水泥工业用管磨机衬板材质的优化选择

水泥 2009-06-25

　　近些年来，我国水泥工业发展迅猛，粉磨设备的大型化对水泥管磨机所选用的衬板材料提出了更新更高的技术要求。在水泥生产过程中，每年要消耗金属材料约370万吨，其中管磨机衬板的消耗量约占11%。因此，研究水泥管磨机衬板磨损失效机理，制定抗磨对策，合理选择衬板材质，减少磨损耗材，提高机械设备和零件的使用寿命，具有很好的经济效益和社会效益。

　　1.粗磨仓衬板磨损机理及耐磨材料的选择
　　粗磨仓入磨物料粒度为15~25mm，研磨体平均球径75mm左右，最大球径90mm。磨机回转时，球和物料以较大的冲击力凿削衬板，球在下落滑动或滚动中挤压物料，物料尖角切削衬板，因此，粗磨仓衬板的磨损失效机理是以高应力冲击凿削磨料磨损为主，以挤压切削磨损为辅。

　　粗磨仓衬板受高应力冲击凿削，要求材料有足够韧性；受切削磨损，要求材料具有高硬度。根据磨损原理，材料硬度（Hm）应为物料硬度（Ha）的0.8~1.2倍，即Hm /Ha =0.8~1.2。水泥熟料硬度为H V 500~550,相当于HRC49~54，所以衬板材料硬度应在HRC 50以上才耐磨。由于受高应力冲击凿削，冲击韧性ak≥20J/cm²才能不开裂，满足安全使用要求。因此，粗磨仓衬板应选择中碳中铬合金钢及其他类似合金钢材料，如油淬中合金钢（ZG42Cr2MnSi2MoRE），硬度为HRC 48~55，冲击韧性ak≥20J /cm²，使用寿命可达3~4年。至于单螺孔衬板及沟槽阶梯衬板可参照相关标准选择高铬白口铸铁，使用寿命可达5年以上。采用挤压联合粉磨工艺的椎4m 以上大型磨机，一仓的主要作用由破碎变为研磨，衬板广泛采用沟槽阶梯形状,衬板材质应选择高韧性高铬白口铸铁，如BTMCr26等牌号，硬度HRC58~62，冲击韧性ak8~12J/cm²，使用寿命可达8~10年。

　　2.细磨仓衬板磨损机理及耐磨材料的选择
　　通过隔仓板进入到细磨仓的物料已变细，尖角变钝，细磨仓里的球或段直径仅为15~60mm ，冲击力小，对物料的作用力方式以研磨为主，最外层研磨体与衬板之间产生切向滑动。在此工况条件下，细磨仓衬板为磨料磨损和塑性变形以及在较高粉磨温度下的低应力划伤磨损等多种失效机制的叠加效应。因此，细磨仓衬板的磨损失效机理是以研磨体应力切削磨损为主。

　　细磨仓衬板材质可以选择高宏观硬度、低冲击韧性的耐磨材料，如高碳合金钢，高、中、低铬白口铸铁，抗磨球墨铸铁等材料，硬度HRC＞50，冲击韧性ak4~6J/cm²均可安全使用。

　　磨机衬板不宜选择高锰钢。对粗磨仓而言，由于高锰钢的屈服强度低，易产生塑性变形，尺寸长的衬板会发生凸起变形，磨球的冲击也不能充分产生加工硬化，因此不耐磨。对细磨仓而言，由于磨机衬板承受的冲击力更小，高锰钢的耐磨性更不能够得到发挥。

　　3.磨头端衬板、隔仓板、出料篦板耐磨材料的选择
　　（1）磨头端衬板磨损机理及耐磨材料的选择
　　磨头端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，磨损失效的机理是以高应力冲击凿削磨损为主、切削冲刷为辅。因此，磨头端衬板应选择韧性高耐冲击、硬度高抗切削的材料。以前采用高锰钢，由于所受冲击不足以使其充分产生加工硬化，硬度仅能达到HB350左右，受物料切削冲刷磨损严重，使用寿命低。如果选择中碳中铬合金钢衬板，硬度HRC46~50，冲击韧性ak≥20J /cm²，使用寿命15000小时以上，可比高锰钢提高1倍。此外，也可选用油淬中合金钢材质（ZG42Cr2MnSi2MoRE），硬度HRC≥50，冲击韧性ak60~130J/cm²，使用寿命12000小时左右。

　　Ф3m以上大型磨机磨头端衬板在径向上分2~4块，单块尺寸较小,可选择高铬铸钢、高铬铸铁类耐磨材料，使用寿命40000小时左右，是高锰钢的3~4倍。

　　对磨头端衬板的磨损失效分析发现，磨头端衬板不同部位磨损情况不同。外圈端衬板由于磨球和物料降落时相对滑动产生切削，该部位受冲击较小，为切削磨损。内、中圈端衬板受磨球和物料侧冲击力大，是以高应力冲击凿削磨损为主。对于分块制造的磨头端衬板，内、中圈端衬板宜选择韧性高的材料，如中碳中铬合金钢，油淬中合金钢，AM-B低合金钢等。外圈端衬板宜选择硬度高的材料，如高铬白口铸铁，以满足不同的磨损需要。

　　（2）隔仓板磨损机理及耐磨材料的选择
　　粗磨仓粉磨达到一定粒度的物料是通过隔仓板篦缝到细磨仓的。物料对隔仓板篦缝进行挤压冲刷磨损，研磨体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≥25J/cm²，硬度HRC45~50。

　　高锰钢韧性好，但硬度低、不耐磨，且易产生塑性变形，堵塞篦缝，影响生产效率。因此，隔仓板应选择中碳中铬合金钢及类似的中、低碳合金钢材料。椎3m以上大型管磨机隔仓板是分块制作的，可选择高铬铸钢、高韧性高铬铸铁类耐磨材料，使用寿命可比高锰钢提高3~4倍。而椎4.6m 中卸烘干磨隔仓板则应选用耐热钢材料，如GX30Gr7SiMo，该材料可使用于750℃以下工况条件。

　　（3）出料篦板磨损机理及耐磨材料的选择
　　出料篦板在磨机的出口，主要受小球或钢段的挤压切削磨损。因此，选择材料以硬度为主，可选择各类高、中碳合金钢、高韧性抗磨球墨铸铁等。硬度HRC50~55，冲击韧性ak8~10J/cm²，即可满足使用要求。

　　正确合理地选择管磨机衬板材质，对水泥行业节能降耗、安全生产具有积极的推动作用。在选择和使用衬板时，不但要考虑耐磨材料的综合机械性能，还要考虑衬板服役的工况条件。建议水泥企业在采购过程中认清产品牌号、熟知材料性能，选择具有先进技术和工艺装备的优势衬板制造商，选用具有高性能、良好性价比的优质衬板材料。

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