高壓輥磨機(jī)輥面磨損過程分析及新型輥面的應(yīng)用

宋曉剛　徐海陽　徐亦元　楊麗斐　吳金銷　謝靄祥

(中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司)

隨著人們對(duì)高壓輥磨機(jī)認(rèn)識(shí)的不斷加深，其應(yīng)用數(shù)量也逐年增加。高壓輥磨機(jī)輥面屬于磨損件，是生產(chǎn)的消耗品，輥面的耐磨程度越高，生產(chǎn)成本越低，因而輥面的耐磨性，引起人們的高度關(guān)注。通過對(duì)高壓輥磨機(jī)輥面磨損過程的研究，尋找影響輥面磨損的主要因素，以及提高輥面的耐磨性方法。

1　概　述

基于料層靜壓粉碎原理發(fā)展起來的高壓輥磨設(shè)備，因其高效、節(jié)能的粉碎效果，得到了業(yè)界人士的認(rèn)可，在水泥、化工、金屬、球團(tuán)、非金屬礦山碎磨等方面得到了推廣應(yīng)用，高壓輥磨機(jī)的突出特點(diǎn)越來越被人們所公認(rèn)[1-4]。高壓輥磨機(jī)的破碎產(chǎn)品相對(duì)于傳統(tǒng)破碎產(chǎn)品，Bond球磨功指數(shù)在某一磨礦細(xì)度下可降低9～16個(gè)百分點(diǎn)，有非常明顯的節(jié)能效果[2]。我國破碎行業(yè)認(rèn)識(shí)到了高壓輥磨機(jī)的優(yōu)勢(shì)，希望盡快實(shí)現(xiàn)金屬礦用高壓輥磨機(jī)的國產(chǎn)化。目前，國產(chǎn)的高壓輥磨機(jī)及輥套修復(fù)技術(shù)已完全能夠滿足生產(chǎn)工藝的要求，同時(shí)可大幅的降低高壓輥磨機(jī)的使用成本。

2　輥面磨損原因

2.1　輥面磨損過程

如何提高高壓輥磨機(jī)輥面壽命，縮短修復(fù)工期，則顯得尤為重要。高壓輥磨機(jī)輥面采用柱釘輥面。柱釘采用高耐磨的硬質(zhì)合金制造，鑲嵌在輥套基體內(nèi)，在工作過程中，細(xì)粉物料在高擠壓力作用下而被充填在柱釘之間，生成料墊，達(dá)到保護(hù)基體的目的，露在外面的柱釘是高硬度耐磨材料，從而使得整個(gè)輥面的耐磨性大大提高。柱釘結(jié)構(gòu)見圖1，工作狀態(tài)輥面情況見圖2。

圖1　柱釘輥面結(jié)構(gòu)

圖2　工作狀態(tài)的柱釘輥面

高壓輥磨機(jī)柱釘輥面在工作過程中，形成料墊保護(hù)基體，首先是柱釘?shù)哪p，當(dāng)柱釘逐漸磨短后，柱釘和基體的高度差就會(huì)變小，小到一定值后，料墊將很難形成，這時(shí)則會(huì)快速的磨損基體，使得柱釘和基體的高度差增大，再次形成穩(wěn)定的料墊層，柱釘開始慢慢磨損，如此循環(huán)往復(fù)，均勻磨損，直到柱釘磨損致最后8 mm左右，這時(shí)柱釘?shù)蔫偳渡疃炔荒鼙ＷC柱釘穩(wěn)定的鑲嵌在輥面上，開始出現(xiàn)大面積脫落，輥面達(dá)到設(shè)計(jì)壽命。

2.2　影響輥面磨損的主要因素

從生產(chǎn)使用的經(jīng)驗(yàn)中看，影響輥面磨損的主要因素有以下幾點(diǎn)：

(1)液壓系統(tǒng)的工作壓力。高壓輥磨機(jī)系統(tǒng)工作壓力越大，電機(jī)的使用功率也越大，同時(shí)高壓輥磨機(jī)輥面的磨損也加大，使用成本大幅提高。在能滿足后續(xù)破碎要求的前提下，系統(tǒng)壓力越小，使用成本越低。

(2)輥磨物料的水分。輥磨物料的水分對(duì)輥磨機(jī)的破磨效果有很大的影響，主要是影響高壓輥磨機(jī)壓力腔的壓力區(qū)建立，物料水分大，難形成料墊。由于輥面基體在沒有料墊的情況下會(huì)迅速磨損。對(duì)于細(xì)粒級(jí)的物料，水分過低也不能形成高壓腔，容易造成設(shè)備震動(dòng)。一般情況下，物料的水分在3%～7%是比較理想的。

(3)輥磨物料的大塊物料或異物。用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行輥磨的物料應(yīng)嚴(yán)格控制物料中大塊物料及大塊異物。因?yàn)榇髩K異物對(duì)輥面的損傷是致命的。一旦有大塊異物進(jìn)入高壓腔時(shí)，液壓系統(tǒng)的壓力全部由與異物接觸的輥面位置承受，受力面積急劇減小，局部壓強(qiáng)急劇增加，對(duì)輥面基體和柱釘都是巨大的傷害，表現(xiàn)為深坑式的磨損，如圖3所示。一般在使用高壓輥磨機(jī)時(shí)，盡量保證物料最大顆粒小于工作輥間隙。

圖3　輥面的深坑式磨損

3　輥套修復(fù)及高壓輥磨機(jī)新型輥面的應(yīng)用

3.1　輥套的修復(fù)

3.1.1使用過程中的線上修復(fù)

在高壓輥磨機(jī)使用維護(hù)過程中，有些輥面的柱釘是可更換的，在柱釘受到折斷、崩裂、脫落等損傷時(shí)，可以通過更換柱釘?shù)姆绞綄?duì)輥面進(jìn)行修補(bǔ)，以維持輥面的良好狀態(tài)。在設(shè)計(jì)理念上是可行的，但同時(shí)對(duì)使用方的維護(hù)提出很高的要求，這就要求使用方應(yīng)及時(shí)對(duì)輥面進(jìn)行檢查，以便在出現(xiàn)柱釘脫落或損傷時(shí)及時(shí)修補(bǔ)。

由于換釘修補(bǔ)輥面時(shí)，殘余輥釘需要從輥面中取出，輥面的加工過程中，柱釘和輥面孔之間的配合則不能過緊，否則柱釘很難取出。一般是柱釘和輥面孔做間隙配合，同時(shí)在壓釘?shù)倪^程涂有金屬膠。取出殘余柱釘時(shí)，需要給輥面加熱，首先使金屬膠在高溫下失效，然后再取出殘余柱釘，之后再鉆孔，重新栽入新柱釘，或者采用短柱釘，盡量保持輥面外圓。這樣的修復(fù)過程存在3個(gè)問題：

(1)由于是間隙配合，在使用過程中，尤其是進(jìn)料溫度較高的時(shí)候，柱釘容易脫落，不及時(shí)修補(bǔ)會(huì)對(duì)輥面造成深坑式的磨損。

(2)取出殘余柱釘時(shí)，對(duì)輥面局部加熱，加熱過程中，金屬膠氣化形成高壓區(qū)，有時(shí)會(huì)將殘余柱釘彈出，給操作人員帶來安全隱患。

(3)在局部加熱時(shí)，會(huì)影響基體在換釘處的性能。由于局部高溫，自然冷卻過程會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)基體表面裂紋，影響基體強(qiáng)度。

3.1.2輥套達(dá)到使用壽命后的返廠修復(fù)

輥套達(dá)到使用壽命后的修復(fù)需要將原來的輥套拆卸下來，然后對(duì)輥軸進(jìn)行探傷檢測(cè)，確認(rèn)原軸無損傷后，將新加工好的輥套安裝到原軸上。高壓輥磨機(jī)的輥套屬于消耗品，每隔一段時(shí)間就需要更換一次，更換輥套需要將輥軸輥套運(yùn)至原廠進(jìn)行修復(fù)，且修復(fù)工期長(zhǎng)。輥套使用費(fèi)用在生產(chǎn)成本中占的比例很高，如何提高輥面的使用壽命，降低輥套費(fèi)用，提高服務(wù)質(zhì)量和更換的及時(shí)性是業(yè)界普遍關(guān)心的問題。

3.2　新型免維護(hù)輥面的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于柱釘折斷的情況，對(duì)修補(bǔ)時(shí)間要求不高，但是柱釘脫落的情況，對(duì)修復(fù)時(shí)間要求很高，需要在柱釘脫落后，盡快進(jìn)行修補(bǔ)，因?yàn)槿鄙僦數(shù)牡胤?，剩余柱釘之間的間隙過大，不易形成料墊保護(hù)層，在巨大的液壓力和物料的磨蝕下，沒有料墊的輥面基體會(huì)很快磨損，基體磨損后，周邊的柱釘又開始脫落，情況進(jìn)一步惡化，進(jìn)而形成深坑式磨損。這就對(duì)輥面維護(hù)的及時(shí)性提出了很高的要求，尤其是在繁重的生產(chǎn)任務(wù)的情況下，檢查維護(hù)會(huì)影響設(shè)備作業(yè)率，降低產(chǎn)量。因此對(duì)于使用方而言，希望出現(xiàn)一種免維護(hù)的輥面，來降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備作業(yè)率。

中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司柱釘和輥面孔采用過盈配合的辦法，通過精確控制過盈量，可確保柱釘不會(huì)脫落。這樣對(duì)加工工藝就提出了很高的要求，尤其是對(duì)孔壁的形位尺寸和孔壁的粗糙度的控制，都提出了很高的要求。在設(shè)計(jì)輥面時(shí)，首次提出免維護(hù)的高壓輥磨機(jī)輥面。免維護(hù)輥面在設(shè)計(jì)加工時(shí)，柱釘和輥面孔采用過盈配合，精確的過盈量控制，用液壓系統(tǒng)將柱釘鑲嵌在輥面內(nèi)，這樣可確保柱釘不會(huì)脫落。生產(chǎn)過程中，偶爾有柱釘折斷，無需更換柱釘，因?yàn)樵诤罄m(xù)使用中，崩斷處的輥面基體會(huì)磨損下去，這樣柱釘又會(huì)重新暴露出來，重新形成料墊保護(hù)區(qū)，可保持該處的強(qiáng)度。免維護(hù)柱釘輥面經(jīng)過球團(tuán)、鋅銦礦、銅礦、鐵礦等不同工況、多周期使用實(shí)踐證明，輥面使用壽命達(dá)到12000h以上，使用期間不需要任何維護(hù)。免維護(hù)輥面的推出，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備的作業(yè)率，降低了輥面維護(hù)的使用成本。

4　結(jié)　論

通過對(duì)高壓輥磨機(jī)輥面磨損過程的研究，發(fā)現(xiàn)壓力、水分、物料性質(zhì)及粒度組成是影響輥面磨損的主要因素，其中水分控制在3%～7%是比較理想的，通過對(duì)主要因素的控制可提高輥面的使用壽命；針對(duì)輥面的磨損過程，提出了一種新型免維護(hù)輥面，降低了設(shè)備維護(hù)量，提高了設(shè)備作業(yè)率，同時(shí)可大幅降低輥面的使用成本。

[1]丁凱，仝麗娟，姬建鋼，等．高壓輥磨層壓破碎對(duì)某鐵礦石磨礦效果的影響[J].礦山機(jī)械，2016(6):40-43.

[2]侯英，丁亞卓，印萬忠，等．礦石高壓輥磨產(chǎn)品球磨功指數(shù)計(jì)算程序的建立[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，44(11)：4385-4391.

[3]周宏波．高壓輥磨機(jī)技術(shù)在金屬礦山工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(11):266-272.

[4]焦淑芳，鄒鵬，劉曙．國產(chǎn)輥套對(duì)程潮鐵礦球團(tuán)廠進(jìn)口輥壓機(jī)的修復(fù)效果[J].金屬礦山，2013(10):165-166.