球磨機(jī)筒體襯板的工況條件分析

多年來，材料工作者設(shè)計了多種耐磨、抗磨材料，但直到今日實際應(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)特點和磨損原理存在著較大的相似之處。所以我們針對水泥行業(yè)的特點，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)動中，大直徑的磨球主要分布在外圈，瀑落時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，使得落擊點偏離，高度降低，因此可以減緩研磨體對襯板的一次沖擊。所以說，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切向的垂直分力，這個力的大小受襯板形狀，研磨體運(yùn)動狀態(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)計和改進(jìn)是十分必要的。國內(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。目前我國的球磨機(jī)襯板仍較多延用著高錳鋼襯板的設(shè)計基礎(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必須考慮到這一點，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。

另外安裝質(zhì)量對高硬度材料的可靠服役同樣起著極其重要的作用。安裝時進(jìn)行良好的襯墊，做到襯板不懸空、不松動，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題

直至目前國內(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)展形勢下，襯板的受沖擊功作用增大，斷裂的危險性增加。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)含碳量過高，錳碳比不當(dāng)，水韌處理存在問題時都會發(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，同時還由于沖擊來塑性材料的延展，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，沒有多少伸縮空間導(dǎo)致襯板凸起，引起堅固螺栓的拉斷，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裂而剝落。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)更多條件下的襯板表面實現(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。實際應(yīng)用試驗，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，在該條件下高錳鋼不是一種好的耐磨材料。

經(jīng)過對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)多為長徑比L/D>2.5的管磨機(jī)。磨機(jī)有粗磨倉和細(xì)磨倉（有些為三倉），粗磨倉主要起破碎作用，細(xì)磨倉主要起研磨作用。粗磨倉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)磨倉則以花紋襯板、小波紋襯板、平襯等形式為主。粗磨倉和細(xì)磨倉的作用不同，所裝載的研磨體的球徑不同，形成的對襯板的沖擊也有很大不同。同等球磨機(jī)直徑，粗磨倉的研磨體直徑大，物料塊度也大，對襯板的沖擊大，磨損的速度高；細(xì)磨倉的情況則好的多。選擇襯板材料時必須根據(jù)不同條件確定不同的材質(zhì)。

3.2、選擇襯板材料應(yīng)考慮的主要問題

（1）相對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

我國經(jīng)濟(jì)的高速增長增加了耐磨件的消耗進(jìn)而刺激并拉動耐磨材料產(chǎn)生的發(fā)展。已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的40~50個典型牌號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。我們經(jīng)過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。對于細(xì)磨倉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個月。比原來應(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個月。比原來應(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，無法滿足正常生產(chǎn)要求。自開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??；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)別對待。

（3）直徑≤φ3m球磨機(jī)的粗磨倉上應(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)。