辊压机挤压辊辊面耐磨花纹的形式及选择

　　辊压机已广泛用于水泥工业的水泥及生料的粉磨，是继窑外预分解工艺技术之后的又一重大技术进步。它的应用，不仅降低电耗，还提高磨机产量、产品质量。但其挤压辊辊面磨损问题常常影响正常生产，一直备受开发商和用户重视。

　　挤压辊辊面的磨损为高应力磨损，其抗磨性能取决于辊面耐磨材料的硬度、韧性以及花纹形式。辊面的耐磨材料要求与中间层材料的相容性好，硬度高，具有良好的堆焊与补焊性能。恰当的辊面花纹形式有助于延长辊面的使用寿命和提高挤压效率，但会增加制造成本和维修成本。本文仅就辊压机辊面耐磨花纹的形式及选择进行介绍。

　　1  辊面耐磨花纹的形式

　　挤压辊辊面有沟槽辊面和光滑辊面两种。前者为本文讨论的带花纹的辊面，后者尽管制造成本和维修成本低却很少被使用，其根本原因是：光滑辊面的咬合角小，挤压后的料饼较薄，产量低；在喂料量不稳定时，更易引起挤压辊负荷超限。这也是沟槽辊面受到欢迎的原因。

　　自1985年德国洪堡（KHD）公司研制出第一台辊压机以来，制造商在沟槽辊面耐磨花纹（以下简称耐磨花纹）的形式上不断创新，目前已达十余种。常见的有：与环向平行的竖条纹、与轴向平行的横条纹、菱形加硬质点耐磨花纹、菱形无硬质点耐磨花纹、圆点形质点耐磨花纹、锯齿形耐磨花纹、“人”字形耐磨花纹、短棒状耐磨花纹等等（图1）。

　　2  耐磨花纹对辊子运行的影响

　　2.1  耐磨花纹的作用

　　耐磨花纹对辊压机生产运行有以下几个作用：对物料的咬合角大，可增加辊子的扒料力度，提高挤压效率；能有效形成料饼，提高辊体耐磨性；磨损首先从花纹开始，对辊体进行有效地保护。

　　2.2  国内辊压机或辊子制造商对耐磨花纹的选择

　　郑州机械研究所认为，采用横条纹（图1a）具有许多显著的优点。首先，操作工艺简单，人为影响因素减少；其次，用作耐磨花纹焊接的材料大都耐磨性很好，但抗裂性稍差，花纹焊层上或多或少地存在裂纹，采用横条花纹，裂纹行走方向单一，均为横向裂纹，裂纹止于横条，不会延伸至辊体，花纹之间不交错，裂纹不会相互延伸交叉，辊面应力小，辊面运行过程中裂纹不会对辊体造成破坏，不会出现辊体剥落掉块现象；第三，在进行局部维修中，工艺简单，只需对磨损严重的花纹进行处理，而不会影响其他部位花纹的使用。采用菱形花纹，耐磨花纹相对面积增加，对耐磨性的提高有好处，存在的问题是堆焊层交错相连，裂纹纵横交错，受各方向应力影响，裂纹会延至母体，虽然这种花纹形式有好的扒料作用，形成的料饼效果好，但由于裂纹多，走向复杂，在辊压机高应力作用下容易出现剥落，局部出现剥落后，由于裂纹影响到辊体，且重新修复菱形条又与原先菱形条横纵交叉，对母体影响更大。整体修复后使用，一旦出现剥落，就止不住，以至于一个月一修，维修量特别大。短棒状和点状不易形成料垫，对辊体保护不足。锯齿状花纹工艺复杂，对设备及人员要求很高，不利于推广及现场操作[1]。

　　HFCG辊压机耐磨花纹形式为菱形加硬质点耐磨花纹（图1b）。合肥院认为，辊面花纹形式对辊面耐磨寿命的影响较大。众所周知，磨损的产生须同时具备两个要素，即压力和相对滑动。粉碎物料所需的压力是由被粉碎物料的性能所决定，不可改变，减小物料在挤压过程中与辊面的相对滑动，是减小磨损、延长辊面寿命的有效途径。国内早期使用的“人”字形花纹虽然能够阻止物料的圆周方向滑动，但并未制约对物料在挤压过程中的轴向滑动，尤其在挤压物料颗粒较小如生产矿渣水泥时，两“人”之间的磨损较严重。因此，目前在HFCG系列辊压机辊面上广泛采用“棱”形花纹中间加硬质点的耐磨表面，取得了良好的使用效果，图3为不同花纹形式的磨辊表面磨损情况；图4为在大连华能-小野田水泥有限公司RPV100-63型辊压机使用HFCG型耐磨辊套的情况[3] 。

　　成都利君公司的辊压机辊面花纹则选择了锯齿形耐磨花纹。笔者推测这种花纹可能类似下文所要谈到的贝氏体冷硬铸铁辊套的表面花纹。

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　　2.3  国外制造商对耐磨花纹的选择

　　德国洪堡（KHD）公司为多特蒙德水泥厂2号辊压机提供的辊子辊面见图5，属圆点形质点耐磨花纹，由于是用硬质合金小圆柱镶嵌在辊面上，又称作“柱钉装甲”或“格子装甲”花纹，这是2001年底正在使用的辊子。这种辊子表面柱钉间会有物料自动形成料垫，对柱钉间的耐磨层起到保护作用。这就是所谓的带料衬的辊面。

　　从1992年该辊压机投入运行的十年里，共更换了六副辊子。这期间共生产了340万t矿渣粉。前两副辊子采用的是硬质表面辊套，尽管进行了中修，但实际使用寿命分别只有5900h和4250h。

　　1995年2月，静辊换装了新开发的柱钉装甲，而动辊采用堆焊柱钉。这种堆焊柱钉在使用了2500h后就不得不更换，而此时柱钉装甲的磨损量极小。在运转了5900h后，由于辊套出现裂纹，所以整副辊子就提前替换了。鉴于这些试验，第四副辊子完全采用柱钉装甲。采用这种方案后，辊子的使用寿命达到了11000h，而且不需要中间检修。

　　由于滚子轴承损坏，采用同样方案的第五副辊子在仅运转了6700h后就于1999年10月被换掉。由于表面只有轻微磨损，所以在更换了滚子轴承后，这副辊子作为备用滚子储存起来了。第六副辊子的静辊在使用了10600h后轴承出现了新的损伤，便用备用辊替换了。截至2002年5月初，动辊已经运转了13000h，静辊运转了9100h。

　　这一实例证明，柱钉装甲与堆焊柱钉相比，前者寿命长。与前面介绍的耐磨横条纹或菱形加硬质点耐磨花纹相比，堆焊柱钉的使用寿命也是较短的。

　　图6为斯威根姆水泥厂采用的克虏伯-鲍里休斯公司提供的贝氏体冷硬铸铁辊套的表面，通常堆焊连续的Z字形焊纹，即锯齿形耐磨花纹。新辊子焊纹的高度取决于辊子的尺寸，一般为3mm～5mm。根据要求，原始焊纹的密度可以不同或中间可以插入焊纹。焊接焊纹由富铬、含碳材料及其他的碳化物元件组成。这副辊子运转了大约16200h。实现这种效果的先决条件是恰当的中修方法，增加维修次数就会延长使用寿命。这种辊子易遭受冲刷磨损，耐磨花纹极易被磨蚀（图7）。

　　还有一种六方形Hexadur装甲的典型表面（图8），由德国魁伯恩公司制造，其在多特蒙德水泥厂1号辊压机上使用达到了17 200 h。从图8可以看出，该表面的特征是在整个六边形厚度上基本是均匀磨损，六边形柱钉间的接缝也会由物料形成防磨保护的料垫。

　　丹麦史密斯公司在耐磨花纹上也作过大量的探索工作，从螺旋形到“人”字形，再到倾斜交叉纹理（类似菱形加硬质点耐磨花纹）。倾斜交叉纹理是其倾斜交叉堆焊层工艺的表面特征。

　　3  结束语

　　以上说明，辊压机挤压辊辊面的耐磨性不仅取决于辊面耐磨材料的材质，还受耐磨花纹形式的影响，所以国内外制造商都在深入研究和广泛实践，以期获得更加耐磨、效率更高、使用寿命更长的辊面结构，包括耐磨花纹形式的设计与选择。