耐磨材料在立磨中的應用_圖文

1、耐磨材料在立磨中的應用李柏林敬清海魏玉波成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司(610021摘要:磨損已成為影響立磨運行可靠性和壽命的重要因素,根據(jù)不同部位的不同磨損機理,結(jié)合各種耐磨材料各自的特點,針對性地選擇適宜的耐磨材料進行防磨處理,才能經(jīng)濟而有效的提高立磨的綜合抗磨損能力,從而提高設備的整體壽命和可靠性。關(guān)鍵詞:耐磨材料抗磨損立磨可靠性壽命0前言基于非完全限定料床擠壓粉碎原理的立式輥磨(簡稱立磨,由于具有粉磨效率高、結(jié)構(gòu)緊湊流程簡單的優(yōu)點,近年來在建材、冶金、電力等行業(yè)得到了大量應用,尤其是在水泥行業(yè),不僅應用于生料磨、煤磨大有取代傳統(tǒng)球磨機的勢頭,應用于礦渣及水泥粉磨方面也得到了長足的發(fā)

2、展。作為粉磨設備,立磨內(nèi)部不僅有塊狀、顆粒狀物料的沖擊、擠壓、摩擦,還要承受含塵氣流的沖刷,機體磨損在所難免。而磨損會造成磨機產(chǎn)量降低、運轉(zhuǎn)率降低、工件更換或維修頻繁、能耗增加等。在如此復雜而惡劣的工況下,如何針對不同部位的不同磨損機理選用適宜的耐磨材料和抗磨方式,有效各機件的抗磨損能力,從而提高立磨整機的壽命和可靠性,成為立磨設計、制造和運行過程中一個重要的課題,本文將就此問題作一簡述和分析,以供參考和探討。1常用耐磨材料的簡介耐磨材料行業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已開發(fā)和生產(chǎn)出了涵蓋金屬材料、非金屬材料、復合材料等各種成分、形式與性能各異的各種耐磨材料。常見的耐磨材料有料墊、鑄石、合金鋼板、復合鋼

3、板和陶瓷材料等等,關(guān)于各種耐磨材料的性能在同類論文都有詳細的介紹,這里不做詳述。尺有所短,寸有所長,目前還沒有哪種耐磨材料是完美的或是萬能的,各種耐磨材料都各有所長同時又有各自的局限性,為便于比較和選擇,在此將它們在實際應用中大致的性能表現(xiàn)比較集中的概括于表1中,僅供參考,表中A表示該方面指標最佳,B、C、D、E依次降低。表1常用耐磨材料特性比較項目耐磨性能加工性能施工工藝性可靠性經(jīng)濟性耐磨材料料墊B A A B A鑄石D B C C B錳鋼板F B B B A耐磨鑄鐵C C C B B堆焊(復合鋼板B B B B C熱噴涂C B B B D滲碳C C B A C耐磨鋼板E B A A B耐磨

4、陶瓷片A B C B B耐磨陶瓷涂料C A A A B2立磨用耐磨材料的合理選用立磨耐磨材料的選擇是一個系統(tǒng)而復雜的過程,根據(jù)不同部位物料流的顆粒度及磨損機理分析,針對性地選擇適宜的耐磨材料進行抗磨處理,有效地提高立磨的綜合抗磨損能力,延長系統(tǒng)維護時間周期,降低運行成本,提高立磨運轉(zhuǎn)效率,從而提高設備的整體壽命和可靠性。下面針對立磨的各個部位具體情況,按照立磨部件從上到下的順序,結(jié)合實例分析一下如何選用適宜的耐磨材料。2.1分離器殼體位于立磨最頂部的分離器殼體,受到的磨損比較單一,基本完全是含塵氣流沖刷造成的風蝕磨損。該處形狀不大規(guī)則,不便采用鋼板材料制作襯板,如采用作為非金屬材料的耐磨陶瓷片

5、,其理論壽命可達10年以上,但由于陶瓷片需要粘貼固定,立磨出口溫度通常在90左右,粘接劑性能會有一定降低,而立磨工作時始終處于振動之中,這樣的環(huán)境下耐磨陶瓷片極易發(fā)生局部脫落導致殼體磨穿,另外,陶瓷片對接處存在縫隙,風蝕磨損容易在縫隙處滲透,所以,實際應用效果不佳。目前最為適宜的材料是耐磨陶瓷涂料,它對于殼體形狀的適應能力很強,可以做到完全沒有尖角和縫隙,因此可以獲得較長的使用壽命,磨損后在磨內(nèi)進行修補即可,見下圖一是分離器殼體耐磨陶瓷的涂料的施工圖片,圖二是使用一年后的磨損效果圖片,從圖上看,涂層表面平整,未見涂層脫落或嚴重磨損,由此可見陶瓷涂料用于分離器殼體抗磨處理可靠性高。 圖一耐磨陶瓷

6、施工圖圖二分離器殼體使用一年后圖片2.2分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子葉片處于粗粉物料和細粉物料的主要分離區(qū)域,在承受一定物料沖擊的同時,運動中還受離心力和振動的影響,不能采用耐磨陶瓷片或耐磨陶瓷涂料等,因此,目前較適宜的材料是耐磨鋼板,其可加工性和可焊性都較好,并且是全厚度同等硬度,可以抵御兩面的同時磨損,即使磨損厚度很大只要滿足機械強度要求就仍可繼續(xù)使用,材料利用率高于50%。圖三是采用HB>400的耐磨合金鋼板制作的轉(zhuǎn)子,在使用一年以后轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完整,抗磨效果好。轉(zhuǎn)子部件中的各種連接鋼管及護套管,直徑一般不超過200mm,無法利用耐磨鋼板卷制,耐磨陶瓷片或耐磨陶瓷涂料又易脫落而不適宜選用,較可行的是

7、采用20鋼管進行滲碳處理,滲碳層深度可以達到24mm,使用效果較好。轉(zhuǎn)子主軸若采用內(nèi)部心軸轉(zhuǎn)動外部軸承套固定的結(jié)構(gòu),其軸承套采用耐磨陶瓷涂料即可獲得良好保護。但若是空心軸直接懸吊結(jié)構(gòu),因其需要轉(zhuǎn)動,離心力和振動作用下耐磨陶瓷涂料可能發(fā)生松脫,因此采用鎳基碳化鎢合金粉末熱噴涂處理或在空心軸外圍增設一層固定的帶磨陶瓷涂料的保護套管,是不錯的選擇。 圖三耐磨鋼板轉(zhuǎn)子2.3導向風環(huán)導向風環(huán)用于實現(xiàn)物料氣流進入分離器轉(zhuǎn)子之前強制變向,含有粗粉和細粉的物料氣流由此進入主分選區(qū),因此磨損情況比較嚴重,由于葉片間距小厚度薄,且存在氣流沖擊引起的振動,耐磨陶瓷片和耐磨陶瓷涂料都不適宜。對于生料、煤粉等磨蝕性不強

8、的物料,采用耐磨鋼板即可以達到合適的使用壽命,加工制作也比較方便;對于水泥、礦渣等高磨蝕性物料,即使是采用HB500耐磨鋼板制作的葉片,一般也僅能使用5個月左右;根據(jù)物料氣流流場分析的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)導向葉片在實現(xiàn)導向過程中,主要起導向作用的是葉片處于迎風面的一側(cè),所以,導向葉片的迎風面滿足抗磨要求就能適應概況要求,因此采用單面耐磨性更好的堆焊復合鋼板可以達到更高使用壽命,實踐證明采用堆焊復合鋼板使用壽命可以達到一年以上,由于耐磨復合鋼板屬于單面防護,安裝時需要注意使堆焊耐磨層的一面處于迎風面。2.4灰斗及喂料槽灰斗中的物料是分離器分選出的粗顆粒,風速很低,內(nèi)壁以顆粒物料滑動造成的磨粒磨損為主,這樣

9、的工況采用料墊最合適。具體的做法一般是用扁鋼按一定的間距在灰斗內(nèi)壁焊成若干個擋料圈以積存一定的物料形成料墊,但扁鋼高度和間距設置要合理,需要根據(jù)物料的堆積角和灰斗斜度確定,以能保證形成不間斷的料墊且厚度不至于太高?；叶吠獗诘那闆r類似于分離器殼體,因此一般也是采用耐磨陶瓷涂料進行保護。喂料溜槽主要承受的是塊狀和顆粒狀物料的沖刷、撞擊,要求耐磨的同時能抗沖擊。在空間寬裕不易堵塞的部位可利用階梯狀擋料板形成料墊保護,既可耐磨又可一定程度上減小物料撞擊溜子產(chǎn)生的噪音。但對于空間狹窄部位,尤其是處理粘濕物料(例如礦渣時,必須考慮防堵的問題,最好的選擇是采用堆焊復合鋼板,其表面較為光滑不易堵料且均有不錯的

10、耐磨效果。目前較多的做法是將灰斗與喂料溜槽下部連接在一起,物料從灰斗下端進入磨盤,以保證喂料更加均勻,這樣將導致灰斗下端也將承受沖擊磨損,在這種情況下,采用耐磨復合鋼板做襯板,使用壽命可以達一年以上。2.5磨輥及磨盤作為立磨最重要的粉磨部件,磨輥的耐磨性能和可靠性至關(guān)重要,磨輥磨損嚴重后,不僅產(chǎn)量會急劇下降引起電耗偏高,還會導致磨機振動加劇易引起相關(guān)零部件的損壞。磨輥襯板需要承受高壓下與物料的擠壓和摩擦,較為傳統(tǒng)的材料是硬鎳或高鉻鑄鐵,磨損后再進行堆焊修復多次使用,但由于其可焊性不佳,使用過程中堆焊層易剝落。另外對于整體(輥套式襯板,由于硬度不均或堆焊產(chǎn)生的熱應力以及工作中受到?jīng)_擊,都易導致輥

11、套斷裂,而如果對鑄件不進行及時堆焊修復,將會導致磨輥與磨盤之間間隙越來越大,局部磨損嚴重,直接后果是研磨效率大大降低,能耗增加。因此,越來越多的立磨直接采用焊接性能好的碳鋼作坯體堆焊耐磨層來制造磨輥襯板,形成心部韌、表層硬的結(jié)構(gòu),相對于高鉻鑄鐵具有更高的耐磨性和耐沖擊能力,而且磨損后可以通過再生堆焊反復多次使用。此種方式最大的風險就是耐磨層的剝離,為盡量避免剝落,需要從母材、堆焊層厚度、焊絲及施工工藝幾個方面進行合理搭配。同時,為確保堆焊修復的經(jīng)濟性和效果,應確保每次再生堆焊前襯板的磨損量都不要傷及過渡層及母材。圖四是采用堆焊的磨輥在工作3000小時后的狀態(tài)。由于直接暴露于高濃度含塵氣流環(huán)境中

12、,除了磨輥襯板以外的部分,例如輥體、油封等也都需要可靠的耐磨保護,一般采用堆焊復合鋼板做成保護罩將其包圍(見圖五。 圖四堆焊磨輥圖五磨輥保護罩磨盤也是立磨最關(guān)鍵的粉磨部件,其磨損對于磨機的影響與磨輥類似。不同的是磨盤襯板一般形狀較簡單且均為分塊式結(jié)構(gòu),不存在開裂的問題,因一般可直接采用硬鎳或高鉻鑄鐵整體鑄造,磨損后同樣可進行堆焊修復多次使用。由于硬度高,其裝配面的加工難度較大,但若襯板裝配面與磨盤盤體貼合不佳,工作時受力不均,易導致襯板開裂,因此裝配面的加工質(zhì)量應作為磨盤襯板質(zhì)量的一個重點控制。采用碳鋼坯體堆焊耐磨層來制作磨輥和磨盤的襯板已成為目前的發(fā)展趨勢,由于粉磨物料性能和工況不同,每套磨

13、輥和磨盤的耐磨壽命也不一樣,根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)已投用的立磨統(tǒng)計,正常情況下,大部分生料立磨的再生堆焊周期為6000-8000小時、礦渣或水泥立磨的再生堆焊周期為2000-3000小時。因此,在生料立磨運行每2000小時、礦渣或水泥立磨運行每800小時,應組織專業(yè)人員對磨輥和磨盤的磨損情況進行評估,根據(jù)磨損程度,對局部剝落或磨損嚴重的部位進行必要的修補避免其快速擴展,保證磨輥和磨盤在正常良好的工況下運轉(zhuǎn)。同時,需要合理確定再生堆焊的時機,太早堆焊材料利用率低且堆焊時間影響運轉(zhuǎn)率,太晚則會因單位產(chǎn)量電耗上升過高和堆焊材料消耗量過大而失去經(jīng)濟性,一般情況下,在磨機產(chǎn)量下降10%左右時進行再生堆焊較為適宜。在

14、日常生產(chǎn)中,定期維護是立磨可靠運行的保證。2.6風室風環(huán)立磨中另一個工況很惡劣的地方就是風室風環(huán),一般由內(nèi)外壁構(gòu)成環(huán)形,其中還有傾斜布置的導風板。這里有高速(30-50m/s氣流穿過,夾帶大量物料顆粒和粉塵氣流形成的風蝕磨損,同時從磨盤甩出的粗顆粒和大塊物料還要經(jīng)過這里下落到風室,對其又形成了沖擊和磨粒磨損。而這兩種磨損又分別來自上方和下方,因此導風板必須兩面都具有較強的耐磨能力,一般的堆焊復合鋼板都只有單面耐磨,故需要采用兩塊復合板互相貼合構(gòu)成雙面耐磨板或直接在普通鋼板上進行雙面堆焊,才能確保其具有可靠的使用壽命。圖六是雙面堆焊襯板使用一年后的資料圖片。 圖六雙面堆焊板2.7磨機殼體磨機殼體

15、位于磨盤以上、風環(huán)的外圍,這里主要是受到風環(huán)吹出的氣流夾帶粉塵的風蝕磨損和少量物料顆粒飛濺的撞擊造成的磨損。殼體基本由規(guī)則的弧面或平面組成,因此一般采用錳鋼板做成分塊襯板以螺栓固定,便于更換,對于礦渣磨則多采用堆焊復合鋼板來制作襯板以對抗礦渣較強的磨蝕性。此外,國外廠家也有用帶波紋溝槽的鑄造襯板的(見圖七,其原理類似于料墊,溝槽與氣流方向垂直,工作時其溝槽內(nèi)自然積存一定的粉塵后有助于減輕襯板本身的磨損,這種襯板的缺點在于制造難度和成本均較高。國內(nèi)也有廠家采用花紋鋼板代替溝槽襯板的,但由于缺少連續(xù)的溝槽難以可靠積存粉塵,耐磨性能要打較大的折扣。 圖七溝槽襯板2.8噴水管立磨的噴水裝置一般都需要將

16、水直接噴到磨盤上的料床,因此其噴水管需要從磨機殼體伸入磨內(nèi)并橫跨風環(huán)的上方,該處風速很高且粉塵濃度高,磨損也是很強烈的。較常見的保護方法是在噴水管下方的迎風面設置V字形的堆焊復合耐磨鋼板作為襯板,然而實際效果不盡如人意,這樣的結(jié)構(gòu)在水泥磨中使用不到3個月就出現(xiàn)了不同程度的噴水管磨穿甚至斷裂(見圖八。分析其磨損發(fā)展情況,我們可以發(fā)現(xiàn)其實最初的磨損是由噴水管及襯板的上方開始的,也就是背風面,而這里恰恰不是耐磨防護的重點部位,發(fā)生這樣的情況,原因在于風環(huán)吹出的高速氣流在經(jīng)過V形襯板后在其背面形成了強烈的紊流,這里也就自然會受到磨蝕而且其強度并不比迎風面弱多少?；谶@樣的分析,我們將V形襯板改成了在噴水管外加一層帶堆焊層的耐磨套管(見圖九,對其進行360度的保護,這樣就取得了滿意的耐磨效果。 圖八噴水