球磨机的磨损机理是一种动态的三体磨损，文章重点针对火力发电球磨机运行的工况条件、磨损介质、筒体衬板，以及衬板材料和结构方面进行了经验总结，选用ZG40CrMoRe或KmTBCr20MoCu的合金材料和《组合自固式》的衬板结构，能够达到比较理想的磨擦付，使用寿命比高锰钢提高1～2倍，且维修工时减少98%以上。

关键词：BBD（DTM）球磨机；耐磨材料；组合自固式衬板

一、前言

球磨机作为一种普通的破碎设备广泛应用于冶金、矿山、建材、电力等行业。虽然球磨机有占地面积大、笨重、噪声大、初期投资成本高、检修环境差等缺陷。但是，在火力发电行业对煤种适用性广，特别是当煤块中混有铁块、石头等杂物时，也能够长期可靠的运行，并维持一定的出力和煤粉细度，且单台出力高，所以大多数火力发电厂仍沿用至今（占用率大至在90%左右）。它的工作原理简单，采用机械传动使磨筒作低速旋转（16～25转/分），筒内的钢球因离心力的作用提升至水平夹角的53º～60º左右，按抛物轨迹呈瀑布状落下，将破碎介质（矿、石头、煤等）磨成需要的颗粒状。

球磨机在运行当中，它的磨损特点是一种典型的三体磨损，即衬板、介质、钢球，三者之间均存在着作自身的磨损、崩离、破碎、失效的问题。衬板的磨损的失效形式是：由于衬板与相接触的磨料、钢球产生相对滑动、滚动、频繁低能量的冲击，使衬板基体组织及本体表层逐步剥离和流失，发生磨料磨损。

二、影响球磨机衬板磨损失效的几大因素 1、介质的影响

球磨机常破碎的介质有：各类矿山材料（锰矿、铜矿、钨矿、铬矿等），各类石料（石灰岩、花岗岩、片麻岩、玄武岩、灰绿岩等），电力行业所用的煤。介质的硬度指标是决定衬板磨损失效的重要依据，硬度越高，衬板的使用寿命越短，反之，使用周期增长。火力发电厂的燃料煤是球磨机的主要辗磨介质，国内各地的原煤的可磨系数一般在0.8～2.0之间，如果煤中掺入过多的煤矸石、砂子、石头，不仅发热量不足，而且可磨性差，必然造成衬板过早失效。

2、工况运行的影响 1）消除缺陷不及时。例如，螺栓松动掉落，个别衬板断裂脱落，如果没有进行及时的更换，使缺陷逐步扩展，将会殃及其它衬板和导致筒体变形。

2）出率不正常，调整不当，出现空仓运行状态，部分钢球直接磨擦和撞击筒体衬板，形成两体磨损，这种情况衬板和钢球的碎裂，磨损机会大幅度增加，是一种非常恶劣的操作方式。

3、衬板材料的影响 从衬板材料的物理性能上分析，影响抗磨效果的主要参数是硬度和冲击韧性两大指标的匹配问题，材料的硬度高，其耐磨性能好，基本上是一个成正比关系，由于球磨机在运行当中，钢球是呈瀑布状态落下，对物料及衬板将会产生一个冲击功，冲击功的大小取决于钢球直径和磨筒直径的大小。为什么传统型的耐磨材料——高锰钢，经历了几十年的认可使用，在80年代末国内各大小电厂选择一些比较适应球磨机工况条件的耐磨材料，逐步取代高锰钢，它主要存在如下问题。

1) 硬度偏低

高锰钢经水韧处理后HB180～220，冲击韧性可达147 J/cm2，金相组织为单一的奥氏体，产品的主要抗磨功能是经加工或外力的作用下表面产生一种加工硬化现象

——奥马转变，硬度值可提高至300～550HB。由于电力行业的球磨机的工作条件介质是煤，钢球直径小于φ60mm，且煤质硬度低，正常运行的情况下煤可视为球与衬板之间的润滑剂和缓冲剂，因此衬板所承受的功是小能量，频次密集，不能充分达到高锰钢加工硬化的条件，表层残体硬度一般只有HB350左右，相对钢球硬度普遍在HRC50以上，衬板与钢球的匹配硬度差别太大，衬板磨损加剧。

2) 金相组织的影响 单一的奥氏体基体组织是一种硬度低、韧性高、延伸率高，在外力的作用下将产生一种加工硬化的特性，专业述语为：奥、马转变（表层），转变过程中，表层体积膨胀变形，产生变形的作用力，沿筒壁方向伸展，这个力达到一定极限时，衬板则会产生弯曲变形，致使紧固螺栓剪断，导致筒体产生漏粉，如果问题得不到及时的发现并解决，将会殃及其它的拧固紧楔和衬板断裂、脱落，致使筒体产生变形等。

4、设计制造和安装质量的影响

衬板的作用大致两个，一个是保护筒体，其次是在特定的转速将钢球提升到要求的高度，使钢球呈瀑布状下落，达到理想的辗磨效果。

国内目前球磨机生产制造厂家基本上只提供两种机型，即单进单出和双进双出。其衬板在筒体上的安装形式是：采用压条紧固筒体衬板，周向方向，衬板与衬板选择燕尾结构咬合，压条、固定楔、拧紧楔采用螺栓与筒壁紧固，这种结构的衬板一般多用于DTM系列的球磨机，即单进单出型球磨机。另外一种安装形式是没有压紧条，而是每块衬板采用2～3个螺栓紧固在筒壁上，常用于BBD 系列和NFA系列球磨机，即双进双出球磨机。这两种衬板结构的共同特点是，采用螺栓紧固方式将衬板固定在筒壁上，螺栓在整个运行周期内始终处于受力状态，一旦螺栓断落，就有垮钢瓦的可能。衬板上带有螺栓孔，铸造浇注成型过程中是内应力集中区，是出现裂纹缺陷高危区域，而且每块衬板最少两颗以上螺栓，螺栓占用率多，每一个螺孔就是一个漏粉点。

衬板制造质量差，如，不平整，筒壁变形，安装时衬板与衬板、衬板与筒壁之间不吻合和自身的铸造缺陷，机械性能、化学成份没有达到合格要求等，都是影响球磨机正常运行的直接因素。

三、提高球磨机衬板使用寿命的措施探讨

1、低劣质的原煤不但使球磨机衬板磨损严重，而且对整个煤粉燃运系统都有不同程度的影响。严格控制进厂煤质，降低煤中含灰量和矸石含量，控制供应商的渗砂、石的现象，是提高原煤的可磨系数的有效途径。

2、三体磨损转化为两体磨损是加剧衬板磨损和磨球磨损的重要因素，这基本上是输煤系统带病工作，造成磨煤机内断续供煤、空仓运行所至。煤场到球磨机所有设备的正常运行是一个系统工程，从设备的选型、维护，易损材料的选择匹配，到运行过程中的监控，检查维护等都是工程中的相关因素。

另外，合理使用磨煤机的出力，低负荷运行时，及时调整磨煤机的进煤量，根据负荷情况，将制粉出力集中在一台或几台磨煤机，而停用部分磨煤机，有粉仓的尽量在低负荷时对粉仓充粉，确保磨煤机在较高负荷区的运行。

3、合理选择衬板，磨球材质的匹配等，主要体现在两大指标，即冲击韧性ak值和硬度HRC值，这两个指标在黑色金属中普遍的是互为倒数关系，ak值大，HRC值小，材料不耐磨，反之，耐磨而容易破裂。关于球磨机衬板的受力状况，国内外已有不少分析和论证球对衬板的冲击功。通常引用的经验公式：[1]

U=K?N?G?H/F

式中：U——衬板轴向单位截面上所受冲击功

K——集中载荷系数，一般取2

N——衬板轴向方向上可同时排落球的个数

H——磨球最大降落高度（m）

G——球的单重(kg)

F——衬板的纵（轴）向截面积（cm2）

球磨机在运行过程中球与物料虽然呈瀑布状泻下 [1]，但衬板受力较均匀，而且物料的铺衬大大分散了冲击力。如果在正常、平稳运行时衬板所受的冲击功大约2～5J/cm2。但是火力发电厂筒式磨煤机的制粉系统是一个复杂的系统工程，对球磨机供煤不正常，如，空仓现象，为安全运行起见，设定球对衬板的冲击功为6～14 J/cm2（单进单出球磨机），对双进双出球磨机衬板冲击为4～8 J/cm2，在此基础上，确定和选择抗磨材料相应的硬度。球磨机衬板材料见附件?球磨机衬板材料一览表

国内常用的大致三大类材料，即合金钢系列、高锰钢系列和高铬铸铁系列，合金钢在火电煤磨机上应用，得到较好的经济效益，具有优良的综合力学性能和耐磨性，其使用寿命比高锰钢衬板提高 1～2倍，且具有磨损均匀，不变形的特点。高铬铸铁是近几年应用在BBD双进双出和运行工况条件较好的DTM系列球磨机上的超耐磨材料，其耐磨性能比高锰钢提高3倍左右，由于合金含量高，综合生产成本高，相对价格较高，但总体社会效益较好，是一种优质选用材料。

4、衬板结构和衬板安装工艺，是球磨机正常运行的重要因素。《组合自固式》衬板的问世，给各使用厂家带来了极大的便利。

1）主要特点：

a）衬板的安装结构改变了传统型衬板采用螺栓紧固模式。

b）衬板材料选择，按工况条件可达到理想的抗磨匹配。附：（衬板、介质、磨球）

c）衬板的形貌按最佳的力学性能设计。

2）主要功能

a）寿命比ZGMn13提高两倍以上。

b）运行噪音可降低2～5分贝。

c）球磨机衬板的维修工时减少98%以上。

d）筒体螺栓在运行中不受力，故无螺栓断裂和漏粉事故。且安装简便，运行安全、稳定、可靠。 湖南的株洲电厂、金竹山电厂、石门电厂、鲤鱼江电厂，福建的厦门电厂、邵武电厂等匀已全部采用这种新型衬板。该衬板应用的材料是ZG40CrMoRe，它的初始硬度HRC在45～48左右，通过一段时间工况运行，表层硬度可达到HRC52～56，这个硬度能与任何材料的高硬度磨球匹配使用。冲击值ak≥20J/cm2，能承受筒体直径5米以内，钢球直径Ф80以下。所有球磨机的冲击载荷，已成功的应用在DTM250/390、DTM287/470、DTM320/580、DTM350/700、DTM380/650等系列机型上，BBD系列双进双出球磨机，近年来国内各新建、改建、扩建电厂使用量突增，600KW的发电机组几乎全部选用BBD系列筒式球磨机制粉。它的主要特点是：煤种适应广，自动化程度高，维护操作简便。它具有烘干、粉磨、选粉、送粉等功能，也可称其为直吹式制粉系统。沈阳重型机械厂、郑州重型机械厂是目前国内两大主要生产厂家。2006年该系列球磨已有600多台套正在投机运行。通过运行小结，该球磨机在材料抗磨这一块大有潜力可挖。其一，生产厂家选择的ZGMn13 Cr2材料不佳，其二，衬板设计安装方案有待改进。实践证明，株洲电厂300MW机组2003年4月投运，ZGMn13Cr2衬板只使用了3年就全部更换，断、掉螺栓故障频繁，且因衬板结构设计存在的问题造成产品不耐磨.筒体上将近有900多个衬板紧固螺栓孔洞，故筒体的漏粉点多，给安全文明生产带来阻碍。 株洲湘能特钢铸造有限责任公司与株洲电厂合作对BBD系列的双进双出球磨机内衬板进行全方位的技术改造，结合DTM系列磨机组合自固式衬板的结构原理，于2006年上半年逐步将该机8台套衬板改换为《组合自固式》合金钢衬板。将原筒体上900多个螺栓孔，减少至90个左右，且在运行中螺栓完全不受力，仅在安装和拆卸时起安全保障作用。改造后的新衬板给株洲电厂带来意想不到的经济效益。新建长沙电厂60万机组，也委托湘能特钢公司与郑州重型机械集团总公司对制粉系统12台BBD双进双出球磨机进行抗磨衬板的技术改造，选择组合自固式衬板结构，使用寿命可提高到6～8年。而且筒体在运行使用过程中不需维护，深受各电厂的好评。

四、结 论

1、保证煤的质量控制和球磨机的正常运行，减少和杜绝空仓运行，及时根除设备运行中的故障缺陷。

2、ZG40CrMoRe材料具有良好的抗冲击、抗变形、抗磨损等特性，其使用寿命比高锰钢普遍提高1～2倍，使用安全可靠并显示出良好的经济效益和社会效益。

3、组合自固式衬板，改变了螺栓固紧的方式，根治了球磨机在运行过程中因螺栓、衬板掉落而产生的漏粉故障。有利于超抗磨材料的选用，衬板的设计结构简单、合理，且安装简便，运行安全稳定可靠。

4、BBD系列双进双出球磨机采用组合自固式衬板结构，可带来较好的经济效益。

球磨机衬板材料一览表

注：1、ZG为铸钢的代号；KmTB为抗 抗白口铸铁代号

2、ZGMm13-2的抗拉强度，δb≥685MPa，延伸率δs≥25%