高壓輥磨機柱釘輥面不均勻磨損與處理

陳代彥

(中建材(合肥)粉體科技裝備有限公司)

目前高壓輥磨機廣泛應用于冶金礦山、化工、建材水泥等領域的超細碎作業，具備高效、節能、環保等優點。高壓輥磨機常用來擠壓粉碎難磨物料如鐵礦石、鋼渣、石英礦等，輥面通常采用鑲嵌硬質合金柱釘的方法保證輥面的耐磨性。當高壓輥磨機柱釘輥面出現不均勻磨損時，會影響輥磨效果，降低柱釘輥面工作效率，不利于正常生產[1-2]。

1 存在問題

高壓輥磨機包含2個輥子，物料從兩輥中間喂入，通過兩輥相對轉動對物料施加壓力。被粉碎的物料受擠壓形成密實的料床，從兩輥下方進入下一道工序。正常運轉一段時間后，柱釘輥面會有不同程度的磨損，邊緣效應又會導致輥面寬度中間部位磨損大、邊緣磨損小，使得兩輥在寬度方向上的間距不一致，嚴重時會導致中間部位的物料不經擠壓便直接進入下一道工序。因此在高壓輥磨機柱釘輥面仍有較長工作壽命時，輥磨工作效率急劇下降。在柱釘輥面使用后期，如何提高輥面工作效率是很多廠家面臨的問題。高壓輥磨機工作原理示意見圖1。

2 輥面不均勻磨損原因分析

高壓輥磨機輥面在旋轉過程中，物料在重力作用下由上至下運動，與輥面接觸的粗顆粒物料與輥面之間存在切向的相對運動。物料重力作用在輥面上，從而產生摩擦力。在進入壓力曲線的拉入角區域內，料餅厚度逐漸變薄。若不考慮兩輥子的轉速差，那么在該區域內物料和輥子之間的相對速度基本為零。在強大的擠壓力作用下，輥面會出現擠壓凹坑的現象，這些累積的凹坑會造成輥面疲勞磨損。

圖1 高壓輥磨機工作原理示意

通過在輥面材料上使用碳化物、硼化物或氮化物等硬質相可有效減少物料顆粒對輥面造成的磨損，硬質相的尺寸、形狀和分布與高壓輥磨機物料顆粒度需滿足一定的關系。如果有擠壓凹坑，則需要減小單個硬質相之間的距離，因此要有較高的硬質相體積分數。若兩輥子的轉速不相等、存在相對滑移的情況，輥面會出現嚴重微切削、微犁溝等損壞現象。

根據高壓輥磨機輥面磨損機理，近年來開發出了硬質合金柱釘輥面(圖2)。將由鎢鈷類硬質合金燒結而成的圓柱體鑲嵌在輥套母體內，形成硬質相，硬度高達HRC67。柱釘與柱釘之間的空隙由物料中的細顆粒填滿，從而形成料襯保護輥套母體。柱釘輥面的優點在于其耐磨性能好、一次性使用壽命長、日常修護工作量少，目前已在許多行業內得到應用。

由于高壓輥磨機邊緣效應(圖3)，在擠壓物料時，輥子中間承受的擠壓力比兩端大。隨著時間的積累，輥面中間的磨損比兩端要明顯嚴重(圖4)。到磨損后期，兩輥中間的間隙因過大而形成不了料層，高壓輥磨機擠壓效果變差，只有通過調整兩輥的原始輥縫來縮小中間間隙。由于兩端磨損少，調整到一定程度時兩輥端面會碰撞，此時仍滿足不了中間料層形成的條件，從而影響高壓輥磨產品質量和設備穩定性。

圖2 柱釘輥面照片

圖3 高壓輥磨機邊緣效應

圖4 柱釘輥面使用后期不均勻磨損

傳統的堆焊輥面可以對磨損的輥面區域進行補焊修復，滿足生產需要。柱釘輥面是將一定長度的圓柱狀硬質合金柱釘鑲嵌在輥面母材的圓柱孔中，以滿足輥套的強度和硬度要求，但輥套母體材料焊接性能差，同時柱釘使用的鎢鈷類硬質合金不具備堆焊性能，因此柱釘輥面需要解決輥面磨損后期如何修復不均勻磨損的問題。

造成輥面不均勻磨損的原因還有操作不當、穩流稱重倉物料離析等。部分用戶通過調整穩流倉下方設置的手動棒閘開度來調整高壓輥磨機的通過量，如只打開中間的手動棒閘，會造成輥子中間通過的物料多、兩端只有稀疏的物料通過，從而造成輥子磨損不均勻。物料離析主要是工藝管路設置不合理導致入穩流倉的新鮮配料與循環物料沒有充分混合引起的。

3 處理方法

大型高壓輥磨機使用的鎢鈷類硬質合金柱釘達數萬顆，可修復性能差，目前國內外尚無成熟可靠的處理技術。若通過更換柱釘輥套來恢復高壓輥磨機工作效率，不但費用高，而且報廢的舊輥套也會導致資源浪費。經過充分調研與討論，決定采用磨削的辦法解決輥面磨損不均勻的問題，并開發出柱釘輥面磨削裝置。由于高壓輥磨機操作空間有限、吊裝困難，必須設計專門用于磨削的動力機構，并且整個裝置要安裝簡單、輕便，以實現現場磨削。

柱釘輥面磨削裝置主要由測量輥面磨損數據的測量裝置、磨削片、驅動磨削片的動力機構、牽引磨削片沿輥子軸向移動和徑向移動的進給機構和自動調節控制系統組成，根據柱釘輥面輥子兩端面磨損小、中間磨損大的磨損特征，柱釘輥面磨削裝置解決問題的關鍵是將輥子兩端高出的部分柱釘磨削掉。為提高磨削效率，將磨削裝置設計成輥子兩端面同時進行、可以獨立操作的形式(圖5)。

圖5 柱釘輥面磨削裝置示意

由于柱釘硬度高，普通的磨削片效率低、損耗大。通過多次模擬磨削試驗，比較不同類型磨削片的磨削及消耗效率，選擇合適的磨削片結構、尺寸和磨料種類、粒度及硬度、結合劑種類。柱釘輥面磨削裝置進給機構可根據柱釘輥面的磨損數據，通過自動調節控制系統實時調節磨削范圍。目前，該磨削裝置已在許多高壓輥磨機使用現場進行柱釘輥面磨損的后期處理。

4 應用實踐

包頭市石寶鐵礦集團有限責任公司年采礦400萬t，2014年采用1套HFKG160-140高壓輥磨機對選礦工藝系統進行升級改造。選礦廠原有12條老生產線，精簡改造成1條新生產線，實現鐵精粉產量130萬t/a。HFKG160-140高壓輥磨機自投產以來運行穩定、可靠，輥面壽命超出預期，至2018年6月初，該柱釘輥面已累計帶料運行近20000h。此后運行狀態有下滑趨勢，運行電流從額定電流的75%左右下降至60%，擠壓效果明顯變差，高壓輥磨系統產品產率和質量較之前有較大的下降趨勢。通過調整原始輥縫，工作壓力也達不到正常水平。停機檢查發現柱釘輥面出現磨損不均勻現象，中間磨損大、兩端磨損小，兩輥中間間隙大，形成不了料餅。2018年6月中旬采用新開發的柱釘輥磨削裝置對柱釘輥面進行磨削處理(圖6)。

圖6 高壓輥磨機應用于現場磨削柱釘輥面

經測量，輥子兩端面高出中間約20 mm，因此對高出部分柱釘進行磨削處理。處理后，高壓輥磨機擠壓效果明顯改善，恢復到之前較為理想的狀態。自修復以來，該輥面又運行了2 000 h。按照目前輥面狀況，該輥套使用壽命預計可達25 000 h以上。磨削裝置的使用可提高柱釘輥面的使用價值，能延長輥面使用壽命，經濟效益明顯。

5 結 論

柱釘輥面硬度大、耐磨性能好，能形成料襯保護輥套母體。但在使用后期，由于高壓輥磨機的邊緣效應和穩流稱重倉物料離析等原因造成輥面磨損不均勻，且呈兩端磨損小、中間磨損大的磨損特征，影響高壓輥磨機輥磨產品產率與質量。

通過應用柱釘輥面磨削裝置對磨損不均勻的柱釘輥面在現場進行在線磨削，可恢復輥面的均勻性和擠壓效果，延長柱釘輥面的使用壽命，避免更換新輥套帶來的高昂成本和資源浪費，從而提高生產效率，節省資源。