球磨机衬板和磨球的选择（上）

 　　一、关于衬板
　　传统的高锰钢不适宜做球磨机衬板，其缺点是：容易发生蠕变和延展、表面相变会引起的反弓变形，在球磨机工况中不可能得到理想的加工硬化。前者是漏粉和断螺栓的根本原因，而后者则表明无法实现想象中的抗磨性能。这里必须说明的一点是：即使得到部分加工硬化，也不能作为抗磨程度的一种标志，因为这里的加工硬化是一种“破坏”后的硬化，它和衬板的初始硬度是有区别的。

　　硬就意味着耐磨，这是不容置辩的。上世纪70~80年代，国内外推出大批高硬度衬板、磨球材质，如高铬铸铁、镍硬铸铁、高碳合金钢、马氏体球铁和一些中碳合金钢等，但是由于这些材料的韧性值都比较低，有的琢k值仅有5J 左右，受传统衬板形式的束缚，都没有得到广泛的应用。衬板的断裂已成为高硬度、高抗磨材质应用的最大障碍。

　　传统衬板设计的根本错误已不能适应抗磨材料的发展。它的安装结构主要有两种形式，一种是火电厂广泛采用的“燕尾槽咬合、拧紧楔固定”；另一种是矿山、水泥、化工和大型火电厂广泛采用的每块衬板都用螺栓分别固定在筒体的方式。

　　燕尾槽的配合是否理想，我们且不谈。拧紧楔高于衬板会首先被磨损，拧紧楔全部功能来自一个“吊螺栓”。吊螺栓是最不稳定的一种紧固方式，由最不稳定的吊螺栓和首先被磨损的拧紧楔去稳定磨机的所有衬板，这毫无疑问是个错误设计。

　　那么衬板直接用螺栓固定呢？我们不谈磨机制造过程中打上一千个孔是否合理、是否麻烦，也不谈一千颗螺栓制造了一千个泄漏点，工人拧一千个大螺栓是否辛苦；只讨论抗磨件上是否应当设计一个孔？这个孔在铸造和热处理过程中会产生千百个裂纹源，孔是这个工件的最危险最薄弱的位置，用衬板中最危险最薄弱的位置固定整块衬板，去承受几十吨、一百多吨磨球在长期运转中的巨大作用力，那是极不合理的设计。大量实例证明衬板的断裂是衬板失效的主要原因，而断裂的绝大部分是通过螺孔发生的。

　　针对高硬度材质的特点，我们分析比较了几十种衬板的结构形式及他们磨损失效的原因，设计出“组合自固无螺栓球磨机衬板”——陈氏衬板！

　　组合的含义有两个方面：一是指衬板结构形式；二是指衬板安装的整体形式。自固的意义同样有两方面：一是衬板本身自我强化；二是安装后的自我紧固。

　　在组合衬板的设计中，衬板分别由板体和铆板两个或三个独立部分组成。板体的功用为抗磨，材质为高硬度合金；铆板为韧性合金，功用为稳定板体并向板体施加预应力。

　　组合自固衬板利用磨机本身几何形状,采用力学结构进行双金属组合,利用球磨机生产运行中磨球的作用,进行预应力自固,实现衬板的整体强化，从而保证高硬度、低韧性材质衬板的稳定性和可靠性。组合衬板的材质适应高铬铸铁，镍硬铸铁，高、中碳合金钢，中、低铬铸铁，马氏体球体等一切高硬度材质。

　　目前组合衬板已在国内20多个省市得到广泛应用，其中河北、湖北、江苏、广东、上海等省市的大多数电厂已全部采用组合衬板。组合衬板的最大优势是：能充分发挥所采用材质的最大淬火硬度———最大抗磨性能，且维修量几乎为零。最有效地利用了地球上的有限资源，应称为“绿色衬板”。

　　另外，衬板还有一个很重要的选择，那就是工作面的表面形状。工作面表面形状和磨球的相互配合决定了磨机内研磨介质的活跃度，并决定球磨机最大研磨能力的发挥。

　　例如电厂磨煤机和矿山球磨机的波纹衬板有利于研磨介质的活跃，但却没有考虑衬板与磨球之间最大研磨能力;水泥厂传统的阶梯衬板也没考虑衬板与磨球之间的最大研磨能力，也没使磨机内研磨介质的活跃度调整到较理想的状态。

　　笔者认为电厂、水泥厂的衬板其表面形状应该是组合形式的。因为自入料端到出料端的物料细度的变化是非常大的。因此，从入料端到出料端研磨介质的运动方式也应随之改变，运动方式的改变是通过磨机衬板的表面形状而决定的。所以，电厂磨煤机和水泥筒式磨衬板的表面形状的选择应该是组合形式的。入料端应该是粉碎与研磨的结合，出料端相对突出研磨。

　　电厂、水泥厂球磨机衬板的材质，应选择那些含碳量较高的铬钼合金钢或高铬铸铁之类的材质。这里要注意的一个问题是“工况适用”的概念，并不是合金化越高越好！

　　自1987年以来，笔者通过对数百台水泥磨机的改造均获得产量5%以上的提高，最高达到20%左右，而噪音降低了3~5分贝。提高5%产量的效益是惊人的，因为它的成本几乎只是原材料。衬板表面形状的选择目的只有一个：选择理想的磨球工作状态，追求球磨机的最大研磨能力。

　　水泥磨中衬板的材质应优先推荐高合金类。例如：Cr12、Cr15、Cr18、Cr20、Cr24等，依据磨机的工况和企业的经济情况进行选择。使用这些高硬度、高耐磨材质的衬板，不仅仅是减少维修、减轻工人劳动强度，更重要的是这些高耐磨材质衬板能够较长时间的保持设计状态，保持最佳工作状态，最大范围的提高产量，创造最大经济效益。特别是近年来，随着磨前辊压机的应用，水泥磨中最大磨球直径已下降到椎30mm 左右，这给高硬度高合金衬板的应用提供了良好的工况条件。

　　双介质淬火中、高碳铬钼合金钢衬板在水泥磨中也有着很好的费效比，使用寿命一般在两年左右。在椎2.2m的水泥磨中，作为隔仓板的使用寿命也达到了18个月，比较理想。

　　即使在电厂磨煤机中笔者也不主张使用高锰钢衬板。由于煤质比较松散，绝大部分电厂磨机中最大磨球为椎60mm
，因此在煤磨中高锰钢衬板是很难得到较好加工硬化的，无法发挥出应有的抗磨性能。电厂磨煤机理想的衬板为中、高碳的铬钼合金钢或Cr18以上的高铬铸铁。

　　矿山中使用的磨机一般为短粗形状。如32/36、43/63等等。衬板的厚度也相对比较厚。由于矿山磨机较大，磨球也大，且大部分采用湿法工艺。因此衬板的运行条件十分严酷。笔者建议在可靠性得到保证的前提下，尽量采用一些高硬度材质。例如含0.4%~0.9%碳的铬钼合金钢或含10%~18%铬的铸铁材质，其硬度都在HRC50以上。
　　矿山中大型的磨机、自磨机或半自磨机，从稳定可靠的角度出发大多数选用稳定奥氏体高锰钢衬板。 （未完待续）