陳代彥

(中建材(合肥)粉體科技裝備有限公司)

目前高壓輥磨機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金礦山、化工、建材水泥等領(lǐng)域的超細(xì)碎作業(yè)，具備高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。高壓輥磨機(jī)常用來(lái)擠壓粉碎難磨物料如鐵礦石、鋼渣、石英礦等，輥面通常采用鑲嵌硬質(zhì)合金柱釘?shù)姆椒ūＷC輥面的耐磨性。當(dāng)高壓輥磨機(jī)柱釘輥面出現(xiàn)不均勻磨損時(shí)，會(huì)影響輥磨效果，降低柱釘輥面工作效率，不利于正常生產(chǎn)[1-2]。

1 存在問(wèn)題

高壓輥磨機(jī)包含2個(gè)輥?zhàn)?，物料從兩輥中間喂入，通過(guò)兩輥相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)物料施加壓力。被粉碎的物料受擠壓形成密實(shí)的料床，從兩輥下方進(jìn)入下一道工序。正常運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，柱釘輥面會(huì)有不同程度的磨損，邊緣效應(yīng)又會(huì)導(dǎo)致輥面寬度中間部位磨損大、邊緣磨損小，使得兩輥在寬度方向上的間距不一致，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致中間部位的物料不經(jīng)擠壓便直接進(jìn)入下一道工序。因此在高壓輥磨機(jī)柱釘輥面仍有較長(zhǎng)工作壽命時(shí)，輥磨工作效率急劇下降。在柱釘輥面使用后期，如何提高輥面工作效率是很多廠(chǎng)家面臨的問(wèn)題。高壓輥磨機(jī)工作原理示意見(jiàn)圖1。

2 輥面不均勻磨損原因分析

高壓輥磨機(jī)輥面在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，物料在重力作用下由上至下運(yùn)動(dòng)，與輥面接觸的粗顆粒物料與輥面之間存在切向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。物料重力作用在輥面上，從而產(chǎn)生摩擦力。在進(jìn)入壓力曲線(xiàn)的拉入角區(qū)域內(nèi)，料餅厚度逐漸變薄。若不考慮兩輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速差，那么在該區(qū)域內(nèi)物料和輥?zhàn)又g的相對(duì)速度基本為零。在強(qiáng)大的擠壓力作用下，輥面會(huì)出現(xiàn)擠壓凹坑的現(xiàn)象，這些累積的凹坑會(huì)造成輥面疲勞磨損。

圖1 高壓輥磨機(jī)工作原理示意

通過(guò)在輥面材料上使用碳化物、硼化物或氮化物等硬質(zhì)相可有效減少物料顆粒對(duì)輥面造成的磨損，硬質(zhì)相的尺寸、形狀和分布與高壓輥磨機(jī)物料顆粒度需滿(mǎn)足一定的關(guān)系。如果有擠壓凹坑，則需要減小單個(gè)硬質(zhì)相之間的距離，因此要有較高的硬質(zhì)相體積分?jǐn)?shù)。若兩輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速不相等、存在相對(duì)滑移的情況，輥面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重微切削、微犁溝等損壞現(xiàn)象。

根據(jù)高壓輥磨機(jī)輥面磨損機(jī)理，近年來(lái)開(kāi)發(fā)出了硬質(zhì)合金柱釘輥面(圖2)。將由鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金燒結(jié)而成的圓柱體鑲嵌在輥套母體內(nèi)，形成硬質(zhì)相，硬度高達(dá)HRC67。柱釘與柱釘之間的空隙由物料中的細(xì)顆粒填滿(mǎn)，從而形成料襯保護(hù)輥套母體。柱釘輥面的優(yōu)點(diǎn)在于其耐磨性能好、一次性使用壽命長(zhǎng)、日常修護(hù)工作量少，目前已在許多行業(yè)內(nèi)得到應(yīng)用。

由于高壓輥磨機(jī)邊緣效應(yīng)(圖3)，在擠壓物料時(shí)，輥?zhàn)又虚g承受的擠壓力比兩端大。隨著時(shí)間的積累，輥面中間的磨損比兩端要明顯嚴(yán)重(圖4)。到磨損后期，兩輥中間的間隙因過(guò)大而形成不了料層，高壓輥磨機(jī)擠壓效果變差，只有通過(guò)調(diào)整兩輥的原始輥縫來(lái)縮小中間間隙。由于兩端磨損少，調(diào)整到一定程度時(shí)兩輥端面會(huì)碰撞，此時(shí)仍滿(mǎn)足不了中間料層形成的條件，從而影響高壓輥磨產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備穩(wěn)定性。

圖2 柱釘輥面照片

圖3 高壓輥磨機(jī)邊緣效應(yīng)

圖4 柱釘輥面使用后期不均勻磨損

傳統(tǒng)的堆焊輥面可以對(duì)磨損的輥面區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。柱釘輥面是將一定長(zhǎng)度的圓柱狀硬質(zhì)合金柱釘鑲嵌在輥面母材的圓柱孔中，以滿(mǎn)足輥套的強(qiáng)度和硬度要求，但輥套母體材料焊接性能差，同時(shí)柱釘使用的鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金不具備堆焊性能，因此柱釘輥面需要解決輥面磨損后期如何修復(fù)不均勻磨損的問(wèn)題。

造成輥面不均勻磨損的原因還有操作不當(dāng)、穩(wěn)流稱(chēng)重倉(cāng)物料離析等。部分用戶(hù)通過(guò)調(diào)整穩(wěn)流倉(cāng)下方設(shè)置的手動(dòng)棒閘開(kāi)度來(lái)調(diào)整高壓輥磨機(jī)的通過(guò)量，如只打開(kāi)中間的手動(dòng)棒閘，會(huì)造成輥?zhàn)又虚g通過(guò)的物料多、兩端只有稀疏的物料通過(guò)，從而造成輥?zhàn)幽p不均勻。物料離析主要是工藝管路設(shè)置不合理導(dǎo)致入穩(wěn)流倉(cāng)的新鮮配料與循環(huán)物料沒(méi)有充分混合引起的。

3 處理方法

大型高壓輥磨機(jī)使用的鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金柱釘達(dá)數(shù)萬(wàn)顆，可修復(fù)性能差，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟可靠的處理技術(shù)。若通過(guò)更換柱釘輥套來(lái)恢復(fù)高壓輥磨機(jī)工作效率，不但費(fèi)用高，而且報(bào)廢的舊輥套也會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)充分調(diào)研與討論，決定采用磨削的辦法解決輥面磨損不均勻的問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)出柱釘輥面磨削裝置。由于高壓輥磨機(jī)操作空間有限、吊裝困難，必須設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)用于磨削的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，并且整個(gè)裝置要安裝簡(jiǎn)單、輕便，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)磨削。

柱釘輥面磨削裝置主要由測(cè)量輥面磨損數(shù)據(jù)的測(cè)量裝置、磨削片、驅(qū)動(dòng)磨削片的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、牽引磨削片沿輥?zhàn)虞S向移動(dòng)和徑向移動(dòng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)和自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)組成，根據(jù)柱釘輥面輥?zhàn)觾啥嗣婺p小、中間磨損大的磨損特征，柱釘輥面磨削裝置解決問(wèn)題的關(guān)鍵是將輥?zhàn)觾啥烁叱龅牟糠种斈ハ鞯簟樘岣吣ハ餍?，將磨削裝置設(shè)計(jì)成輥?zhàn)觾啥嗣嫱瑫r(shí)進(jìn)行、可以獨(dú)立操作的形式(圖5)。

圖5 柱釘輥面磨削裝置示意

由于柱釘硬度高，普通的磨削片效率低、損耗大。通過(guò)多次模擬磨削試驗(yàn)，比較不同類(lèi)型磨削片的磨削及消耗效率，選擇合適的磨削片結(jié)構(gòu)、尺寸和磨料種類(lèi)、粒度及硬度、結(jié)合劑種類(lèi)。柱釘輥面磨削裝置進(jìn)給機(jī)構(gòu)可根據(jù)柱釘輥面的磨損數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)磨削范圍。目前，該磨削裝置已在許多高壓輥磨機(jī)使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行柱釘輥面磨損的后期處理。

4 應(yīng)用實(shí)踐

包頭市石寶鐵礦集團(tuán)有限責(zé)任公司年采礦400萬(wàn)t，2014年采用1套HFKG160-140高壓輥磨機(jī)對(duì)選礦工藝系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。選礦廠(chǎng)原有12條老生產(chǎn)線(xiàn)，精簡(jiǎn)改造成1條新生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)鐵精粉產(chǎn)量130萬(wàn)t/a。HFKG160-140高壓輥磨機(jī)自投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，輥面壽命超出預(yù)期，至2018年6月初，該柱釘輥面已累計(jì)帶料運(yùn)行近20000h。此后運(yùn)行狀態(tài)有下滑趨勢(shì)，運(yùn)行電流從額定電流的75%左右下降至60%，擠壓效果明顯變差，高壓輥磨系統(tǒng)產(chǎn)品產(chǎn)率和質(zhì)量較之前有較大的下降趨勢(shì)。通過(guò)調(diào)整原始輥縫，工作壓力也達(dá)不到正常水平。停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)柱釘輥面出現(xiàn)磨損不均勻現(xiàn)象，中間磨損大、兩端磨損小，兩輥中間間隙大，形成不了料餅。2018年6月中旬采用新開(kāi)發(fā)的柱釘輥磨削裝置對(duì)柱釘輥面進(jìn)行磨削處理(圖6)。

圖6 高壓輥磨機(jī)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)磨削柱釘輥面

經(jīng)測(cè)量，輥?zhàn)觾啥嗣娓叱鲋虚g約20 mm，因此對(duì)高出部分柱釘進(jìn)行磨削處理。處理后，高壓輥磨機(jī)擠壓效果明顯改善，恢復(fù)到之前較為理想的狀態(tài)。自修復(fù)以來(lái)，該輥面又運(yùn)行了2 000 h。按照目前輥面狀況，該輥套使用壽命預(yù)計(jì)可達(dá)25 000 h以上。磨削裝置的使用可提高柱釘輥面的使用價(jià)值，能延長(zhǎng)輥面使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié) 論

柱釘輥面硬度大、耐磨性能好，能形成料襯保護(hù)輥套母體。但在使用后期，由于高壓輥磨機(jī)的邊緣效應(yīng)和穩(wěn)流稱(chēng)重倉(cāng)物料離析等原因造成輥面磨損不均勻，且呈兩端磨損小、中間磨損大的磨損特征，影響高壓輥磨機(jī)輥磨產(chǎn)品產(chǎn)率與質(zhì)量。

通過(guò)應(yīng)用柱釘輥面磨削裝置對(duì)磨損不均勻的柱釘輥面在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線(xiàn)磨削，可恢復(fù)輥面的均勻性和擠壓效果，延長(zhǎng)柱釘輥面的使用壽命，避免更換新輥套帶來(lái)的高昂成本和資源浪費(fèi)，從而提高生產(chǎn)效率，節(jié)省資源。