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1、1高硬磨辊的研究工作高硬磨辊的研究工作Research of Highly Hard Rolls北京制粉研究所（北京市 100067） 窦履豫山东利江科技公司（高唐县 252800） 任光利摘摘 要：要：采用等离子弧加热激冷自淬硬的高硬磨辊，具有较高的硬度和耐磨性，用于磨粉机可取得延长更换周期、节约用电和改善制粉工艺等效果。根据用途不同，高硬辊有粗牙、细牙、超细牙和网纹四种。高硬辊的研究工作的艰巨性、复杂性和长期性。关键词：关键词：高硬磨辊 激冷淬硬 表面改性 两熔三变1磨辊发展研究的新突破磨辊发展研究的新突破百余年来制作磨粉机磨辊的材料，一直沿用耐磨和切削性能较好，价格不贵的激冷铸铁。科学技
2、术不断发展，各种性能优良的新型材料不断湧现，但迄今尚未有能同时滿足上述三项基本要求条件，可以替代激冷铸铁制作磨辊的其他材料。国内外都曾有人研究过用淬火钢制作磨辊，但由于热处理变形和磨损后难以再加工等原因，均未能取得成功。多年来激冷铸铁磨辊的生产技术不断改进，例如冶炼由冲天炉改为电炉，合金铸铁的配方不断优化，电脑自动化浇注代替人工操作，毛坯经热处理加工等，使得磨辊的各项性能明显提高。目前国内外生产的优质磨辊，主要不足之处是耐磨性仍不够理想，因磨损而需更换的周期较短。山东利江科技发展公司任光利创新发明，已取得国家专利技术制作的高硬磨辊，突破了激冷铸铁磨辊的硬度、耐磨性，与切削加工性难以兼顾的矛盾。
3、高硬磨辊是应用等离子高温电弧和金属表面改性两项新技术，使磨光和拉丝后的激冷铸铁磨辊，表面生成一层硬度和耐磨性很高的薄膜。当磨辊使用后需要更换时，厚度以 m 计的硬膜已基本被磨损，再次进行磨光拉丝并不困难。利江公司加工的高硬磨辊，已在济南民天、德州中粮鲁德、北京古船、河北金沙河等几十家粉厂的前路皮、心磨上，进行了数年的生产运行考核。试用的效果虽然各厂不尽相同，但总的情况是不仅耐磨性提高，磨辊的更换周期明显延长，而且还可以改善研磨效果和节约用电。2 硬化基本原理硬化基本原理2高硬磨辊曾被称为“等离子磨辊” ，原因是加工的基本工艺是采用高温的等离子弧，快速扫描加热辊体后自激冷淬硬，改变了表层铸铁的技
4、术特性。等离子电弧与一般焊接用的自由电弧的物理本质相同，主要区别是前者的电离程度和电弧温度更高。自由电弧经过机械压缩、热收缩和电磁收缩后形成的等离子弧，温度不难达到 23 万，能量密度超过 105 W/cm2。用等离子弧扫描加热磨辊的线速度高达几十 m/min，辊体表面加热升温和降温淬硬的时间以 ms 计，在短暂的瞬间表层金属产生了一系列的巨大变化。高硬磨辊热处理表面改性淬硬的温度高、时间短、硬层薄、变化大，使得有关工艺参数的检测和掌握都很困难，历经多年的研究探索，处理的质量方趋于稳定。初步分析处理的基本原理是在短暂的瞬间，磨辊的表面产生了“两熔三变”的复杂变化。两熔是熔铸和熔凝，三变是几何形
5、状、化学成分和金相组织的变化。熔铸是表面金属受高温熔化后，重新凝固时改变了原有的形状，齿辊表现为齿顶棱角处熔化后重新凝固为弧形，光辊则是光洁的表面熔化凝固后粗糙度增大。熔凝是金属表面快速熔化重新凝固后形状未变，但组织细化、硬度增大、偏析减少。形状变化是熔铸的结果。化学变化是铸铁中各种元素的氧化烧损，其他元素的渗入，改变了铸铁表面原有的化学成分。金相组织变化是表层金属快速加热激冷淬硬后，表层铸铁由亚共晶体转变成共晶和过共晶体等变化。3 硬度和耐磨性硬度和耐磨性高硬磨辊的硬度检测困难，因为淬硬处理后表面的粗糙度大，不适合通用的里氏硬度计检测，经表面抛光处理后表面硬层消失，不能再测得原有的表层硬度。
6、用划痕比较法检测的结果表明，用锯条和锉刀均不能损伤硬化的表面，只有用锋利的拉丝刀尖猛划，才能呈现很浅的划痕，因此可以推测高硬层表面硬度约为 6070HRC。在材料学中硬度和耐磨性是两种不同的物理量。耐磨性通常用失重对比法，求得两种不同材料耐磨性的相对值，检测很不方便，所以磨辊的技术标准中用硬度间接反映耐磨性。磨辊要求硬度和耐磨性的目的是为延长更换周期，因此可以根据高硬辊与普通辊使用周期的对比，推断表面改性处理后耐磨性的变化。表 1 是民天厂在 1 皮和 2 皮磨粉机上，进行高硬辊和普通辊耐磨性对比试3验的情况。从表中不难看出，高硬辊的耐磨性明显提高，用于 1 皮时的更换周期约可延长 35 倍。
7、目前民天厂的皮磨除留少数普通辊供对比外，其他都己采用高硬辊。表 1 高硬辊与普通辊耐磨性对比试验系统磨辊种类安装日期更换日期使用周期南2005.10.19.2007.03.03.16 月 15 天北高硬辊 2005.04.10.2006.04.05.11 月 25 天1皮磨中 普通辊2006.07.17.2006.11.04.3 月 18 天南2005.08.31.2007.03.03.17 月 3 天北高硬辊 2005.04.10.2006.07.17.20 月 27 天2皮磨中普通辊2006.07.17. 2006.06.20.11 月 3 天4应用于前路皮磨应用于前路皮磨高硬粗牙齿辊用于
8、前路皮磨不仅延长了更换周期、减少磨损和降低折旧费用，还可以改善研磨效果和节约用电。表 2 是民天厂 1 皮磨高硬辊和普通辊研磨效果对比的数据，两对辊均为 8 月 11 日更换，入磨麦中硬质麦 83%、软质麦17%。从表中不难看出高硬辊与普通辊比较，在电机负载电流基本相同的条件下，高硬辊的剥刮率高、造渣量多、取粉率低，而且渣与面的灰分都较对比的普通辊低，可以间接表明 18W 以上的大麸片更为完整。渣多、面少、麸片完整，无疑更有利于提高前路心磨的流量和质量，增加优质面粉的出率。表 2 1 皮研磨效果对比表1 皮北配用普通磨辊1 皮中配用高硬磨辊 磨下物粒度 占入磨物% 灰分 % 水分 %占入磨物%
9、 灰分 %水分 %18w 下 22 24.710.5mm 8.9 1.06 13.9 10.4 1.014.70.50.3mm 6.9 0.96 15.8 8.2 0.57 15.20.30.2mm 2.0 0.55 13.8 2.2 0.53 13.60.20.112mm 1.6 0.65 14.4 1.9 0.51 13.612XX 下 2.6 0.71 13.8 2.0 0.69 13.34电机电流（A）36.236.4以上所述是根据 2004 年测定资料的分析结果。历经 3 年后有关人员经反复研究又重新认识到，高硬辊不仅可以改善研磨效果，而且还有明显的节电作用。因为在这 3 年期间，隨
10、着高硬辊应用数量的增多和制粉工艺的改进，生产线的产能由 300 t/d 增至 380 t/d，吨粉耗电降低了 12 kWh，高硬辊的作用不容勿视。节电的效果突出表现于 1 皮和 2 皮的八辊磨，因为这两道磨占磨粉机总用电量的 1/3 左右，且与工艺改进无关。当产量提高磨粉机的流量相应增大后，八辊磨的剥刮率和电动机的电流基本未变，单位产能的耗电量必定相应减少，从而取得吨粉耗电降低的效果。5延长磨辊的高效期延长磨辊的高效期为什么历经 3 年才认识到高硬辊的节电效果，有关人员认为原因是多方面的，其中最主要的原因是磨辊更换周期大幅度延长后，研磨效果的变化必须经一定时期才能体现。皮磨磨辊的使用周期中，大
11、致可分为三个阶段：新换上有一段“磨合期” ，以后进入“高效期” ，最后进入“衰钝期” 。这 3 个期限虽然无明显界限，却是普遍的规律。前路皮磨应用高硬辊可以大幅度延长磨辊的高效期，是取得节电效果的重要原因。以 l 皮磨为例，普通磨辊的使用周期大致为 3 个月，扣除磨合期与衰钝期后，高效期约为 2 个月。如以 1 年换用 4 次计算，则全年的高效期约为 8 个月。高硬磨辊因为齿顶平面无棱角所以不存在磨合期，又因使用周期长 1 年内尚未进入衰钝期，所以新换辊可以取得全年 l2 个月均为高效期的优良效果。高效期长是高硬辊取得节电效果的重要因素，尚应作更多的对比试验，以取得精确的数据。6 用于前路心磨
12、用于前路心磨用于心渣磨的高硬辊，虽然已经多年生产运行考核效果良好，但因牵涉到快慢辊速比的改变，磨辊清理装置如何相适应等问题，发展应用的经验尚不够成 熟。目前已开发研制成的有高硬细牙辊、高硬超细牙辊和网纹辊三个不同品种，研磨的强度依次降低。这三种磨辊分别是拉丝或磨光后，再经等离子弧扫描加热淬硬的。细牙和超细牙辊处理的效果与用于皮磨的粗牙辊相似，齿尖被熔钝成为弧形，有利于减少麸片的破碎。网纹辊因扫描加热的轨迹为相互交叉5的，左右旋螺纹形成的网状而得名，处理后表面的粗糙度明显大于喷砂处理后的光辊，但对物料的破碎能力低于普通齿辊。高硬的细牙辊和超细牙辊用于 1 心磨，也呈现良好端倪。北京佳嘉禾、济南民
13、天两厂的试验表明，高硬细牙辊与普通粗面光辊的对比，高硬辊不仅产能增加，而且单位电能的取粉量（kg/kWh）增为对比普通辊 1.54 和 3.03 倍，磨下物的温度明显偏低，节电效果突出。多家粉厂 1 心磨对比试验的结果表明，高硬辊取粉的灰分和白度并不逊于粗面光辊。为什么心磨改用齿辊并未影响面粉的质量，初步分析原因很可能是钝顶的细牙缓和了磨辊的剪切力，两辊间的轧距的增大有利于小麸片顺利通过保持完整。高硬细牙辊快慢辊的速比经多次试验比较，以 1.8:1 至 2:1 为宜，过高或过低的效果不佳。7 大量应用高硬辊大量应用高硬辊山东无棣县雪塔面粉公司是大量采用高硬辊进行技改，取得优良效果的中小型粉厂。
14、该厂的设备简陋，生产线的主机是由多种牌号的老旧设备拼凑组成。磨粉机为 XK2 2501000 两台、FMFQ 250600 四台和 FMFQ 220500 两台，高方筛为 FSFG 422 三台和 FSFG 622 一台，清粉机为 FQFD 4923 和FQFD 4922 备一台。2005 年 6 月开始采用高硬辊改进制粉工艺后，取得产量提高、耗电降低、面粉灰分降低、精粉比例增大等优良效果。技改前后的生产指标如表 3 所示。表 3 技改前后生产指标对照表技改前（5 月份）技改后（9 月份）项 目综合出粉率（%）主品种出粉率（%）灰分（%）综合出粉率 （%）主品种出粉率（%）灰分（%）特精粉74
15、.556.00.5874.564.00.57特一粉74.00.6874.573.00.61富强粉74.567.50.6474.768.50.59产品种类高筋粉75.00.7474.80.67产量130 t/d145 t/d工艺效果电耗 55 kWh/t 麦 46 kWh/t 麦6容重746g/l735g/l水分15.3%15%净麦质量硬质率36%32%8 经济效益分析经济效益分析高硬磨辊的加工费用是普通磨辊的 23 倍，但由于使用周期长、折旧费用低、节省磨粉机耗电和改善工艺效果，所以应用后仍可取得可观的经济效益。不难理解，高硬辊的使用周期大约是普通辊的数倍，所以按月分摊计算的加工费用低于普通辊
16、。高硬辊使用更换的周期长，还可以降低因再加工磨光的折旧费。以 1 皮的磨辊为例，每磨光一次直径的缩减量约为 2.5 mm，一般 250 mm 磨辊直径允许的缩减量约为 15 mm，磨光拉丝 6 次后即将因直径过小而报废。如每根磨辊的售价为 4500 元，则每磨光拉丝一次的折旧费约为 750 元。可见前路皮磨采用高硬辊后，磨辊的折旧费用可以大幅度降低。磨粉机采用高硬辊后，还可以降低耗电和改善工艺效果，取得更多的经济效益。高硬辊每取粉 1kg 所需要的电能，约为粗面光辊的 0.30.5 倍。1 心磨的耗电量约为吨粉耗电的 5.5%，所以采用高硬辊后吨粉耗电至少可降低 2.75 kWh/t。以产能为 200 t/d 的面粉生产线为例，当出粉率为 75%，吨粉耗电为70kWh/t
