水泥磨粗磨仓衬板的改进

张 辉 ，宋家明

水泥磨的运行效率直接关系到整条生产线的产出成本，研磨体与衬板的钢耗是影响水泥磨运行效率的重要因素之一。当衬板与研磨体严重磨损后，磨机出力能力大幅下降，从而增加了水泥生产的单位电耗。因此有效降低研磨体钢耗，延长衬板使用寿命对水泥生产尤为重要。

本文将以国内某水泥厂ϕ3.8m×13m水泥磨的设计为例，从衬板的形式设计、材料选择以及合理的研磨体级配等方面进行论述，希望对广大水泥磨用户有所启发。

1 衬板形式设计

该磨为圈流磨，设有两个磨仓，一仓为粗磨仓，二仓为细磨仓，中间设双层隔仓板。此规格水泥磨已在2 500～3 200t/d生产线中广泛应用。

此前，该磨机粗磨仓多使用波纹阶梯衬板，细磨仓多使用双阶梯分级衬板。波纹阶梯衬板的优点是，提升能力大，带球能力、破碎能力较强，粉碎研磨效果也比较好；缺点是，衬板抗磨损性能差，波纹被磨平后带球能力大大减弱。细磨仓双阶梯分级衬板的带球能力及钢球分级效果均较理想。因粗磨仓平均球径大，冲击较细磨仓更强，所以粗磨仓的衬板寿命普遍较短，一般为一年，有些水泥厂甚至达不到一年。针对此情况，我们决定，对粗磨仓的波纹阶梯衬板进行优化改进。

据反馈，波纹阶梯衬板在工作后期会出现规则的沟槽现象。《管磨机》一书中详细介绍了奥地利VOE-ALPINE公司开发的环沟衬板，我们决定在此基础上进行优化改进。因粗磨仓衬板需具备较大的提升能力，故我们拟采用环沟阶梯衬板。

一般情况下，衬板的长度及宽度都是标准的，即理论长度为314mm，衬板宽度为250mm。本文以标准环沟阶梯衬板的设计为例。

1.1 衬板沟槽节距L2、半径R及沟槽深度H3的确定（图1）

图1 环沟阶梯衬板截面图

根据粗磨仓平均球径（见表3）及衬板宽度，标准环沟阶梯衬板工作面可设4道沟槽，衬板两端设为半沟槽，设计半沟槽可以保证相邻衬板之间形成一道完整的沟槽，减少积灰死角（如图2所示）。

图2 环沟阶梯衬板

沟槽的节距，按《管磨机》书中关于环沟衬板形式计算中的推荐公式确定：

式中：

d——平均球径，mm

代入粗磨仓平均球径78.8mm，得L2=68.2mm，为保证衬板形式统一及半沟槽设计，取L2=62.5mm。

沟槽的半径R与粗磨仓平均球径的半径相同，取整R=40mm。

为了使研磨体与衬板的接触面积与脱离阻力达到最佳值，沟槽深度一般为0.2R～0.3R，本磨机取H3为8mm。

1.2 衬板厚度H1、波峰高度H2及波峰距衬板中心线L1的确定（如图3所示）。

图3 环沟阶梯衬板侧视图

H1是根据磨机的规格、衬板材质的强度及磨仓钢球的填充率预先设定的，一般取18～85mm，本磨机取H1为40mm。

H2值与衬板的带球能力有关，《管磨机》一书中有详细的介绍及计算方法，但书中介绍的方法，考虑的细节因素较多，给出的计算方法也比较复杂，本文根据经验公式确定H2：阶梯衬板的设计高度差h=H2-H1，一般为 50～80mm，本磨机衬板取 H2为120mm。

衬板工作曲面半径R=（0.2～0.3）×D（D为筒体内径），本磨机工作曲面半径取值为900mm。

为保证相邻衬板之间的圆滑过渡（如图2所示），衬板安装孔中心至波峰之间的距离尺寸L1一般取值为60～80mm，本磨机取值为60mm。

以上经验值经过《管磨机》推荐公式验证，均在合适的范围内。

2 新旧衬板比较

2.1 沿筒体环向铺设效果比较

如图2、图4所示，采用环沟阶梯衬板后，相邻衬板圆滑过渡，不存在积灰死角；还可以降低噪声。

图4 波纹阶梯衬板

2.2 研磨体工作原理比较

比较图5与图6发现，采用图6波纹阶梯衬板时，钢球与衬板表面是点接触，衬板对于钢球的提升能力较弱，物料也容易从钢球四周挤出。当物料被挤出后，钢球便与衬板直接接触，使研磨体和衬板的磨耗增加。采用环沟阶梯衬板后，物料不容易被挤出，可积存于钢球与衬板之间，避免了金属直接接触，同时环沟的存在也增加了钢球的研磨作用，使每个钢球都能够在较大角范围内进行冲击和研磨，从而提高了粉碎和研磨效率。铺设环沟衬板后，最大直径的钢球在衬板上以最密集的六角形自行排列，使沟槽各部磨损均等，也就是说，环沟衬板在从安装到需要更换的整个过程中，会自始至终地保持着粉碎和研磨的效能不变。

3 衬板材质选择

水泥磨衬板主要承受研磨体的冲击和磨损。一般来说，材料越硬越耐磨，但很多材料硬度高时脆性大，受到冲击容易破碎；要想耐冲击就必须有适当的韧性，而很多韧性好的材料，硬度又不够高，不耐磨。因此，选择衬板材质时需要综合考虑硬度与韧性。

图5 环沟阶梯衬板

图6 波纹阶梯衬板

目前，市场上存在的衬板材质主要有以下几种：

（1）高锰钢衬板

高锰钢具有极好的韧性，但硬度偏低。这在水泥磨运行时虽不易出现衬板断裂现象，但衬板磨损快，容易发生塑性变形，衬板使用寿命较短。所以目前在国内的磨机中已不再采用此类材料的衬板。

（2）中合金耐磨钢衬板

采用油淬处理的中合金材质化学成分及机械性能见表1。

表1 中合金耐磨钢化学成分及机械性能

表2 高铬铸铁化学成分及机械性能

油淬后的中合金材质硬度为HRC48～52，冲击韧性AK≥49J/cm2，硬度及韧性都比较理想。

（3）高铬铸铁衬板

高铬铸铁化学成分及机械性能见表2。

高铬衬板由于碳、铬含量高，所以它有很高的硬度，但在韧性方面差一些。在大直径研磨体的冲击下，抗冲击能力差，虽耐磨但易碎。

综上，我们决定选择硬度及韧性都不错的中合金耐磨钢作为水泥磨衬板的材质。

表3 ϕ3.8m×13m水泥磨研磨体推荐级配

4 研磨体级配

磨机研磨体推荐级配见表3。

5 结语

经过重新设计的ϕ3.8m×13m水泥磨，优化了粗磨仓的衬板形式，由原来的波纹阶梯衬板改为耐磨性能更好的环沟阶梯衬板；优化了衬板的化学成分，选择了硬度及韧性更好的中合金耐磨钢；经过计算及现场经验反馈，优化了水泥磨研磨体级配。

图7 运行约3个月后的环沟阶梯衬板

改进后的ϕ3.8m×13m水泥磨已被应用在国内外多家水泥厂，图7为某水泥厂运行约3个月后的环沟阶梯衬板。从图中可以看出，环沟阶梯衬板的外形完好，磨损均匀。据反馈，在保证水泥磨产量及出粉细度的情况下，衬板寿命由原来的1年提升到2年以上，较大幅度地提升了衬板的使用寿命，经济效益明显。