球磨機(jī)筒體襯板的工況條件分析

多年來(lái)，材料工作者設(shè)計(jì)了多種耐磨、抗磨材料，但直到今日實(shí)際應(yīng)用在球磨機(jī)襯板上的仍以鋼鐵材料為主。目前我國(guó)用以生產(chǎn)襯板的材料參差不齊，不同行業(yè)由于工況條件的不同，對(duì)耐磨材料的性能、質(zhì)量要求有很大不同，但其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和磨損原理存在著較大的相似之處。所以我們針對(duì)水泥行業(yè)的特點(diǎn)，認(rèn)真分析了筒體襯板的工作環(huán)境及磨損失效原因，就生產(chǎn)和應(yīng)用的三種金屬材料襯板的應(yīng)用結(jié)果、特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行了分析總結(jié)。

1、球磨機(jī)筒體襯板工況條件分析

1.1、筒體襯板受力分析

球磨機(jī)筒體襯板的主要作用是利用襯板表面及其凸峰帶起磨球，對(duì)物料進(jìn)行粉碎和研磨。襯板的主要失效形式是小能量多次沖擊下的磨料磨損。研磨體群和物料在運(yùn)動(dòng)中，大直徑的磨球主要分布在外圈，瀑落時(shí)大部分砸在物料床底部，有小部分砸在襯板上，由于物料的緩沖作用和物料與研磨體在工作中相互撞擊，打亂了研磨體的運(yùn)行軌跡，使得落擊點(diǎn)偏離，高度降低，因此可以減緩研磨體對(duì)襯板的一次沖擊。所以說(shuō)，一般情況下，磨球和物料下落并不直接沖擊到筒體的襯板上，而是沖擊到磨球和物料層上。

研磨體對(duì)襯板沖擊造成襯板斷裂的主要作用力，是襯板表面與砸到磨體接觸點(diǎn)切向的垂直分力，這個(gè)力的大小受襯板形狀，研磨體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、速度和方向等諸多因素影響，也使之很大程度上削弱了直接作用的強(qiáng)度，使襯板受沖擊程度減弱。

1.2、襯板的幾何形狀和安裝狀態(tài)

為了提高襯板使用壽命，降低材料消耗和生產(chǎn)成本，在符合水泥粉磨工藝要求的條件下，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)是十分必要的。國(guó)內(nèi)一些水泥公司引進(jìn)的大型磨機(jī)所使用的襯板塊度小、板厚大、無(wú)螺栓安裝，給襯板應(yīng)用高硬充材料奠定了良好的基礎(chǔ)，盡管它在某種程度上減小了磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的有效空間，使磨機(jī)能量損失加大，但使襯板壽命的大幅度提高成為可能。目前我國(guó)的球磨機(jī)襯板仍較多延用著高錳鋼襯板的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。從幾何結(jié)構(gòu)上看通常是薄而大，并且在螺栓安裝孔部位有明顯的應(yīng)力集中。在采取高型高耐磨性鋼鐵材料時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)，注意進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，才能保證新型耐磨材料穩(wěn)定應(yīng)用，發(fā)揮其特有的優(yōu)勢(shì)。

另外安裝質(zhì)量對(duì)高硬度材料的可靠服役同樣起著極其重要的作用。安裝時(shí)進(jìn)行良好的襯墊，做到襯板不懸空、不松動(dòng)，并能得到一定的襯墊緩沖作用，能有效保證襯板的良好耐磨性得到很好的發(fā)揮。

2、傳統(tǒng)襯板材料存在的主要問(wèn)題

直至目前國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)球磨機(jī)襯板的材料仍多使用傳統(tǒng)的耐磨材料—高錳鋼，存在著以下問(wèn)題：

（1）斷裂失效：球磨機(jī)襯板因受到研磨體和物料的較大沖擊，特別是目前水泥磨向著高效節(jié)能的大型化發(fā)展形勢(shì)下，襯板的受沖擊功作用增大，斷裂的危險(xiǎn)性增加。盡管高錳鋼韌性很好，但目前供貨質(zhì)量不能很好保證，例如出現(xiàn)含碳量過(guò)高，錳碳比不當(dāng)，水韌處理存在問(wèn)題時(shí)都會(huì)發(fā)生斷裂失效。

（2）凸起變形：高錳鋼襯板在工作中受到研磨體和物料的不斷沖擊產(chǎn)生相變使體積增大，同時(shí)還由于沖擊來(lái)塑性材料的延展，造成襯板厚度尺寸降低，周向尺寸加大的塑性變形，而襯板的周向尺寸受球磨機(jī)外形尺寸的限制，沒(méi)有多少伸縮空間導(dǎo)致襯板凸起，引起堅(jiān)固螺栓的拉斷，甚至造成部分襯板脫落等嚴(yán)重后果。這種現(xiàn)象在較大型球磨機(jī)上時(shí)有發(fā)生，在小型球磨機(jī)上也有發(fā)生；

（3）磨損失效：磨料磨損是球磨機(jī)襯板失效的主要形式之一，即便在大磨一倉(cāng)工作的襯板承受的應(yīng)力較大，表面容易產(chǎn)生加工硬化，但這種硬化層很薄，在磨料的反復(fù)作用下，被擠壓變形隆起的金屬及受大塊磨料棱角沖擊的硬化層容易開(kāi)裂而剝落。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)更多條件下的襯板表面實(shí)現(xiàn)加工硬化的程度有限，就更加速了研磨體，物料與襯板的干摩擦磨損，并伴隨有鑿削和犁鏵現(xiàn)象發(fā)生。實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)，如使用鋼球直徑已達(dá)到φ127mm的φ3.2×3.1m的大型球磨機(jī)筒體襯板磨損后的硬度也僅能達(dá)到HRC 34，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)備中高錳鋼易損件所能達(dá)到的硬度，也就是說(shuō)，在該條件下高錳鋼不是一種好的耐磨材料。

經(jīng)過(guò)對(duì)襯板工作狀況和高錳鋼，襯板的失效分析，我們認(rèn)為針以地水泥球磨機(jī)的工作條件，選擇具有較好綜合機(jī)械性能的高硬度、高耐磨性材料，生產(chǎn)該條件下應(yīng)用的襯板才是安全有效并經(jīng)濟(jì)合理的。

3、球磨機(jī)襯板材料的選擇

3.1、選材條件

水泥生產(chǎn)用的球磨機(jī)多為長(zhǎng)徑比L/D>2.5的管磨機(jī)。磨機(jī)有粗磨倉(cāng)和細(xì)磨倉(cāng)（有些為三倉(cāng)），粗磨倉(cāng)主要起破碎作用，細(xì)磨倉(cāng)主要起研磨作用。粗磨倉(cāng)的筒體襯板以階梯襯板和波型襯板為主，一些高型高效節(jié)能球磨機(jī)的襯板也未脫離它們的基本形式。細(xì)磨倉(cāng)則以花紋襯板、小波紋襯板、平襯等形式為主。粗磨倉(cāng)和細(xì)磨倉(cāng)的作用不同，所裝載的研磨體的球徑不同，形成的對(duì)襯板的沖擊也有很大不同。同等球磨機(jī)直徑，粗磨倉(cāng)的研磨體直徑大，物料塊度也大，對(duì)襯板的沖擊大，磨損的速度高；細(xì)磨倉(cāng)的情況則好的多。選擇襯板材料時(shí)必須根據(jù)不同條件確定不同的材質(zhì)。

3.2、選擇襯板材料應(yīng)考慮的主要問(wèn)題

（1）相對(duì)耐磨性或使用壽命更高；

（2）有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)韌性，保證襯板在服役過(guò)程中的安全可靠是尤為重要的；

（3）除了要考慮襯板本身的生產(chǎn)費(fèi)用外，還要考慮安裝費(fèi)，更換襯板的停機(jī)費(fèi)，勞務(wù)費(fèi)，輔助材料的消耗及生產(chǎn)率等多方面內(nèi)容。

3.3、材料的選擇

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)增加了耐磨件的消耗進(jìn)而刺激并拉動(dòng)耐磨材料產(chǎn)生的發(fā)展。已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的40~50個(gè)典型牌號(hào)的耐磨鋼鐵材料生產(chǎn)工藝，力學(xué)性能和工業(yè)應(yīng)用效果各有不同，目前已形成了多品種小批量的工藝特點(diǎn)。我們經(jīng)過(guò)多年耐磨材料的生產(chǎn)及研究工作，如在河北太行水泥股份有限公司，滄州獅子建材有限責(zé)任公司和北京太行前景水泥有限公司等十幾家較大型水泥公司應(yīng)用結(jié)果證明，在φ≤3.0m球磨機(jī)的粗磨倉(cāng)上應(yīng)用多元合金化的高鉻鑄鐵安全穩(wěn)定，且具有極好的耐磨性，收到良好的綜合經(jīng)濟(jì)效果；在φ3~5m球磨機(jī)的粗磨倉(cāng)上應(yīng)用中碳低合金鉻錳鋼具有很好的耐磨效果和更好的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于細(xì)磨倉(cāng)一般可選用多種形式的耐磨鋼鐵材料，同樣，應(yīng)用我們研制并生產(chǎn)的中碳低合金鉻錳鋼收到很好效果。

4、高耐磨性襯板的應(yīng)用

4.1、多元合金化的高鉻鑄鐵襯板應(yīng)用

我們生產(chǎn)的多元合金化高鉻鑄鐵襯板在水泥磨粗磨倉(cāng)上應(yīng)用壽命均達(dá)到了2年以上，一般為3年，最好水平達(dá)到了42個(gè)月。比原來(lái)應(yīng)用的高錳鋼襯板平均壽命提高了2.5倍以上，保證了水泥生產(chǎn)的順利進(jìn)行，并大大降低了生產(chǎn)的綜合成本。

4.2、中碳低合金鉻錳鋼襯板的生產(chǎn)及應(yīng)用

我們生產(chǎn)的多元合金化高鉻鑄鐵襯板在水泥磨粗磨倉(cāng)上應(yīng)用壽命均達(dá)到了2年以上，一般為3年，最好水平達(dá)到了42個(gè)月。比原來(lái)應(yīng)用的高錳鋼襯板平均壽命提高了2.5倍以上，保證了水泥生產(chǎn)的順利進(jìn)行，并大大降低了生產(chǎn)的綜合成本。

4.2、中碳低合金鉻錳鋼襯板的生產(chǎn)及應(yīng)用

我們生產(chǎn)的隔倉(cāng)板、出料篦板等襯板先后在河北太行水泥股份有限公司的φ3m×11m、φ3.2m×11m的水泥磨上應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。該公司原用高錳鋼襯板，使用壽命為半年左右，且經(jīng)濟(jì)因襯板變形造成拆卸困難，無(wú)法滿足正常生產(chǎn)要求。自開(kāi)始使用中碳低合金鑄鋼后平均使用壽命為一年半，最好水平達(dá)到兩年，壽命提高了兩倍以上，大大減少了停機(jī)檢修次數(shù)，降低了生產(chǎn)的綜合成本。在滄州鐵獅子建材有限公司的φ2.6m×13m水泥磨機(jī)上應(yīng)用的筒體襯板，使用壽命為兩年半，比原來(lái)應(yīng)用的高錳鋼襯板的一年壽命，提高了1.5倍。

5、結(jié)論

（1）水泥用球磨機(jī)襯板直接受到較大沖擊功作用的機(jī)率較小；高錳鋼襯板不能很好發(fā)揮加工硬化作用，使用壽命較低。

（2）選材時(shí)注意不同直徑球磨機(jī)所承受的沖擊功和磨損條件的不同而區(qū)別對(duì)待。

（3）直徑≤φ3m球磨機(jī)的粗磨倉(cāng)上應(yīng)用多元高鉻鑄鐵安全可靠，壽命提高2.5倍以上。

（4）在φ3~5m球磨機(jī)上應(yīng)用中碳低合金耐磨鋼具有很好的應(yīng)用效果，使用壽命提高1.5倍以上。

相關(guān)設(shè)備：節(jié)能球磨機(jī)、塔磨機(jī)、陶瓷球磨機(jī)。