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非金屬礦使用立式磨加工的研究
2018-12-18 13:26
隨著國內非金屬礦產品應用領域的發(fā)展，雷蒙磨、環(huán)輥磨、球磨機等粉磨裝備及其技術在一定程度上適應了Bond功指數＜15.0的非金屬礦物產品加工的需求。但是，對于Bond功指數＞15.0的非金屬礦物產品加工，上述裝備技術還存在以下問題：①物料硬度高，造成裝備的易損件磨損嚴重；②物料磨蝕性大、磨耗高，造成產品污染嚴重；③易損件更換頻繁，造成裝備運行效率低、檢修維護率高，嚴重影響企業(yè)的經濟效益。
針對上述問題，國內非金屬礦物產品生產企業(yè)的目光開始轉向高效、節(jié)能型的立式磨裝備與技術。立式磨裝備技術作為近年來非金屬礦物干法粉磨與分級技術的主要進展之一，其特點是單機生產能力大、噸產品平均電耗低，生產的產品純度高、粒度分布窄，一次成品細度d97=10～44μm。
本文針對Bond功指數較高或高硅含量的非金屬礦物料粉磨，分別從非金屬礦物加工裝備與技術、原料理化組成、產品要求、裝備易損件的耐磨材料選擇等角度，探索了HRM立式磨在葉蠟石、高嶺土等非金屬礦粉體產品加工中的應用情況。
非金屬礦行業(yè)的代表生產裝備主要有雷蒙磨、環(huán)輥磨機、球磨機和立式磨等，分別從適應原料的Bond功指數、適應產品細度、易損件使用壽命、更佳入料粒度、單機產能等角度分析了幾種常見裝備技術的特點。
適用于Bond功指數＜15.0的非金屬礦物，多以生產d97≥28μm的粗粉產品為主，單機規(guī)模小。粉磨莫氏硬度≤3.0的非金屬礦物時，易損件使用壽命可以達到120天；但是粉磨石英砂、葉蠟石、高嶺土等Bond功指數＞15.0的非金屬礦物時，其易損件使用壽命只能達到20天左右，磨損嚴重、磨耗高、且污染產品，影響裝備的運行效率和企業(yè)的經濟效益。
適用于Bond功指數＜15.0的非金屬礦物，以生產d97=8～22μm的(超)細粉產品為主，單機規(guī)模小。易損件使用壽命可以達到300天；但是粉磨石英砂、葉蠟石、高嶺土等Bond功指數＞15.0的非金屬礦物時，其易損件使用壽命只能達到30～60天，磨損嚴重、磨耗高、且污染產品，同樣也會影響裝備的運行效率和企業(yè)的經濟效益。
適用于Bond功指數＜26.0的非金屬礦物粉磨分級，與分級機配套后可以生產d97=5～45μm的粗粉和細粉產品，單機規(guī)模較大。其襯板及研磨介質等易損件的使用壽命可以達到1000天；但是對于Bond功指數=26.0的非金屬礦物，其使用壽命有時只能達到100天，而且襯板及研磨介質磨損的部分進入產品中，對產品的純度及其使用性能產生一定影響。為了不影響裝備的運行效率，需定期進行檢查、補充研磨介質；缺點是能耗較高。
對原料的適應性強，適用于Bond功指數＜26.0的非金屬礦物粉磨分級，產品細度可以在d97=10～80μm之間任意調節(jié)，單機規(guī)模大。對于方解石、滑石等Bond功指數＜15.0的非金屬礦物，其襯板和輥套等易損件的使用壽命可以達到1000天；但是對于Bond功指數=26.0的非金屬礦物，其易損件使用壽命只能達到80天，輥套和襯板磨損的部分也會進入產品中，對產品的純度產生一定影響，為了不影響裝備的運行效率，應定期進行檢查輥套和磨盤襯板，易損件易于檢修更換。與上述其他設備相比，立式磨具有物料適應性強、產品細度可調、規(guī)?；б婷黠@、運行效率高、噸產品能耗低等特點。
根據上述分析可見，雷蒙磨、環(huán)輥磨受易損件使用壽命低、單機規(guī)模小等影響，在非金屬礦物粉體加工中受到限制；球磨機與分級機組合雖能滿足規(guī)?；a，但是噸產品能耗高嚴重制約了該裝備技術在非金屬礦物粉體加工中的應用。
非金屬礦企業(yè)的目光開始關注高效節(jié)能型的立式磨裝備及其技術，立式磨作為近年來粉體加工裝備技術的主要設備，其既符合了非金屬礦產業(yè)規(guī)?；壍囊螅址狭藝夜?jié)能減排政策的要求。
早期立式磨裝備技術在國內非金屬礦物粉體加工行業(yè)很少應用，而歐美、馬來西亞、印尼和日本等國早在20世紀就開始采用立式磨裝備技術進行非金屬礦物加工，其應用領域不僅涉及方解石、白云石，還應用到高嶺土、石英砂、葉蠟石等非金屬礦物料加工。隨著國產立式磨在水泥和礦渣行業(yè)的成功應用，立式磨裝備技術在國內非金屬礦物加工行業(yè)開始興起。下面以HRM立式磨為例，分別從磨損機理分析、易損件材料選擇及其抗耐磨處理等角度具體研究了HRM立式磨裝備技術粉磨非金屬礦物的可行性。
根據立式磨的工作原理及構造分析，其磨損主要表現為擠壓磨損和噴射(風掃)磨損，以及粘著性磨損、疲勞剝蝕類磨損和化學反應腐蝕磨損等。擠壓磨損表現為：工況下研磨裝置與物料接觸面間的磨損，立式磨的磨輥加壓系統(tǒng)多為液壓氣動彈簧系統(tǒng)(剛度達1.5～3.2k N/mm)，工作壓力大，可達400～800k N，粉磨組件在工作中受到很高的擠壓力作用，且輥套與粉磨物料接觸面間存在差速滑移，在輥套和磨盤表面表現為擠壓和剪切磨損；噴射(風掃)磨損表現為：工況下磨內帶料氣流與風道接觸面間的磨損，如磨內風環(huán)和分離器殼體、轉子葉片及灰斗等處。
輥套作為立式磨更重要的研磨裝置部件，其耐磨性能和可靠性至關重要，直接影響裝備的運行效率。輥套在承受高壓下與物料發(fā)生擠壓和剪切作用，造成接觸面擠壓剪切磨損，磨輥磨損嚴重后，不僅產量會急劇下降引起電耗偏高，還會導致磨機振動加劇引起相關零部件的損壞。
(1)高鉻基材堆焊：傳統(tǒng)立式磨的輥套基材通常采用高鉻鑄鐵，外部堆焊8～30mm的耐磨焊材，磨損后可進行多次堆焊修復使用。關鍵是輥套基材的選擇，有的高鉻基材在堆焊前就存在未探測出的內部缺陷，在堆焊過程中就容易放大內部缺陷，研磨過程中造成基材乃至堆焊層爆裂；有的高鉻基材在堆焊前沒有缺陷，但是基材的可焊性不佳，堆焊后出現缺陷，只能作報廢處理，造成較大的經濟損失。因此，合適的高鉻基材選擇至關重要。
(2)碳鋼基材堆焊：由于受高鉻基材可堆焊性能的影響，越來越多的立式磨制造企業(yè)開始探索采用焊接能好的碳鋼作基材，外部堆焊耐磨焊材，形成內韌外硬的結構。相對于高鉻鑄鐵其具有更高的耐磨性和耐沖擊能力，而且磨損后可以通過再生堆焊反復多次使用。此種方式更大的風險就是耐磨層的剝離，為盡量避免剝落，需要從母材、堆焊、焊絲及施工工藝幾個方面進行合理搭配。同時，為確保堆焊修復的經濟性和效果，應確保每次再生堆焊前檢查磨損情況不要傷及過渡層及基材。隨著立式磨的大型化以及在線堆焊技術的發(fā)展，該技術發(fā)展迅速也更加實用。
(3)耐磨陶瓷及涂層：關于耐磨陶瓷及其涂料的使用，已經在一些特定的非金屬礦物粉體加工中應用。相比其他材料更加容易施工，降低了成本。隨著材料技術的發(fā)展，該技術將會在有些特定行業(yè)得到快速發(fā)展。
分離器轉子是分級裝置的核心部件，起到阻斷粗顆粒、分離出細粉產品的作用。在分離過程中，轉子要承受一定量的物料沖擊，克服較大的系統(tǒng)阻力，工況下還受離心力和振動等因素的影響，所以磨損較大。目前較適宜的材料是耐磨鋼板(比如羅奇中國和耐鋼的產品)，其加工性和可焊性都較好，并且是全厚度同等硬度，使轉子的動靜平衡效果好，可以抵御兩面磨損，抗磨效果好。據采用合肥中亞建材裝備有限責任公司HRM1700立式磨的葉蠟石企業(yè)反饋，采用該技術的轉子使用兩年以后轉子結構依然完整。至于耐磨涂料的使用，需考察脫落的涂層會不會影響產品的用途。
另外，分離器殼體受到的磨損比較單一，主要是含塵氣流沖刷造成的風蝕磨損，且此處風速僅為3～6mm/s，建議根據所分離物料的磨蝕性及其用途要求，采用16Mn鋼、復合耐磨鋼板等。必要時也可采用耐磨涂料，效果較好，但是價格較高。
導向風環(huán)的作用是確保磨內通風流暢、淘洗粗顆粒排出進入外循環(huán)，揚起細顆粒進入分離器分選。通過強制變向提高氣流速度，此處流速達到30～60m/s，氣流中含有大量粗粉和細粉，磨損情況比較嚴重，由于葉片間距小厚度薄，且存在氣流沖擊引起的振動，因此耐磨陶瓷片和耐磨陶瓷涂料都不適宜，耐磨鋼板使用效果也不是很好。根據經驗，我們選擇了復合耐磨鋼板，將耐磨面朝向氣流，效果較好，可以使用2年以上。至于復合耐磨鋼板的焊接問題，建議將焊接位置的耐磨材料刨掉，露出底層，先用普通焊條將鋼板之間焊牢，然后再次堆焊耐磨焊條，這樣的焊接件才是牢固的，不會脫焊。
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