中速磨煤机金属陶瓷复合磨辊及磨盘的研究及应用

研究与应用 研究与应用 第五届水泥工业耐磨材料技术研讨会论文集中速磨煤机金属陶瓷复合磨辊及磨盘的研究及应用钱兵1孙书刚1朱昱2倪红军2花荣春1宋汉超11．南通高欣金属陶瓷复合材料，226003；2．南通大学，226019摘要磨煤机是电厂、水泥厂、钢厂等制粉系统中的重要组成部分。简要分析了电厂中速磨煤机磨辊及磨盘的工况；介绍了电厂中速磨煤机的工作原理、性能特点以及国内外磨煤机和制粉系统的一些新技术：着重阐述了金属陶瓷复合磨辊及磨盘的现状、制备方法、优点及经济效益，并制定了产品推广和应用的措施。关键词中速磨煤机金属陶瓷复合磨辊及磨盘推广应用0引言磨煤机是电厂、水泥厂、钢厂等制粉系统中的重要组成部分，是重要的辅助动力设备，其配置的优劣将直接影响机组的安全性和经济性m21。磨煤机发展已有近百年的历史，前期由于受到耐磨材料性能所限。只能用于粉磨软物质，如煤、石膏等。在20世纪70年代随着新型干法水泥技术的飞速发展，磨煤机以其集粉磨、烘干和选粉于一体，运行经济的特点被广泛用于粉磨矿渣水泥，拓宽了磨煤机的使用范围。由于磨煤机得到了越来越广泛的应用，所以对磨辊及磨盘的耐磨性提出了越来越高的要求。目前国内使用的中速磨煤机的水泥厂家有很多，一部分使用的是进口的磨煤机，如德国的伯力鸠斯公司、莱歇公司、非凡公司、丹麦史密斯公司、日本的宇部公司等；一部分则使用国产磨煤机，如中信重工机械股份、成都建筑材料工业设计研究院、天津水泥工业设计研究院及沈阳重型机械公司等生产的磨煤机。由于中速磨煤机磨辊及磨盘的工况环境十分恶劣，造成辊面磨损非常严重，因此，中速磨煤机磨辊辊套及磨盘衬板一般采用整体耐磨合金铸造或复合耐磨堆焊的方法制造，以提高磨辊及磨盘的耐磨性和使用寿命。整体铸造的磨辊及磨盘虽然具有较好的耐磨性，但同时存在两个问题p1：(1)辊体成本较高，磨损到一定尺寸后整个辊体就要报废，虽然可采用堆焊方式修复，但只能修复l～2次；(2)辊体本身脆性大，容易出现辊体断裂、开裂现象，一旦出现这种情况，会严重影响设备的运行安全。因此，国内外多家公司在制造大型立磨磨辊时已开始倾向于采用复合耐磨堆焊的方法，即：辊体基体采用韧性良好的低碳合金钢，表面堆焊耐磨材料进行有效防护。这样既可以保证工件表面具有优良的耐磨性。又可以使辊体具有良好的综合机械性能，不存在开裂或断裂的危险，复合制造是目前的一种发展趋势。本文在前人研究的基础上，提出了一种制备陶瓷复合磨辊及磨盘的新工艺，旨在提高辊体及磨盘的综139研究与应用第五届水泥工业耐瞎材料技术研讨会论文集台机械性能．延长其使用寿命。研究与应用第五届水泥工业耐瞎材料技术研讨会论文集台机械性能．延长其使用寿命。I电厂磨煤机工作原理豆工况特点每台磨煤机配用3个瞎辊和1个磨盘，磨辊及磨盘是磨煤机的磨煤核心部件之一，它依靠压碎和碾磨两种作用将煤耢碎。原煤下落在磨碗中间，煤受到磨碗转动而产生离心力，进入磨辊与磨碗之间。依靠磨弹簧的加载装置的预紧力及一部分磨辊自身的质量，磨盘带动煤层，煤层通过摩擦力，带动磨辊转动，使磨盘上物料受到挤压和剪切的共同作用加以粉碎。磨煤机使用过程中，磨辊，磨盘衬板是易损件，磨辊和磨盘在碾压破碎时受物料反复多次切削磨粒磨损；磨辊的自重和其上的外加力，使它承受巨大的周期性的交变压应力；磨煤札自振及磨盘上物料粒度、厚度的变化．均使磨辊受到一定的冲击载荷。扶对失效磨辊观测，磨辊外佣磨损严重，磨损区呈现有方向性的波浪蟛状，这是因为物料在离心力的作用下，被甩到边缘。粗大物料受离心力大，从磨盘中问到边缘形成物料粒度由小变大．使物料的研磨过程主要集中在磨辊外谩I进行．也使磨辊外缘受挤压力、剪切力作用，致使磨料磨损严重。因此，要求磨辊及衬板表面具有良好的耐磨粒磨损性能，并具有较高的表面硬度。2电厂中速磨煤机中速磨煤机的转速一般为50—300rlmin，典型代表HP型中速磨、MPs型中速磨、呲l帅速磨。2jHP型中速摩煤机HP型中速磨煤机(如图l所示)是ABB—cE公司于20世纪80年代中期开发出的产品，是RP型中速磨的取代产品。上海重型机器厂自8睥代引进该技术生产的球磨机，主要有以下特点：雷1HP型中逮量煤机(1)磨煤机首先采用了髓窘碗一起转动的叶轮装置来改变一次风的流向和流速，使通过磨煤机的空气分配更为均匀。(2)磨煤机的磨辊与磨碗村板无直接金属接触，运行时可空载启动，亦可带负荷启动。(3)磨煤机采用了磨辊翻出专利技术，磨辊能够从各自的门孔中翻出，更换较方便。HP型中速磨煤机磨制粉系统一般都设置6台磨煤机．其中5台运行，1台备用；每台磨煤机有3个磨辊140研究与应用第五届水泥工业耐磨材料技术研讨会论文集和1个磨盘，磨煤机的出力大小可自动、随时随地进行调整；运行可靠性相对于钢球磨煤机较差，运行维研究与应用第五届水泥工业耐磨材料技术研讨会论文集和1个磨盘，磨煤机的出力大小可自动、随时随地进行调整；运行可靠性相对于钢球磨煤机较差，运行维护工作量较多；磨煤机的出力南给煤机和一次风量控制，对锅炉负荷响应速度较慢；风煤比较高，不适合磨制高硬度、高水分和低挥发分煤种。2．2MPS型辊式中递磨煤机MPs型辊式中连磨煤机“1最早是由西德Babc伸k(简称DWB)公司制造，并于1958年诞生了第一台实用猷JMP8磨煤机．该机目前仍在电厂正常运行中，8睥代中期，沈阳重型机器厂引进了该技术，井研制开发了一系列磨煤机。如图2所示，MPS磨煤机碾磨部件有3个^形辊子和一个具有门形槽道的磨环。辊子尺寸大，且边缘近于球状．辊子轴线同定，这些都使其磨煤出力高于其E中速磨。此外．MPS磨的碾磨压力是通过弹簧和3根拉紧钢丝绳直接传递到基础P，故可以在轻型机壳条件下对碾磨部件施加高压。这屿独特之处使rIPS磨更易大型化。其主要性能特点有”(1)采用了直径较大的磨辊和磨盘．滚动阻力小，原煤人口条件好．因而提高了生产能力．降低了能母消耗。(2)减速机性能好，安牟可靠；运行噪音低、振动小，密封性能好．确保煤粉不进入所有转动机械零件部分。(3)适用于磨硬质煤，碾磨力均匀．磨粉效率高，运行稳定可靠。(4)MPS磨煤机不存在非有效摩擦部位．金属磨耗量相对较小。MPs磨煤机的缺点是：有磐部件机械加T要求高，制造加上工艺复杂．耐磨件铸造、加工和热处理工艺要求严格．需要专用设备，造价较高。对运行和维修的^员也要求具有较高的水平。图2MPS型中建磨煤机23MBF型中追磨堞机M8F中速磨煤机(如图3所示)蛀早是蓑NFo宴|terWheel—r公刖生产的一种中速磨煤机．1954年泼公司获得了生产MF磨的生产许口r．先进的MBF中速磨煤机是8,fMF麝的改进．并于1964年在美国本土的燃煤电站投人运行。MBF磨煤机的I．作原理为：主电机通过减速器带动的旋转运动使磨盘转动，而磨辊则在磨盘的摩擦作14I研究与瘟用第五层水泥工业耐磨材料技术研讨会论文橐用下傲围绕磨辊轴的自转，磨盘转动通过磨辊将扭矩传副框架上，而框架在用问将此力传到机器外壳。研究与瘟用第五层水泥工业耐磨材料技术研讨会论文橐用下傲围绕磨辊轴的自转，磨盘转动通过磨辊将扭矩传副框架上，而框架在用问将此力传到机器外壳。物料从磨中或磨壳一侧通过喂料装置进^磨盘中心，磨盘水平运转产生离心力，磨盘上的物料从中心被甩至粉磨尻域。当磨辊被加载装置置于辊道上的物料r面时，由于磨斑的转动，磨辊对物料产生个竖向垂直力，且和物料之间有一个摩擦力。磨盘由电机通过减速机带动竖轴水平转动，从磨盘周围挡料圈溢出的物料被磨盘外风环中的上升气流带人上部的选粉机中，经选粉分级后，粗颗粒返回磨盘与新加入的物料一起重磨，细粉随气流排出磨机即为成品。其主要的性能特点有(1)采用了一种旋转气孔的新型设计，旋转气孔安装在研磨台的周围．可产生均匀的气流，提高了分离效率。通过风机的作用，使磨煤机的总体压降得到降低。(2)F-w公司所采用的旋转气}L适用于所有类型的直立型的磨煤机，其独特的工业构造与耐磨技术保证了磨煤机有较长的使用寿命，从而使得磨煤机系统的阻力与所需的马力达到最小。(3)磨燥机的旋转气孔可以将煤气流中的岩石与硫铁矿分离出来，并且没有额外的溢出煤。(4)在MBF磨煤机中采用的最新的空气一煤粉混台气流的几何结构．减弱了对气孔表面的磨损；三侧的气孔分布可使得辊缝区域达到自我清清的效果。(5)动态分离器的良好特性可提高产出的煤的优良的粒径分布。围3MBF§中4目《机3陶瓷复合磨辊殛磨盘31磨蝶机磨辊厦磨盘村板的制造现状中速磨煤机的实效形式主要是煤对磨辊及磨盘的摩攘损耗产生的三体磨料磨损，其磨损方式主要是煤中硬质颗粒对碾磨件表面造成的显微切削、犁沟龌，盎及碳化物破碎与剥落。由于恶劣的工作环境，备件成本高，整体铸造和堆焊是目前制造及修复磨辊、衬板的主要手段及措施，由于受媒质的影响．磨辊一般寿命只能达6000—10000／I,时，磨损后期的磨深在60ram左右，甚至有磨穿现象；同时表面会出现凹孔、犁沟现象，使得磨煤电耗增加，无法保证最小出力，振动明显增大．蘑煤出力降低达5％以上，而磨穿的辊套只能报废，增加了电厂的维穆成本．满足不了大型水泥厂、电厂设备的要求。国外VEGA公司及M删gottux公司推出一种新技术，把陶瓷块镶嵌在磨辊套中．耐磨陶瓷块工作面如142研究与应用 研究与应用 第五屠水泥工业耐瞎材料技术研讨会论文集蜂窝状，这种复合层的硬度可达HRC66，具有超强的耐磨性能．但价格昂贵，且其在国外生产，交赁期很长。颗牲增强复合材料在近年来得到广泛的研究和应用，它采用在金属基体中引入具有高耐磨性高硬度的硬质相的方法提高材料的耐磨性。如果材料整体复合，虽然耐磨性得到提高，但其加工性不好、制造困难、质量不稳定，而且材料的韧性下降、成本也比较高。在实际服役过程中，特别是对一般的耐磨件，主要是在特定部位，如构件表面，当这些部位被磨坏或尺寸被磨小时，就会导致整个零件的报废。在宴际情况下，并不要求材料整体或整个零件耐磨．只要提高材料局部(工作面)的耐磨性，就可大幅度提高零件的使用寿命。如电厂、水泥磨的磨辊和磨盘的磨损主要发生在工作表面上，其他承受冲击载荷的部分则需要非常好的韧性。3．2金属陶瓷复合魔辊厦磨盘的制备方法一：将预先铸造好的与工件表面形状相吻合的网格状的预制件(该预制件是由金属陶瓷颗粒浇在磨煤机磨辊或磨盘砂型的表面，将高铬合金熔液浇铸在砂型型腔内，冷却成型，制备成金属陶瓷复合磨辊及磨盘。该复合磨辊厦磨盘的表面具有金属陶瓷网格增强体。这种工艺的优点是可使金属和陶瓷各自的缺点通过彼此的优点所弥补．既保持抗冲击性能卫能使材料的韧性得副提高，其使用寿命可达到20000—25000zb时，故采用这种工艺制成的磨辊、磨盘使用寿命比原始整体铸造的高铬舍金辊套、磨盘以及堆焊的辊套、磨盘延长2倍以上。翻4是磨煤机金属陶瓷复合磨辊。方法二：通过特有技术将高铬舍金熔液及陶瓷颗粒混台后浇注在磨辊或磨盘的表面，得到表面具有金属陶瓷颗粒增强体的磨辊或磨盘。由于磨辊或磨盘表面具有陶瓷颗粒，其硬度为高铬台金的2—5倍，故采用这种_T艺制成的瞎辊或磨盘使用寿命比高铬台金材料延长2倍以上。图5是麟机冉瓷金属复合磨盘衬板。金属陶瓷复台磨辊及磨盘已在水泥厂、电厂投人生产使用，运行状况良好。图6是磨损后的磨煤机磨辊．图7是使用1年后磨损过的陶瓷复合磨煤机磨辊。龌重圈4磨煤机金■陶瓷复台磨辊 图5盒■陶瓷董台磨盘衬楹3．3金属陶瓷复合唐辊厦磨盘的优点(1)陶瓷颗粒可选用wc、TiC、AI，仉、SiC、TiN，VC、"fib：，金刚石等，颗粒选用范围较广，从几十微米到几毫米．可均匀的弥散在Mn钢及高铬合金中，已探索出成为专有的复合技术。按照不同工况要求．选用不同的陶瓷颗粒．制造的复合磨辊、磨盘衬板寿命可达高铬合金的2～5倍。(2)独特的复合结构可循环使用。为实现21世纪可持续发展战略，中国工程院提出绿色再制造工程，提倡在再制造技术中大量运用各种143研究与应用 研究与应用 第五届水泥工业耐磨材料技术研讨会论文集再循环使用技术，本公司研拉的金属陶瓷复合技术可应用于损坏、磨损或腐蚀而失效的可维修的机械零部件表面。目6磨损后的磨煤机磨辊 囤7磨损后的陶瓷复台磨耗本技术的特点还在于磨辊、衬板的表面可拆卸．更换，从而大幅降低因购置新品、库存备件和停机检修所造成的经济损失，对能源，原材料和管理经费的直接降低及减少环境污染等给社会和企业带来极大的经济效率。34金属陶瓷复台磨辊及磨盘的经济效益直接经济效益：金属陶瓷耐磨辊套、衬板的单血使用寿命为高铬铸铁和堆焊的2倍以上。也就是相当于高铬铸铁辊套．衬板使用一次后再加E堆焊一次后的使片{寿命之和。间接经济效益：金属陶瓷耐磨辊套、村板的蘑深往45ram左右，并且磨损表面均匀．没有凹孔和犁淘现象。完争保证了磨煤机磨损后期出力，表面的特殊颗粒结构减少了他们与物料问的相对滑动，可以提高磨煤机出力5％左右，磨损后期的磨煤机出力峦化桓小．通风阻力和振动也明显降低，与高铬铸铁比较，新辊就可以降低Ikwh／l以上，磨损后期就更加明显，若磨煤机全部采用金属陶瓷产品，单台炉每年可以节约电费20万元左右，以2×300MW机组计算每台配套5台磨煤机，每年可节约磨辊、村板配件费