mm以下磨球工藝鑄造）。除磨球之外還有磨段的生產(chǎn)工藝，目前主要有滾筒式鑄段機(jī)、條形鑄段模、砂型型板鑄段以及組合形鑄段模等。上述列舉的生產(chǎn)廠家成功地采用金屬型鑄球機(jī)械化的生產(chǎn)線有：金屬型上型覆砂，上、下型覆砂，下芯以及覆模砂機(jī)械化生產(chǎn)線。

當(dāng)前，我國(guó)磨球消耗量已超過(guò)200萬(wàn)噸，鑄造磨球的生產(chǎn)廠家已有1000多家，而年產(chǎn)量超過(guò)1萬(wàn)噸的不到10家，包括列舉建成鑄造磨球機(jī)械化生產(chǎn)線的5家在內(nèi)，其他廠家大多數(shù)年產(chǎn)量在3000噸以下。而年產(chǎn)量不超過(guò)3000噸的工廠因產(chǎn)量小、品種多，采用鑄造磨球機(jī)械化生產(chǎn)線的效率就不能充分發(fā)揮，所以，目前仍然采用金屬型手工生產(chǎn)方式，金屬型的鋼球模具還有一定的發(fā)展空間與市場(chǎng)。在以金屬型手工生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)行半機(jī)械化生產(chǎn)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。例如，將金屬型放置在輥道上可以推動(dòng)，澆注可采用單軌滑動(dòng)吊鋼水包手工澆注，可以將兩個(gè)以上鋼水包同時(shí)澆注。鋼水包視鑄球數(shù)量及大小不同而采用底澆或傾嘴澆，澆注完畢環(huán)行至起點(diǎn)。對(duì)于金屬型開模、合模以及金屬型翻轉(zhuǎn)也可設(shè)計(jì)機(jī)械裝置完成。鑄造磨球的平均單耗比改革開放之前有大幅度降低，無(wú)論是機(jī)械化生產(chǎn)線或金屬型手工生產(chǎn)，其平均單耗指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

磨球在耐磨材料中占很大比重，國(guó)內(nèi)需求量與對(duì)外出口量逐年遞增，對(duì)磨球的耐磨性要求更高。因此，磨球的制造工藝方法及技術(shù)裝置水平要不斷創(chuàng)新，提高質(zhì)量、擴(kuò)大產(chǎn)量、降低成本以適應(yīng)市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的需要，同時(shí)還面臨著科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

作者：王定祥