高壓輥磨機輥面磨損過程分析及新型輥面的應用

宋曉剛　徐海陽　徐亦元　楊麗斐　吳金銷　謝靄祥

(中鋼集團安徽天源科技股份有限公司)

隨著人們對高壓輥磨機認識的不斷加深，其應用數量也逐年增加。高壓輥磨機輥面屬于磨損件，是生產的消耗品，輥面的耐磨程度越高，生產成本越低，因而輥面的耐磨性，引起人們的高度關注。通過對高壓輥磨機輥面磨損過程的研究，尋找影響輥面磨損的主要因素，以及提高輥面的耐磨性方法。

1　概　述

基于料層靜壓粉碎原理發展起來的高壓輥磨設備，因其高效、節能的粉碎效果，得到了業界人士的認可，在水泥、化工、金屬、球團、非金屬礦山碎磨等方面得到了推廣應用，高壓輥磨機的突出特點越來越被人們所公認[1-4]。高壓輥磨機的破碎產品相對于傳統破碎產品，Bond球磨功指數在某一磨礦細度下可降低9～16個百分點，有非常明顯的節能效果[2]。我國破碎行業認識到了高壓輥磨機的優勢，希望盡快實現金屬礦用高壓輥磨機的國產化。目前，國產的高壓輥磨機及輥套修復技術已完全能夠滿足生產工藝的要求，同時可大幅的降低高壓輥磨機的使用成本。

2　輥面磨損原因

2.1　輥面磨損過程

如何提高高壓輥磨機輥面壽命，縮短修復工期，則顯得尤為重要。高壓輥磨機輥面采用柱釘輥面。柱釘采用高耐磨的硬質合金制造，鑲嵌在輥套基體內，在工作過程中，細粉物料在高擠壓力作用下而被充填在柱釘之間，生成料墊，達到保護基體的目的，露在外面的柱釘是高硬度耐磨材料，從而使得整個輥面的耐磨性大大提高。柱釘結構見圖1，工作狀態輥面情況見圖2。

圖1　柱釘輥面結構

圖2　工作狀態的柱釘輥面

高壓輥磨機柱釘輥面在工作過程中，形成料墊保護基體，首先是柱釘的磨損，當柱釘逐漸磨短后，柱釘和基體的高度差就會變小，小到一定值后，料墊將很難形成，這時則會快速的磨損基體，使得柱釘和基體的高度差增大，再次形成穩定的料墊層，柱釘開始慢慢磨損，如此循環往復，均勻磨損，直到柱釘磨損致最后8 mm左右，這時柱釘的鑲嵌深度不能保證柱釘穩定的鑲嵌在輥面上，開始出現大面積脫落，輥面達到設計壽命。

2.2　影響輥面磨損的主要因素

從生產使用的經驗中看，影響輥面磨損的主要因素有以下幾點：

(1)液壓系統的工作壓力。高壓輥磨機系統工作壓力越大，電機的使用功率也越大，同時高壓輥磨機輥面的磨損也加大，使用成本大幅提高。在能滿足后續破碎要求的前提下，系統壓力越小，使用成本越低。

(2)輥磨物料的水分。輥磨物料的水分對輥磨機的破磨效果有很大的影響，主要是影響高壓輥磨機壓力腔的壓力區建立，物料水分大，難形成料墊。由于輥面基體在沒有料墊的情況下會迅速磨損。對于細粒級的物料，水分過低也不能形成高壓腔，容易造成設備震動。一般情況下，物料的水分在3%～7%是比較理想的。

(3)輥磨物料的大塊物料或異物。用高壓輥磨機進行輥磨的物料應嚴格控制物料中大塊物料及大塊異物。因為大塊異物對輥面的損傷是致命的。一旦有大塊異物進入高壓腔時，液壓系統的壓力全部由與異物接觸的輥面位置承受，受力面積急劇減小，局部壓強急劇增加，對輥面基體和柱釘都是巨大的傷害，表現為深坑式的磨損，如圖3所示。一般在使用高壓輥磨機時，盡量保證物料最大顆粒小于工作輥間隙。

圖3　輥面的深坑式磨損

3　輥套修復及高壓輥磨機新型輥面的應用

3.1　輥套的修復

3.1.1使用過程中的線上修復

在高壓輥磨機使用維護過程中，有些輥面的柱釘是可更換的，在柱釘受到折斷、崩裂、脫落等損傷時，可以通過更換柱釘的方式對輥面進行修補，以維持輥面的良好狀態。在設計理念上是可行的，但同時對使用方的維護提出很高的要求，這就要求使用方應及時對輥面進行檢查，以便在出現柱釘脫落或損傷時及時修補。

由于換釘修補輥面時，殘余輥釘需要從輥面中取出，輥面的加工過程中，柱釘和輥面孔之間的配合則不能過緊，否則柱釘很難取出。一般是柱釘和輥面孔做間隙配合，同時在壓釘的過程涂有金屬膠。取出殘余柱釘時，需要給輥面加熱，首先使金屬膠在高溫下失效，然后再取出殘余柱釘，之后再鉆孔，重新栽入新柱釘，或者采用短柱釘，盡量保持輥面外圓。這樣的修復過程存在3個問題：

(1)由于是間隙配合，在使用過程中，尤其是進料溫度較高的時候，柱釘容易脫落，不及時修補會對輥面造成深坑式的磨損。

(2)取出殘余柱釘時，對輥面局部加熱，加熱過程中，金屬膠氣化形成高壓區，有時會將殘余柱釘彈出，給操作人員帶來安全隱患。

(3)在局部加熱時，會影響基體在換釘處的性能。由于局部高溫，自然冷卻過程會產生熱應力，嚴重時會出現基體表面裂紋，影響基體強度。

3.1.2輥套達到使用壽命后的返廠修復

輥套達到使用壽命后的修復需要將原來的輥套拆卸下來，然后對輥軸進行探傷檢測，確認原軸無損傷后，將新加工好的輥套安裝到原軸上。高壓輥磨機的輥套屬于消耗品，每隔一段時間就需要更換一次，更換輥套需要將輥軸輥套運至原廠進行修復，且修復工期長。輥套使用費用在生產成本中占的比例很高，如何提高輥面的使用壽命，降低輥套費用，提高服務質量和更換的及時性是業界普遍關心的問題。

3.2　新型免維護輥面的技術特點及優勢

在生產過程中發現，對于柱釘折斷的情況，對修補時間要求不高，但是柱釘脫落的情況，對修復時間要求很高，需要在柱釘脫落后，盡快進行修補，因為缺少柱釘的地方，剩余柱釘之間的間隙過大，不易形成料墊保護層，在巨大的液壓力和物料的磨蝕下，沒有料墊的輥面基體會很快磨損，基體磨損后，周邊的柱釘又開始脫落，情況進一步惡化，進而形成深坑式磨損。這就對輥面維護的及時性提出了很高的要求，尤其是在繁重的生產任務的情況下，檢查維護會影響設備作業率，降低產量。因此對于使用方而言，希望出現一種免維護的輥面，來降低勞動強度，提高設備作業率。

中鋼集團安徽天源科技股份有限公司柱釘和輥面孔采用過盈配合的辦法，通過精確控制過盈量，可確保柱釘不會脫落。這樣對加工工藝就提出了很高的要求，尤其是對孔壁的形位尺寸和孔壁的粗糙度的控制，都提出了很高的要求。在設計輥面時，首次提出免維護的高壓輥磨機輥面。免維護輥面在設計加工時，柱釘和輥面孔采用過盈配合，精確的過盈量控制，用液壓系統將柱釘鑲嵌在輥面內，這樣可確保柱釘不會脫落。生產過程中，偶爾有柱釘折斷，無需更換柱釘，因為在后續使用中，崩斷處的輥面基體會磨損下去，這樣柱釘又會重新暴露出來，重新形成料墊保護區，可保持該處的強度。免維護柱釘輥面經過球團、鋅銦礦、銅礦、鐵礦等不同工況、多周期使用實踐證明，輥面使用壽命達到12000h以上，使用期間不需要任何維護。免維護輥面的推出，降低了勞動強度，提高了設備的作業率，降低了輥面維護的使用成本。

4　結　論

通過對高壓輥磨機輥面磨損過程的研究，發現壓力、水分、物料性質及粒度組成是影響輥面磨損的主要因素，其中水分控制在3%～7%是比較理想的，通過對主要因素的控制可提高輥面的使用壽命；針對輥面的磨損過程，提出了一種新型免維護輥面，降低了設備維護量，提高了設備作業率，同時可大幅降低輥面的使用成本。

[1]丁凱，仝麗娟，姬建鋼，等．高壓輥磨層壓破碎對某鐵礦石磨礦效果的影響[J].礦山機械，2016(6):40-43.

[2]侯英，丁亞卓，印萬忠，等．礦石高壓輥磨產品球磨功指數計算程序的建立[J].中南大學學報(自然科學版)，2013，44(11)：4385-4391.

[3]周宏波．高壓輥磨機技術在金屬礦山工程設計中的應用[J].現代礦業，2015(11):266-272.

[4]焦淑芳，鄒鵬，劉曙．國產輥套對程潮鐵礦球團廠進口輥壓機的修復效果[J].金屬礦山，2013(10):165-166.