筒式钢球磨煤机衬瓦损坏原因分析与对策

邓 华

(攀枝花钢钒有限公司能源动力分公司,四川攀枝花 617062）

1 290/410筒式钢球磨煤机使用现状

攀钢钒公司能源动力中心热电站装备有4 台130 t/h 锅炉，制粉系统设计为中储式，安装了290/410筒式钢球磨煤机4台，锅炉主要以煤气为主要燃料，在煤气供应不足时以原煤为燃料，故制粉系统是间隙运行方式，制粉系统及磨煤机运行强度不高。

在2019 年年初，对8 号磨煤机安装了中铬稀土耐磨衬瓦（ZG40Cr6NiMoVRe）156 块,分13 圈，每圈12 块，每圈上平均分配了4 个斜垫铁。运行约3 个月后，发现磨煤机衬瓦第一圈大面积开裂，第三、四圈上的衬瓦大量脱落，第四圈上只剩下6 块，而第三、四圈以后多块衬瓦表面被击打溃变，变形较大，有的向上翘起，随时可能脱落。严重影响到磨煤机安全运行。

而7 号磨煤机同样使用了中铬稀土耐磨钢衬瓦，经过半年运行，检查发现有部分被击溃,没有开裂,没有衬瓦脱落。这就给我们分析磨煤机衬瓦损坏提供了有利的对比参照。

2 磨煤机衬瓦损坏分析

8 号磨煤机衬瓦投产后运行了半年，累计运行时间不超过1 000 h，即出现了前述问题，证明使用在8 号磨煤机上的衬瓦“既软又脆”，从衬瓦断面上来看，衬瓦材质很脆，晶颗粗大。经过检查、分析，导致8 号磨煤机中铬稀土耐磨钢衬瓦损坏、脱落的原因有以下几方面：

2.1 衬瓦材质及铸造质量不合格

中铬稀土耐磨钢为高强度、高硬度并具有较好的韧性和耐磨性，其材质中有铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钒（V）、铼（Re）等元素，各合金元素按比例加在衬瓦中铸造而成。生产厂家提供的合金元素含量，见表1。现场取样检验的磨煤机上使用衬瓦的成分则见表2。

表1 中铬稀土耐磨钢合金元素含量表%

表2 磨煤机上使用衬瓦的成分分析表%

从表1、表2 对比发现，中铬稀土耐磨钢设计为中碳钢，而衬瓦甲则为低碳钢，显然材质不合格；衬瓦乙碳含量也没有达到设计要求，仍是中碳钢，相对比衬瓦甲好一些。衬瓦甲合金元素铬（Cr）也没有达到设计要求，而衬瓦乙则大大地超过了设计要求。同时，钼、铼、钒等元素都远远没有达到设计要求。

在铸钢中加入适量合金元素如：稀土、锰、镍、铬、钼等，主要目的是提高钢材的硬度、强度、抗磨性，并有较好的韧性。由于8 号磨煤机衬瓦中没有按照设计要求加入合金元素，所以其在韧性、强度、硬度等方面就很难达到设计要求了。

另一方面衬瓦在铸造时，材质严重不均匀，同一型号、不同批次（衬瓦甲与衬瓦乙）成分差异过大。

2.2 衬瓦的热处理不当

中铬稀土耐磨钢衬瓦经铸造后，必须经过热处理，提高其硬度，并通过热处理使铸件消除铸造缺陷，保证有足够的硬度、强度、抗磨性和较好的韧性。中铬稀土耐磨衬瓦的硬度至少可达HRC50，在经热处理后，其硬度可达HRC65。但如果在热处理过程控制不当，未能掌握好热处理的工艺，就会使衬瓦的质量得不到保障。我们对7号、8号磨煤机衬瓦进行了硬度检验，检测点分布见图1，里氏硬度见表3。转换为对应的洛氏(HRC)硬度见表4。

图1 衬瓦硬度检测点分布图

表3 衬瓦里氏硬度表

表4 衬瓦洛氏硬度表

受检测条件所限,无法对衬瓦机械性能作全面检验，缺少韧性和强度数据。但通过已有数据可以初步分析，7号磨煤机衬瓦硬度远不如8号磨煤机硬度大，在热处理过程中，由于8号磨煤机衬瓦是低碳钢，为了追求硬度，而降低了韧性。而7号磨煤机衬瓦热处理得又太软。这正好印证了8号磨煤机衬瓦因为太脆而导致第一圈开裂,第三、第四圈因为没有足够的硬度而被击溃变形，甚至上翘而脱落；而7号磨煤机衬瓦因为软,韧性好,只是表面局部变形而没有衬瓦开裂、断裂脱落。

2.3 钢球对衬瓦的影响

磨煤机的衬瓦与钢球的硬度值是有一定要求的，即钢球的硬度值应比衬瓦的硬度值低1／3～1／4，这样才能保证磨煤机正常工作，而衬瓦的磨损较小。在钢球反复撞击衬瓦后还要产生加工硬化，而中铬稀土耐磨钢加工硬化比钢球明显得多，故，在运行中衬瓦更硬，不易损坏。钢球的硬度检测分布见图2。检测结果见表5，换算成洛氏硬度(HRC)见表6。

图2 钢球硬度检测分布图

表5 钢球里氏硬度表

表6 钢球洛氏硬度表

从表6 得知,钢球较软,约在13.6HRC,比8 号磨煤机衬瓦软得多,与7号磨煤机衬瓦差不多。在8号磨煤机中，钢球很快被磨损，使钢球加装量减少，给煤量减少，从而对衬瓦的冲击就加大。所以8 号磨煤机衬瓦损坏、脱落。而7号磨煤机衬瓦因为软，只是变形而已。

2.4 衬瓦安装要求不合理

（1）磨煤机衬瓦螺栓经常断裂、松动、脱落，其中一个原因是螺栓在热处理工序中没有得到所要求的质量。另一个原因是衬瓦在安装时，筒体内壁与衬瓦背面应垫一层厚度4 mm 石棉板，主要作用是吸声和减振，使衬瓦背部紧贴石棉板，在衬瓦螺栓紧固后，不能使衬瓦与筒体内壁之间产生间隙。而我中心安装衬瓦时，加装了两层2 mm 厚的石棉板，没有达到厚度要求，降低了减振效果，导致衬瓦受到更严重的冲击，加速了衬瓦的损坏。

（2）当初在安装衬瓦时，没有平均分配各圈间的间隙，致使第二、三、四圈衬瓦间的间隙宽15～20 mm，远超过设计时的8～10 mm 宽。在间隙大的地方，因磨损而变小的钢球在转动中卡在其间，经过其他钢球的打击，使其两边的衬瓦沿轴方向移动，从而剪切联接螺栓，致使螺栓、斜垫铁脱落，随后衬瓦也大面积脱落。

（3）衬瓦生产厂家现场测绘290/410 筒式钢球磨煤机的筒体直径时，误差大，致使一圈安装8块衬瓦有一部分筒体没有覆盖到，而一圈安装12块又有一部分衬瓦多出来。为此，我们用等离子切割机将多出来的部分切割掉，虽然将衬瓦装上去了，可是各衬瓦间的接触面却没有得到保证，各衬瓦间接触设计为面接触，可是切割时注意力主要放在各衬瓦的外圆大小上，如图3所示。

图3 各衬瓦接触示意图

从图3可知，切割处的衬瓦近似线接触，相对于设计时的面接触，大大降低了各衬瓦间的接触刚性。在长时间的反复冲击下，接触线就会被压溃，各衬瓦间就会松动，而后间隙加大直至脱落。

（4）衬瓦由4 块斜垫铁均匀分布在磨煤机筒体内壁上，为其提供径向固定拉力，衬瓦与垫铁间的间隙由更薄的垫铁填充，使各衬瓦紧密接触。在安装时，有的垫铁没有打到底，只是很少一部分打入衬瓦之间，长时间击打、磨损，很快使薄垫铁脱落，致使各衬瓦间间隙变大，当间隙大到一定程度就会使衬瓦脱落。

2.5 运行工况对衬瓦的影响

磨煤机筒体内钢球装载量对磨煤出力和电耗有很大影响，290/410筒式钢球磨煤机的钢球最大装球量30 t。如钢球量减少，磨煤机电流会下降，耗电减少，磨煤机的出力也会下降; 在磨煤机容积不变的情况下，由于给煤量的减少，钢球对磨煤机筒体内衬瓦的冲击将增大，在此工况下长期运行,势必会增加衬瓦的磨损,缩短其使用寿命。我中心在给磨煤机加装钢球时，没有按重量加装，而是以磨煤机电机负荷或电流来决定是否加钢球，加多少钢球。经过多年的生产,磨煤机的负荷效率降低,同等负荷下,有效负荷比以前小多了,加装的钢球也比以前少。加装钢球量本来就比设计少，经过长时间运行，钢球大量磨损，钢球量就远远低于设计量，导致给煤量减少。从而加剧了钢球对衬瓦的冲击、磨损。

此外，290/410筒式钢球磨煤机设计的煤块可磨系数Kλο=1，进煤块小于15 mm，实际运行中，煤块大小已远偏离设计要求。此外煤块中掺杂石头、砖块、金属等，同样也是导致290/410 筒式钢球磨煤机衬瓦磨损、断裂、脱落的一个原因。

3 对策及防范措施

3.1 从制造厂商源头防范

联系衬瓦生产厂商，现场确认其产品在材质、制造过程中存在的不足，确保其新产品以后不再出现类似情况，并把衬瓦的各项参数以书面形式确定下来，作为产品的检验标准。

3.2 各圈衬瓦分开选材与热处理

磨煤机衬瓦因使用部位不同，对衬瓦的性能要求也不同。如入口第一圈直接受钢球、煤块的冲击较少，只是在加钢球时，有一次冲击，故可以适当降低其硬度、强度，增加其韧性；对于第二、三、四圈及以后的衬瓦直接受钢球和煤块的冲击，需要较大的硬度、强度，并保持适当的韧性。建议将第一圈与其后各圈衬瓦分开选材和热处理。第一圈有足够的韧性和适当的硬度、强度；从第二圈开始，各衬瓦加大其硬度、强度，以免出现第一圈因韧性不足开裂，在冲击强烈的地方因硬度、强度不够而变形。

3.3 注意钢球与衬瓦硬度选择

磨煤机衬瓦硬度为39HRC时，选择钢球硬度26～29HRC；如果选用硬度为65HRC 的衬瓦，钢球的硬度应为42～49HRC，保证钢球的硬度比衬瓦的硬度小1/4～1/3。球钢硬度应尽量均匀。

3.4 适当调整垫子与衬瓦宽度

各衬瓦之间原则上不加调整垫铁，只在斜铁处适当加装，以紧固各衬瓦，并且一定要将斜铁打到位，接触筒体，低于各衬瓦。试运行3 天后，再一次紧固螺帽。同时，在筒体与衬瓦间只加一层4 mm厚的石棉垫子(此厚度是由衬瓦生产厂商设计时规定)，垫子应为一块整体，不能切割成小块。

重新测量磨煤机筒体内径，根据实测尺寸加工衬瓦。重新测量筒体内径为3 038 mm,减去4 mm的石棉垫板，衬瓦外径为3 030 mm；将衬瓦宽度加宽5 mm,至300 mm，以改善各瓦的接触刚性，也减小了各圈的间隙。

3.5 规范钢球加装

加装钢球时以重量来衡量多少，不再以电机负荷来判断量的大小。在运行中以电机负荷的变化来判断钢球的磨损情况和磨煤机中的钢球含量。

3.6 加装滤网

在运输皮带前加装了滤网，将大块的原煤和其他杂物过滤出来，将大的煤块用破碎机打碎后再送入磨煤机。

4 结语

通过以上六方面的对策和改善，8 号磨煤机衬瓦可靠、稳定运行已1 年多时间，状况良好，磨煤机衬瓦使用寿命大大延长。