烧结球团高压辊磨机辊子的国产化修复李会义，李伟（武钢鄂州球团厂，湖北鄂州436000）周期长，且需全额预付订金，条件苛刻。为摆脱进口备件制约，降低球团生产成本，该厂组织开展了高压辊磨机辊子国产化修复攻关，并取得成功，成效显著。
1前言20世纪80年代高压辊磨机在西方国家开始应用于工业生产，因其具有生产效率高和节能的特性，在水泥、矿业、冶金、化工等诸多领域得到了广泛应用，被誉为当今世界能效最高的工业粉破设备。过去的三十多年中，德国、美国、丹麦等国曾进行过大量研究，使该设备不断完善，性能日益提高。1994年，瑞典LKAB公司率先将高压辊磨机应用于球团行业，用来对球团原矿进行预处理，在提高物料成球性能和减少能耗方面取得了显著效果。2002年，武钢程潮球铁矿球团生产线率先在我国应用高压辊磨机，也取得了良好效益。此后，高压辊磨机在国内球团行业迅速推广。
在我国，由于高压辊磨机有着广阔的应用前景和显著的经济回报，其研究虽然起步较晚，但发展迅速。多家科研院所和专业厂家投入大量人力物力开展理论及应用研究，并取得了长足进步。目前在水泥等行业，国产高压辊磨机已成功替代进口设备，并得到广泛应用。然而，水泥行业使用的辊面基本采用堆焊方式，不适应球团行业的工况。目前，球团行业使用的高压辊磨机大都从国外进口，尚无完全替代进口的成功案例，相应设备投资和备件费用居高不下。而在当前中国钢铁业经营形势严峻的背景下，千方百计降低生产运营成本是各企业的工作焦点和必然选择。因此，高压辊磨机及其备件国产化势在必行。
武钢鄂州球团厂一期生产规模为年产氧化球团矿500万t，造球及链回环焙烧工艺全部由美国Metso公司设计，采用国内外成熟的先进技术，关键设备和自动控制系统全部从国外进口，各项技术经济指标达到了国际先进水平。为满足造球工艺对物料成球性的要求，配置了一台德国产高压辊磨机。该设备的处理能力为760t/h（水分10%），855t/h（水分8%）。作为其主要备件的辊子分为动辊、定辊两部分，均从国外进口，不仅价格高、订货周期长，且需全额预付订金，条件苛刻。为摆脱进口备件的制约，进步降低生产成本，我厂从2012年6月开始组织开展了高压辊磨机辊子国产化修复攻关。经过近两年的努力，顺利实现攻关目标，每年可为我厂节约成本400余万元，也为我国球团行业高压辊磨机辊子国产化修复迈出了可喜的一步。
2攻关目标与方向德国进口的高压辊磨机辊子由辊轴和辊套组成，其主要失效形式表现为辊面整体磨损和局部深坑，如所示。
组成辊子的辊轴，在直线度保证、无外观和内部缺陷的前提下，可以重复使用。因此，国产化修复的任务就是在辊轴上配置国产辊套，从而使辊子恢复功能，重复再利用。我厂高压辊磨机辊子的工况和性能参数列于表1.进口辊子的性能指标就是国产化攻关的最终目标。为实现上述目标，需要在对进口设备性能做全面分析的基础上，紧盯专业科技前沿，充分利用我国现有材料和设备制造的最新成果，与具备实力和丰富设计制造经验的专业单位开展战略合作，联合攻关，实施制造和工业试验。
表1鄂州球团厂高压辊磨机辊子的工况及性能参数项目参数值项目参数值辊压物料世界各地产铁精矿（夹杂有铁器杂物）单机处理能力物料水分物料比表面积增加量物料堆积密度电机功率辊面最高温度辊子尺寸月曰历作业率辊子结构辊轴+柱钉辊套辊子液压推力辊套寿命辊面柱钉尺寸直径16mm辊面工作极限压力3攻关过程3.1对进口辊子的全面剖析辊子采用辊轴外装柱钉辊套结构。柱钉系高耐磨高韧性材料制造，镶嵌在辊套基体内，通过在辊面上合理布置柱钉，使辊面自生成料衬。
即柱钉与柱钉之间填满了结实的物料细粉，设备工作时，含有定水分的细粉物料在高挤压力作用下被充填在柱钉之间，使整个辊面包奄了层结实的料衬。工作过程中，特别耐磨的柱钉作为耐磨件，而不耐磨的基体由于料衬的作用，得到了很好地保护，从而使辊面的使用寿命大大提高。具体结构如所示。
从多年的使用经验看，辊子失效主要发生在辊面。因此在保证辊套强度及与轴配合尺寸的同时，攻关的重点也在辊面。从旧辊面上取下不同部位的柱钉，通过扫描电子显微镜和能谱仪进行微区能谱成分分析，了解柱钉的金相组织和材质成分，如所示。
通过硬度仪检测其硬度范围。经分析，确认柱钉材质是种硬度极高的钨钴硬质合金。采用类似的检测手段，对辊套基体和辊肩金属材料的理化性能进行了全面分析，从而对整个进口辊套的材质选择和性能有了全面深入的认识。同步还对辊轴、辊套和柱钉的结构以及制造尺寸进行了全面测绘。
在国产化攻关前，为延长辊子寿命，我们曾在辊肩修补；辊面柱钉断落后拔除补种；辊面深坑堆焊修补后在表面重新植钉等方面进行过探索与实践，并形成了专有技术，有效延长了辊面寿命，这些都为接下来的辊子国产化修复攻关积累了丰富经验。
3.2相关信息收集根据辊面结构不同，高压辊磨机辊子可分为堆焊型和柱钉型两种。堆焊型辊子根据表面耐磨层花纹形状又可细分为多种形式，如菱形网格型、横条纹型和圆点凸台型等。这种辊子的突出特点是可反复堆焊修复，造价低，但耐磨性能一般，目前在我国水泥行业得到了广泛应用。由于球团原料的硬度和磨蚀性比水泥行业所破碎的石灰石熟料要大得多，普通的堆焊辊面难以承受。试验表明，堆焊辊面用于金属矿石破碎时，通常在一个月左右就需重新堆焊，且经过几次堆焊后，辊面的圆度难以保证，严重影响到设备的作业率和性能。柱钉型辊子造价高，但具有良好的耐磨性能，同等工况下，辊子寿命大幅度提高。伴随柱钉辊子研制技术的不断成熟，高压辊磨机开始被应用在金属矿山行业。目前，国内多数球团厂均配置了高压辊磨机对铁精矿进行预处理，考虑到球团原料的特性和工艺需求，也都是采用带柱钉型辊套的辊子。因此，辊子国产化修复的方向基本上锁定在柱钉型辊套上。
国内的些科研单位和生产厂家在柱钉辊子的研制方面做了很多工作，目前已发展到工业试验阶段，并在些铁矿山和有色金属矿山试用，但在球团行业至今还没有国产化的成功案例。从我们了解的信息看，些单位研制的辊子存在柱钉易脱落、柱钉磨损快、辊面寿命短等问题，需从柱钉布置方式，柱钉材质和制造工艺、基体材质、热处理工艺、矿物性质、给料形式等方面进一步完善。
3.3选择专业合作单位，开展联合攻关寻找具备实力和丰富设计制造经验的专业单位，开展联合攻关，是国产化工作的关键。为此，从2012年7月开始，我们与国内几家知名的高压辊磨机制造单位开展了多批次的专业技术交流，并先后赴河南、上海、安徽、四川、河北等地，对设备制造商和高压辊磨机使用单位开展实地考察与交流，筛选联合攻关单位。经综合考虑，最终选定中钢天源科技股份公司作为攻关合作单位，并签署了战略合作协议。之后，在长达两个月的时间内双方工程技术人员开展了详细深入的技术交流。
通过前期对进口辊套基体和柱钉材质的理化性能分析，参照国内金属材料选型资料，初步选定了国产替代材质。为确保辊套强度，我们利用有限元分析技术，分析了辊套的受力情况。从表1的性能参数可知：辊磨机辊面工作过程中极限压力p为5N/mm2，柱钉直径d为16mm，所受的径向正压力为：=n）2p=3.14x（16/2）2x5=1005N；硬质合金的摩擦系数M约为0.4，物料产生的摩擦力为：F2 0.4=402N，其方向与正压力垂直。
每个柱钉所受到的力为这两个力的合力。有限元模型受力如所示。
模型约束条件比较简单，只要将辊套的6个自由度全部约束即可。将初步选定的辊套材质及相关尺寸等参数输入软件系统，分析结果如所示。
通过分析发现，最大应力出现在柱钉与基体的结合部位，其值为20.96MPa，远小于材料的许用应力。说明所选辊套材质在受力强度方面满足要求。
为保证辊套的耐磨性和可靠性，同步在材料热处理工艺、表面硬度、辊钉布置方式、辊肩材质选择、辊套与辊轴装配要求等方面进行了深入探讨，逐一优化方案，并最终确定了国产化改造方案的每个细节。
在辊子国产化修复的制造实施阶段，为确保修复质量，我厂派遣专业技术人员与合作单位质检人员一起，对每个质量控制环节进行了全面跟踪与验收把关。
2013年5月，国产化修复后的辊子投入生产线使用。通过跟踪监测高压辊磨机的实际电流、辊面压力、物料比表面积增加量、球团生球质量和单位产量、作业率等参数，均比更换前有大幅度改善，与原进口辊子新安装时监测的数据一致。截止2014年5月，该套辊子已平稳运行近一年，实际运行时间约8 000h，现状如所示。
从辊子的运行情况来看，各项性能参数均达标，辊面无异常磨损，情况良好，预期寿命可达12 000h以上。本次高压辊磨机辊子国产化修复顺利完成，达到了预期目标。
4结束语在目前亚洲单台生产规模最大的球团生产线上，高压辊磨机辊子国产化修复取得成功，且效益显著，这对于我国球团行业来说，具有推广示范意义，将促进高压辊磨机的国产化进程和钢铁企业降本增效。