国际上立磨耐磨材料的研制与使用
2014-8-6 10:08:22 点击：
北京耐默科技有限公司总结了一些用于立磨的耐磨材料的性能和结构形式。对于不同部位的零部件，在选用耐磨材料时，首先是要有足够的硬度；但对于立磨磨辊和磨盘衬板等，由于工作中需要对其施加很大的力，因此对材料的强度和韧性也有较高的要求。
零部件的磨损机理
立磨的工作原理及构造决定了立磨的磨损主要是挤压磨损和喷射磨损。其他物理、化学磨损，如粘着性磨损、材料疲劳剥蚀和化学反应腐蚀等仅起次要作用。
1.挤压磨损
为保证立磨正常运行，磨机内必须保证一定的通风量，即各部位须保持一定的风速，如磨内风环须保证有40～60m/s的风速。由此，磨机内部的不同部位因长期受到高浓度含尘气体的冲刷而产生喷射磨损。
挤压磨损材料
从北京耐默科技有限公司了解到，世界各国著名的立磨研制商都在不断地研究、开发各种材料的辊套和磨盘衬板，具有代表性的有以下几家：
1.德国莱歇公司（LOESCHE）的立磨辊套、磨盘衬板所使用的耐磨铸铁含3%的C和7%的Cr，经热处理后成为韧性奥氏体和抗磨的碳化物，碳化物全体连接成链状物，虽具有较高的硬度，但大大降低了合金韧性。而含有25%的Cr和2.6%的C的合金虽具有足够高的强度，但没有多少韧性。实际应用中，易磨件常用合金铸铁，热处理后得到尽可能高的硬度；但零件很脆，所以使用含有过量Cr或C成分的材料是不合适的，焊补时易使母体金属开裂。因此，在实际选用材料时宜折中，即选用介于以上提到的两种材料之间的合金铸铁，以期在得到较高硬度的同时具有一定的韧性。大多数辊套基材选用镍硬系列和具有韧性且脆性低的合金铸铁。
莱歇公司也采用Magotteaux公司的专利产品DUOCAST锥形辊套，用Cr含量16%的高硬度白口铁楔状件（硬度HRC62～66），嵌入机械性能很好的可煅铸铁母体中的复合材料，做成整体辊套。该辊套较软的部分磨损后，形成凹槽，嵌入被粉磨的物料，提高了辊套的耐磨性和粉磨效率，使用寿命比镍硬Ⅳ、高锰钢等提高1.3～2倍，同时使辊套具有一定的抗冲击能力。
2.德国伯力鸠斯公司（POLYSIUS）立磨，其磨辊辊套和磨盘衬板即用高铬合金铸铁（含Cr量18%～20%）铸造，热处理后表面硬度HRC63～65.当用于原料磨时，辊套寿命可达10000h；磨矿渣时，辊套寿命在6000h以上。
3.德国非凡（Pfeiffer）公司的MPS磨，使用镍硬IV或白口合金铸铁（母体材料有80mm厚的硬层表面，硬层表面含高百分比的碳化铬及Nb）做成弧形件，用楔接方法组成整体辊子，其表层磨损后可修补焊接。
4.日本神户制钢（UBE）研究的OK磨，将辊套和衬板设计成球形弧瓣状。粉磨熟料或矿渣时，采用高铬铸铁制造辊套，并进行多次表面硬化处理和焊补，其表面硬度可达HRC62以上。
立磨磨盘衬板、辊套可应用日本栗本公司（KULIMOTO）的硬面（耐磨层）再生焊补技术和工艺（KSW-PROCESS）。
通常，铸件与熔焊无法完全相容，但日本栗本公司以其丰富的铸造经验成功开发了针对特殊耐磨材质的高铬合金钢焊材的特殊焊接技术：KSW-PROCESS.这项技术适用于高铬铸铁、镍硬系列耐磨铸件耐磨层的加工和再生补焊，其硬度可达HRC62以上，且比Ni-Cr、镍硬材料的寿命高出2.5倍以上。
喷射磨损材料通常磨机内均加设衬板，针对不同部位选用不同材质，主要有普通钢板（Q235）、16Mn板、细晶粒高强度板（HARDOX）和复合式耐磨钢板等。具体选用哪种钢板，主要依据不同部位的磨损强度而定。
1.磨筒体上层衬板、选粉机衬板等处因风速较低，选用普通板或16Mn板即可。
2.立磨风环即环形喷嘴格栅，位于磨盘挡料圈的外围，风速在40～60m/s的范围，主要是将经过粉磨溢出磨盘的物料携带进入上部选粉机进行选粉分离。喷嘴格栅设计具有一定的倾角，虽然此结构可以消除部分磨损，但由于气流携带物料且含有中粗的颗粒，又是高速度运动，所以工作环境十分恶劣。其采用镍硬Ⅳ、陶瓷质材料，对降低喷射磨损很有效，但对于铸件与陶瓷材料成型和保证安装要求较为困难，因此宜选用上庆栗本公司的UP-PLATE板，可提高工作效率。
3.立磨环形喷嘴周围的两圈壳体衬板，因受到环形喷嘴高风速（携料）的剧烈冲刷，根据粉磨物料的不同可选用普通板、HARDOX板，粉磨矿渣时以选用UP-PLATE板为佳。
6.磨机喂料溜管以及磨内一些结构与部件的支撑杆件、磨盘下刮料板等可选用HARDOX板，若选用UP-PLATE板，则使用效果更好。如果是粉磨熟料或矿渣，由于磨损更为剧烈，选用UP-PLATE板则是十分必要的。
北京耐默科技有限公司UP-PLATE板的寿命为普通钢板的8～15倍、HARDOX-500板的5倍；其材料价格为普通钢板的10倍左右、HARDOX-500板的3～4倍；总成本与普通钢板基本相当，仅是HARDOX-500板的55%。根据笔者的使用，效果明显，用户反应很好。美中不足的是，UP-PLATE板开孔较为困难，耐磨层不能和其他部件直接焊接，当焊接不可避免时，须作特殊结构设计。
综上所述，耐磨材料的性能一直是制约立磨应用的一大课题，有些材料虽具有较理想的硬度，即较好的耐磨性，但抗冲击韧性较差，不少辊套出现了运行一段时间后即开裂的问题。如今，耐磨材料正朝着综合性能更强的复合材料方向发展，出现了再生补焊等维修可靠、延长寿命的方法，同时也出现了类似于DUOCAST辊套的结构形式，所有的这一切正在不断推动立磨的发展和应用。在此，笔者推荐使用焊接性能优良的材料制作辊套，并采用再生补焊技术进行修复使用，以获得更高的性价比。
因为专业，所以值得信赖。我北京耐默科技有限公司数十年如一日专注科研与研制耐磨产品，旨在解决耐磨相关问题，打造我国一流耐磨产品，为企业解决研制难题。也希望与各家企业合作洽谈，能多为我国环保事业做一份贡献，为我国工业出一份微薄之力。
零部件的磨损机理
立磨的工作原理及构造决定了立磨的磨损主要是挤压磨损和喷射磨损。其他物理、化学磨损，如粘着性磨损、材料疲劳剥蚀和化学反应腐蚀等仅起次要作用。
1.挤压磨损
粉磨组件（辊套和磨盘衬板）在工作中由于受到高挤压力作用，并且接触面和被粉磨物料之间存在差速滑移，在部件表面表现为研磨和微观切削。目前，立磨磨辊加压系统多为液压气动弹簧系统（刚度达1.5～3.2kN/mm）施压，运行中工作压力大，可达400～800kN.粉磨组件的工作条件愈来愈苛刻，即磨损强度愈来愈高，这就对粉磨组件的耐磨性能提出了更高的要求。应用立磨粉磨水泥生料、矿渣等高硬度物料时，主要担心立磨粉磨组件的使用寿命和维护修复费用过高等问题。
图（1）挤压耐磨辊面采用高硬度焊丝堆焊制作
为保证立磨正常运行，磨机内必须保证一定的通风量，即各部位须保持一定的风速，如磨内风环须保证有40～60m/s的风速。由此，磨机内部的不同部位因长期受到高浓度含尘气体的冲刷而产生喷射磨损。
挤压磨损材料
从北京耐默科技有限公司了解到，世界各国著名的立磨研制商都在不断地研究、开发各种材料的辊套和磨盘衬板，具有代表性的有以下几家：
1.德国莱歇公司（LOESCHE）的立磨辊套、磨盘衬板所使用的耐磨铸铁含3%的C和7%的Cr，经热处理后成为韧性奥氏体和抗磨的碳化物，碳化物全体连接成链状物，虽具有较高的硬度，但大大降低了合金韧性。而含有25%的Cr和2.6%的C的合金虽具有足够高的强度，但没有多少韧性。实际应用中，易磨件常用合金铸铁，热处理后得到尽可能高的硬度；但零件很脆，所以使用含有过量Cr或C成分的材料是不合适的，焊补时易使母体金属开裂。因此，在实际选用材料时宜折中，即选用介于以上提到的两种材料之间的合金铸铁，以期在得到较高硬度的同时具有一定的韧性。大多数辊套基材选用镍硬系列和具有韧性且脆性低的合金铸铁。
莱歇公司也采用Magotteaux公司的专利产品DUOCAST锥形辊套，用Cr含量16%的高硬度白口铁楔状件（硬度HRC62～66），嵌入机械性能很好的可煅铸铁母体中的复合材料，做成整体辊套。该辊套较软的部分磨损后，形成凹槽，嵌入被粉磨的物料，提高了辊套的耐磨性和粉磨效率，使用寿命比镍硬Ⅳ、高锰钢等提高1.3～2倍，同时使辊套具有一定的抗冲击能力。
2.德国伯力鸠斯公司（POLYSIUS）立磨，其磨辊辊套和磨盘衬板即用高铬合金铸铁（含Cr量18%～20%）铸造，热处理后表面硬度HRC63～65.当用于原料磨时，辊套寿命可达10000h；磨矿渣时，辊套寿命在6000h以上。
3.德国非凡（Pfeiffer）公司的MPS磨，使用镍硬IV或白口合金铸铁（母体材料有80mm厚的硬层表面，硬层表面含高百分比的碳化铬及Nb）做成弧形件，用楔接方法组成整体辊子，其表层磨损后可修补焊接。
4.日本神户制钢（UBE）研究的OK磨，将辊套和衬板设计成球形弧瓣状。粉磨熟料或矿渣时，采用高铬铸铁制造辊套，并进行多次表面硬化处理和焊补，其表面硬度可达HRC62以上。
立磨磨盘衬板、辊套可应用日本栗本公司（KULIMOTO）的硬面（耐磨层）再生焊补技术和工艺（KSW-PROCESS）。
通常，铸件与熔焊无法完全相容，但日本栗本公司以其丰富的铸造经验成功开发了针对特殊耐磨材质的高铬合金钢焊材的特殊焊接技术：KSW-PROCESS.这项技术适用于高铬铸铁、镍硬系列耐磨铸件耐磨层的加工和再生补焊，其硬度可达HRC62以上，且比Ni-Cr、镍硬材料的寿命高出2.5倍以上。
喷射磨损材料通常磨机内均加设衬板，针对不同部位选用不同材质，主要有普通钢板（Q235）、16Mn板、细晶粒高强度板（HARDOX）和复合式耐磨钢板等。具体选用哪种钢板，主要依据不同部位的磨损强度而定。
1.磨筒体上层衬板、选粉机衬板等处因风速较低，选用普通板或16Mn板即可。
2.立磨风环即环形喷嘴格栅，位于磨盘挡料圈的外围，风速在40～60m/s的范围，主要是将经过粉磨溢出磨盘的物料携带进入上部选粉机进行选粉分离。喷嘴格栅设计具有一定的倾角，虽然此结构可以消除部分磨损，但由于气流携带物料且含有中粗的颗粒，又是高速度运动，所以工作环境十分恶劣。其采用镍硬Ⅳ、陶瓷质材料，对降低喷射磨损很有效，但对于铸件与陶瓷材料成型和保证安装要求较为困难，因此宜选用上庆栗本公司的UP-PLATE板，可提高工作效率。
3.立磨环形喷嘴周围的两圈壳体衬板，因受到环形喷嘴高风速（携料）的剧烈冲刷，根据粉磨物料的不同可选用普通板、HARDOX板，粉磨矿渣时以选用UP-PLATE板为佳。
4.选粉机转子叶片相对于运动的物料颗粒有较高的速度，静止的导向叶片需要改变气流运动的方向进行整流，由于两者均受到较高强度的冲刷，因此宜选用UP-PLATE板。
5.类似莱歇公司磨辊的中轴（伸入磨内）的护套，由于其直接受高速携带物料气流的作用，属磨损剧烈的区域，以选用UP-PLATE板为佳。6.磨机喂料溜管以及磨内一些结构与部件的支撑杆件、磨盘下刮料板等可选用HARDOX板，若选用UP-PLATE板，则使用效果更好。如果是粉磨熟料或矿渣，由于磨损更为剧烈，选用UP-PLATE板则是十分必要的。
7.对于立磨出风口、管道和选粉机转子立轴，可衬陶瓷质材料即能满足使用。衬陶瓷保护层之前，先在其表面等间距点焊Φ4～6mm的钢筋作为骨架，陶瓷材料（含细不锈钢纤）按一定配方以浇注料形式施工，也可选用UP-PLATE板直接制作或用做立轴护套。
图（2）在线堆焊磨辊
北京耐默科技有限公司UP-PLATE板的寿命为普通钢板的8～15倍、HARDOX-500板的5倍；其材料价格为普通钢板的10倍左右、HARDOX-500板的3～4倍；总成本与普通钢板基本相当，仅是HARDOX-500板的55%。根据笔者的使用，效果明显，用户反应很好。美中不足的是，UP-PLATE板开孔较为困难，耐磨层不能和其他部件直接焊接，当焊接不可避免时，须作特殊结构设计。
综上所述，耐磨材料的性能一直是制约立磨应用的一大课题，有些材料虽具有较理想的硬度，即较好的耐磨性，但抗冲击韧性较差，不少辊套出现了运行一段时间后即开裂的问题。如今，耐磨材料正朝着综合性能更强的复合材料方向发展，出现了再生补焊等维修可靠、延长寿命的方法，同时也出现了类似于DUOCAST辊套的结构形式，所有的这一切正在不断推动立磨的发展和应用。在此，笔者推荐使用焊接性能优良的材料制作辊套，并采用再生补焊技术进行修复使用，以获得更高的性价比。
因为专业，所以值得信赖。我北京耐默科技有限公司数十年如一日专注科研与研制耐磨产品，旨在解决耐磨相关问题，打造我国一流耐磨产品，为企业解决研制难题。也希望与各家企业合作洽谈，能多为我国环保事业做一份贡献，为我国工业出一份微薄之力。
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