磨辊表面形态对其耐磨和粉碎性能的影响研究项目摘要

辊压机用于水泥粉磨过程中水泥物料的粉碎，磨辊作为辊压机的主要部件，其耐磨性和粉碎性能是影响粉磨装置使用寿命、水泥生产成本的关键因素。磨辊耐磨性和粉碎性不仅取决于磨辊材料、生产工艺和结构形态，与水泥孰料介质的颗粒级度、组成及其在粉磨时的受力情况、运动状态也是密不可分的。国内外学者对耐磨体材料、生产工艺等已有很多研究并取得了一定成果，但对辊体表面形态和散体性能对耐磨性和粉碎性的影响研究较少。本项目借鉴某些生物非光滑体表的优良耐磨性、抗压性，拟结合实验室现已完成的仿生耐磨表面研究成果，从花纹形式、排布、深度等方面设计粉磨体表面形态，针对散体不连续性，应用离散单元法分析散体在粉磨过程中的受力和运动过程，研究其对粉磨效果的影响，并结合粉磨体连续体分析理论，采用显示动力学方法分析其表面形态对耐磨性能的影响，最终为具有优良耐磨、粉碎性能的辊压机磨辊表面形态设计提供依据。

辊压机磨辊的耐磨性和粉碎性是影响粉磨装置使用寿命和生产成本的关键因素之一。已有研究成果表明，磨辊耐磨性和粉碎性取决于磨辊的材料、生产工艺、辊面结构形态和待粉碎物料的颗粒级度等因素，本项目通过试验与数值计算相结合的方式研究了磨辊表面形态对其耐磨性能和粉碎性能的影响规律，认为通过改变磨辊表面花纹层的结构和尺寸可以使磨辊在相同工况下具有更好的耐磨性和粉碎性。针对项目目的，（1）对吉林省亚泰水泥集团下属部分企业的辊压机使用情况进行了调研，实地研究了使用过程中辊压机磨辊的结构形态、磨损状况等，对磨辊磨损机理进行了探讨；（2）对沙漠蜥蜴、毛蚶等的体表形貌、结构等进行了较系统的对比分析，结果显示这些生物体表的放射肋、沟槽、凸包等非光滑形貌与其生活的冲蚀和磨损环境相关，依据这些结构设计的仿生结构具有优越的耐磨性能，结合项目组已有研究成果，项目设计并加工了横纹、斜纹、凹坑、棱形坑和棱形包共5种仿生磨辊表面形态；（3）根据滚压机工作原理搭建了辊压机模型试验平台，在平台上进行了各仿生磨辊的磨损试验和粉碎性能试验，实验结果表明，表面具有花纹的磨辊相对光辊具有更好的耐磨和粉碎性能，花纹形态不同，耐磨和粉碎性不同，其中横纹形磨辊的性能更好并通过试验数据分析和计算，找到了花纹尺寸参数对耐磨性和粉碎性的影响规律；（4）分别采用连续体和离散体计算方法，对仿生磨辊进行数值分析，计算结果与试验结果向吻合；（5）在试验和数值计算基础上对横纹仿生磨辊的耐磨机理进行了分析，认为横纹磨辊具有较好耐磨性和破碎性主要是因为，对物料破碎性能而言，横纹结构的存在，使磨辊与被粉碎物料接触时，挤压力更好的集中在横纹凸起表面和棱边，使挤压力更有效的从更小的面积传给物料，增大对物料挤压的同时，使物料内部作用力传递的更远且使相邻物料间作用力梯度增大，有利于物料粉碎；对磨辊耐磨性能而言，横纹结构使磨辊与物料接触区域不连续，缩小了力在磨辊表面的传递范围，同时由于磨辊与物料接触区域的减小，横纹凸起处应力集中，磨辊内部力的传递更均匀，从而使磨辊内部物质间相互作用力降低，有利于提高磨辊耐磨性。 2100433B

①为四连轧机、单机平整和光整机的工作辊和支承辊进行修磨；

②各种生产周转用辊的存放；

③轧辊与轴承座的拆卸与装配；

④轧辊轴承座与轴承的清洗与维护；

⑤工作辊表面的抛光打毛处理；⑥各种剪刃修磨与部分小型辊的修磨。

齿辊表面技术特性主要指辊面上磨齿的齿数、齿角、齿顶平面、斜度以及两磨辊的排列、平均速度、速比等。

（1）齿数

齿数的多少与研磨物料的粒度、流量大小和要求达到的粉碎程度有关。如：入磨物料粒度、流量较大或要求磨出物较粗时,齿数配备就应较少；反之就应配置较多的齿数。在其它条件相同的情况下，磨辊齿数越少，两磨齿间的距离越大，齿沟越深，只适宜研磨颗粒大的物料。若用其研磨细小的物料，会使物料嵌入齿沟而得不到研磨。磨辊齿数越多，两磨齿间的距离越小，齿沟越浅，只适宜研磨颗粒小的物料。若用它研磨颗粒大的物料，流量少时，麦皮易磨得过碎，流量多时，物料的中间部分研磨不充分，磨齿易磨损，产量低而动力消耗高。

生产实践证明：齿数少比齿数多时省动力、磨温低、磨辊使用寿命长，能适应高流量，麸皮易保持完整，出渣粒比例较多，面粉较少。在其它条件相同的情况下，剥刮率、取粉率都较低。

（2）齿角

齿角分前角和后角。在研磨过程中，物料落入两磨辊间，被慢辊托住，由快辊对物料进行粉碎。物料在磨辊间所受作用力的大小主要取决于前角。当前角减小时，剪切力增大，挤压力减小，对物料的剪切破碎作用加强，剥刮率增加，磨下物中渣心比例提高，细粉数量减少，皮层易碎，粉中麸星增多，品质可能下降，但能以较低的动力消耗处理较高的物料流量；当前角增大时，剪切力减小，挤压力增大，挤压力的作用占主导地位，磨下物中渣心比例减少，细粉数量增多，皮层不易碎，面粉品质较好，但破碎能力下降，动耗较高，处理流量较低。

磨齿的后角虽对研磨不起主要作用，但其大小与磨齿的高度及耐磨性有关。当齿角不变而后角增大，则磨齿高度降低，厚度增加，提高了磨齿的耐磨性，延长了磨辊的使用寿命。

（3）齿顶平面

新拉丝的磨齿齿顶不能过于锋利，应根据磨齿大小留有一定的齿顶平面。齿顶平面可以对物料取得较缓和的破碎作用，减少麸屑产生；可保证磨辊拉丝后为精确圆柱形，提高运转稳定性；还可提高磨辊使用寿命，稳定粉路的运行状态。

（4）斜度

磨齿斜度是两磨辊相向转动对物料产生交叉点，并起剥刮碾磨的关键。若磨齿没有斜度，快、慢辊的磨齿将相互平行，在研磨时两辊之间将发生不稳定、错啮合现象，这样不仅容易将麸片切成丝状，同时磨辊还会产生振动而影响研磨效果。磨齿不仅必须有斜度，还必须正确安装。

两辊磨齿在研磨区的两侧相对物料形成许多交叉点，当一对磨辊相向转动时，快辊磨齿与慢辊磨齿便形成许多交叉点，在磨辊间的轧距小于被研磨物料的情况下，物料就在交叉点上受到相对较强的剪切作用。当研磨区内的交叉点数目较多时，区内物料受到剪切的平均机会将增多，设备的破碎能力增强。

在其它条件相同的情况下，斜度较大时，研磨区内的交叉点数目较多，物料在研磨区内受到破碎的程度将增强，皮层易碎，产品质量较差，但动力消耗较低。所以在加工硬麦、陈麦、低水分小麦和品质质量要求高时应选用较小的斜度。而在要求动耗较低时可选用较大的斜度。

（5）排列

钝对钝排列时，快、慢辊磨齿均采用大前角，对物料的挤压力大而剪切力小，破碎作用缓和，磨下物中麸片大，渣、心少而面粉多，粉中含麸少、质量好，但动力消耗较高。适于加工硬麦、低水分小麦和要求麸片完整及流量较低的情况。

锋对锋排列时，对物料的剪切作用较强，因而破碎程度高，动力消耗低，磨下物中麸片较碎，渣、心多而细粉少，适于加工软麦、高水分小麦和要求流量较高的情况。

（6）平均速度

磨辊分快辊和慢辊，分别有一定的转速，磨辊的转速一般是以快辊转速来确定的。转速越高，快慢辊的线速度就越高，其平均线速越高。两磨辊的平均线速与处理流量有关，平均线速越高，处理的流量就越大，磨粉机的产量就越高。

（7）速比

若其它条件不变，速比较大对物料的研磨作用较强。速比越大，剥刮齿数越多，物料接受剥刮的次数越多，被粉碎的程度显然将增强；但麸片易碎，渣、心、粉的灰分增加，动力消耗也随之增加。所以速比的选用必须与工艺、原料性质、研磨要求等相适应。

如果提高速比而不相应地提高快辊的线速度，则由于慢辊线速度的减小而使物料通过研磨区的速度降低，这将导致磨粉机生产能力的下降。

（8）磨辊磨齿的新旧程度

新拉制的磨辊齿角较尖锐，有较强的研磨作用。即剥刮率高、麸片易碎、颗粒状物料多、细粉少、动力消耗低、能适应较高的流量。但用过一段时间后，因齿角变钝，研磨作用下降，产量降低，磨出物中麸片大，面粉多，渣粒减少，磨温升高，特别突出的是动力消耗增加。因此，磨齿的新旧将影响研磨效果及粉路负荷的均衡。

磨辊磨辊本体磨损

立磨磨辊本体和耐磨衬板在使用过程中，由于受到辊子碾压力、物料支反力、物料与磨辊衬板之间的摩擦阻力；由于物料碾入角而造成磨辊剪切应力、辊磨的液压系统压力以及立磨的表观压应力等力的相互综合作用，这些力均作用于立磨磨辊有效碾压区。一旦出现配合间隙，磨辊本体与衬板之间将会发生冲击碰撞，使得本体与衬板之间磨损加剧，严重时使得衬板产生裂纹甚至断裂，造成衬板脱落，机器损坏，特别是减速机的损坏，造成恶性事件。该类问题一旦发生，一般修复方法难以解决，拆卸、焊补、机加工费时费力，造成的停机停产时间大大延长，给企业带来无可挽回的巨额经济损失。针对上述问题，欧美等发达国家多使用高分子复合材料进行立磨辊体磨损快速修复，其中应用较为成熟的有福世蓝系列等。材料以其优良的机械性能及良好的可塑性，使得该问题得以圆满解决。不仅可延长设备使用寿命、提高生产率，并且在不占用额外的停机停产时间的同时，简单有效的避免该问题出现的二次可能性，给企业安全连续化生产保驾护航。

磨辊磨辊轴承室磨损

立磨磨辊轴承的装配要求比较严格，企业一般采用将轴承放在干冰中冷却的方式装配。轴承和轴承室之间一旦出现间隙，将会影响轴承的正常运转，导致轴承发热，严重时将会导致轴承烧结现象。传统补焊刷镀等方法都存在一定的弊端：补焊会产生热应力造成轴承材质受损，严重时会变形甚至断裂；刷镀污染较重，且镀层厚度受限，应用受到较大限制。高分子复合材料既具有金属所要求的强度和硬度，又具有金属所不具备的退让性（变量关系），通过“模具修复”、“部件对应关系”、“机械加工”等工艺，可以最大限度确保修复部位和配合部件的尺寸配合；同时，利用复合材料本身所具有的抗压、抗弯曲、延展率等综合优势，可以有效地吸收外力的冲击，极大化解和抵消轴承对轴的径向冲击力，并避免了间隙出现的可能性，也就避免了设备因间隙增大而造成的二次磨损。2100433B