水泥磨粗磨倉襯板的改進

張 輝 ，宋家明

水泥磨的運行效率直接關系到整條生產線的產出成本，研磨體與襯板的鋼耗是影響水泥磨運行效率的重要因素之一。當襯板與研磨體嚴重磨損后，磨機出力能力大幅下降，從而增加了水泥生產的單位電耗。因此有效降低研磨體鋼耗，延長襯板使用壽命對水泥生產尤為重要。

本文將以國內某水泥廠?3.8m×13m水泥磨的設計為例，從襯板的形式設計、材料選擇以及合理的研磨體級配等方面進行論述，希望對廣大水泥磨用戶有所啟發。

1 襯板形式設計

該磨為圈流磨，設有兩個磨倉，一倉為粗磨倉，二倉為細磨倉，中間設雙層隔倉板。此規格水泥磨已在2 500～3 200t/d生產線中廣泛應用。

此前，該磨機粗磨倉多使用波紋階梯襯板，細磨倉多使用雙階梯分級襯板。波紋階梯襯板的優點是，提升能力大，帶球能力、破碎能力較強，粉碎研磨效果也比較好；缺點是，襯板抗磨損性能差，波紋被磨平后帶球能力大大減弱。細磨倉雙階梯分級襯板的帶球能力及鋼球分級效果均較理想。因粗磨倉平均球徑大，沖擊較細磨倉更強，所以粗磨倉的襯板壽命普遍較短，一般為一年，有些水泥廠甚至達不到一年。針對此情況，我們決定，對粗磨倉的波紋階梯襯板進行優化改進。

據反饋，波紋階梯襯板在工作后期會出現規則的溝槽現象?！豆苣C》一書中詳細介紹了奧地利VOE-ALPINE公司開發的環溝襯板，我們決定在此基礎上進行優化改進。因粗磨倉襯板需具備較大的提升能力，故我們擬采用環溝階梯襯板。

一般情況下，襯板的長度及寬度都是標準的，即理論長度為314mm，襯板寬度為250mm。本文以標準環溝階梯襯板的設計為例。

1.1 襯板溝槽節距L2、半徑R及溝槽深度H3的確定（圖1）

圖1 環溝階梯襯板截面圖

根據粗磨倉平均球徑（見表3）及襯板寬度，標準環溝階梯襯板工作面可設4道溝槽，襯板兩端設為半溝槽，設計半溝槽可以保證相鄰襯板之間形成一道完整的溝槽，減少積灰死角（如圖2所示）。

圖2 環溝階梯襯板

溝槽的節距，按《管磨機》書中關于環溝襯板形式計算中的推薦公式確定：

式中：

d——平均球徑，mm

代入粗磨倉平均球徑78.8mm，得L2=68.2mm，為保證襯板形式統一及半溝槽設計，取L2=62.5mm。

溝槽的半徑R與粗磨倉平均球徑的半徑相同，取整R=40mm。

為了使研磨體與襯板的接觸面積與脫離阻力達到最佳值，溝槽深度一般為0.2R～0.3R，本磨機取H3為8mm。

1.2 襯板厚度H1、波峰高度H2及波峰距襯板中心線L1的確定（如圖3所示）。

圖3 環溝階梯襯板側視圖

H1是根據磨機的規格、襯板材質的強度及磨倉鋼球的填充率預先設定的，一般取18～85mm，本磨機取H1為40mm。

H2值與襯板的帶球能力有關，《管磨機》一書中有詳細的介紹及計算方法，但書中介紹的方法，考慮的細節因素較多，給出的計算方法也比較復雜，本文根據經驗公式確定H2：階梯襯板的設計高度差h=H2-H1，一般為 50～80mm，本磨機襯板取 H2為120mm。

襯板工作曲面半徑R=（0.2～0.3）×D（D為筒體內徑），本磨機工作曲面半徑取值為900mm。

為保證相鄰襯板之間的圓滑過渡（如圖2所示），襯板安裝孔中心至波峰之間的距離尺寸L1一般取值為60～80mm，本磨機取值為60mm。

以上經驗值經過《管磨機》推薦公式驗證，均在合適的范圍內。

2 新舊襯板比較

2.1 沿筒體環向鋪設效果比較

如圖2、圖4所示，采用環溝階梯襯板后，相鄰襯板圓滑過渡，不存在積灰死角；還可以降低噪聲。

圖4 波紋階梯襯板

2.2 研磨體工作原理比較

比較圖5與圖6發現，采用圖6波紋階梯襯板時，鋼球與襯板表面是點接觸，襯板對于鋼球的提升能力較弱，物料也容易從鋼球四周擠出。當物料被擠出后，鋼球便與襯板直接接觸，使研磨體和襯板的磨耗增加。采用環溝階梯襯板后，物料不容易被擠出，可積存于鋼球與襯板之間，避免了金屬直接接觸，同時環溝的存在也增加了鋼球的研磨作用，使每個鋼球都能夠在較大角范圍內進行沖擊和研磨，從而提高了粉碎和研磨效率。鋪設環溝襯板后，最大直徑的鋼球在襯板上以最密集的六角形自行排列，使溝槽各部磨損均等，也就是說，環溝襯板在從安裝到需要更換的整個過程中，會自始至終地保持著粉碎和研磨的效能不變。

3 襯板材質選擇

水泥磨襯板主要承受研磨體的沖擊和磨損。一般來說，材料越硬越耐磨，但很多材料硬度高時脆性大，受到沖擊容易破碎；要想耐沖擊就必須有適當的韌性，而很多韌性好的材料，硬度又不夠高，不耐磨。因此，選擇襯板材質時需要綜合考慮硬度與韌性。

圖5 環溝階梯襯板

圖6 波紋階梯襯板

目前，市場上存在的襯板材質主要有以下幾種：

（1）高錳鋼襯板

高錳鋼具有極好的韌性，但硬度偏低。這在水泥磨運行時雖不易出現襯板斷裂現象，但襯板磨損快，容易發生塑性變形，襯板使用壽命較短。所以目前在國內的磨機中已不再采用此類材料的襯板。

（2）中合金耐磨鋼襯板

采用油淬處理的中合金材質化學成分及機械性能見表1。

表1 中合金耐磨鋼化學成分及機械性能

表2 高鉻鑄鐵化學成分及機械性能

油淬后的中合金材質硬度為HRC48～52，沖擊韌性AK≥49J/cm2，硬度及韌性都比較理想。

（3）高鉻鑄鐵襯板

高鉻鑄鐵化學成分及機械性能見表2。

高鉻襯板由于碳、鉻含量高，所以它有很高的硬度，但在韌性方面差一些。在大直徑研磨體的沖擊下，抗沖擊能力差，雖耐磨但易碎。

綜上，我們決定選擇硬度及韌性都不錯的中合金耐磨鋼作為水泥磨襯板的材質。

表3 ?3.8m×13m水泥磨研磨體推薦級配

4 研磨體級配

磨機研磨體推薦級配見表3。

5 結語

經過重新設計的?3.8m×13m水泥磨，優化了粗磨倉的襯板形式，由原來的波紋階梯襯板改為耐磨性能更好的環溝階梯襯板；優化了襯板的化學成分，選擇了硬度及韌性更好的中合金耐磨鋼；經過計算及現場經驗反饋，優化了水泥磨研磨體級配。

圖7 運行約3個月后的環溝階梯襯板

改進后的?3.8m×13m水泥磨已被應用在國內外多家水泥廠，圖7為某水泥廠運行約3個月后的環溝階梯襯板。從圖中可以看出，環溝階梯襯板的外形完好，磨損均勻。據反饋，在保證水泥磨產量及出粉細度的情況下，襯板壽命由原來的1年提升到2年以上，較大幅度地提升了襯板的使用壽命，經濟效益明顯。