摘要:
我國是世界上最早掌握金屬材料生產(chǎn)技術(shù)的國家之一。早在歐洲工業(yè)革命之前我國金屬材料技術(shù)已達到相當高的水平。但是到了近代，我國金屬材料與其他科學(xué)技術(shù)就長期處于落后狀態(tài)。新中國成立后，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，耐磨材料當屬其中。當時的耐磨材料主要是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，而球磨機中的耐磨材料主要是襯板和磨球。當時襯板主要是用ZGMn13高錳鋼制成，而ZGMn13高錳鋼主要生產(chǎn)廠家有4個：上海機修總廠、衡陽冶金機修廠、沈陽重型機器廠、唐山水泥機械廠。其中，唐山水泥機械廠年產(chǎn)量達到了8000噸。而現(xiàn)在年產(chǎn)量萬噸耐磨材料鑄件的企業(yè)接近20家，耐磨材料的牌號已超過100個。
球磨機內(nèi)除消耗大量的襯板之外，還要消耗大量的磨球。當時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，浪費驚人。沈陽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HRC 44，硬度較高，有一定的強度和韌性。唐山水泥機械廠于1966年建成當時國內(nèi)第一條中錳稀土球墨鑄鐵磨球機械化生產(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械化生產(chǎn)線將兩種球耗做對比，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，當硬度大于HRC45時，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。唐山水泥機械廠又建成鍛熱淬火機對50#鍛球利用鍛造余熱淬火自身回火使50#鍛鋼球的硬度達到HRC45以上，使水泥工業(yè)平均單耗降至400克/噸水泥。當時唐山水泥機械廠50#鍛鋼球產(chǎn)量達6000噸。國內(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，成為磨球的一個發(fā)展方向。
自我國實行改革開放以后，國內(nèi)外耐磨材料技術(shù)交流活躍。美國克萊梅克斯(Climax )鉬業(yè)公司的高鉻鑄鐵資料與美國ESCO 公司資料相繼傳入我國。國際耐磨材料企業(yè)比利時馬格托公司產(chǎn)品開始進入我國市場。與此同時，國內(nèi)西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院、北京鋼研總院、北京建材研究院、北京鋼鐵學(xué)院等科研院校也對耐磨材料展開研究。原建材部從國外引進了四條具有國際先進水平，年產(chǎn)100萬噸的水泥生產(chǎn)成套設(shè)備，建成當時國內(nèi)最大的四個水泥企業(yè)。河北冀東水泥廠是從日本石川島播磨重工株式會社引進的；柳州水泥廠是從丹麥引進的；安徽寧國水泥廠是從日本三菱重工引進的；淮海水泥廠是從羅馬尼亞引進的。四大水泥企業(yè)的投產(chǎn)給國內(nèi)企業(yè)提出供應(yīng)耐磨件球磨機襯板與磨球的要求。國內(nèi)企業(yè)紛紛對引進設(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)邦德國蒂森公司參觀考察，經(jīng)洽談向我國出售一套生產(chǎn)高鉻鑄鐵磨球的舊設(shè)備，以總價47萬馬克的價格（折合人民幣73.6萬元）成交。舊設(shè)備拆回后，安裝在唐山水泥機械廠，國內(nèi)自制配套了淬火、回火熱處理爐以及檢測儀器。建成了國內(nèi)第一條工藝可靠、設(shè)備齊全、檢測手段完善，具有六工位造型機、自動磨球機的年產(chǎn)3000噸高鉻鑄鐵磨球機械化生產(chǎn)線，1983年成功投產(chǎn)。經(jīng)全國水泥廠大、中、小型球磨機使用，平均單耗＜40克/噸水泥，比50#鍛球平均單耗提高了9倍。國內(nèi)第一條年產(chǎn)3000噸的高鉻鑄鐵機械化生產(chǎn)線的建成是我國生產(chǎn)先進耐磨鑄球里程碑式的突破，吸引全國耐磨材料工作者的觀摩研究，促進自主創(chuàng)新設(shè)計制造出各種規(guī)格耐磨鑄球、金屬型模具以及研制成各種牌號的耐磨鑄球，掀起我國耐磨磨球的發(fā)展高潮。河北工學(xué)院和豐潤縣合金鑄件廠對冀東水泥廠高鉻鑄球進行了解剖分析，創(chuàng)新研制出多元合金鑄鐵磨球，并于1986年通過專家鑒定，達到了日本石川島重工播磨株式會社椎4.5×15.11m球磨機高鉻鑄球技術(shù)水平。同年唐山水泥機械廠也自主創(chuàng)新對進口椎4.5×15.11m 球磨機第一倉及第二倉筒體襯板新材料ZG42Cr2Si2MnMoRe 鋼及ZGCr13SiMo 研制成功，通過部級鑒定結(jié)論：達到并超過日本同類產(chǎn)品技術(shù)水平，為大型球磨機襯板與磨球耐磨材料國產(chǎn)化實現(xiàn)了配套。
1993年中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院工藝所研制的“MQ型球磨機磨球落球試驗機”成為在實驗室中預(yù)測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）在球磨機中運轉(zhuǎn)數(shù)千小時才能測定數(shù)據(jù)的問題，該試驗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)鋼球有限公司引進的比利時馬格托公司迪莎機械化生產(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械化生產(chǎn)線樹脂砂小球機械化生產(chǎn)線。2000年，國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)研討會上，國內(nèi)磨球生產(chǎn)企業(yè)大多與會。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、國家電力工業(yè)耐磨件質(zhì)量監(jiān)督檢測中心孫正國、鄭州化方機械制造有限公司郭建華等。大家對金屬型鑄球工藝、砂型鑄球工藝、電力系統(tǒng)磨球標準化以及金屬型模具的設(shè)計與使用等領(lǐng)域作了詳盡介紹，從學(xué)術(shù)上促進了我國磨球生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。2002年，安徽寧國市耐磨材料總廠建成金屬型全覆砂機械化生產(chǎn)線和覆膜砂小球機械化生產(chǎn)線。2005年，江西德興銅礦機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械化生產(chǎn)線、覆膜砂小球機械化生產(chǎn)線。
國內(nèi)采用鑄造磨球的生產(chǎn)工藝還有離心機鑄球工藝，包括立式離心鑄球機、臥式離心鑄球機，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、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，下芯以及覆模砂機械化生產(chǎn)線。
當前，我國磨球消耗量已超過200萬噸，鑄造磨球的生產(chǎn)廠家已有1000多家，而年產(chǎn)量超過1萬噸的不到10家，包括列舉建成鑄造磨球機械化生產(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3000噸的工廠因產(chǎn)量小、品種多，采用鑄造磨球機械化生產(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。在以金屬型手工生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，可以實行半機械化生產(chǎn)，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率。例如，將金屬型放置在輥道上可以推動，澆注可采用單軌滑動吊鋼水包手工澆注，可以將兩個以上鋼水包同時澆注。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。對于金屬型開模、合模以及金屬型翻轉(zhuǎn)也可設(shè)計機械裝置完成。鑄造磨球的平均單耗比改革開放之前有大幅度降低，無論是機械化生產(chǎn)線或金屬型手工生產(chǎn)，其平均單耗指標均達到國際先進水平。
磨球在耐磨材料中占很大比重，國內(nèi)需求量與對外出口量逐年遞增，對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、擴大產(chǎn)量、降低成本以適應(yīng)市場激烈競爭的需要，同時還面臨著科技與經(jīng)濟發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)。
作者：王定祥