浅谈辊压机柱钉形式辊面发展趋势

浅谈辊压机柱钉形式辊面发展趋势

黄贺

中建材（合肥）粉体科技装备有限公司 安徽合肥 230051

摘要: 柱钉辊面形式的辊压机由于其高运转周期、服役时间以及维护频率低等特点得到了广泛的推广和应用，尤其近几年，国家大力推进基建建设，水泥行业、矿业等蓬勃发展，产品产量和需求量增长，对辊压机设备的需求量大幅增加。但是柱钉辊面在使用过程中也不可避免的会存在一些破损和失效，影响企业生产和效益。本文针对现有柱钉辊面存在的诸多问题进行分析，对其未来发展趋势进行探索研究。

关键词: 柱钉辊面；水泥行业；矿业；破损和失效

0 引言

辊压机采用料床层压粉碎机理^[1]，如图1所示，主要由一对平行放置、转向相反的辊子组成，其中一个辊子的转轴水平位置固定，称为固定辊，另一个辊子转轴可在水平基座上前后滑动，称为活动辊，活动辊由液压系统支撑，从而提供强大的物料挤压力，压力在物料间进行传递导致绝大数大颗粒破裂，产生微裂纹，物料经辊压机作用后整体粒度大小下降，物料的易磨性提高，降低后续工序的粉磨耗能。

图1 辊压机料床粉碎机理

柱钉辊形式辊压机不同于堆焊形式辊压机，它们最早应用于金属矿山这些原料硬度高、易磨性差等领域，在这种工况下堆焊形式辊面磨损速度过快，难以应用。柱钉形式辊面最大的特点即优势是可自生成耐磨料垫，如图2(a)所示，在工作过程中，柱钉间隙由物料进行填充，从而形成物料垫以保护辊面，同时柱钉采用钨钴类硬质合金在高温条件下烧结形成，硬度可达到HRC67以上。目前主要柱钉形式辊面如图2(b)所示，采用特殊的排列方式在辊面上进行钻孔，柱钉和柱钉孔之间采用冷装间隙配合形式，然后利用胶水等专用粘结剂进行粘接固定，柱钉一般高于辊面3-5mm，柱钉形状一般为圆柱体，通过柱钉端部或底部进行倒圆角或倒角处理以改变相应区域的应力形式。然而随着使用数量和应用领域的增大，辊面的破损和失效随之发生^[2][3]，主要形式为辊面的局部脱落、凹坑、裂纹等以及柱钉的断裂、崩角和脱落。本文将针对这些现象进行简要分析，探讨柱钉形式辊面辊压机的改进方式和发展趋势。

1. 柱钉辊面破损和失效原因分析

辊压机在工作过程中承受来自物料破碎产生的循环交变应力，正常工作情况下，辊面的破损形式属于高周疲劳，但实际工作中辊面往往很难达到预期的寿命，而较早的出现破坏，主要原因和形式如下：

1. 原料的易磨性差，磨蚀性高，导致辊面和柱钉的磨损速度较快，过早的失效。

2. 无法正常形成料垫，可能由于物料含水量低，粘附性差。辊面失去保护后，磨损速度加快，导致柱钉与辊面磨损速度不一致，时间久之，柱钉凸出部分增加，极易出现蹦角和断裂情况，柱钉和辊面无法正常发挥挤压作用，最终辊面出现大面积的破损现象，这种失效一般都是从表面开始，逐步深入。

3. 金属杂质或大块物料造成局部瞬间应力过大，直接造成辊面破损或产生柱钉孔内裂纹。辊面由于硬度相对柱钉较低，抗冲击能力较差，瞬间大载荷极易造成局部破坏或裂纹。而柱钉由于材质和加工制作工艺导致在形状上以圆柱体较多，而柱钉与柱钉孔也都是采用间隙配合，再通过冷装胶粘固定，因此，作用在柱钉上方的力，将通过很少的衰减而作用在柱钉孔底部，产生较大的应力集中，频繁的集中应力作用下，将导致孔底部出现断裂，进而扩展，从而出现辊面的大面积剥落和空鼓现象。这种情况下，若是辊面率先破损，失效一般从表面开始，若是孔底部率先出现破裂，则是从内到外的破损。

图2.柱钉辊工作原理

2. 柱钉辊面改进方式和发展趋势

针对上述柱钉辊面的失效形式和原因，从工艺和结构形式上提出以下几点改进建议：

1. 工艺上增加金属异物检测和剔除装置。现在的辊压机粉磨系统一般配置除铁器，进行铁质磁性材质的检测和剔除，但非磁性金属一般很难直接剔除，可以通过增加金属探测仪等装置进行检测和剔除。另外通过控制原料的含水量改善料垫状况。

2. 材质上增加辊面的强度和抗冲击能力，针对不同的工况进行区别化的选型设计，提高适应能力。并且现在柱钉辊面普遍存在的问题是辊面磨损后无法像堆焊辊面一样进行修复处理，只能进行更换处理，因此，在选材上需兼顾焊接性能。

3. 结构上改变现有柱钉形状以及柱钉及孔的配合形式，消除或减小孔内集中应力。将柱钉与孔的间隙配合方式改为过盈配合，分散孔内应力。采用浇铸一体成型等类似的辊面制作工艺，通过这种方式将柱钉和柱钉孔内的结合方式提升为冶金结合，实现后可将挤压应力大幅分散到孔的壁面，在很大程度上减少孔底部的应力。另外通过改善辊面的焊接性能，可在辊面上柱钉间隙间进一步堆焊耐磨层，保护辊面，提高使用寿命。

3. 结语

辊压机柱钉辊的使用在很大程度上改善了应用企业的生产状况，它的低维护频率，较长的服役时间为企业创造了很大的效益。尽管如此，在使用的过程中也要妥善管理，控制原料的状况、金属杂质、大块异物等。

参考文献

1. 陈代彦.辊压机新型柱钉辊面的研究[J].水泥科技，2011（2）：3-15.

2. 王宾.高压辊磨机辊面磨损过程分析及新型辊面的应用[J].中国金属通报,2019(05):97-98.

3. 苏春霞,徐相斌.辊压机冷镶柱钉辊套的失效分析[J].新世纪水泥导报,2018,24(01):45-46.