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富威重工球磨機襯板和磨球的最佳選擇

發布日期:13-09-02 16:42:44
    球磨機是國內外火電廠、水泥、礦山、化工、冶金等行業生產中主要粉碎研磨設備,襯板和磨球則是球磨機正常運轉中的最主要工作部件。隨著現代化生產的發展,球磨機的直徑越來越大,直徑五米左右的磨機在生產中已廣泛應用,因此對襯板和磨球的質量要求越來越高。由于襯板和磨球長期處在嚴酷的工況中,維修量和更換量都相當大,不僅浪費人力、物力、財力,且直接影響生產效率,影響現代化企業的文明生產。因此,研究新型抗磨材質的襯板、磨球,創造球磨機最佳工作狀態,是提高產量、降低消耗、爭取良好經濟和文明環境的重要途徑。
    一、 關于襯板
    傳統的高錳鋼不適宜做球磨機襯板,這已經是眾所周知的了,高錳鋼襯板的缺點是:容易發生蠕變和延展、表面相變會引起的反弓變形,在球磨機工況中不可能得到理想的加工硬化。前者是漏粉和斷螺栓的根本原因,而后者則表明無法實現想象中的抗磨性能:這里必須說明的一句是即使得到部分加工硬化,也不能作為抗磨程度的一種標志,因為這里的加工硬化是一種“破壞”后的硬化,它和襯板的初始硬度是有區別的。
    硬就意味著耐磨,這是不容置辯的。七、八十年代,國內外推出大批高硬度襯板、磨球材質,如高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵、高碳合金鋼、馬氏體球鐵和一些中碳合金鋼等,但是由于這些材料的韌性值都比較低,有的ak值僅有5J左右。受傳統襯板形式的束縛,都沒有得到廣泛的推廣應用。襯板的斷裂已成為高硬度、高抗磨材質應用的最大障礙。
傳統襯板設計的根本錯誤已不能適應抗磨材料的發展。
    傳統襯板安裝結構主要有兩種形式,一種是火電廠廣泛采用的“燕尾槽咬合、擰緊楔固定”;一種是礦山、水泥、化工和國內外大型火電廠廣泛采用的每塊襯板都用螺栓分別固定在筒體的方式。
    燕尾槽的配合是否理想,我們且不談,但擰緊楔高于襯板會首先被磨損,擰緊楔全部功能來自一個“吊螺栓”,吊螺栓是最不穩定的一種緊固方式,由最不穩定的吊螺栓和首先被磨損的擰緊楔去穩定磨機的所有襯板,這毫無疑問是個錯誤設計。
    那么襯板直接用螺栓固定呢?我們不談磨機制造過程中打上一千個孔是否合理、是否麻煩,也不談一千顆螺栓制造了一千個泄漏點,工人擰一千個大螺栓是否辛苦;只討論抗磨件上是否應當搞一個孔?這個孔在鑄造和熱處理過程中會產生千百個裂紋源,孔是這個工件的最危險最薄
 
弱的位置,用襯板中最危險最薄弱的位置固定整塊襯板,去承受幾十噸、一百多噸磨球在長期運轉中的巨大作用力,那是極不合理的設計。國內外證明襯板的斷裂是襯板失效的主要原因。而斷裂的絕大部分是通過螺孔發生的。
    針對高硬度材質的特點,我們分析比較了幾十種襯板的結構形式及他們磨損失效的原因,設計出“組合自固無螺栓球磨機襯板”—陳氏襯板!這是近百年來球磨機襯板的劃時代產品!
    照片中是淮北發電廠320/580磨煤機使用了三十九個月的組合襯板、表面光滑、整齊、漂亮,幾乎看不見磨損。而端襯板采用的是傳統高錳鋼,大部分已經磨穿。
    組合的含義有兩個方面:一是指襯板結構形式,二是指襯板安裝的整體形式;自固的意義同樣是指兩方面:一是襯板本身自我強化,二是安裝后的自我緊固。
    組合襯板的設計中,襯板分別由板體和鉚板兩個或三個獨立部分組成。板體的功用為抗磨,材質為高硬度合金;鉚板為韌性合金,功用為穩定板體并向板體施加予應壓力。
    組合自固襯板利用磨機本身幾何形狀,采用力學結構進行雙金屬組合,利用球磨機生產運行中磨球的作用,進行預應力自固,實現襯板的整體強化,從而保證高硬度、低韌性材質襯板的穩定性和可靠性。
    組合自固襯板的制造工藝和安裝工藝都比傳統襯板簡單。對正在應用的球磨機不需作任何改造。
    二十多年來,組合襯板經電廠、水泥、礦山、磷肥等行業直徑4米以下球磨機的長期生產應用證明,穩定性和可靠性都大大超過傳統襯板,徹底消除了漏粉和斷螺栓現象,維修量幾乎為零,并為降低噪音提供了最有利的條件。生產文明了,工人從最繁重的勞動中解放出來了。
    目前組合襯板已在國內二十多個省市得到廣泛應用,其中江蘇、上海、湖北、河北、廣州、安徽、山西、遼寧等省的大多數電廠已全部采用組合襯板。組合襯板的最大長處是:能充分發揮所采用材質的最大淬火硬度——最大抗磨性能,且維修量幾乎為零。最有效地利用了地球上的有限資源,應稱為:“綠色襯板”。
    組合襯板的材質適應高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵、高、中碳合金鋼,中、低鉻鑄鐵,馬氏體球體等一切高硬度材質,以獲得最佳抗磨性能。
    另外,襯板還有一個很重要的選擇,那就是工作面的表面形狀。工作面表面形狀和磨球的相互配合決定了磨機內研磨介質的活
 
躍度,并決定球磨機最大研磨能力的發揮。
    例如電廠磨煤機和礦山球磨機的波紋襯板有利于研磨介質的活躍,但卻沒有考慮襯板與磨球之間最大研磨能力;水泥廠傳統的階梯襯板也沒考慮襯板與磨球之間的最大研磨能力,也沒使磨機內研磨介質的活躍度調整到較理想的狀態。
    我們認為電廠、水泥廠的襯板其表面形狀應該是組合形式的。因為自入料端到出料端的物料細度的變化是非常大的。因此,從入料端到出料端研磨介質的運動方式也應隨之改變,運動方式的改變是通過磨機襯板的表面形狀而決定的。因此,電廠磨煤機和水泥筒式磨襯板的表面形狀的選擇應該是組合形式的。入料端應該是粉碎與研磨的結合,出料端相對突出研磨。
    電廠、水泥廠球磨機襯板的材質,應選擇那些含碳量較高的鉻鉬合金鋼或高鉻鑄鐵之類的材質。這里要注意的一個問題是“工況適用”的概念。并不是合金化越高越好!
    1987年以來,我們通過對數百臺水泥磨機的改造均獲得5%以上的提高,最高達到了20%左右,而噪音降低了3-5分貝。5%產量的提高效益是驚人的,因為它的成本幾乎只是原材料。
    襯板表面形狀的選擇目的只有一個:選擇理想的磨球工作狀態,追求球磨機的最大研磨能力。
    關于水泥磨中襯板的材質:應優先推薦高合金類。例如:Cr12、Cr15、Cr18、Cr20、Cr24等等,依據磨機的工況和企業的經濟情況進行選擇。使用這些高硬度、高耐磨材質的襯板,不僅僅是減少維修、減輕工人勞動強度,更重要的是這些高耐磨材質襯板能夠較長時間地保持設計狀態,較長時間的保持最佳工作狀態,最大范圍地提高產量,創造最大經濟效益。特別是近年來,隨著磨前輥壓機的應用,水泥磨中最大磨球直徑已下降到φ30左右,這給高硬度高合金襯板的應用,提供了最好的工況條件。
    雙介質淬火中、高碳鉻鉬合金鋼襯板在水泥磨中也有著很好的費效比,使用壽命一般在兩年左右。在φ2.2的水泥磨中,作為隔倉板的使用壽命也達到了十八個月,比較理想。
    我們即使在電廠磨煤機中也不主張使用高錳鋼襯板。由于煤質比較松散,絕大部分電廠磨機中最大磨球為φ60,因此在煤磨中高錳鋼襯板是很難得到較好加工硬化的,無法發揮出應有的抗磨性能。電廠磨煤機理想的襯板為中、高碳的鉻鉬合金鋼或Cr18以上的高鉻鑄鐵。我們生產的高鉻鑄鐵襯板在淮北發電廠320/580磨機中,使用了十
 
四年,獲得了極好的經濟效益。
    礦山中使用的磨機一般為短粗形狀。如32/36、43/63等等。襯板的厚度也相對比較厚。由于礦山磨機較大,磨球也大,且大部分采用濕法工藝。因此襯板的運行條件十分嚴酷。我們建議在可靠性得到保證的前提下,盡量采用一些高硬度材質。硬就意味著耐磨。例如0.4~0.9%碳的鉻鉬合金鋼或10~18%鉻的鑄鐵材質,其硬度都在HRC50以上。在金礦直徑四米左右的磨機采用Cr18材質。即使在十分惡劣的工況下,其使用壽命也能在6個月以上。
    礦山中大型的磨機、自磨機或半自磨機,從穩定可靠的角度出發大多數選用介穩定奧氏體高錳鋼襯板。
    二、 關于磨球
    目前國內外廣泛使用的為高碳高合金類鑄造磨球和高碳低合金類鍛造或鑄造磨球,在火電廠、水泥行業等干法生產中,絕大多數使用高、低鉻鑄鐵類磨球。而礦山類的濕法工藝中多應用高碳低合金類磨球。
    國內磨球的種類比較多,由于市場經濟的不完善,磨球的使用不是根據工藝效益來決定的,隨意性很大。主要品種有鉻系高合金鑄鐵類。如:Cr8、Cr12、Cr15、Cr18、Cr24、Cr26等,低鉻鑄鐵如:Cr2和馬氏體球鐵類。馬氏體球鐵和低鉻鑄鐵就抗磨性而言是同一級的。它們的區別在生產工藝上。而高合金類的鑄鐵具有優秀的抗磨性能,合金越高,抗磨性能越好,同時具有良好的經濟效益。有人曾有誤解,高鉻球水泥磨應用的好,而電廠不適應,實際上國內外的火電廠都有大量使用高鉻球的良好紀錄,例如:無錫、鄒縣、岳陽、邢臺、衡陽、馬頭等電廠都使用高鉻球,而不再希望使用其它球。高鉻鑄鐵磨球在電廠正迅速普及。在電廠、水泥廠等干磨工藝中高鉻球的噸磨耗只有15~50克,使用高鉻球不僅僅節約成本、減少工人勞動、降低磨機電耗,同時也降低了人類有限資源的浪費。應當毫不客氣的說:高鉻球可稱為環保磨球、綠色磨球。
    鍛球和軋球的品種主要為高碳鉻鉬合金類和中、低碳錳合金類。鍛球和軋球工藝簡單,制造成本低,考慮經濟效益礦山類濕法工藝目前一般采用低鉻合金磨球,其在鐵礦、銅礦、鉬礦中磨耗一般在500~700克左右。提高低鉻合金球的硬度是降低磨耗最有效的方式。我們曾把低鉻球的硬度提高到HRC55左右,其在銅礦的磨耗在550克左右。由于生產工藝的原因,鍛球的質量應當比軋球略好一些。
    但直徑大于110mm時建議采用高碳鉻鉬低合金鍛球,主要是考慮到大直
 
徑鑄球破碎率可能會高些。鍛球的碳含量一般在1%左右,鉻小于2% 。低鉻鑄球硬度一般應在HRc48左右,應盡可能的提高低鉻鑄鐵球的硬度,以提高經濟效益。我們和印度廠合作生產的低鉻鑄鐵磨球硬度高達HRc55,且心部和表面硬度相差很少。無論電廠、礦山、水泥都具有很好的費效比?;鸕緋У哪デ蛑本兌話悴灰笥訐?0mm。水泥和礦山應依據磨機直徑、襯板的表面形狀和入料粒度進行球徑級配。級配原則只有一個:盡可能降低磨球的直徑,因為球磨機是研磨機,如果靠它去承擔破碎作用哪怕僅僅是一小部分的,那也是十分不妥當的。
    在材質選定的前題下,磨球的級配是十分重要的。理想的磨球級配加上理想的襯板表面形狀能使磨機獲得最大的工作效率。而正確選擇的材質則是理想磨球級配、理想襯板表面形狀長期保持最佳狀態的根本保證。
    三、襯板與磨球
    長期以來,一種不太正確的說法流傳較廣,即:“磨球的硬度比襯板高HRc3~5?!蔽勢湓?,卻無所適從。
    襯板和磨球毫無疑問是個配合關系,和物料共同形成三體磨料磨損。但究竟怎么為好?應當說借用機械設計中的“基孔制”或“基軸制”概念理解最好。就球磨機而言襯板對生產的影響比磨球大的多,那么應當是“基板制”。因此在襯板和磨球的選擇之中,首先應決定的是襯板,必須保證襯板的使用壽命在兩個大修期以上,并且盡可能的不要維修。優先選擇那些可靠性好、抗磨程度高的襯板。例如:組合自固高鉻鑄鐵襯板,其電廠煤磨使用壽命可達二十年,水泥磨壽命十年,且幾乎不用維修。雙介質淬火中合金鋼襯板在電廠煤磨使用壽命八年以上,水泥磨三年左右,鐵礦約十個月。即使是雙介質淬火低鉻合金鋼襯板在電廠煤磨的壽命也能在六年以上,水泥磨在兩年左右,在鐵礦磨的使用壽命也在八個月以上。
    襯板和磨球的硬度應在HRc50以上,這主要因為磨料中的硬質相的硬度為莫氏硬度六、七,估算接近HRc60,理論上研磨介質硬度大于或等于磨料硬度的百分之八十,才具有理想的抗磨效果。
    襯板決定后磨球就容易選了,只要襯板的使用壽命保證兩個大修期,那么應當主張磨球的抗磨性能最好的即是優先選擇的。假如說襯板和磨球都可以十年不換的話,那當然是很理想的。一個原則:降低成本、減輕工人勞動強度,提高運轉率。
    在“基板制”的前提下,“允許磨球比襯板硬度高HRc3~5”,這一般指應該
 
淘汰的高錳鋼襯板而言的,和流傳的說法概念上是根本不同的。
    四、結論:
    a) 高錳鋼材質和傳統的球磨機襯板形式都是不適宜的,組合自固襯板的劃時代設計有極大的優越性,徹底解決了斷螺栓、漏粉問題使維修量減少98%以上;組合襯板能充分發揮各種高硬度材質的淬火硬度,使其發揮出最理想的抗磨性能。
    b) 在干法工藝中,電廠、水泥廠應優先選擇雙介質淬火中、低鉻合金鋼襯板或高鉻鑄鐵、高鉻鑄鋼襯板,選擇高硬度的高鉻鑄鐵磨球。雙介質淬火中、低鉻合金鋼有很好的經濟效益;在礦山濕法工藝中從經濟角度考慮,優先采用高、中碳合金鋼襯板或Cr10~20左右含碳量較低的鑄鐵襯板和高硬度的低鉻合金磨球。但直徑大于110mm的磨球應考慮用高碳合金鋼鍛球。
    c) 襯板和磨球的匹配應以“基板制”的觀點,在襯板的使用壽命保證兩個大修期的前提下,磨球的抗磨性能應選擇最好的。
    襯板的硬度應大于HRc50,鉻鉬合金鑄造磨球的硬度應大于HRc52,鍛造合金鋼磨球硬度應大于HRc55。一般盡可能選擇抗磨性能最優秀的磨球。
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