球磨機(jī)襯板的選擇與更替

　　襯板和磨球則是球磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的最主要工作部件?，F(xiàn)代化生產(chǎn)科技的發(fā)展，球磨機(jī)的直徑越來越大，直徑五米左右的磨機(jī)在生產(chǎn)中已廣泛應(yīng)用，因此對襯板和磨球的質(zhì)量要求越來越高。由于襯板和磨球長期處在嚴(yán)酷的工況中，維修量和更換量都相當(dāng)大，不僅浪費(fèi)人力、物力、財(cái)力，且直接影響生產(chǎn)效率，影響現(xiàn)代化企業(yè)的文明生產(chǎn)。因此，研究新型抗磨材質(zhì)的襯板、磨球，創(chuàng)造球磨機(jī)最佳工作狀態(tài)，是提高產(chǎn)量、降低消耗、爭取良好經(jīng)濟(jì)和文明環(huán)境的重要途徑。

　　一、 關(guān)于襯板
　　傳統(tǒng)的高錳鋼不適宜做球磨機(jī)襯板，這已經(jīng)是眾所周知的了，高錳鋼襯板的缺點(diǎn)是：容易發(fā)生蠕變和延展、表面相變會引起的反弓變形，在球磨機(jī)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(shí)現(xiàn)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(biāo)志，因?yàn)檫@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(qū)別的。

　　硬就意味著耐磨，這是不容置辯的。七、八十年代，國內(nèi)外推出大批高硬度襯板、磨球材質(zhì)，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(tǒng)襯板形式的束縛，都沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用。襯板的斷裂已成為高硬度、高抗磨材質(zhì)應(yīng)用的最大障礙。 傳統(tǒng)襯板設(shè)計(jì)的根本錯(cuò)誤已不能適應(yīng)抗磨材料的發(fā)展。 傳統(tǒng)襯板安裝結(jié)構(gòu)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(nèi)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(gè)“吊螺栓”，吊螺栓是最不穩(wěn)定的一種緊固方式，由最不穩(wěn)定的吊螺栓和首先被磨損的擰緊楔去穩(wěn)定磨機(jī)的所有襯板，這毫無疑問是個(gè)錯(cuò)誤設(shè)計(jì)。 那么襯板直接用螺栓固定呢？我們不談磨機(jī)制造過程中打上一千個(gè)孔是否合理、是否麻煩，也不談一千顆螺栓制造了一千個(gè)泄漏點(diǎn)，工人擰一千個(gè)大螺栓是否辛苦；只討論抗磨件上是否應(yīng)當(dāng)搞一個(gè)孔？這個(gè)孔在鑄造和熱處理過程中會產(chǎn)生千百個(gè)裂紋源，孔是這個(gè)工件的最危險(xiǎn)最薄弱的位置，用襯板中最危險(xiǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)中的巨大作用力，那是極不合理的設(shè)計(jì)。國內(nèi)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(fā)生的。 針對高硬度材質(zhì)的特點(diǎn)，我們分析比較了幾十種襯板的結(jié)構(gòu)形式及他們磨損失效的原因，設(shè)計(jì)出“組合自固無螺栓球磨機(jī)襯板”—陳氏襯板！這是近百年來球磨機(jī)襯板的劃時(shí)代產(chǎn)品！

　　組合的含義有兩個(gè)方面：一是指襯板結(jié)構(gòu)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(qiáng)化，二是安裝后的自我緊固。

　　組合襯板的設(shè)計(jì)中，襯板分別由板體和鉚板兩個(gè)或三個(gè)獨(dú)立部分組成。板體的功用為抗磨，材質(zhì)為高硬度合金；鉚板為韌性合金，功用為穩(wěn)定板體并向板體施加予應(yīng)壓力。

　　組合自固襯板利用磨機(jī)本身幾何形狀,采用力學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙金屬組合,利用球磨機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行中磨球的作用,進(jìn)行預(yù)應(yīng)力自固,實(shí)現(xiàn)襯板的整體強(qiáng)化，從而保證高硬度、低韌性材質(zhì)襯板的穩(wěn)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(tǒng)襯板簡單。對正在應(yīng)用的球磨機(jī)不需作任何改造。

　　二十多年來，組合襯板經(jīng)電廠、水泥、礦山、磷肥等行業(yè)直徑4米以下球磨機(jī)的長期生產(chǎn)應(yīng)用證明，穩(wěn)定性和可靠性都大大超過傳統(tǒng)襯板，徹底消除了漏粉和斷螺栓現(xiàn)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(chǎn)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(nèi)二十多個(gè)省市得到廣泛應(yīng)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(shù)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(fā)揮所采用材質(zhì)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(yīng)稱為：“綠色襯板”。

　　組合襯板的材質(zhì)適應(yīng)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(zhì)，以獲得最佳抗磨性能。

　　另外，襯板還有一個(gè)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(jī)內(nèi)研磨介質(zhì)的活躍度，并決定球磨機(jī)最大研磨能力的發(fā)揮。

　　例如電廠磨煤機(jī)和礦山球磨機(jī)的波紋襯板有利于研磨介質(zhì)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(tǒng)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(jī)內(nèi)研磨介質(zhì)的活躍度調(diào)整到較理想的狀態(tài)。

　　我們認(rèn)為電廠、水泥廠的襯板其表面形狀應(yīng)該是組合形式的。因?yàn)樽匀肓隙说匠隽隙说奈锪霞?xì)度的變化是非常大的。因此，從入料端到出料端研磨介質(zhì)的運(yùn)動方式也應(yīng)隨之改變，運(yùn)動方式的改變是通過磨機(jī)襯板的表面形狀而決定的。因此，電廠磨煤機(jī)和水泥筒式磨襯板的表面形狀的選擇應(yīng)該是組合形式的。入料端應(yīng)該是粉碎與研磨的結(jié)合，出料端相對突出研磨。

　　電廠、水泥廠球磨機(jī)襯板的材質(zhì)，應(yīng)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(zhì)。這里要注意的一個(gè)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(shù)百臺水泥磨機(jī)的改造均獲得5%以上的提高，最高達(dá)到了20%左右，而噪音降低了3-5分貝。5%產(chǎn)量的提高效益是驚人的，因?yàn)樗某杀編缀踔皇窃牧稀?
襯板表面形狀的選擇目的只有一個(gè)：選擇理想的磨球工作狀態(tài)，追求球磨機(jī)的最大研磨能力。

　　關(guān)于水泥磨中襯板的材質(zhì)：應(yīng)優(yōu)先推薦高合金類。例如：Cr12、Cr15、Cr18、Cr20、Cr24等等，依據(jù)磨機(jī)的工況和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行選擇。使用這些高硬度、高耐磨材質(zhì)的襯板，不僅僅是減少維修、減輕工人勞動強(qiáng)度，更重要的是這些高耐磨材質(zhì)襯板能夠較長時(shí)間地保持設(shè)計(jì)狀態(tài)，較長時(shí)間的保持最佳工作狀態(tài)，最大范圍地提高產(chǎn)量，創(chuàng)造最大經(jīng)濟(jì)效益。特別是近年來，隨著磨前輥壓機(jī)的應(yīng)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(yīng)用，提供了最好的工況條件。

　　雙介質(zhì)淬火中、高碳鉻鉬合金鋼襯板在水泥磨中也有著很好的費(fèi)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(dá)到了十八個(gè)月，比較理想。

　　我們即使在電廠磨煤機(jī)中也不主張使用高錳鋼襯板。由于煤質(zhì)比較松散，絕大部分電廠磨機(jī)中最大磨球?yàn)棣?0，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(fā)揮出應(yīng)有的抗磨性能。電廠磨煤機(jī)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(chǎn)的高鉻鑄鐵襯板在淮北發(fā)電廠320/580磨機(jī)中，使用了十四年，獲得了極好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　礦山中使用的磨機(jī)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(jī)較大，磨球也大，且大部分采用濕法工藝。因此襯板的運(yùn)行條件十分嚴(yán)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(zhì)。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(zhì)，其硬度都在HRC50以上。在金礦直徑四米左右的磨機(jī)采用Cr18材質(zhì)。即使在十分惡劣的工況下，其使用壽命也能在6個(gè)月以上。

　　礦山中大型的磨機(jī)、自磨機(jī)或半自磨機(jī)，從穩(wěn)定可靠的角度出發(fā)大多數(shù)選用介穩(wěn)定奧氏體高錳鋼襯板。

　　二、 關(guān)于磨球
　　目前國內(nèi)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(yè)等干法生產(chǎn)中，絕大多數(shù)使用高、低鉻鑄鐵類磨球。而礦山類的濕法工藝中多應(yīng)用高碳低合金類磨球。

　　國內(nèi)磨球的種類比較多，由于市場經(jīng)濟(jì)的不完善，磨球的使用不是根據(jù)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(qū)別在生產(chǎn)工藝上。而高合金類的鑄鐵具有優(yōu)秀的抗磨性能，合金越高，抗磨性能越好，同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。有人曾有誤解，高鉻球水泥磨應(yīng)用的好，而電廠不適應(yīng)，實(shí)際上國內(nèi)外的火電廠都有大量使用高鉻球的良好紀(jì)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(jié)約成本、減少工人勞動、降低磨機(jī)電耗，同時(shí)也降低了人類有限資源的浪費(fèi)。應(yīng)當(dāng)毫不客氣的說：高鉻球可稱為環(huán)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(jīng)濟(jì)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(chǎn)工藝的原因，鍛球的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)比軋球略好一些。 但直徑大于110mm時(shí)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(yīng)在HRc48左右，應(yīng)盡可能的提高低鉻鑄鐵球的硬度，以提高經(jīng)濟(jì)效益。我們和印度廠合作生產(chǎn)的低鉻鑄鐵磨球硬度高達(dá)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(fèi)效比。火電廠的磨球直徑一般不要大于φ60mm。水泥和礦山應(yīng)依據(jù)磨機(jī)直徑、襯板的表面形狀和入料粒度進(jìn)行球徑級配。級配原則只有一個(gè)：盡可能降低磨球的直徑，因?yàn)榍蚰C(jī)是研磨機(jī)，如果靠它去承擔(dān)破碎作用哪怕僅僅是一小部分的，那也是十分不妥當(dāng)?shù)摹?

　　在材質(zhì)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(jī)獲得最大的工作效率。而正確選擇的材質(zhì)則是理想磨球級配、理想襯板表面形狀長期保持最佳狀態(tài)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?！眴柶湓?，卻無所適從。 襯板和磨球毫無疑問是個(gè)配合關(guān)系，和物料共同形成三體磨料磨損。但究竟怎么為好？應(yīng)當(dāng)說借用機(jī)械設(shè)計(jì)中的“基孔制”或“基軸制”概念理解最好。就球磨機(jī)而言襯板對生產(chǎn)的影響比磨球大的多，那么應(yīng)當(dāng)是“基板制”。因此在襯板和磨球的選擇之中，首先應(yīng)決定的是襯板，必須保證襯板的使用壽命在兩個(gè)大修期以上，并且盡可能的不要維修。優(yōu)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(dá)二十年，水泥磨壽命十年，且?guī)缀醪挥镁S修。雙介質(zhì)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(gè)月。即使是雙介質(zhì)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(gè)月以上。 襯板和磨球的硬度應(yīng)在HRc50以上，這主要因?yàn)槟チ现械挠操|(zhì)相的硬度為莫氏硬度六、七，估算接近HRc60，理論上研磨介質(zhì)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(gè)大修期，那么應(yīng)當(dāng)主張磨球的抗磨性能最好的即是優(yōu)先選擇的。假如說襯板和磨球都可以十年不換的話，那當(dāng)然是很理想的。一個(gè)原則：降低成本、減輕工人勞動強(qiáng)度，提高運(yùn)轉(zhuǎn)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(yīng)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(jié)論：
　　1. 高錳鋼材質(zhì)和傳統(tǒng)的球磨機(jī)襯板形式都是不適宜的，組合自固襯板的劃時(shí)代設(shè)計(jì)有極大的優(yōu)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(fā)揮各種高硬度材質(zhì)的淬火硬度，使其發(fā)揮出最理想的抗磨性能。

　　2. 在干法工藝中，電廠、水泥廠應(yīng)優(yōu)先選擇雙介質(zhì)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(zhì)淬火中、低鉻合金鋼有很好的經(jīng)濟(jì)效益；在礦山濕法工藝中從經(jīng)濟(jì)角度考慮，優(yōu)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(yīng)考慮用高碳合金鋼鍛球。

　　3. 襯板和磨球的匹配應(yīng)以“基板制”的觀點(diǎn)，在襯板的使用壽命保證兩個(gè)大修期的前提下，磨球的抗磨性能應(yīng)選擇最好的。 襯板的硬度應(yīng)大于HRc50，鉻鉬合金鑄造磨球的硬度應(yīng)大于HRc52，鍛造合金鋼磨球硬度應(yīng)大于HRc55。一般盡可能選擇抗磨性能最優(yōu)秀的磨球。