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技术水泥工业球磨机耐磨材料的优化与使用(下)

发布时间:2022-07-09 17:41人气:

水泥生产过程中物料粉磨用球磨机仍占有较大比例。球磨机耐磨材料的使用主要存在以下问题:研磨材料混用;研磨体与衬板、篦板等不匹配;研磨体补加不准确、不及时;除铁工序不全;破球及变形球不及时拣出等。水泥企业对球磨机耐磨材料进行优化、合理使用、降低消耗,是节能降耗、降低生产成本的有效措施。

球磨系统各环节耐磨材料磨 损机理分析

1 磨机粗磨仓衬板

水泥磨、生料磨、煤磨等粗磨仓的入磨物料粒度为15 mm~25 mm,研磨体平均球径为75 mm左右,最大的球径为Φ90~100。粗磨仓的研磨体在抛落过程中,球和物料对衬板有较大的冲击凿削作用,在下落的滑动或滚动中对物料进行挤压,使物料尖角切削衬板。因此衬板的磨损主要是高应力冲击凿削磨损,在材料选择上要求材料要有足够的韧性,受切削磨损要有足够高的硬度。根据磨损原理,衬板材料的硬度(Hm)应为物料硬度(Ha)的0.8~1.2倍,水泥熟料硬度HRC49~54,所以衬板硬度应在HRC50以上。选择中碳铬钼合金钢材料,硬度HRC48~55,冲击韧性ak15~20 J/cm2,使用寿命2~3年。对于Φ3 m以上大型磨机衬板,应选择高韧性高铬铸铁,硬度HRC58~62,冲击韧性ak8~12 J/cm2,使用寿命6~10年。不宜选择高锰钢。对粗磨仓而言,因高锰钢的屈服强度低,易产生塑性变形,尺寸长的衬板易发生凸起变形,钢球的冲击也不能产生加工硬化,因此不耐磨。

2 细磨仓衬板

物料经过粗磨仓破碎及粗磨后进入到细磨仓,尖角变钝,细磨仓里的球或段直径仅为Φ15~60,冲击力小,以应力切削磨损为主。细磨仓衬板可选择硬度高、韧性低的耐磨材料,中碳合金钢,高、中、低铬铸铁,抗磨球墨铸铁等材料硬度HRC≥50,冲击韧性ak4~6 J/cm2,均可使用。磨机衬板不宜选择高锰钢,对粗磨仓而言,因高锰钢的屈服强度低,易产生塑性变形,尺寸长的衬板易发生凸起变形,磨球的冲击也不能产生加工硬化,因此不耐磨。细磨仓衬板承受的冲击力更小,高锰钢的耐磨性更不能得到发挥。

3 磨头衬板

在粗磨仓进料端物料粒度大,研磨体平均球径大,受磨球和物料的侧冲击力大,是以高应力冲击凿削磨损为主,也存在一定的切削冲刷,因此磨头端衬板应选择韧性高、耐冲击、耐磨、抗切削的材料。如选择中碳多元合金钢衬板,硬度HRC46~50,冲击韧性ak15 J/cm2,使用寿命可比高锰钢提高一倍。

4 隔仓板

物料对隔仓板篦缝进行冲刷磨损,球和物料对隔仓板进行侧冲击凿削磨损,并且隔仓板为悬臂梁式安装,受力情况恶劣。因此要求材料韧性要好,冲击韧性ak≥25 J/cm2,硬度HRC45~50,高锰钢韧性好,但强度低,不耐磨,并且易产生塑性变形,堵塞篦缝,影响生产效率。

5 出料篦板

出料篦板在磨机的出口,主要受小球的挤压,切削磨损,因此以硬度为主选材料,可选择各类高碳合金钢、高韧性抗磨球墨铸铁等,硬度HRC50~55冲击韧性,ak8~10 J/cm2,即可满足要求。

6 研磨体

磨机的填充率为30%左右,在磨机运转过程中研磨体运动包括:上升阶段——在上升运动中,磨球与物料间有相对滑动;抛落阶段——在抛落下降时,磨球对物料有冲击作用。根据磨球在磨机内运动情况,可把筒体截面内磨球群分五个区,如图1。各区的运动形式见表3。

6.1 磨球主要磨损机理

(1)切削和凿削磨损。磨球在磨内运动的上升阶段与物料相对滑动,被物料中坚硬的组分切削出较深沟槽,较软的物料对球的切削相对较浅,不同物料,不同大小,沟槽宽窄不同,磨球抛落时以一定角度接触物料,物料对磨球产生局部凿削磨损,形成凿削坑。

(2)变形磨损。磨球与物料相对滑动及相互冲击时,除了承受切削和凿削磨损,还有犁沟变形和凿削变形伴随发生,金属被推挤压迫到沟槽和凹坑的边缘外侧,在重复作用和金属反复变形下,因应变疲劳产生裂纹,裂纹扩展、连接,形成犁削薄片而从磨球表面脱落。

(3)脆性剥落。磨球在受冲击过程中,脆性相开裂、破碎,自表面剥落,造成磨损。

(4)疲劳磨损。研磨体在磨内运动上升阶段受到反复的滑动和滚动,在抛落阶段受到反复冲击,在不断的冲击应力、接触压应力、切应力的作用下,在磨球表面形成疲劳裂纹,裂纹平行表面扩展,并向表面延伸形成剥落层。如在表层的铸造缺陷上生核、扩展将导致宏观疲劳剥落[1]。

6.2 磨球磨损机理的变化

磨机规格不同,磨球的磨损亦不同,小磨机磨球受冲击波力小,磨损机理以切削变形为主,磨损面切削沟槽明显;大、中型磨机磨球承受冲击力较大,以脆性剥落和疲劳磨损为主,表面产生宏观剥落坑;材料不同,磨损机理不同,45Mn2钢球以微观疲劳剥落磨损为主,可产生微观剥落坑;低铬球以宏观疲劳剥落为主,产生宏观剥落坑造成磨球失圆;物料不同,磨球磨损机理不同,物料越硬,球受切削磨损越严重,高铬球、低铬球如热处理不当,残余奥氏体多,加上铸造质量差,常产生剥落,早期失效。

6.3 磨球材料的选择

通过以上磨球磨损机理分析,优质的磨球应具有耐磨、硬度高、耐冲击、抗剥落等性能。

(1)耐磨性好。对切削磨损变形磨损和疲劳剥落磨损有足够的耐磨性,对切削磨损要求有高硬度,对变形磨损和疲劳磨损要求有高的应变疲劳、接触疲劳和冲击疲劳寿命。

(2)冲击韧性好。在反复冲击磨损条件下,有高的抗冲击性能,不破碎。

(3)高的淬透性。保证Φ100大球整体磨损均匀,不失圆。

(4)优良的冶金质量。按规定的标准成分生产,不得有夹渣夹砂等铸造缺陷。

实践证明:磨机粗磨仓应选择高铬球,细磨仓可选择低铬球,能分别适应不同的粒度和硬度及性能要求。对湿法磨而言,应选择低铬球或锻造磨球,因为在有腐蚀的作用下,高铬球的耐磨性得不到充分体现,从耐磨性考虑,应该选择用金属材料模具生产的铸造球。为保证磨球材质和加工工艺的要求,应选用正规耐磨材料生产厂家的产品,不能使用自炼钢球,因材料成分、加工工艺、检测手段等都达不到标准要求,产品质量无法保证。

7. 结束语

球磨机在我国水泥工业物料粉磨中应用广泛,优化使用其耐磨材料,能有效提高设备运转率,降低企业成本。不能粗放管理,盲从经验,给企业和社会造成资源能源浪费。

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