水泥管磨机细磨仓衬板抗磨材质的选取

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1、水泥管磨机细磨仓衬板抗磨材质的选取水泥管磨机细磨仓衬板抗磨材质的选取邹伟斌 中国建材工业经济研究会水泥专业委员会 （100831） 陈敬明 湖北省咸宁市建筑材料工业协会 （437100） 邹 捷 武汉理工大学 （430071）摘要 ：本文探讨了采用挤压联合粉磨工艺的水泥管磨机细磨仓衬板的磨损机制及不同材质 衬板在细磨仓内的使用情况；论证了影响细磨仓衬板使用寿命的系统因素；推荐了用于管 磨机细磨仓衬板的抗磨材质。 关键词：磨料磨损 低应力划伤式磨损 联合粉磨 抗磨新材质。 前言 我国水泥工业发展势头迅猛，2007 年总产量约达 13.6 亿吨，其中新型干法水泥比例已占总 量的 55%。近几年，由

2、于新技术、新材料的不断涌现，水泥粉磨工艺有了长足的发展与进 步，随着粉磨设备大型化的同时，对水泥管磨机所选用的衬板材料也相应提出了更高的技 术要求。本文以挤压联合粉磨工艺中后续水泥管磨机细磨仓所用衬板为例，探讨影响其使 用寿命的系统因素及衬板抗磨材质的选取。 挤压联合粉磨工艺是指由辊压机与打散分级机（或 V 型静态选粉机）和管磨机（开路或闭 路）组成的高效节能型高细水泥粉磨工艺系统。在挤压联合粉磨工艺中，后续管磨机一仓 的破碎功能被辊压机和打散分级设备所取代，彻底改变了过去依靠破碎设备完成磨前物料 预处理，入磨物料粒度偏大、粉料少、不均匀、磨机一仓内尚需配用较大规格（80） 研磨体对物料进行二

3、次冲击破碎的局面。挤压联合粉磨工艺可确保入磨物料粒度1 （R80 20-40%、比表面积 170-210/kg）与不带辊压机预处理的普通粉磨流程相比，可使 系统增产 50-100%，电耗降低 20-30%。 1、水泥管磨机细磨仓衬板的磨损机制 本文探讨的是带有辊压机、打散分级设备的挤压联合粉磨系统中的水泥管磨机，管磨机细 磨仓是指开路粉磨流程的第二仓和第三仓，即过渡仓和细磨仓；闭路粉磨系统有设置单仓 和两仓的，但以设置两仓的居多，两仓磨中的第二仓为细磨仓。 从管磨机细磨仓衬板工作表面形状的分类来看，一般多采用小波纹、花纹平衬板及分级衬 板。开路磨第三仓多使用 14mm 以下微形研磨体，即使安装

4、小波纹衬板，尚需要设置 3- 5 道活化环，主要作用是充分激活研磨体对物料的磨细功能。细磨仓研磨体可以用微球， 也可以用微锻，但以用微锻的居多数。因所用研磨体尺寸较小，由此产生的冲击力也小， 研磨功能被强化。从管磨机运行中研磨体对衬板间的作用力及衬板受力分析得知：细磨仓 衬板磨损机制为低应力划伤式磨料磨损。细磨仓研磨体运动轨迹受衬板工作表面形状和磨 机工作转速的影响，其抛泻高度相对一仓较低，最外层的研磨体部分产生切向滑动、摩擦、 产生大量的声和热，若衬板的宏观硬度低，则不足以很好地抵抗磨料磨损，衬板会出现塑 性变形现象。 细磨仓衬板的磨损量与磨机工作转速有关。但磨机工作转速为一定值，一台磨机安

5、装完毕 后，其工作转速非人为不会改变，即保持良好的设计状态。不同厂家制造的同一直径、相 同长度（或不同长度）的磨机工作转速设计值差别较小（一般相差 0.5-1.5r/min，磨机直径 越大，相差越小） 。磨机工作转速快，研磨体对物料的冲击、研磨次数增加，生产效率高， 但衬板磨损量大，服役时间短，转速慢则反之。此外，衬板工作表面形状和结构形式及其 对研磨体的牵制和提升、抛落能力，将会显著影响磨机的生产效率。磨机运转中，衬板不 断受到研磨体在其工作表面上滚动、滑动及瀑布状抛泻、研磨时产生的摩擦力和周期性交 变应力。随着时间的推移，伴有衬板表层疲劳磨损和剥落，即衬板磨损量是时间的函数。当达到一定的磨

6、损值时，衬板被磨损、减薄，并导致粉磨效率下降，最终退出服役。 水泥粉磨过程中，必须严格控制入磨物料综合水份（2.0%） 。当水份增大，磨机台时产 量显著降低，衬板工作表面的磨损量增加。究其原因是水份溶解出被磨物料中酸性或碱性 介质对衬板表层产生化学腐蚀的缘故，加剧了衬板的溶蚀性磨料磨损，导致衬板使用寿命 缩短。 挤压联合粉磨工艺是当前水泥工业成熟而应用广泛的先进粉磨技术，是逐步向辊磨终粉磨 过渡时期的高效节电粉磨工艺。挤压联合粉磨工艺中的辊压机和打散分级设备取代了后续 管磨机一仓破碎物料的功能，即管磨机一仓所承担的破碎任务由挤压和分级设备全部完成。 经挤压后的入磨物料邦德功指数降低、易磨性显著

7、提高，使管磨机能够充分发挥其独具的 磨细能力。各仓使用的研磨体尺寸缩小，单个重量小，对衬板的冲击能力大大减小，衬板 表面所受冲击力下降。此时，对衬板材料机械性能的要求是提高其宏观硬度，适当降低冲 击韧性，使衬板能够有效抵抗研磨体机对其工作表面产生的低应力划伤式磨料磨损，从而 提高衬板使用寿命。 细磨仓衬板的磨损受粉磨温度的影响较大。尤其在夏季，磨内温度有时达到 120以上， 材料受热后体积膨胀，衬板间挤压延展，产生塑性变形的同时，工作表层有软化的趋势， 磨料磨损效应加剧。 细磨仓衬板的使用寿命与被磨物料的显微硬度密切相关。新型干法窑采用物料预分解技术， 分解反应在窑外系统已基本完成，所烧制的熟

8、料强度高，且内部结构致密，显微硬度高 （HV480-650，平均 HV550 左右） 。由于配料方案各异，熟料矿物组成不尽相同。其中， C3S 含量高、C4AF 低的熟料易磨性好，而 C2S 和 C4AF 含量高的熟料或粒度不均齐时均 表现出易磨性差。此时，细磨仓衬板承受磨料磨损和塑性变形两种失效机制以及在较高粉 磨温度下低应力划伤式磨损的叠加效应，相同材质的衬板使用寿命远低于生料磨机细磨仓 衬板。以某厂 2.26.5m 生料、水泥磨机为例，工作转速均为 21.4r/min，细磨仓均采用 厚度 55mm 的普通白口铸铁（HRC50-55，K3J/cm2）小波纹衬板，生料磨使用五年后 整体退役，

9、而水泥磨只用了两年就淘汰更换，使用寿命相差 2.5 倍。由此可见，被磨物料 的显微硬度高、易磨性差及磨内粉磨温度高，衬板的使用寿命明显缩短。 不同材质的耐磨材料，用于不同规格的磨机及粉磨不同的物料，其衬板磨损量完全不同， 即使用寿命不同。冶金、选矿行业的磨机衬板和研磨体的磨耗量均大于水泥行业的管磨机， 相同材质的衬板的使用寿命只有水泥磨机的 。而电力行业煤磨机衬板及研磨体消耗又明显 低于水泥行业管磨机。除所用衬板、研磨体材质不完全相同外，另一个关键因素就是被磨 物料的显微硬度和易磨性与水泥厂物料完全不同。 现阶段，挤压联合粉磨工艺配置的后续管磨机直径大都3.2m。据了解，某新型干法水 泥厂采用

10、挤压联合粉磨工艺的 3.213m 三仓开流高细水泥磨，工作转速 17.6r/min，台 时产量 85t/h。细磨仓衬板和研磨体材质均为高铬合金白口铸铁，衬板工作表面形状为小波 纹，研磨体为 14-8mm 微锻，细磨仓衬板已连续使用六年多时间，观察其工作表面形 状仍较清晰、完好，预计使用寿命可达真十年以上。 2、延长水泥管磨机细磨仓衬板使用寿命的技术措施 按材料科学理论分析可知：硬度越高的材料越耐磨，但耐磨性能好的材料，其韧性指标则 较差。当弄清了水泥管磨机细磨仓衬板的受力及磨损机制后，即可采取相应有效的抗磨技 术措施，包括合理选取机械性能优良的耐磨材料以及对衬板工作表面形状和抗磨层厚度进 行优

11、化设计，可显著提高细磨仓衬板的使用寿命。现以挤压联合粉磨工艺系统中的后续管 磨机为例，探讨提高细磨仓衬板使用寿命的技术途径： 2.1 合理选取高硬度衬板材料 从某种意义上讲,在特定的磨损机制下,材料的硬度决定其抗磨损能力,硬度越高,则磨损量越小,即耐磨性能越好;而冲击韧性是决定材料抵抗冲击破损能力的重要技术指标,冲击韧性越 好,破损率越低,但抗磨性能差。 如前所述，挤压联合粉磨工艺后续管磨机一仓（破碎仓）的功能由辊压机和打散设备所取 代，被磨物料经循环挤压、打散分级后的粒度均1mm，管磨机不再承担对物料的破碎， 粉磨机制转变为以研磨功能为主，各仓级配选择时研磨体平均直径缩小，单个重量变轻， 相

12、对大直径研磨体而言，对衬板的冲击能力明显降低。衬板应选用高硬度（HRC55 或HRC60） 、较低冲击韧性（K3J/cm2）材料，方能满足抗磨技术要求。 据资料介绍：我国江南水泥厂 20 世纪 40 年代引进的一台磨机二仓（细磨仓）衬板材质为 马氏体镍硬白口铸铁（Ni-Hard 国际上公认的第二代耐磨材料，宏观硬度 HRC60-67） ，使 用近 50 年仍未退役。1由此可见，根据管磨机各仓粉磨作业特性和被磨粉料特征及研磨 材质、规格尺寸等因素综合分析，合理选用高应度抗磨衬板材料对提高衬板使用寿命是非 常重要的。即按需选材。此外，挤压联合粉磨工艺中所配置的后续管磨机长度一般在 12m 以上，其

13、中细磨仓长度比例大都占总有效长度的 60%略多。也就是说，这个长度范围内的 最大研磨体直径一般小于 30mm。粉磨作业过程中，占管磨机有效长度 30%左右的一仓 内所用的最大研磨体直径大都50mm，对衬板产生的冲击功较小；主要功能突出于粗 研磨，衬板材料的抗磨损的能力依靠高硬度提供抗磨保证，而韧性指标为其次。 目前，国内大中新型干法水泥企业成品制备工序的水泥管磨机衬板和研磨体材质多数选用 第三代耐磨材料一高铬合金白口铸铁，即衬板和研磨体为同一抗磨材质，以达到最佳配副 的目的。(国内高铬合金白口铸铁磨球的磨耗量已达到30g/t-c 的水平。粉磨作业中,与相 同材质的衬板都具有良好的表面光洁度)。

14、高铬合金白口铸铁的宏观硬度高 (HRC58-67),冲 击韧性好(K37J/cm2),但用于磨机一仓时尚需在铸造过程中缩小其工作尺寸,即减小其受 力面积,通常将两孔的大块衬板改为单孔的小块衬板,能够有效抵抗研磨体的小能量多冲击效 应,提高衬板使用寿命。在衬板安装时,衬板背面与磨机筒体之间应充填一定的缓冲材料（如 废旧的运输皮带）,再进行螺栓联接。 2.2 采用闭路粉磨技术 开路粉磨流程始终存在部分物料“过粉磨“现象，磨内物料流速较闭路流程慢，且出磨成品 温度较高，夏季时更甚，磨内包球、包锻时有发生。采用挤压联合粉磨工艺的后续管磨机 配用高效选粉机组成闭路循环，相对开路流程而言，不但能使系统产量

15、再提高 30%50%， 降低粉磨电耗 38kwh/t，而且因选粉后的回料入磨产生的部分“缓冲垫“作用，能够显著减 少衬板的磨损量。同时，经过选粉机分选后的出磨成品温度也大大降低。 2.3 严格控制入磨粉料水份 生产实践证明，入磨粉料水分对管磨机粉磨效率的影响程度大于粒度因素。一般来说，入 磨物料综合水份2.0%,粉磨设备能够保持良好的稳产、高产状态。在此基础上,入磨物料 水份每增加 1%,磨机台时产量降低 15%30%,粉磨电耗增加 10%20%;入磨物料水份大造成 的后果不仅仅是管磨机系统产、质量的下降，而且还会引起衬板磨损效应显著增大，水份 在衬板工作表面产生一定的化学腐蚀，导致衬板的磨损

16、量增加，使用寿命缩短。实际生产 中，必须严格控制入磨物料综合水份在 2.0%以下。 2.4 管磨机工作转速的影响 管磨机的工作转速是影响粉磨系统产、质量的重要设计指标之一。相同直径、长度（或不 同长度）的管磨机工作转速快，研磨体对物料的冲击、研磨次数增加，系统产量高，产品 细度好、粉磨电耗低，但同时衬板，研磨体及传动齿轮的磨损会明显加剧。国内管磨机的 转速率 q 的设计值一般介于 74%78%左右。q 值增加，在系统产量提高的前提下，衬板的 磨损量却显著增大。以某厂两台 1.836.4m 开路水泥磨机为例,细磨仓衬板同时安装使用 厚度 40mm 的高锰钢(ZGMn13)花纹平衬板,其中一台工作转速 23.9r/min,转速率 q 为 74.6%,台时产量 6.5t/h；另一台工作转速 26r/min，转速率 q 为 81%，台时产量 7.8t/h,两台磨机产 量相差 20%。运转一年后,转速慢的磨机细磨仓衬