金属矿用高压辊磨机辊面辊肩结构的设计与应用

徐海阳 宋晓刚 徐亦元 马 超

(中钢集团安徽天源科技股份有限公司)

高压辊磨机是利用两个相对转动的辊子，在高压下将物料粉碎，其特点是选择了粉碎效率高的静压应力作为粉碎的主要应力，属料层高压粉碎，部分没有达到合格粒度的产品，因内部产生大量裂纹也使下一步加工更容易分解。这与常见的低效率随机的综合应力粉碎形式(如球磨机等)相比，高压辊磨机可大幅度降低磨矿能耗、提高效率，是粉碎领域内一项创新技术。高压辊磨机可在金属矿破磨工艺中代替细碎、粗磨，实现多碎少磨、节能降耗，达到提高磨矿处理能力的目的[1-6]。

1 金属矿用高压辊磨机辊面进展

水泥、建材等软性物料行业使用的高压辊磨机通常为堆焊辊面，其辊面使用寿命可达8 000 h以上。与水泥、建材软性物料相比，金属矿山矿石的硬度高、磨蚀性大，因此需要辊面有高耐磨性，在金属矿上使用堆焊辊面的寿命很难超过3 000 h，无法满足其高耐磨性的要求。针对金属矿矿石的特点，国内外厂商展开了大量的探索研究，开发了采用粉末冶金技术加工的硬质合金柱钉，镶嵌在辊套表面，辊面的耐磨性有了较大提高，一般可以达8 500 h以上，这种镶嵌柱钉的辊面，成功解决了高压辊磨机辊面在金属矿使用寿命短的难题[7-9]。

2 传统辊面辊肩结构及存在的问题

现有高压辊磨机柱钉辊面的辊肩多数采用堆焊方式，柱钉辊面使用一段时间后辊肩位置出现磨损，使辊面辊肩与轴向挡料板之间的间隙变大，产生漏料，导致辊肩位置料压不足，破碎效果不佳，影响物料粒级分布。辊面辊肩磨损后，需要通过在线堆焊的方式修复，每过一段时间就要对磨损后的辊面辊肩进行堆焊处理，严重影响工作效率且增加维护人员的工作量[10]。磨损后辊肩如不及时修复，磨损到一定程度，可导致整个柱钉辊面的报废，造成更大的损失。还有一种方式是在辊肩位置直接加工槽，然后将硬质合金块镶嵌在辊肩位置，这种结构在辊肩异常受力会导致镶嵌的硬合金损坏，且损坏后很难更换，直接影响辊面的使用寿命。高压辊磨机的使用寿命最关键的就是辊面寿命，特别是在金属矿山。因此，研制一种柱钉辊面辊肩耐磨结构尤为重要。

3 新型耐磨辊面辊肩结构研究

针对金属矿山矿石特性，为解决辊面辊肩不耐磨且磨损后修复困难的问题，选择了与柱钉辊面上硬质合金柱钉相同的材料做为辊肩的耐磨材料，设计了一种可快速更换式辊肩结构。该辊肩结构由辊套、环形辊肩母体、硬质合金块、硬质合金柱钉、黏结剂和螺栓组成。辊套两侧加工成勾头槽结构，端面均布若干螺纹孔，辊套加工局部结构示意见图1。

图1 辊套加工局部结构示意

环形辊肩母体上加工成梯形槽及交错布置的圆形孔，在其一端面均布若干沉头孔，另一端面加工成勾头槽结构(见图2)；硬质合金块和圆柱形硬质合金柱钉以间隙配合形式，通过高强度黏结剂分别镶嵌在环形辊肩母体的梯形槽和圆形孔内，将其牢靠固定在环形辊肩母体上，组装好的整体环形辊肩分割成若干弧形辊肩块，辊面辊肩母体示意见图3。

图2 辊面辊肩母体示意

图3 弧形辊肩块示意

将分割好的弧形辊肩块采用螺栓固定在辊套两端，由于采用了勾头槽结构方式且使用螺栓固定结构，可以承受较大的轴向压力，确保这种镶嵌硬质合金块的辊肩牢固可靠的固定在辊套两端。辊肩组装示意见图4。

图4 辊肩组装示意

这种辊面辊肩镶嵌硬质合金块的结构，在高压辊磨机的使用过程中，若辊面辊肩上的硬质合金块异常受力损坏时，可将损坏的弧形辊肩固定螺栓拆除，更换成新的弧形辊肩即可，达到了快速更换的目的，可有效提高设备的作业率。损坏的弧形辊肩上的硬质合金块局部加热到一定温度(180～200 ℃)，使黏结剂失去黏性，将损坏的硬质合金块取出更换成新的硬质合金块，修复后的弧形辊肩可作为备件再次更换使用，可有效减少设备的维护时间和费用。

4 在金属矿中的应用

由中钢集团安徽天源科技股份有限公司设计的高压辊磨机辊面辊肩镶嵌硬质合金块的结构，已在马钢姑山矿业某选厂得到成功应用，采用此结构的高压辊磨机辊面辊肩在辊套使用一个周期结束后(即辊面报废)辊面辊肩仍比较完好。传统高压辊磨机辊面辊肩与镶嵌硬质合金块辊面辊肩使用效果对比见图5、图6。

图5 传统辊面辊肩磨损情况

图6 镶嵌硬质合金块的辊肩磨损情况

5 结 语

针对高压辊磨机在金属矿山实际生产运行过程中辊面辊肩不耐磨且磨损后修复困难的问题，提出了一种在辊面辊肩母体镶嵌硬质合金块且可快速更换式辊肩结构，在金属矿山工业现场应用结果表明：此种新型辊肩结构可使辊肩使用寿命大幅提高，可达到与柱钉辊面同寿命；在高压辊磨机正常使用条件下，辊面辊肩不需要维护，可有效减少设备维护量，提高作业率；辊面辊肩上硬质合金块异常受力损坏时，可方便更换；同时使辊面辊肩加工更加容易，异常损坏的辊肩修复后可作为备件使用，降低了高压辊磨机的生产维护成本，经济效益显著。该种辊肩镶嵌硬质合金且可更换式辊肩结构，为高压辊磨机设计人员和实际现场应用提供了价值参考，特别是在金属矿山行业应用前景广阔。