襯板和磨球則是球磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的最主要工作部件?，F(xiàn)代化生產(chǎn)科技的發(fā)展，球磨機(jī)的直徑越來(lái)越大，直徑五米左右的磨機(jī)在生產(chǎn)中已廣泛應(yīng)用，因此對(duì)襯板和磨球的質(zhì)量要求越來(lái)越高。由于襯板和磨球長(zhǎng)期處在嚴(yán)酷的工況中，維修量和更換量都相當(dāng)大，不僅浪費(fèi)人力、物力、財(cái)力，且直接影響生產(chǎn)效率，影響現(xiàn)代化企業(yè)的文明生產(chǎn)。因此，研究新型抗磨材質(zhì)的襯板、磨球，創(chuàng)造球磨機(jī)最佳工作狀態(tài)，是提高產(chǎn)量、降低消耗、爭(zhēng)取良好經(jīng)濟(jì)和文明環(huán)境的重要途徑。
一、 關(guān)于襯板
傳統(tǒng)的高錳鋼不適宜做球磨機(jī)襯板，這已經(jīng)是眾所周知的了，高錳鋼襯板的缺點(diǎn)是：容易發(fā)生蠕變和延展、表面相變會(huì)引起的反弓變形，在球磨機(jī)工況中不可能得到理想的加工硬化。前者是漏粉和斷螺栓的根本原因，而后者則表明無(wú)法實(shí)現(xiàn)想象中的抗磨性能：這里必須說(shuō)明的一句是即使得到部分加工硬化，也不能作為抗磨程度的一種標(biāo)志，因?yàn)檫@里的加工硬化是一種“破壞”后的硬化，它和襯板的初始硬度是有區(qū)別的。
硬就意味著耐磨，這是不容置辯的。七、八十年代，國(guó)內(nèi)外推出大批高硬度襯板、磨球材質(zhì)，如高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵、高碳合金鋼、馬氏體球鐵和一些中碳合金鋼等，但是由于這些材料的韌性值都比較低，有的ak值僅有5J左右。受傳統(tǒng)襯板形式的束縛，都沒(méi)有得到廣泛的推廣應(yīng)用。襯板的斷裂已成為高硬度、高抗磨材質(zhì)應(yīng)用的最大障礙。 傳統(tǒng)襯板設(shè)計(jì)的根本錯(cuò)誤已不能適應(yīng)抗磨材料的發(fā)展。 傳統(tǒng)襯板安裝結(jié)構(gòu)主要有兩種形式，一種是火電廠(chǎng)廣泛采用的“燕尾槽咬合、擰緊楔固定”；一種是礦山、水泥、化工和國(guó)內(nèi)外大型火電廠(chǎng)廣泛采用的每塊襯板都用螺栓分別固定在筒體的方式。 燕尾槽的配合是否理想，我們且不談，但擰緊楔高于襯板會(huì)首先被磨損，擰緊楔全部功能來(lái)自一個(gè)“吊螺栓”，吊螺栓是最不穩(wěn)定的一種緊固方式，由最不穩(wěn)定的吊螺栓和首先被磨損的擰緊楔去穩(wěn)定磨機(jī)的所有襯板，這毫無(wú)疑問(wèn)是個(gè)錯(cuò)誤設(shè)計(jì)。 那么襯板直接用螺栓固定呢？我們不談磨機(jī)制造過(guò)程中打上一千個(gè)孔是否合理、是否麻煩，也不談一千顆螺栓制造了一千個(gè)泄漏點(diǎn)，工人擰一千個(gè)大螺栓是否辛苦；只討論抗磨件上是否應(yīng)當(dāng)搞一個(gè)孔？這個(gè)孔在鑄造和熱處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生千百個(gè)裂紋源，孔是這個(gè)工件的最危險(xiǎn)最薄弱的位置，用襯板中最危險(xiǎn)最薄弱的位置固定整塊襯板，去承受幾十噸、一百多噸磨球在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中的巨大作用力，那是極不合理的設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)外證明襯板的斷裂是襯板失效的主要原因。而斷裂的絕大部分是通過(guò)螺孔發(fā)生的。 針對(duì)高硬度材質(zhì)的特點(diǎn)，我們分析比較了幾十種襯板的結(jié)構(gòu)形式及他們磨損失效的原因，設(shè)計(jì)出“組合自固無(wú)螺栓球磨機(jī)襯板”—陳氏襯板！這是近百年來(lái)球磨機(jī)襯板的劃時(shí)代產(chǎn)品！
組合的含義有兩個(gè)方面：一是指襯板結(jié)構(gòu)形式，二是指襯板安裝的整體形式；自固的意義同樣是指兩方面：一是襯板本身自我強(qiáng)化，二是安裝后的自我緊固。
組合襯板的設(shè)計(jì)中，襯板分別由板體和鉚板兩個(gè)或三個(gè)獨(dú)立部分組成。板體的功用為抗磨，材質(zhì)為高硬度合金；鉚板為韌性合金，功用為穩(wěn)定板體并向板體施加予應(yīng)壓力。
組合自固襯板利用磨機(jī)本身幾何形狀,采用力學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙金屬組合,利用球磨機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行中磨球的作用,進(jìn)行預(yù)應(yīng)力自固,實(shí)現(xiàn)襯板的整體強(qiáng)化，從而保證高硬度、低韌性材質(zhì)襯板的穩(wěn)定性和可靠性。
組合自固襯板的制造工藝和安裝工藝都比傳統(tǒng)襯板簡(jiǎn)單。對(duì)正在應(yīng)用的球磨機(jī)不需作任何改造。
二十多年來(lái)，組合襯板經(jīng)電廠(chǎng)、水泥、礦山、磷肥等行業(yè)直徑4米以下球磨機(jī)的長(zhǎng)期生產(chǎn)應(yīng)用證明，穩(wěn)定性和可靠性都大大超過(guò)傳統(tǒng)襯板，徹底消除了漏粉和斷螺栓現(xiàn)象，維修量幾乎為零，并為降低噪音提供了最有利的條件。生產(chǎn)文明了，工人從最繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)了。
目前組合襯板已在國(guó)內(nèi)二十多個(gè)省市得到廣泛應(yīng)用，其中江蘇、上海、湖北、河北、廣州、安徽、山西、遼寧等省的大多數(shù)電廠(chǎng)已全部采用組合襯板。組合襯板的最大長(zhǎng)處是：能充分發(fā)揮所采用材質(zhì)的最大淬火硬度——最大抗磨性能，且維修量幾乎為零。最有效地利用了地球上的有限資源，應(yīng)稱(chēng)為：“綠色襯板”。
組合襯板的材質(zhì)適應(yīng)高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵、高、中碳合金鋼，中、低鉻鑄鐵，馬氏體球體等一切高硬度材質(zhì)，以獲得最佳抗磨性能。
另外，襯板還有一個(gè)很重要的選擇，那就是工作面的表面形狀。工作面表面形狀和磨球的相互配合決定了磨機(jī)內(nèi)研磨介質(zhì)的活躍度，并決定球磨機(jī)最大研磨能力的發(fā)揮。
例如電廠(chǎng)磨煤機(jī)和礦山球磨機(jī)的波紋襯板有利于研磨介質(zhì)的活躍，但卻沒(méi)有考慮襯板與磨球之間最大研磨能力;水泥廠(chǎng)傳統(tǒng)的階梯襯板也沒(méi)考慮襯板與磨球之間的最大研磨能力，也沒(méi)使磨機(jī)內(nèi)研磨介質(zhì)的活躍度調(diào)整到較理想的狀態(tài)。
我們認(rèn)為電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)的襯板其表面形狀應(yīng)該是組合形式的。因?yàn)樽匀肓隙说匠隽隙说奈锪霞?xì)度的變化是非常大的。因此，從入料端到出料端研磨介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方式也應(yīng)隨之改變，運(yùn)動(dòng)方式的改變是通過(guò)磨機(jī)襯板的表面形狀而決定的。因此，電廠(chǎng)磨煤機(jī)和水泥筒式磨襯板的表面形狀的選擇應(yīng)該是組合形式的。入料端應(yīng)該是粉碎與研磨的結(jié)合，出料端相對(duì)突出研磨。
電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)球磨機(jī)襯板的材質(zhì)，應(yīng)選擇那些含碳量較高的鉻鉬合金鋼或高鉻鑄鐵之類(lèi)的材質(zhì)。這里要注意的一個(gè)問(wèn)題是“工況適用”的概念。并不是合金化越高越好！
1987年以來(lái)，我們通過(guò)對(duì)數(shù)百臺(tái)水泥磨機(jī)的改造均獲得5%以上的提高，最高達(dá)到了20%左右，而噪音降低了3-5分貝。5%產(chǎn)量的提高效益是驚人的，因?yàn)樗某杀編缀踔皇窃牧稀?
襯板表面形狀的選擇目的只有一個(gè)：選擇理想的磨球工作狀態(tài)，追求球磨機(jī)的最大研磨能力。
關(guān)于水泥磨中襯板的材質(zhì)：應(yīng)優(yōu)先推薦高合金類(lèi)。例如：Cr12、Cr15、Cr18、Cr20、Cr24等等，依據(jù)磨機(jī)的工況和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行選擇。使用這些高硬度、高耐磨材質(zhì)的襯板，不僅僅是減少維修、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是這些高耐磨材質(zhì)襯板能夠較長(zhǎng)時(shí)間地保持設(shè)計(jì)狀態(tài)，較長(zhǎng)時(shí)間的保持最佳工作狀態(tài)，最大范圍地提高產(chǎn)量，創(chuàng)造最大經(jīng)濟(jì)效益。特別是近年來(lái)，隨著磨前輥壓機(jī)的應(yīng)用，水泥磨中最大磨球直徑已下降到φ30左右，這給高硬度高合金襯板的應(yīng)用，提供了最好的工況條件。
雙介質(zhì)淬火中、高碳鉻鉬合金鋼襯板在水泥磨中也有著很好的費(fèi)效比，使用壽命一般在兩年左右。在φ2.2的水泥磨中，作為隔倉(cāng)板的使用壽命也達(dá)到了十八個(gè)月，比較理想。
我們即使在電廠(chǎng)磨煤機(jī)中也不主張使用高錳鋼襯板。由于煤質(zhì)比較松散，絕大部分電廠(chǎng)磨機(jī)中最大磨球?yàn)棣?0，因此在煤磨中高錳鋼襯板是很難得到較好加工硬化的，無(wú)法發(fā)揮出應(yīng)有的抗磨性能。電廠(chǎng)磨煤機(jī)理想的襯板為中、高碳的鉻鉬合金鋼或Cr18以上的高鉻鑄鐵。我們生產(chǎn)的高鉻鑄鐵襯板在淮北發(fā)電廠(chǎng)320/580磨機(jī)中，使用了十四年，獲得了極好的經(jīng)濟(jì)效益。
礦山中使用的磨機(jī)一般為短粗形狀。如32/36、43/63等等。襯板的厚度也相對(duì)比較厚。由于礦山磨機(jī)較大，磨球也大，且大部分采用濕法工藝。因此襯板的運(yùn)行條件十分嚴(yán)酷。我們建議在可靠性得到保證的前提下，盡量采用一些高硬度材質(zhì)。硬就意味著耐磨。例如0.4~0.9%碳的鉻鉬合金鋼或10~18%鉻的鑄鐵材質(zhì)，其硬度都在HRC50以上。在金礦直徑四米左右的磨機(jī)采用Cr18材質(zhì)。即使在十分惡劣的工況下，其使用壽命也能在6個(gè)月以上。
礦山中大型的磨機(jī)、自磨機(jī)或半自磨機(jī)，從穩(wěn)定可靠的角度出發(fā)大多數(shù)選用介穩(wěn)定奧氏體高錳鋼襯板。
二、 關(guān)于磨球
目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的為高碳高合金類(lèi)鑄造磨球和高碳低合金類(lèi)鍛造或鑄造磨球，在火電廠(chǎng)、水泥行業(yè)等干法生產(chǎn)中，絕大多數(shù)使用高、低鉻鑄鐵類(lèi)磨球。而礦山類(lèi)的濕法工藝中多應(yīng)用高碳低合金類(lèi)磨球。
國(guó)內(nèi)磨球的種類(lèi)比較多，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不完善，磨球的使用不是根據(jù)工藝效益來(lái)決定的，隨意性很大。主要品種有鉻系高合金鑄鐵類(lèi)。如：Cr8、Cr12、Cr15、Cr18、Cr24、Cr26等，低鉻鑄鐵如：Cr2和馬氏體球鐵類(lèi)。馬氏體球鐵和低鉻鑄鐵就抗磨性而言是同一級(jí)的。它們的區(qū)別在生產(chǎn)工藝上。而高合金類(lèi)的鑄鐵具有優(yōu)秀的抗磨性能，合金越高，抗磨性能越好，同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。有人曾有誤解，高鉻球水泥磨應(yīng)用的好，而電廠(chǎng)不適應(yīng)，實(shí)際上國(guó)內(nèi)外的火電廠(chǎng)都有大量使用高鉻球的良好紀(jì)錄，例如：無(wú)錫、鄒縣、岳陽(yáng)、邢臺(tái)、衡陽(yáng)、馬頭等電廠(chǎng)都使用高鉻球，而不再希望使用其它球。高鉻鑄鐵磨球在電廠(chǎng)正迅速普及。在電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)等干磨工藝中高鉻球的噸磨耗只有15~50克，使用高鉻球不僅僅節(jié)約成本、減少工人勞動(dòng)、降低磨機(jī)電耗，同時(shí)也降低了人類(lèi)有限資源的浪費(fèi)。應(yīng)當(dāng)毫不客氣的說(shuō)：高鉻球可稱(chēng)為環(huán)保磨球、綠色磨球。
鍛球和軋球的品種主要為高碳鉻鉬合金類(lèi)和中、低碳錳合金類(lèi)。鍛球和軋球工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，考慮經(jīng)濟(jì)效益礦山類(lèi)濕法工藝目前一般采用低鉻合金磨球，其在鐵礦、銅礦、鉬礦中磨耗一般在500~700克左右。提高低鉻合金球的硬度是降低磨耗最有效的方式。我們?cè)训豌t球的硬度提高到HRC55左右，其在銅礦的磨耗在550克左右。由于生產(chǎn)工藝的原因，鍛球的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)比軋球略好一些。 但直徑大于110mm時(shí)建議采用高碳鉻鉬低合金鍛球，主要是考慮到大直徑鑄球破碎率可能會(huì)高些。鍛球的碳含量一般在1%左右，鉻小于2% 。低鉻鑄球硬度一般應(yīng)在HRc48左右，應(yīng)盡可能的提高低鉻鑄鐵球的硬度，以提高經(jīng)濟(jì)效益。我們和印度廠(chǎng)合作生產(chǎn)的低鉻鑄鐵磨球硬度高達(dá)HRc55，且心部和表面硬度相差很少。無(wú)論電廠(chǎng)、礦山、水泥都具有很好的費(fèi)效比?；痣姀S(chǎng)的磨球直徑一般不要大于φ60mm。水泥和礦山應(yīng)依據(jù)磨機(jī)直徑、襯板的表面形狀和入料粒度進(jìn)行球徑級(jí)配。級(jí)配原則只有一個(gè)：盡可能降低磨球的直徑，因?yàn)榍蚰C(jī)是研磨機(jī)，如果靠它去承擔(dān)破碎作用哪怕僅僅是一小部分的，那也是十分不妥當(dāng)?shù)摹?
在材質(zhì)選定的前題下，磨球的級(jí)配是十分重要的。理想的磨球級(jí)配加上理想的襯板表面形狀能使磨機(jī)獲得最大的工作效率。而正確選擇的材質(zhì)則是理想磨球級(jí)配、理想襯板表面形狀長(zhǎng)期保持最佳狀態(tài)的根本保證。
三、襯板與磨球
長(zhǎng)期以來(lái)，一種不太正確的說(shuō)法流傳較廣，即：“磨球的硬度比襯板高HRc3~5?！眴?wèn)其原因，卻無(wú)所適從。 襯板和磨球毫無(wú)疑問(wèn)是個(gè)配合關(guān)系，和物料共同形成三體磨料磨損。但究竟怎么為好？應(yīng)當(dāng)說(shuō)借用機(jī)械設(shè)計(jì)中的“基孔制”或“基軸制”概念理解最好。就球磨機(jī)而言襯板對(duì)生產(chǎn)的影響比磨球大的多，那么應(yīng)當(dāng)是“基板制”。因此在襯板和磨球的選擇之中，首先應(yīng)決定的是襯板，必須保證襯板的使用壽命在兩個(gè)大修期以上，并且盡可能的不要維修。優(yōu)先選擇那些可靠性好、抗磨程度高的襯板。例如：組合自固高鉻鑄鐵襯板，其電廠(chǎng)煤磨使用壽命可達(dá)二十年，水泥磨壽命十年，且?guī)缀醪挥镁S修。雙介質(zhì)淬火中合金鋼襯板在電廠(chǎng)煤磨使用壽命八年以上，水泥磨三年左右，鐵礦約十個(gè)月。即使是雙介質(zhì)淬火低鉻合金鋼襯板在電廠(chǎng)煤磨的壽命也能在六年以上，水泥磨在兩年左右，在鐵礦磨的使用壽命也在八個(gè)月以上。 襯板和磨球的硬度應(yīng)在HRc50以上，這主要因?yàn)槟チ现械挠操|(zhì)相的硬度為莫氏硬度六、七，估算接近HRc60，理論上研磨介質(zhì)硬度大于或等于磨料硬度的百分之八十，才具有理想的抗磨效果。 襯板決定后磨球就容易選了，只要襯板的使用壽命保證兩個(gè)大修期，那么應(yīng)當(dāng)主張磨球的抗磨性能最好的即是優(yōu)先選擇的。假如說(shuō)襯板和磨球都可以十年不換的話(huà)，那當(dāng)然是很理想的。一個(gè)原則：降低成本、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高運(yùn)轉(zhuǎn)率。
在“基板制”的前提下，“允許磨球比襯板硬度高HRc3~5”，這一般指應(yīng)該淘汰的高錳鋼襯板而言的，和流傳的說(shuō)法概念上是根本不同的。
四、結(jié)論：
1. 高錳鋼材質(zhì)和傳統(tǒng)的球磨機(jī)襯板形式都是不適宜的，組合自固襯板的劃時(shí)代設(shè)計(jì)有極大的優(yōu)越性，徹底解決了斷螺栓、漏粉問(wèn)題使維修量減少98%以上；組合襯板能充分發(fā)揮各種高硬度材質(zhì)的淬火硬度，使其發(fā)揮出最理想的抗磨性能。
2. 在干法工藝中，電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)應(yīng)優(yōu)先選擇雙介質(zhì)淬火中、低鉻合金鋼襯板或高鉻鑄鐵、高鉻鑄鋼襯板，選擇高硬度的高鉻鑄鐵磨球。雙介質(zhì)淬火中、低鉻合金鋼有很好的經(jīng)濟(jì)效益；在礦山濕法工藝中從經(jīng)濟(jì)角度考慮，優(yōu)先采用高、中碳合金鋼襯板或Cr10~20左右含碳量較低的鑄鐵襯板和高硬度的低鉻合金磨球。但直徑大于110mm的磨球應(yīng)考慮用高碳合金鋼鍛球。
3. 襯板和磨球的匹配應(yīng)以“基板制”的觀點(diǎn)，在襯板的使用壽命保證兩個(gè)大修期的前提下，磨球的抗磨性能應(yīng)選擇最好的。 襯板的硬度應(yīng)大于HRc50，鉻鉬合金鑄造磨球的硬度應(yīng)大于HRc52，鍛造合金鋼磨球硬度應(yīng)大于HRc55。一般盡可能選擇抗磨性能最優(yōu)秀的磨球。
