水泥工业球磨机耐磨材料的优化与使用（上）

按照某水泥企业连续几年统计各磨机高铬球的消耗计算，生料为50 g/t，水泥粉磨为80 g/t，吨水泥综合(含煤磨球耗)为150 g/t，年产300万t水泥规模的水泥企业，每年消耗钢球450 t，加上衬板、隔仓板、卸料篦板等磨机耐磨材料消耗达600 t，按当前高铬球价格6 500元/ t计算，每年消耗耐磨材料费约300万元，吨水泥成本约1元。

随着我国水泥工业规模的不断扩大，水泥生产过程中物料的粉磨还没有完全实现无球化，部分新型干法窑粉磨生料、煤粉虽已使用立磨，但其它物料粉磨包括水泥粉磨站等大部分仍使用各种各样的球磨机进行粉磨，每年要消耗大量的研磨体、隔仓板、衬板等金属耐磨材料。

金属耐磨材料的发展过程

水泥粉磨所用金属耐磨材料大致经历了三个阶段：

第一阶段：是以高锰钢为代表的耐磨材料，用在高冲击、强磨损工况条件下，如大型颚式破碎机颚板、大型锤式破碎机锤头等;

第二阶段 ：是以镍硬铸铁为代表的耐磨材料，国内外至今还在立磨的磨辊上应用，但由于其碳化物含量高、脆性大，稀有金属材料镍的加入量较大，生产成本高，其应用和推广受到一定的限制;

第三阶段：是以高铬铸铁和各类合金钢为代表的耐磨材料，如球磨机衬板、磨球、反击破碎机板锤等。高铬铸铁和合金钢以卓越的性价比取代了高锰钢。

以磨机衬板为例。20世纪60年代均采用高锰钢，70年代后被合金钢和高铬铸铁所代替。三代耐磨材料各有特点，在不同的工况条件下得到广泛应用。中锰钢以牺牲韧性得到更高的加工硬化能力，用于中等冲击条件下的磨机衬板、小锤头。高铬铸铁有很多优点。

第一，在含铬12%时可以形成Fe7C3型碳化物，显微硬度HV1300～1800，比普通白口铁中Fe3C型碳化物的显微硬度HV800～1 100高很多，因此耐磨性好;

第二，碳化物形状发生了变化，呈断网状、菊花状，因此比网状碳化物韧性高;此外，高铬铸铁的基体可以通过不同的热处理工艺来获得从全部奥氏体到全部马氏体的各种基体以扩大其应用范围。

我国水泥工业中的破碎、粉磨设备多年来一直采用高锰钢。高锰钢的特点是：韧性极高，在高冲击负荷的条件下可产生加工硬化，从而表现出优良的耐磨性，但是其屈服强度低，使用中易产生塑性变形、拱凹等，且硬度很低，在冲击负荷不够大的情况下，耐磨性很差。因此在普通高锰钢基础上，发展了合金高锰钢、中锰钢及超高锰合金钢。中锰钢用于中小磨磨机衬板，比普通高锰钢提高寿命50%～80%。

20世纪80年代后低、中、高铬铸铁磨球、衬板相继投入应用。用高锰钢制造的隔仓板，韧性较好，不发生断裂，但冲击后易出现变形，使篦缝变窄。

如Φ2.2 m&am p;ti mes;6.5 m水泥磨，隔仓板在磨损一段时间后篦缝从12 mm铆至3mm～5 mm，每次停机检修要进行剔除，严重者要用气割进行吹割。

改用合金钢衬板后，篦板不发生变形，篦缝保持不变，磨内通风保持正常，但也有断开现象。

存在的问题及解决办法

由于水泥规模的不断扩大，新建水泥粉磨站也如雨后春笋，特别是一些非水泥行业业主新建水泥粉磨站，刚进入水泥行业，对水泥粉磨工艺技术比较缺乏，没有技术人员，没有经验，管理粗放，对研磨体的管理与使用不科学，存在一些问题，致使水泥粉磨过程中耐磨材料消耗增高，成本上升，在管理细节上不精细，存在不同材质的研磨体混用，计量不准确，补加研磨体不及时，加量不计算，磨内级配不能保持合理的级配，造成磨内仓位过高或过低，工艺控制不合理。

1 研磨材料的混用

研磨体作为水泥粉磨过程中的研磨介质，根据不同的粉磨物料，应选用不同材质的研磨体及相关耐磨材料。现在部分小型水泥企业有用铸铁球、低碳合金球、低铬球、高铬球，有的企业甚至自已加工铸铁球。各种材料的成分差异较大，耐磨性能也差别较大。同一材质的研磨体，不同的生产厂家由于研磨体的加工工艺不同，其物理性能及使用效果也差别较大。但在使用过程中，特别是中小企业管理不够严格，出现不同材质的研磨体混合使用现象，特别是在补加研磨体时，由于资金等方面的原因，不按原材质的研磨体购进，低价购入与原来不同材质的研磨体，使表面硬度、耐磨性能各不相同的几种研磨体混合在同一磨机内使用。

如山东ZL水泥厂，有5台Φ2.2 m×6.5 m的生料及水泥磨机，2005年由于资金困难，企业出现短期行为做法，采用了大量的自炼磨球，虽价格较低，但磨球性能低劣。因为资金困扰，没能补入原用高铬球，同时也不可能将磨内研磨体全部更换，在原来用高铬球的基础上，全部补入自炼球，使高铬球与铸铁球混合使用，其使用效果极差。每次Ⅰ仓补入Φ100、Φ90、Φ80等大球，Ⅱ仓Φ50的球，使用一个月以后，研磨体磨损严重，仓位下降，加入Φ100的大球直径严重不足100 mm，加入Φ90的大球直径严重不足90 mm，再过2个月后，只能当做Φ90、Φ80的球使用，造成磨内级配混乱，不能保持磨内合理的级配。致使磨机台时产量下降，消耗升高，电耗增大(如表1)，年增加成本180万元。

自炼铸铁价格只有5 000元/t，当时高铬球为7 000元/t，但是自炼球是外单位使用本厂废铁加工，材质不同，加工工艺不同，研磨体质量难以保证：表面硬度不达标，表里不一，在使用过程中不耐磨，研磨体磨损快;铸造过程中球内有沙眼。不同材质的自炼球与高铬球在同一仓内混用，磨球表面与内部性能不一，内部出现凹壳、失圆，同时出现较多的开裂，造成研磨体损耗大;同时，铸铁球与高铬球在同一仓内共同使用，出现硬吃软现象，低硬度的研磨体磨损快，致使水泥粉磨球耗升高。仅此一项，年产30万t水泥成本则上升181.5万元。

2 研磨体与衬板、篦板等不匹配

水泥磨、生料磨的耐磨材料包括研磨体、衬板、隔仓板、篦板等，在使用过程中，应严格配套。有的企业却不注意，刚投产时按新设计的方案进行组装，材质基本上相匹配，即球与衬板、隔仓板篦板等性能相适应，但在后来的检修补加球过程和采购研磨体时考虑价格因素，没有从材质上进行匹配，如磨内的高铬球改为补加普通球，或将隔仓板Mn13改为普通铸铁篦板 。这样一来在使用过程中就出现问题，由于篦板与磨球不相匹配，隔仓板磨损较快，强度下降，隔仓板断裂，造成研磨体串仓，只好停磨倒出全部磨球，进行重新级配，停磨时间长，影响生产。也有衬板与研磨体不相匹配的，如山东GF公司Φ3 m×9 m水泥磨Ⅱ仓用Mn13的衬板使用2～3年，而改用普通铸铁衬板仅3个月就将其小波纹磨平。

3 补加球计量不准确

水泥磨的补加球应以较全面的消耗统计数据作为基础，但有的企业往往加球只根据经验，或根据磨内仓位估算补加，根本保证不了各种研磨体级配的合理性。以Φ2.6 m×13 m水泥磨补球情况(表2)为例：平均台时产量为35 t/h，按球耗5%计，需生产6.25万t水泥，磨机运转1 785 h，日历天数为74 d，需补加研磨体，这种计算是建立在长期的统计情况下得出的数据。不同的磨机不同的工艺状况，球耗不同，补加球运转时间表也不相同。因此，应加强工艺技术管理工作，在生产时有的不计量，不计算，不知应补多少，磨内缺多少，各种规格多少，只是统算，造成计算不准确。

4 研磨体补加不及时

有的企业没有专业的工艺技术人员进行技术数据的统计，加球时间凭感觉、凭磨机的感观、靠听磨音进行估算：感到产量低、磨音发暗就加球;听到一段时间内磨音不发脆，怀疑研磨体不足，开始加球。这是不科学的。长时间不加球，会造成磨内研磨体长期不足，研磨能力下降，磨机台时产量下降，造成水泥粉磨电耗升高，成本增加;不到加球时间提前加球，造成磨内研磨体装载量过多，磨内填充率高，影响磨机台时产量和产品质量。因此应按产量、运转时间进行计算研磨体的补加量，及时补加。才能保证磨内研磨体级配的合理性。 

5 除铁工序不全

随着目前工业废渣的掺入，矿渣、钢渣、电厂炉渣作为水泥混合材的用量越来越大，特别是复合水泥混合材掺入量达到40%。由于混合材量的增加，原材料中铁质成分增多，在水泥粉磨过程中，增加了水泥粉磨的研磨难度，使磨机的台时产量降低，同时出现研磨体与铁质材料的研磨，增加了研磨体及衬板的消耗，使耐磨材料的消耗增加。

因此，在磨头入料端安装除铁器，将块状的铁质物料吸出，也能将在设备检修过程中掉入的铁屑、碎铁件、被砸碎的破磨球、破衬板螺丝、链条等废件吸出;在出磨物料进入选粉机前增加一道除铁器，能将大块内部破碎、研磨后的小颗粒铁质材料吸出。

这些措施不仅能减少磨内物料的积存，防止块状物堵塞隔仓板和出料篦板，保证磨内通风及磨内物料的流速，也能避免铁质件在磨机系统内进行循环，磨损选粉机叶片，保证选粉机的选粉效率。

如山东DY水泥厂是年产100万t水泥的粉磨站，采用Φ4.2 m×13 m水泥磨配用Φ1 400～800辊压机，在磨头安装了除铁器，但在磨尾没有安装除铁装置，选粉机粗粉回料采用空气斜槽输送入磨头，由于使用矿渣作混合材，有较多的细粉铁质颗粒，在空气斜槽中不被风吹起，致使压死斜槽，造成堵料，每次清堵需停机处理，严重影响生产。

6 破球及变形球不及时拣出

在粉磨过程中由于研磨体化学成分不匀，加工工艺不稳定，造成表面与内层硬度不同，有变形球、破裂的半球等，会卡在篦缝内，长期磨砺的面会凹陷下去，检修选出后会发现半个、小半个不规则的半球。这些破球、变形球在仓内积累到一定量要及时拣出，防止卡在篦缝内，影响磨机通风。