作者：包瑋王學敏張永龍單位:合肥水泥研究設計院 [2008-6-4]
關鍵字:輥壓機-裝備研究-粉磨-方案比較
摘要:本文介紹了輥壓機及擠壓粉磨技術裝備與工藝，如耐磨輥面的全套修復方案，擠壓聯合粉磨及半終粉磨工藝的優化設計，擠壓終粉磨工藝的研究與實踐，水泥顆粒分布及形態的比較分析；大型水泥粉磨系統工藝方案的比較等方面的最新研究成果及其應用實踐。
1、前言
我國輥壓機及擠壓粉磨技術經過近二十年的研究與應用已日趨成熟，可以說基本解決了應用的一系列關鍵技術問題，尤其是通過工藝系統的深入研究和主機可靠性的提高，輥壓機系統運轉率已達到球磨機系統的水平，擠壓粉磨的高效節能特點更加充分地以發揮。從2023年至2023年7月間近50條水泥生產線相繼應用的效果看，這一技術已成為1000t/d、2000t/d、2500t/d熟料等大型水泥生產線水泥粉磨系統的優選方案。由於輥壓機可以和打散分級機、球磨機、選粉機等構成多種粉磨工藝流程，滿足不同生產線產品產量和質量的要求，因此，更符合水泥企業實施水泥新標準的要求。
本文就此闡述如下,供參考。
2、輥壓機裝備技術的研究
輥壓機在我國已經歷十餘年的研究與應用，一方面體現出其高效節能的特點，另一方面由於裝置的不成熟和我們對其固有特性認識不足，給早期的使用者帶來維護上的麻煩，使輥壓機的推廣應用受到較大阻力，其中輥壓機輥面的耐磨設計及其修復；輥壓機裝置的振動；輥壓機工藝引數的設計與調整等成為輥壓機裝置中急待解決的問題。
2.1輥壓機輥面耐磨技術的研究
對於輥壓機輥面耐磨技術，國內外各大水泥裝備公司均投入大量的資金和精力加以研究，先後開發出整體鑄造式、整體堆焊式、堆焊鑲套式、硬質合金柱釘式、分塊式以及硬質合金燒結式等。其中整體鑄造、整體堆焊屬於早期技術；硬質合金柱釘式和硬質合金燒結式，因對物料中異物的敏感性強或因造價昂貴，未被廣泛使用；分塊式輥面由於受力的不合理性，在2023年以後即被否定；目前從耐磨設計的合理性以及使用、維護、更換等諸多因素綜合考慮後，被認為適應強、綜合性能最好的是堆焊鑲套式。
由於堆焊鑲套式輥面實現了磨輥母體與輥面耐磨層的分離，因此，就可以使用不同的材料和熱處理工藝，以分別滿足磨輥主軸的綜合機械效能和輥面耐磨堆焊效能的需要。其技術應包括以下幾方面：
a、根據被擠壓物料的物理效能，選擇適當的耐磨材料和輥面花紋形式，即新輥面的製造技術；
b、輥面使用過程中的現場區域性修復技術；
c、輥面的現場整體修復技術；
d、輥套更換技術。
2.1.1新輥面的設計與使用
a、輥壓機輥面的磨損為高應力磨粒磨損，所選用的耐磨材料，須綜合考慮表面硬度、耐磨性與韌性的有機結合。針對上述情況，開發出新型耐磨焊接材料，這種材料的主要合金元素是鉻—鉬—釩型別，通過調整碳—鉻—鉬—釩的不同配比獲得具有不同硬度和韌性的堆焊材料，以滿足不同抗磨損要求和堆焊層厚度方向上硬度梯度變化的要求，並通過焊前和焊後處理，使輥面在提高耐磨性的同時，確保在使用過程中不出現大面積剝落現象。並且要求這種材料與日後修復使用的現場補焊材料具有良好的相容性。
新磨輥的堆焊一般採用藥芯焊絲埋弧自動堆焊工藝。
b、多年實踐證明，輥面花紋形式對輥面耐磨壽命的影響是較大的。眾所周知，磨損的產生須同時具備兩個要素，即壓力和相對滑動。粉碎物料所需的壓力是由被粉碎物料的效能所決定，不可改變，減小物料在擠壓過程中與輥面的相對滑動，是減小磨損、延長輥面壽命的有效途徑。
國內早期使用的「人」字形花紋雖然能夠阻止物料的圓周方向滑動，但並未制約對物料在擠壓過程中的軸向滑動，尤其在擠壓物料顆粒較小如生產新型乾法礦渣水泥時，兩「人」之間的磨損較嚴重。因此，目前在hfcg系列輥壓機輥面上廣泛採用「稜」形花紋中間加硬質點的耐磨表面，取得了良好的使用效果，圖1不同花紋形式的磨輥表面磨損情況；圖2為在大連華能—小野田水泥****rpv100—63型輥壓機使用hfcg型耐磨輥套的情況。
圖1不同花紋形式的磨輥表面磨損情況
未使用輥面（01/04/6日）8個月（4600小時01/12/10攝）13個月（7000小時02/5/23攝）
圖2大連華能—小野田輥壓機使用hfcg型耐磨輥套
2.1.2輥壓機耐磨輥面正常使用過程中的現場區域性修復
輥壓機輥面的區域性修復，主要是針對輥面因異物的進入，造成輥面區域性脫落進行的。根據損傷深度確定是否修復過度層，耐磨層修復時應與原有的隔離開來，以避免焊接熱應力破壞原有的耐磨層，補焊接材料與原有的耐磨層材料應具有相容性，並且具有良好的冷焊效能。此外，修復前的表面清理，包括水泥灰和輥面疲勞層的清理，對輥面耐磨修復的質量起著至關重要的作用。
目前輥面區域性修復主要採用耐磨堆焊焊條手工修復，也可採用二氧化碳氣體保護焊和明弧焊等堆焊方式。
2.1.3輥壓機耐磨輥面的整體修復
輥壓機輥面整體修復分為：直接補焊和整體清除後補焊。針對輥面沿輥寬方向的不均勻磨損和花紋、硬質點的不均勻磨損以及輥面的整體磨損，可以採取上述區域性修復的方法進行直接補焊；在經過了多次直接補焊（一般5～6次）之後，由於反覆承受高壓擠壓應力作用和焊接微裂紋在每次補焊時的不斷擴充套件，磨輥母體表面會產生一定厚度的疲勞層，若再用耐磨修復焊條直接補焊則會產生從母體層直接脫落，此時，必須對磨輥表面的疲勞層進行徹底清理後，才能再做耐磨堆焊層。
疲勞層的清理主要採用碳弧氣刨或電熔刨，堆焊即可採用自動堆焊。無論是直接補焊，還是整體補焊都應注意磨輥的圓度誤差和兩輥直徑差不得過大，否則會造成修復後的輥壓機水平振動和兩磨輥不均勻載荷加大。圖3為舊磨輥耐磨表面修復前後的情況。
圖3某廠hfcg120-40型輥壓機磨輥修復情況
2.2輥壓機振動控制技術的研究
輥壓機振動是影響其可靠執行的關鍵因素之一。輥壓機的振動分為活動輥水平振動和輥壓機傳動系統扭振。活動輥水平振動，會加劇液壓缸密封圈的磨損、造成液壓系統壓力和傳動系統扭矩波動加大，增加輥壓機水平動載荷，對輥壓機執行的可靠性帶來不利的影響；傳動系統的扭振是輥壓機執行過程中極為惡劣的狀態，它會造成傳動系統零部件的損壞、裝置基礎酥鬆，使輥壓機和系統無法執行。
2.2.1輥壓機水平振動的控制
輥壓機水平振動主要是因為入輥壓機物料顆粒過大或顆粒級配波動過大，造成物料對輥壓機磨輥的反作用力波動加大。控制水平振動的方法主要有：
a、必須控制來料的粒度，滿足輥壓機對物料最大粒度的要求；
b、調整、搭配新來料，盡可能使其物料的顆粒級配趨於均勻；
c、適當增加料餅回料或打散分級機粗粉回料，以調整入輥壓機的物料顆粒分布，增加物料密實度；
d、適當增加液壓系統的壓力和液壓系統彈簧的剛度。
2.2.2輥壓機傳動系統扭振的控制
輥壓機傳動系統的扭振（也有稱為氣振）產生的原因主要是由於帶著氣體的大量細粉餵入輥壓機，在擠壓過程中需要排出大量的氣體，造成輥壓機磨輥對物料的拉入角非常不穩定，也就使得物料對磨輥的反作用力矩波動非常大，形成輥壓機傳動系統的扭振。根據研究表明，影響扭振形成的主要因素有：①被擠壓物料的細度和顆粒分布；②磨輥表面的花紋高度和形狀；③磨輥擠壓的線速度。
圖4為物料的細度和磨輥線速度對扭振的影響（磨輥花紋形式為「菱」形加硬質點）。
圖4物料細度及磨輥線速度對扭振的影響
控制輥壓機傳動系統扭振的方法主要有：
a、適當增加新給料粒度或者減少回料量（包括料餅回料和打散分級機粗粉回料）；
b、降低輥壓機磨輥的線速度，留出擠壓過程中的排氣時間；
c、在輥壓機進料裝置中增設排氣廂，使得料餅中的氣體得以及時排出。
2.3輥壓機主要工藝引數的優化設計
由於輥壓機高效節能的特性被廣泛認同，通過聯合粉磨和半終粉磨工藝，已逐步加大了輥壓機所承擔的粉碎負荷，終粉磨系統則是完全由輥壓機來完成粉碎作業。但是，同樣的輥壓機在擠壓大顆粒物料和擠壓水泥細粉時的執行狀態完全不同，因此，必須根據所需粉磨物料成品的要求以及所選擇的粉磨系統來確定輥壓機的輥徑、輥寬、磨輥線速度和液壓系統工作壓力等主要工藝引數，具體考慮的原則有以下幾方面：（設定輥壓機裝機功率不變）
a、當來料顆粒較大時，應採用輥寬較窄輥壓機，以防止傳動系統過負荷；
b、在要求輥壓機系統送出較細的物料時，應適當增加輥寬，降低磨輥轉速，以提高主電機的利用率，防止產生氣振；
c、在擠壓細粉時，輥寬加大後，為保證擠壓效果必須提高液壓系統的工作壓力，因此主軸承須重新選型，承載能力需要重新核算；
3、擠壓粉磨工藝系統的研究
伴隨著對輥壓機效能特點認識的加深，料餅打散分級裝置的研究開發，輥壓機的粉磨工藝得到迅速發展，以發揮輥壓機卓越的破碎和粗磨功能，球磨機細磨功能為宗旨的擠壓聯合粉磨工藝；以及以先分選經輥壓機擠壓後的細粉為宗旨的半終粉磨工藝，已成為輥壓機應用的主要方式。由於粉磨原理合理，各粉磨裝置之間分工明確，使得粉磨系統綜合電耗大幅度下降，系統產量大幅度提高。圖5為各種擠壓粉磨工藝的增產節電的比較①。
輥壓機與球磨機使用功率比值（%）
圖5各種擠壓粉磨工藝的應用範圍
但是，隨著輥壓機使用功率與球磨機使用功率比值的加大，輥壓機的迴圈負荷量的增加，必然使入輥壓機物料的粒度大幅度降低，輥壓機的磨輥線速度受到氣振的制約必須降低，從而，使輥壓機的處理能力和裝機功率利用率得不到充分的發揮，造成裝置能力的浪費。因此，根據原材料的效能和對產品的要求，合理選擇工藝流程和主機的配備，對降低整個工程投資、保證粉磨系統穩定執行、達到預期的技術經濟指標是至關重要的。基於多年的摸索和實踐，目前可以根據對產品的要求和原材料物性實驗、分析，確定最佳的工藝配置，**粉磨系統建成後的執行指標。
3.1擠壓聯合粉磨系統的優化設計
擠壓聯合粉磨系統主要分為：開路擠壓聯合粉磨和閉路擠壓聯合粉磨。物料經擠壓打散並分選後，細粉先送入球磨機粉磨,開路則由球磨機直接粉磨至成品；閉路則由球磨機粉磨後送入選粉機選出成品。
其特點是所有的成品完全通過球磨機再次粉磨完成，產品顆粒分布寬、微粉含量高。因而適合應用於水泥成品粉磨。與以前的擠壓聯合粉磨系統相比（如圖6所示），進行了如下的優化設計：
圖6擠壓聯合粉磨系統比較
a、取消輥壓機料餅回料。所有擠壓後的物料全部進打散分級機分選，回料量完全由打散分級機來調節控制。改進後減少了乙個揚塵點和系統主要故障點；
b、配單臺球磨機的條件下,取消包括磨機的餵料控制裝置在內的磨頭倉，完全由打散分級機控制入磨物料量。以防止因磨頭餵料不均勻造成磨機系統的波動，以及因餵料裝置磨損影響系統運轉率；
c、對高細高產篩分磨的深入研究與改型設計，根據打散分級機送來的物料重新設計並優化磨內引數，有效地控制了磨內物料的流速，使水泥成品在滿足比表面積和強度的條件下，0.08mm的篩餘大幅度下降，已達到一般閉路磨的水平，產品效能更加優良。
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