張 輝 ，宋家明

水泥磨的運(yùn)行效率直接關(guān)系到整條生產(chǎn)線的產(chǎn)出成本，研磨體與襯板的鋼耗是影響水泥磨運(yùn)行效率的重要因素之一。當(dāng)襯板與研磨體嚴(yán)重磨損后，磨機(jī)出力能力大幅下降，從而增加了水泥生產(chǎn)的單位電耗。因此有效降低研磨體鋼耗，延長(zhǎng)襯板使用壽命對(duì)水泥生產(chǎn)尤為重要。

本文將以國(guó)內(nèi)某水泥廠?3.8m×13m水泥磨的設(shè)計(jì)為例，從襯板的形式設(shè)計(jì)、材料選擇以及合理的研磨體級(jí)配等方面進(jìn)行論述，希望對(duì)廣大水泥磨用戶有所啟發(fā)。

1 襯板形式設(shè)計(jì)

該磨為圈流磨，設(shè)有兩個(gè)磨倉(cāng)，一倉(cāng)為粗磨倉(cāng)，二倉(cāng)為細(xì)磨倉(cāng)，中間設(shè)雙層隔倉(cāng)板。此規(guī)格水泥磨已在2 500～3 200t/d生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用。

此前，該磨機(jī)粗磨倉(cāng)多使用波紋階梯襯板，細(xì)磨倉(cāng)多使用雙階梯分級(jí)襯板。波紋階梯襯板的優(yōu)點(diǎn)是，提升能力大，帶球能力、破碎能力較強(qiáng)，粉碎研磨效果也比較好；缺點(diǎn)是，襯板抗磨損性能差，波紋被磨平后帶球能力大大減弱。細(xì)磨倉(cāng)雙階梯分級(jí)襯板的帶球能力及鋼球分級(jí)效果均較理想。因粗磨倉(cāng)平均球徑大，沖擊較細(xì)磨倉(cāng)更強(qiáng)，所以粗磨倉(cāng)的襯板壽命普遍較短，一般為一年，有些水泥廠甚至達(dá)不到一年。針對(duì)此情況，我們決定，對(duì)粗磨倉(cāng)的波紋階梯襯板進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

據(jù)反饋，波紋階梯襯板在工作后期會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的溝槽現(xiàn)象?！豆苣C(jī)》一書中詳細(xì)介紹了奧地利VOE-ALPINE公司開發(fā)的環(huán)溝襯板，我們決定在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。因粗磨倉(cāng)襯板需具備較大的提升能力，故我們擬采用環(huán)溝階梯襯板。

一般情況下，襯板的長(zhǎng)度及寬度都是標(biāo)準(zhǔn)的，即理論長(zhǎng)度為314mm，襯板寬度為250mm。本文以標(biāo)準(zhǔn)環(huán)溝階梯襯板的設(shè)計(jì)為例。

1.1 襯板溝槽節(jié)距L2、半徑R及溝槽深度H3的確定（圖1）

圖1 環(huán)溝階梯襯板截面圖

根據(jù)粗磨倉(cāng)平均球徑（見表3）及襯板寬度，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)溝階梯襯板工作面可設(shè)4道溝槽，襯板兩端設(shè)為半溝槽，設(shè)計(jì)半溝槽可以保證相鄰襯板之間形成一道完整的溝槽，減少積灰死角（如圖2所示）。

圖2 環(huán)溝階梯襯板

溝槽的節(jié)距，按《管磨機(jī)》書中關(guān)于環(huán)溝襯板形式計(jì)算中的推薦公式確定：

式中：

d——平均球徑，mm

代入粗磨倉(cāng)平均球徑78.8mm，得L2=68.2mm，為保證襯板形式統(tǒng)一及半溝槽設(shè)計(jì)，取L2=62.5mm。

溝槽的半徑R與粗磨倉(cāng)平均球徑的半徑相同，取整R=40mm。

為了使研磨體與襯板的接觸面積與脫離阻力達(dá)到最佳值，溝槽深度一般為0.2R～0.3R，本磨機(jī)取H3為8mm。

1.2 襯板厚度H1、波峰高度H2及波峰距襯板中心線L1的確定（如圖3所示）。

圖3 環(huán)溝階梯襯板側(cè)視圖

H1是根據(jù)磨機(jī)的規(guī)格、襯板材質(zhì)的強(qiáng)度及磨倉(cāng)鋼球的填充率預(yù)先設(shè)定的，一般取18～85mm，本磨機(jī)取H1為40mm。

H2值與襯板的帶球能力有關(guān)，《管磨機(jī)》一書中有詳細(xì)的介紹及計(jì)算方法，但書中介紹的方法，考慮的細(xì)節(jié)因素較多，給出的計(jì)算方法也比較復(fù)雜，本文根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定H2：階梯襯板的設(shè)計(jì)高度差h=H2-H1，一般為 50～80mm，本磨機(jī)襯板取 H2為120mm。

襯板工作曲面半徑R=（0.2～0.3）×D（D為筒體內(nèi)徑），本磨機(jī)工作曲面半徑取值為900mm。

為保證相鄰襯板之間的圓滑過渡（如圖2所示），襯板安裝孔中心至波峰之間的距離尺寸L1一般取值為60～80mm，本磨機(jī)取值為60mm。

以上經(jīng)驗(yàn)值經(jīng)過《管磨機(jī)》推薦公式驗(yàn)證，均在合適的范圍內(nèi)。

2 新舊襯板比較

2.1 沿筒體環(huán)向鋪設(shè)效果比較

如圖2、圖4所示，采用環(huán)溝階梯襯板后，相鄰襯板圓滑過渡，不存在積灰死角；還可以降低噪聲。

圖4 波紋階梯襯板

2.2 研磨體工作原理比較

比較圖5與圖6發(fā)現(xiàn)，采用圖6波紋階梯襯板時(shí)，鋼球與襯板表面是點(diǎn)接觸，襯板對(duì)于鋼球的提升能力較弱，物料也容易從鋼球四周擠出。當(dāng)物料被擠出后，鋼球便與襯板直接接觸，使研磨體和襯板的磨耗增加。采用環(huán)溝階梯襯板后，物料不容易被擠出，可積存于鋼球與襯板之間，避免了金屬直接接觸，同時(shí)環(huán)溝的存在也增加了鋼球的研磨作用，使每個(gè)鋼球都能夠在較大角范圍內(nèi)進(jìn)行沖擊和研磨，從而提高了粉碎和研磨效率。鋪設(shè)環(huán)溝襯板后，最大直徑的鋼球在襯板上以最密集的六角形自行排列，使溝槽各部磨損均等，也就是說，環(huán)溝襯板在從安裝到需要更換的整個(gè)過程中，會(huì)自始至終地保持著粉碎和研磨的效能不變。

3 襯板材質(zhì)選擇

水泥磨襯板主要承受研磨體的沖擊和磨損。一般來說，材料越硬越耐磨，但很多材料硬度高時(shí)脆性大，受到?jīng)_擊容易破碎；要想耐沖擊就必須有適當(dāng)?shù)捻g性，而很多韌性好的材料，硬度又不夠高，不耐磨。因此，選擇襯板材質(zhì)時(shí)需要綜合考慮硬度與韌性。

圖5 環(huán)溝階梯襯板

圖6 波紋階梯襯板

目前，市場(chǎng)上存在的襯板材質(zhì)主要有以下幾種：

（1）高錳鋼襯板

高錳鋼具有極好的韌性，但硬度偏低。這在水泥磨運(yùn)行時(shí)雖不易出現(xiàn)襯板斷裂現(xiàn)象，但襯板磨損快，容易發(fā)生塑性變形，襯板使用壽命較短。所以目前在國(guó)內(nèi)的磨機(jī)中已不再采用此類材料的襯板。

（2）中合金耐磨鋼襯板

采用油淬處理的中合金材質(zhì)化學(xué)成分及機(jī)械性能見表1。

表1 中合金耐磨鋼化學(xué)成分及機(jī)械性能

表2 高鉻鑄鐵化學(xué)成分及機(jī)械性能

油淬后的中合金材質(zhì)硬度為HRC48～52，沖擊韌性AK≥49J/cm2，硬度及韌性都比較理想。

（3）高鉻鑄鐵襯板

高鉻鑄鐵化學(xué)成分及機(jī)械性能見表2。

高鉻襯板由于碳、鉻含量高，所以它有很高的硬度，但在韌性方面差一些。在大直徑研磨體的沖擊下，抗沖擊能力差，雖耐磨但易碎。

綜上，我們決定選擇硬度及韌性都不錯(cuò)的中合金耐磨鋼作為水泥磨襯板的材質(zhì)。

表3 ?3.8m×13m水泥磨研磨體推薦級(jí)配

4 研磨體級(jí)配

磨機(jī)研磨體推薦級(jí)配見表3。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過重新設(shè)計(jì)的?3.8m×13m水泥磨，優(yōu)化了粗磨倉(cāng)的襯板形式，由原來的波紋階梯襯板改為耐磨性能更好的環(huán)溝階梯襯板；優(yōu)化了襯板的化學(xué)成分，選擇了硬度及韌性更好的中合金耐磨鋼；經(jīng)過計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)反饋，優(yōu)化了水泥磨研磨體級(jí)配。

圖7 運(yùn)行約3個(gè)月后的環(huán)溝階梯襯板

改進(jìn)后的?3.8m×13m水泥磨已被應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外多家水泥廠，圖7為某水泥廠運(yùn)行約3個(gè)月后的環(huán)溝階梯襯板。從圖中可以看出，環(huán)溝階梯襯板的外形完好，磨損均勻。據(jù)反饋，在保證水泥磨產(chǎn)量及出粉細(xì)度的情況下，襯板壽命由原來的1年提升到2年以上，較大幅度地提升了襯板的使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益明顯。