提要：本文分析了高碳化鉻高硬度研磨介質的研制背景,，對其優(yōu)良的機械性能進行了探討，論述了在大型水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中應用所取得的良好的技術經(jīng)濟效果，建議在各種水泥管磨機中推廣使用，促進節(jié)能減排與低碳經(jīng)濟技術升級。

關鍵詞:高碳化鉻  高硬度研磨介質  聯(lián)合粉磨系統(tǒng)  應用

前言

隨著水泥工業(yè)的發(fā)展及技術進步，中國早已成為水泥生產(chǎn)大國。在此環(huán)境下，水泥產(chǎn)業(yè)升級與技術革新朝著縱深發(fā)展。其中，高效節(jié)能粉磨技術在新型干法水泥生產(chǎn)中推廣應用起到了重要的推動作用，水泥聯(lián)合粉磨工藝對提升產(chǎn)品質量、提高粉磨效率、節(jié)能降耗具有顯著的技術優(yōu)勢，作為與聯(lián)合粉磨工藝中管磨機配套應用的研磨介質的內在質量與機械性能及其關鍵。本文將主要介紹聯(lián)合粉磨工藝中的及高碳化鉻高硬度研磨介質的研發(fā)與應用。

一、 水泥聯(lián)合粉磨工藝中應用的高硬度研磨介質研制背景

當今水泥工業(yè)，因產(chǎn)能過剩競爭十分激烈。只有積極采用新技術、新材料、新工藝、新設備，提升產(chǎn)品質量，降低生產(chǎn)成本，才能應對目前日益激烈的市場格局。立磨、輥壓機等高效節(jié)能設備及大型管磨機相繼投放市場，高效選粉機閉路粉磨技術在水泥生產(chǎn)中的應用，對水泥行業(yè)技術水平的整體提升起到了關鍵性的作用。目前除部分老企業(yè)進行技術改造外，新上線項目(包括水泥生產(chǎn)線和粉磨站項目)，多采用聯(lián)合粉磨工藝，這是現(xiàn)階段水泥粉磨技術的一大趨勢。

由輥壓機與動態(tài)（打散分級機）、靜態(tài)分級設備（V形分級機、VSK分級機等）、管磨機構成的單、雙閉路擠壓聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)中，因輥壓機對物料的循環(huán)擠壓（循環(huán)次數(shù)3-5次），經(jīng)分級后進入管磨機的物料粒度相對較小且內部裂紋較多，易磨性顯著改善（邦德功指數(shù)比擠壓前約降低25%左右），后續(xù)管磨機一倉的破碎功能由磨前預粉磨及分級設備取代，一倉有效長度縮短、所用研磨介質平均尺寸大幅度降低，相應延長了管磨機的細磨倉長比例，細磨倉內所配小研磨介質數(shù)量增多，顯著提高了對物料的有效磨細功能和系統(tǒng)產(chǎn)量。由于顆粒較細物料進磨量大，若要實現(xiàn)粉磨效率最大化，只能通過增加研磨介質與物料之間接觸總表面積的方式來達到最佳粉磨效能，技術上可采取降低研磨介質尺寸、增加其總體個數(shù)實現(xiàn)。以帶有V形分級機的雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)為例，經(jīng)擠壓分級后的入磨物料切割粒徑在0.5mm，最大粒徑<1.0mm，管磨機一倉功能由原來的破碎改變?yōu)榇盅心ィ们驈娇扇¨?0mm-Ф20mm球四級級配或根據(jù)被磨物料易磨性引入Ф50mm或Ф17mm球形成五級級配，一般平均球徑可取Dcp 23mm-30mm，即可滿足粉磨要求。磨機二倉既能用球，也可用鍛。用球時，可配Ф20mm、Ф17mm、Ф15mm、Ф12mm、Ф10mm球形成五級級配，平均球徑可取Dcp 12mm-15mm，即可滿足二倉物料的細研磨功能。二倉用鍛時，可采用Φ14mmx14mm、Φ12mmx12mm、Φ10mmx10mm三級配，也可根據(jù)出磨篦板縫尺寸，引入Φ8mmx8mm或Φ8mmx10mm鍛，形成四級級配，平均鍛徑Dcp 9mm-12mm左右。

與此同時，應用閉路粉磨新技術和開流粉磨節(jié)能技術-----磨內篩分技術的有效結合，強化磨內的粉磨效率，其技術核心是磨內篩分裝置的設置和采用小規(guī)格研磨介質。管磨機是最好的水泥細磨與均化設備，其粉磨效率與研磨介質總表面積的0.6次方成正比，在相同裝載量的前提下使用小規(guī)格研磨介質時總個數(shù)多，與物料接觸研磨表面積增大，研磨次數(shù)增加。一方面可使出磨水泥中產(chǎn)生強度的有效顆粒含量得到提高，再通過新型高效選粉機的分選與收集，使水泥的顆粒級配合理、穩(wěn)定可控；另一方面也使成品的顆粒形貌(球形度)更好，這些技術措施的實施都能最大程度的改善水泥性能，提高水泥的強度。

以下幾個表格是幾個單位研磨介質規(guī)格及級配數(shù)據(jù)：

表1 合肥水泥院設計的阜陽中聯(lián)水泥Φ4.2х13m雙倉水泥磨中研磨介質的規(guī)格及級配如下：(裝載量）

表2 合肥水泥院研發(fā)制造的第三代HFCG系列輥壓機配套使用中信重工生產(chǎn)的Φ4.2x12.5m球磨機，在河南省大地水泥有限公司應用，其研磨介質的規(guī)格級配如下：(裝載量233t)

表3  南京凱盛院設計的成都中聯(lián)水泥公司，使用成都利君CLF150/90輥壓機配套Φ4.2х13m水泥磨研磨介質規(guī)格及級配如下：(裝載量）

表4 陜西崤山水泥Φ4.2х13m的水泥磨中的研磨介質規(guī)格及級配如下：（裝載量230t）

通過以上表格數(shù)據(jù)反映，在配有輥壓機與分級設備的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中，縮小研磨介質的直徑,提高研磨介質對物料的磨細能力是必然的技術趨勢，但對研磨介質質量有及其嚴格的要求，其根本為高硬度、高耐磨性、表面光潔、不失圓、失效周期延長等等，是管磨機系統(tǒng)臺時產(chǎn)量穩(wěn)定的基本條件。安徽省寧國誠信耐磨材料有限公司針對水泥粉磨工藝的發(fā)展趨勢與市場需求，深入水泥設計院、設備生產(chǎn)廠家及水泥生產(chǎn)企業(yè)調研，結合水泥企業(yè)粉磨工藝設備、物料性能、產(chǎn)品質量指標等相關要素，研制成功并推廣應用的高碳化鉻馬氏體研磨介質(已申請專利)在以上相關企業(yè)應用效果顯著，特點突出，是目前聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)中大型管磨機首選的優(yōu)良產(chǎn)品。

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二、 高碳化鉻馬氏體研磨介質（磨球、磨鍛）的技術特點

水泥粉磨工藝是一項系統(tǒng)工程，研磨介質硬度低，表面光潔度差，磨耗成本高，球、鍛徑變化大，極易導致表面粘附，難以保持較高的粉磨效率。為此，研磨介質的質量不容忽視。根據(jù)國外水泥粉磨技術經(jīng)驗數(shù)據(jù)得知，當粉磨系統(tǒng)工藝參數(shù)相對穩(wěn)定時，所用研磨介質質量對粉磨效率影響的因素占50%以上，故對研磨介質機械性能提出了更高的技術要求，國外水泥磨機多采用磨耗低（<10g/t-c）表面光潔度良好的高硬度研磨介質。由寧國誠信耐磨材料有限公司獨家研制開發(fā)的高碳化鉻高硬度研磨介質（HRC>63）應用于水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，單倉球耗降低至25g/t-c以下，且不失圓、破碎率極低（<0.2%）、表面光潔度好（光亮不粘灰）、使粉磨系統(tǒng)長期保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率，系統(tǒng)電耗大幅下降，是水泥企業(yè)管磨機所用研磨介質的優(yōu)先選擇。

高碳化鉻馬氏體研磨介質是根據(jù)磨球使用的工況級配條件，通過改善化學成份提高鑄造磨球的碳化鉻含量，經(jīng)過特殊的熱處理工藝，使高硬度合金馬氏體及碳化鉻的數(shù)量增加、彌散分布更為均勻、合理, 硬度達到HRC63-HRC67，大幅提高了耐磨性能，級配相對穩(wěn)定，極大延長了在磨內使用時間，增強了研磨功能，提高了產(chǎn)量，有效實現(xiàn)了水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)效益最大化。

通過優(yōu)化化學成份來提高鑄造磨球碳化鉻含量，提高碳化鉻骨架對基體的強化作用，并且增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，降低了材料的MS點，提高了材料的淬透性，淬火后的馬氏體含碳量增加，基體的平均硬度大幅度提高，達到HRC63.5以上，從而增加了材料的耐磨性能，降低了磨耗，節(jié)約了研磨體的使用成本。

附圖（一）為￠40mm以下砂型鑄造磨球化學成份改變前后經(jīng)過熱處理的金相組織對比圖片：

從以上金相圖片可以明顯的看出：￠40mm以下砂型鑄造高鉻磨球隨著碳化鉻數(shù)量的增加，其硬度值顯著提高。

附圖（二）為￠40mm以下砂型鑄造磨球碳化鉻與硬度的對比關系

從以上硬度曲線可以明顯的看出：￠40mm以下砂型鑄造磨球（鍛）由于其直徑較小，熱處理過程中淬透性良好，表里硬度一致，其硬質相高鉻鐵碳化物（M7C3）硬度高（HV≥1100）與其他高硬度合金碳化物合金馬氏體（HV500-1000）在金相組織中呈彌散化分布，與韌性基體交叉庇護，從而使研磨介質獲得了優(yōu)良的機械性能。隨著碳含量的增加，洛氏硬度明顯增加，由于碳化鉻的溶解，過冷奧氏體溶碳量相應的增加，淬火后馬氏體碳化鉻增加，基體平均硬度大大提高，所以研磨體整體硬度明顯的增加，而且隨著球徑的變小硬度也逐漸增加，其耐磨性也相應的增加。相當于傳統(tǒng)的高鉻鑄鐵研磨介質而言，其磨耗和破損率顯著降低，使用壽命大大提高。

三． 高碳化鉻馬氏體研磨介質（磨球、磨鍛）應用

通過優(yōu)化化學成份提高磨球中碳化鉻含量（其硬度可達到1100HV以上），可顯著提高研磨介質硬度。產(chǎn)品問世后，在國內多家水泥企業(yè)中推廣應用，均獲得了良好的技術經(jīng)濟效果及效益。遼寧昌慶水泥公司使用的Φ30mm高碳化鉻球，經(jīng)檢驗洛氏硬度達到了HRC64，在陜西崤山水泥聯(lián)合粉磨中Φ30mm的高鉻球的硬度達到了HRC63.5以上；連云港中聯(lián)Φ3.8х13m磨機中Φ30以下研磨介質洛氏硬度HRC>63，經(jīng)過一年的運行清倉統(tǒng)計，單倉球耗23.04g/t-c，破碎率僅為0.18%，球鍛的整體使用情況良好；阜陽中聯(lián)裝機調試一月即達產(chǎn)；為了進一步擴大影響，該公司與冀東啟新水泥公司簽訂了高碳化鉻馬氏體研磨介質的供貨合同，冀東啟新公司生產(chǎn)18萬噸水泥，僅補加了2噸高碳化鉻研磨體。

四. 結束語

在水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中推廣應用的高碳化鉻馬氏體高硬度研磨介質（磨球、磨鍛），有如下顯著的技術優(yōu)勢：

1、適應性強：可廣泛應用于各種粉磨工藝。尤其是最大球徑為Φ40mm以下的砂型高鉻鑄球，用在聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中管磨機的一倉、二倉，技術經(jīng)濟效果更為突出。

2、 磨耗量低：生產(chǎn)實踐證明，在粉磨工況穩(wěn)定，研磨介質硬度相同前提下下，球徑越小，磨耗越低。Φ40mm以下砂型高硬度高碳化鉻研磨介質HRC>63，破碎率<0.2%，單倉磨耗<25g/t-c。高硬度低破損，且失效周期延長，整臺磨可連續(xù)使用三年以上，甚至更長。

3、節(jié)約成本：研磨介質硬度越高，研磨后表面光潔度越好，管磨機的粉磨效率越高，高碳化鉻馬氏體高硬度研磨介質幾何尺寸合理，磨合后表面光滑不粘料，磨機運行達產(chǎn)快，磨耗成本低，企業(yè)使用后經(jīng)濟效益顯著提高。

綜上所述，雖然研磨介質的研發(fā)都朝著提高硬度、降低磨耗的方向發(fā)展，但目前國內尚未發(fā)現(xiàn)研磨體HRC達到65±2的報道。安徽寧國誠信耐磨材料公司自主研發(fā)的高碳化鉻馬氏體高硬度研磨介質，從增加碳化鉻數(shù)量達到再次提高硬度的目標已經(jīng)實現(xiàn)，填補了此項空白(比利時馬可托公司Φ30mm以下的介質的硬度有此規(guī)范)，達到世界先進水平。該公司對此產(chǎn)品已申報專利，不久將對此產(chǎn)品進行應用鑒定，高碳化鉻馬氏體高硬度研磨介質是耐磨材料行業(yè)的一場革命。

鑒于高碳化鉻高硬度研磨介質優(yōu)良的機械性能，適用于各種配有管磨機的水泥粉磨系統(tǒng)，建議在國內大型水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)廣泛應用，以高性價比高硬度低磨耗研磨介質，提升我國水泥粉磨工藝技術裝備水平，推進節(jié)能減排及低碳經(jīng)濟的進一步升級。

參考文獻：

徐寧 《我國水泥工業(yè)大型節(jié)能粉磨技術及裝備的研發(fā)與應用》，選自《中國建材報》2010年6月3日