高压辊磨机柱钉辊面不均匀磨损与处理

陈代彦

(中建材(合肥)粉体科技装备有限公司)

目前高压辊磨机广泛应用于冶金矿山、化工、建材水泥等领域的超细碎作业，具备高效、节能、环保等优点。高压辊磨机常用来挤压粉碎难磨物料如铁矿石、钢渣、石英矿等，辊面通常采用镶嵌硬质合金柱钉的方法保证辊面的耐磨性。当高压辊磨机柱钉辊面出现不均匀磨损时，会影响辊磨效果，降低柱钉辊面工作效率，不利于正常生产[1-2]。

1 存在问题

高压辊磨机包含2个辊子，物料从两辊中间喂入，通过两辊相对转动对物料施加压力。被粉碎的物料受挤压形成密实的料床，从两辊下方进入下一道工序。正常运转一段时间后，柱钉辊面会有不同程度的磨损，边缘效应又会导致辊面宽度中间部位磨损大、边缘磨损小，使得两辊在宽度方向上的间距不一致，严重时会导致中间部位的物料不经挤压便直接进入下一道工序。因此在高压辊磨机柱钉辊面仍有较长工作寿命时，辊磨工作效率急剧下降。在柱钉辊面使用后期，如何提高辊面工作效率是很多厂家面临的问题。高压辊磨机工作原理示意见图1。

2 辊面不均匀磨损原因分析

高压辊磨机辊面在旋转过程中，物料在重力作用下由上至下运动，与辊面接触的粗颗粒物料与辊面之间存在切向的相对运动。物料重力作用在辊面上，从而产生摩擦力。在进入压力曲线的拉入角区域内，料饼厚度逐渐变薄。若不考虑两辊子的转速差，那么在该区域内物料和辊子之间的相对速度基本为零。在强大的挤压力作用下，辊面会出现挤压凹坑的现象，这些累积的凹坑会造成辊面疲劳磨损。

图1 高压辊磨机工作原理示意

通过在辊面材料上使用碳化物、硼化物或氮化物等硬质相可有效减少物料颗粒对辊面造成的磨损，硬质相的尺寸、形状和分布与高压辊磨机物料颗粒度需满足一定的关系。如果有挤压凹坑，则需要减小单个硬质相之间的距离，因此要有较高的硬质相体积分数。若两辊子的转速不相等、存在相对滑移的情况，辊面会出现严重微切削、微犁沟等损坏现象。

根据高压辊磨机辊面磨损机理，近年来开发出了硬质合金柱钉辊面(图2)。将由钨钴类硬质合金烧结而成的圆柱体镶嵌在辊套母体内，形成硬质相，硬度高达HRC67。柱钉与柱钉之间的空隙由物料中的细颗粒填满，从而形成料衬保护辊套母体。柱钉辊面的优点在于其耐磨性能好、一次性使用寿命长、日常修护工作量少，目前已在许多行业内得到应用。

由于高压辊磨机边缘效应(图3)，在挤压物料时，辊子中间承受的挤压力比两端大。随着时间的积累，辊面中间的磨损比两端要明显严重(图4)。到磨损后期，两辊中间的间隙因过大而形成不了料层，高压辊磨机挤压效果变差，只有通过调整两辊的原始辊缝来缩小中间间隙。由于两端磨损少，调整到一定程度时两辊端面会碰撞，此时仍满足不了中间料层形成的条件，从而影响高压辊磨产品质量和设备稳定性。

图2 柱钉辊面照片

图3 高压辊磨机边缘效应

图4 柱钉辊面使用后期不均匀磨损

传统的堆焊辊面可以对磨损的辊面区域进行补焊修复，满足生产需要。柱钉辊面是将一定长度的圆柱状硬质合金柱钉镶嵌在辊面母材的圆柱孔中，以满足辊套的强度和硬度要求，但辊套母体材料焊接性能差，同时柱钉使用的钨钴类硬质合金不具备堆焊性能，因此柱钉辊面需要解决辊面磨损后期如何修复不均匀磨损的问题。

造成辊面不均匀磨损的原因还有操作不当、稳流称重仓物料离析等。部分用户通过调整稳流仓下方设置的手动棒闸开度来调整高压辊磨机的通过量，如只打开中间的手动棒闸，会造成辊子中间通过的物料多、两端只有稀疏的物料通过，从而造成辊子磨损不均匀。物料离析主要是工艺管路设置不合理导致入稳流仓的新鲜配料与循环物料没有充分混合引起的。

3 处理方法

大型高压辊磨机使用的钨钴类硬质合金柱钉达数万颗，可修复性能差，目前国内外尚无成熟可靠的处理技术。若通过更换柱钉辊套来恢复高压辊磨机工作效率，不但费用高，而且报废的旧辊套也会导致资源浪费。经过充分调研与讨论，决定采用磨削的办法解决辊面磨损不均匀的问题，并开发出柱钉辊面磨削装置。由于高压辊磨机操作空间有限、吊装困难，必须设计专门用于磨削的动力机构，并且整个装置要安装简单、轻便，以实现现场磨削。

柱钉辊面磨削装置主要由测量辊面磨损数据的测量装置、磨削片、驱动磨削片的动力机构、牵引磨削片沿辊子轴向移动和径向移动的进给机构和自动调节控制系统组成，根据柱钉辊面辊子两端面磨损小、中间磨损大的磨损特征，柱钉辊面磨削装置解决问题的关键是将辊子两端高出的部分柱钉磨削掉。为提高磨削效率，将磨削装置设计成辊子两端面同时进行、可以独立操作的形式(图5)。

图5 柱钉辊面磨削装置示意

由于柱钉硬度高，普通的磨削片效率低、损耗大。通过多次模拟磨削试验，比较不同类型磨削片的磨削及消耗效率，选择合适的磨削片结构、尺寸和磨料种类、粒度及硬度、结合剂种类。柱钉辊面磨削装置进给机构可根据柱钉辊面的磨损数据，通过自动调节控制系统实时调节磨削范围。目前，该磨削装置已在许多高压辊磨机使用现场进行柱钉辊面磨损的后期处理。

4 应用实践

包头市石宝铁矿集团有限责任公司年采矿400万t，2014年采用1套HFKG160-140高压辊磨机对选矿工艺系统进行升级改造。选矿厂原有12条老生产线，精简改造成1条新生产线，实现铁精粉产量130万t/a。HFKG160-140高压辊磨机自投产以来运行稳定、可靠，辊面寿命超出预期，至2018年6月初，该柱钉辊面已累计带料运行近20000h。此后运行状态有下滑趋势，运行电流从额定电流的75%左右下降至60%，挤压效果明显变差，高压辊磨系统产品产率和质量较之前有较大的下降趋势。通过调整原始辊缝，工作压力也达不到正常水平。停机检查发现柱钉辊面出现磨损不均匀现象，中间磨损大、两端磨损小，两辊中间间隙大，形成不了料饼。2018年6月中旬采用新开发的柱钉辊磨削装置对柱钉辊面进行磨削处理(图6)。

图6 高压辊磨机应用于现场磨削柱钉辊面

经测量，辊子两端面高出中间约20 mm，因此对高出部分柱钉进行磨削处理。处理后，高压辊磨机挤压效果明显改善，恢复到之前较为理想的状态。自修复以来，该辊面又运行了2 000 h。按照目前辊面状况，该辊套使用寿命预计可达25 000 h以上。磨削装置的使用可提高柱钉辊面的使用价值，能延长辊面使用寿命，经济效益明显。

5 结 论

柱钉辊面硬度大、耐磨性能好，能形成料衬保护辊套母体。但在使用后期，由于高压辊磨机的边缘效应和稳流称重仓物料离析等原因造成辊面磨损不均匀，且呈两端磨损小、中间磨损大的磨损特征，影响高压辊磨机辊磨产品产率与质量。

通过应用柱钉辊面磨削装置对磨损不均匀的柱钉辊面在现场进行在线磨削，可恢复辊面的均匀性和挤压效果，延长柱钉辊面的使用寿命，避免更换新辊套带来的高昂成本和资源浪费，从而提高生产效率，节省资源。