辊压机装备技术的新发展与应用

2015-12-21郭华琛

新世纪水泥导报 2015年4期

关键词：辊面辊子压机

郭华琛

中材成都重型机械有限公司，四川成都 610051

辊压机装备技术的新发展与应用

郭华琛

中材成都重型机械有限公司，四川成都 610051

近几年辊压机装备技术出现了一些新的优化和改进措施：（1）采用复合铸造辊面和硬质合金柱钉辊面可以有效提高辊压机辊面使用寿命和设备运转率，减少辊面维护时间，节约人工成本。在研磨磨蚀性高的物料时，这两种新型辊面的优势尤为明显。（2）新结构的侧挡板装置解决了以往侧挡板与辊子端面磨损严重等问题，并且很大程度上减少了辊边漏料，从而使粉磨压力在辊宽方向上的分布更为合理，有效地减小了边料效应。（3）可翻转侧梁的开放式机架结构简单，容易制造，零件互换性好，很大程度上降低了辊压机的起吊及检修难度，减少了检修的工作量，大大缩短了检修周期。（4）采用调心滚子轴承可简化辊系轴承座结构和改善油缸受力，运行平稳，检修方便。

辊压机辊面侧挡板装置开放式机架调心滚子轴承

0 引言

辊压机诞生于20世纪80年代中期的德国，是一种新型、高效、节能的粉磨设备，它是基于料层粉碎原理而工作的，由于其高压、慢速、满料、料层粉碎等固有的特点，而广泛用于水泥、冶金、矿石等行业物料的磨碎作业中，与传统的球磨系统相比具有显著的高效、节能效果，被誉为粉碎工程的一大突破。自从1985年德国的Krupp Polysius公司研制出世界上第一台辊压机以来，已有成百上千台工业辊压机相继问世。国外主要的辊压机制造厂家有德国的Krupp Polysius公司和KHD Humbolt Wedag公司、美国的Fuller公司和丹麦的F•L•Smidth公司等。在我国，辊压机的设计和制造技术最初主要是从德国引进，进行了消化吸收和二次开发，并且己经取得一些成果[1]。历经二十多年的发展，辊压机装备设计及制造技术不断优化，相关系统工艺推陈出新，使辊压机装备大型化已经成为发展的主要趋势。本文简要阐述辊压机的工作原理，并结合辊压机近年来实际生产应用中存在的问题，介绍辊压机装备技术的一些新的优化和改进措施。

1 辊压机的工作原理

辊压机工作原理如图 1所示，主要依靠两个水平安装且同步相向旋转的挤压辊进行高压料层粉碎。被封闭的物料层在被迫向下移动的过程中所受挤压力逐渐增至足够大，直至被粉碎且被挤压成密实料饼。通过辊压的物料粒度大幅度降低，并且颗粒的内部结构已被破坏，产生许多微裂纹，易磨性明显提高。

2 辊压机辊面耐磨技术的新发展

长期以来，对辊压机辊面耐磨技术的研究，国内外均进行了大量的工作。中材成都重型机械有限公司一直以来致力于辊压机耐磨材料的研究与创新，目前的辊面耐磨技术已经从原有的表面堆焊技术发展到现阶段的复合铸造辊套和硬质合金柱钉辊套，大大增强了辊压机对不同特性物料的适应能力。

图1 辊压机的工作原理

2.1 复合铸造辊套

复合铸造辊套采用双金属离心复合铸造工艺铸造而成，分内外两种材质。内层为优质的低合金钢，具备良好的强度和韧性。外层为高硬度工作层，其材质为含有大量碳化物的高合金钢，有效使用厚度＞50 mm，同时，为了增强辊压机辊面的带料能力，辊套在生产制作过程中外层的横条型花纹由模具直接成型，花纹高度约7 mm～8 mm，与辊套形成一个有机的整体。相比传统的堆焊工艺，避免了由堆焊层产生的焊接表面裂纹，提高了辊面的抗剥落性能和抗裂性能，因而获得了比常规表面堆焊辊面高得多的耐磨能力和使用寿命，如图2所示。

图2 复合铸造辊套

中材成都重型机械有限公司为新疆某水泥厂提供的CDG180-120生料辊压机于2013年4月投产，采用复合铸造辊套，使用至今仍状况良好，可继续使用。其辊面在不同使用时间的对比如图3、图4所示。

从实际使用情况来看，使用13 000 h后辊面花纹依然完好清晰，可见复合铸造辊面在实际生产过程中大大地提高了辊面的使用寿命，同时实现了日常免维护。

图3 使用 000 h后的复合铸造辊面

图4 使用 3 000 h后的复合铸造辊面

由于辊面压力在辊宽方向上的分布呈中间高两端低，因此辊面的磨损往往是中间磨损最严重，经过长时间使用后辊面会形成中间低两端高的马鞍形，这在一定程度上制约了辊压机的辊缝调节，使其不易调到最佳状态。此时，复合铸造辊套工作层的厚度（＞50 mm）相较传统堆焊辊面的工作层厚度（＜10 mm）就更能显示出其优越性。对于堆焊辊面来说，只能通过堆焊修复，而复合铸造辊套则不仅可以堆焊修复，而且还有另一个选择：通过专用的设备对辊子两端高点打磨以及花纹的重新开槽修复，即可恢复工作性能继续使用。打磨工艺安全可靠，不存在开裂、起层的风险，且可现场在线施工，快捷、周期短。复合铸造辊套的现场在线修复如图5所示。

2.2 硬质合金柱钉辊面

硬质合金柱钉辊面是由粉末冶金制造的硬质合金柱钉镶嵌在辊套表面的一种耐磨辊面形式。其主要抗磨原理是高硬度的柱钉凸出辊套一定高度形成“牙齿”，同时通过受压的物料填充在柱钉与柱钉之间形成一层密实的自磨层（料垫）对辊面进行保护，达到料磨料的效果，从而提高整个辊面的耐磨性。其辊套采用优质的合金钢，合理的搭配辊套中Cr、Ni 、Mo等元素的配比并加以特殊的热处理工艺，使辊套具有非常好的强度、韧性以及耐磨性。科学的设计硬质合金柱钉的排布形式以及间距，辊面更容易形成稳固的自磨层，使柱钉辊面工作寿命突破性地达到了堆焊辊面使用寿命的数倍，从而大幅提高了辊压机的运转率。硬质合金柱钉辊面如图6所示。

图5 复合铸造辊套现场在线修复

图6 硬质合金柱钉辊面

中材成都重型机械有限公司是国内较早掌握硬质合金柱钉辊面核心技术的生产厂家之一，已成功将柱钉辊面应用于铁矿石及其他高磨蚀性特殊物料的粉磨。自主研发的辊套柱钉镶嵌孔加工专用数控机床（见图7），大大提高了加工效率，并能严格保证每一个孔的定位精度和尺寸精度，使柱钉与孔之间获得最佳的配合，杜绝了辊面使用中发生碎钉和掉钉的情况。

中材成都重型机械有限公司在内蒙古某水泥厂的生料辊压机辊系改造项目中，将其原有的堆焊辊套更换为柱钉辊套。该厂原料磨蚀性极大，其中磨蚀性很强的硅石配比高达60%，导致其原使用的堆焊辊套必须每天堆焊修复才能勉强维持继续生产，检修工人的劳动强度太大，设备运转率远达不到生产要求。改造后的辊系于2014年9月投入运行，无任何维护的情况下至今仍正常使用。其使用情况见图8、图9。

图7 专业化的柱钉孔数控加工

图8 使用一个月后的硬质合金柱钉辊面

图9 使用半年后的硬质合金柱钉辊面

从实际的使用情况来看，硬质合金柱钉辊面寿命较原有的堆焊辊面大幅度提高，真正实现了生产中辊面免维护，大大降低了检修工人的劳动强度，提高了设备的运转率。

2.3 辊压机进料装置侧板

辊压机对物料的挤压属高压作业，进料装置侧板的主要功能就是贴靠在辊子端面为辊面构造封闭的破碎腔，持续的相对运动使得辊子端面和侧板都会很快磨损变形，两者之间总是存在或大或小的间隙，一部分细颗粒物料极易从间隙处漏出，一方面加剧了辊子端面的磨损，另一方面使得靠近辊面边侧的料压低于辊面中间部分，两侧的物料受挤压效果必然不如中间，从而在一定程度上影响了整体挤压粉碎效率，这就是辊压机难以避免的边料效应。因此，辊压机进料装置侧板的设计显得尤为重要，不但要解决辊子端面和侧挡板磨损严重的问题，还要兼顾辊边漏料的情况。中材成都重型机械有限公司在长期经验总结的基础上开发出了一种新型的辊压机侧挡板，此侧挡板包含了特殊结构的径向密封衬板，破碎腔内的物料首先受此装置的径向密封耐磨衬板的阻挡，改善了该区域的物理粒度和压强分布，细颗粒物料难以进入辊子端面和侧板之间的间隙，从而解决了辊子端面磨损严重和漏料、边料多的问题，使辊压机内部料压保持稳定，获得更好的粉磨效果。其外形如图10所示。

图10 辊压机新型侧挡板

该结构的侧挡板在新疆和福建的改造项目上使用效果明显，现场使用情况对比如图11、图12所示。

图11 改造前辊端磨损情况

从实际使用情况来看，新结构的侧挡板装置解决了以往侧挡板与辊子边缘磨损严重甚至磨成锥面的问题，并且很大程度上减少了辊边漏料，有效地减小了边料效应，提升了粉磨效率，辊面磨损在辊宽方向上也较以往更为均匀。

2.4 辊压机机架结构形式

辊压机机架是辊压机所有部件的安装基体，它不但要承受挤压物料的反作用力，而且还要承受料层波动带来的冲击载荷。随着辊压机大型化的发展，对机架的要求不仅仅满足于承受足够的载荷和冲击，在安装检修的可操作性以及方便快捷程度上提出了更高的要求。

图12 改造后辊端磨损情况

图13 销轴式结构辊压机机架

目前国内大多数的辊压机大多沿用整体焊接式机架，主要由焊接结构的左右上横梁、左右立柱及左右下横梁等部件组成。辊子挤压力通过联接立柱和横梁的骑缝销来传递。其结构形式如图13所示。这种结构形式的机架在检修辊系的时候必须将机架的上梁以及相关的进料装置和下料溜子全部拆除，辊系从上方吊出检修。对于大型的辊压机来说，该项检修的操作难度和时间周期都显著增加，并且由于骑缝销的安装孔是在机架整体组装后配做的，不具互换性，一旦机架中任何一个部件出现变形或需要更换，都会面临两半销孔对不齐而无法装入骑缝销的窘境。中材成都重型机械有限公司为了适应辊压机大型化发展的需求，采用可翻转侧梁的开放式框架结构，如图14所示。该机架侧梁由销轴与上下梁连接，销孔无需配做因而具备较高的尺寸互换性，可翻转的侧梁使得辊系可以从侧面沿着机架轨道滑出，而且独特的轴承座滑轨设计还使得轴承座可沿辊子轴线方向拆卸，机架的上梁以及与其相关的进料装置都不用拆卸，很大程度上减小了辊系的起吊及检修难度，减少了检修的工作量，大大缩短了检修周期，得到了业主的充分肯定。其在项目上的应用实例见图15、图16所示。

图14 可翻转侧梁的开放式机架

图15 辊系检修完成后从侧边拉入

图16 轴承座拆除后在线更换轴承

2.5 辊压机的轴承形式

辊压机装备技术发展到今天，辊压机的辊子轴承基本可归结为采用调心滚子轴承和四列圆柱滚子轴承+推力轴承两种方式。在同等承载能力的条件下，四列圆柱滚子轴承外径小、宽度大，调心滚子轴承外径大、宽度小。早期的辊压机由于受到辊径的限制普遍采用四列圆柱滚子轴承+推力轴承的形式；随着辊压机大型化的发展，辊压机专用轴承的技术进步，以及辊压机装备设计及制造技术不断完善，调心辊子轴承在辊压机上的应用日益广泛。

使用四列圆柱滚子轴承的辊系自身不具备调心功能，为了适应工作状态下由于料层波动带来的辊子偏转，其动辊轴承座大多采用滑键加关节轴承的结构形式，使得辊子在发生偏转的时候辊轴与轴承座整体发生偏转，而由于液压缸是固定在机架上，轴承座的偏转最终导致油缸工作时承受交变的径向分力，一定程度上缩短了油缸密封的寿命。另外，该结构的滑键和关节轴承都位于动辊轴承座的底部，经过一段时间的运行都很容易产生磨损或破坏，导致窜轴等问题，其检修和更换十分困难。使用调心滚子轴承的辊系则不存在上述问题，由于轴承本身具有调心功能，轴承座结构形式相对简单，仅需沿机架轨道一个方向上的直线运动，设备工作的稳定性和检修的可操作性较采用四列圆柱辊子轴承有较大的优势。