辊式磨粉机光辊耐用性影响因素的研究

陈小刚 孙 震 芦 伟 邵 博 张晓东

（中粮工程装备（张家口）有限公司，河北张家口 076250）

磨辊是辊式磨粉机的工作部件，通过挤压、剪切、冲击等作用使物料粉碎。根据表面结构型式，磨辊可分为“齿辊”和“光辊”两种。齿辊是在圆柱型辊面上拉削出一定参数的倾斜磨齿，光辊是利用喷砂等方法对磨光后的辊面进行处理，得到微粗糙毛面。

在现代制粉工艺中，光辊主要用于心磨系统。光辊辊面磨光后进行喷砂处理，以消除辊面光泽，形成一定的粗糙度，提高辊面与物料的摩擦力，以保证物料有效地被磨辊攫入研磨区。但在研磨过程中，光辊辊面也会被磨损，导致粗糙度降低，产生金属光泽，结果造成研磨性能降低。光辊的耐用性一直是制粉工作者研究的一个课题，文中对光辊耐用性的主要影响因素进行了剖析，以期能为行业提高磨辊有效使用周期服务。

1 辊体铸造对磨辊耐用性的影响

磨辊的辊体一般由双金属离心浇铸而成。其外层为合金铸铁，保证辊面具有一定的硬度和耐磨性；内层为灰铸铁，使磨辊具有一定的韧性和吸振性能。

磨辊辊体铸造水平是保持磨辊性能的基础条件，外层合金铸铁的金相组织结构直接影响磨辊辊体质量。辊面硬度、辊面硬度偏差、磨辊径向深度硬度衰减量是衡量磨辊铸造质量的主要技术指标。

1.1 辊体表面硬度值

光辊表面硬度不宜过高，一般的光辊表面硬度应低于齿辊硬度，GB/T34669—2017《粮油机械 磨辊》要求光辊硬度为HS61-74。光辊表面硬度过高，在对物料的研磨过程中容易形成金属光泽，影响光辊的使用寿命。合适的辊面硬度，易于进行喷砂处理。在研磨物料时，表面以微粒的形式脱落而形成新的表面粗糙度。合适的表面硬度不易形成金属光泽，可有效提高磨辊的耐用性。

1.2 辊体表面硬度差

整个辊面的硬度差应尽可能均匀一致，国际先进的冶炼铸造水平可使辊面硬度偏差低于2 HS，而国内辊面硬度偏差一般能低于4 HS。硬度偏差过大会导致磨辊硬度不均匀，使磨辊的磨损速率出现较大差异，出现局部过渡磨损而形成金属光泽，降低研磨性能。

1.3 辊体径向深度硬度衰减量

磨辊辊体在离心铸造的过程中，受浇铸温度、冷却速度等影响，辊体径向方向的金相组织会发生变化，导致硬度也发生变化，一般呈径向方向减小。磨辊径向深度硬度衰减量（t1）曲线如图1 所示，t1硬度变化越小，磨辊磨损后二次加工性能越稳定，可加工性越好，越易于制定磨辊保养计划，磨辊也越耐用。

图1 磨辊径向深度硬度曲线

2 磨辊中凸度或锥度对磨辊耐用性的影响

在研磨物料时，磨粉机心磨系统辊间轧距一般为0.05～0.2 mm。研磨物料时辊间会产生较大的研磨压力，一般为4～15 kgf/cm2。在研磨压力的作用下辊体会发生弯曲应变，应变量和辊间压力成正比。由于辊间研磨压力使辊体发生微观变形，对实际生产具有较大影响，所以在磨削磨辊时，可通过预制中凸度或锥度来补偿变形（图2）。不同的制粉工段，磨辊预制中凸度值有所不同，现代长粉路制粉工艺研磨压力较小，一般中凸度设置为10～25 μm。

图2 磨辊中凸度和锥度的影响

在实际使用中，预置中凸度或锥度与实际需要的补偿会存在偏差。在工艺变更时，由于辊间压力发生变化，中凸度或锥度也可能不再适宜。当中凸度或锥度值与实际所需的弯曲补偿值偏差过大时，为保证出粉率，就需要更小的辊间研磨轧距，而轧距越小磨损越大，如此反复，形成恶性循环。所以，中凸度或锥度偏差过大是导致磨辊加速磨损、形成辊面金属光泽、过早失去研磨性能的主要因素之一。

因此，在加工磨辊时必须严格按照工艺要求磨制磨辊中凸度或锥度值，切不可过大或过小。这需依据生产情况，通过反复实践，持续改进、优化中凸度和锥度值，尽可能使磨辊中凸度接近理想状态，避免或减轻局部磨损，提高磨辊耐用性。

3 辊体表面粗糙度对磨辊耐用性的影响

磨辊辊体表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和峰、谷组成的微观几何性状特性。辊面磨制中凸度后的表面粗糙度为0.8 μm，磨光后要对辊面进行喷砂处理，喷砂后新的表面粗糙度一般要求为3.5～4.5 μm。同等条件下，不同规格型号的砂粒所形成的表面粗糙度不同（表1）。在实际生产中，喷砂效果与砂粒径形状、喷砂压力、喷砂次数、辊面硬度、喷砂速度和角度有关。喷砂后的磨辊表面的粗糙度与制粉工艺有关，可在工艺设计时依据原粮特性、工艺流程、产品类型结合实践经验得出，但需要反复试验后再确定。

表1 不同砂粒的喷砂粗糙度

通过改变喷砂压力、喷砂角度和喷砂次数，采用不同粒径的喷砂可获得相同的表面粗糙度，检测的粗糙度值相当，但其微观轮廓仍有明显差异（图3）。

图3 磨面粗糙度值相当的微观轮廓差异

实践证明，微观轮廓对磨辊的研磨性能和耐用性有明显影响，使用砂砾粒径越大，研磨性能越不稳定，磨辊的耐用性越差；但也不是砂砾粒径越小越好，粒径太小，不仅难获得相应粗糙度，而且需要更大的喷砂压力。所以在实际加工中，为获得最理想的磨辊表面微观轮廓状态，提高磨辊耐用性，需要反复试验、持续改进。

4 磨辊轴承游隙对磨辊耐用性的影响

磨辊研磨物料时，磨辊高速旋转，磨辊、轴承内圈和滚动体构成离心体。轴承游隙越大，离心半径越大，产生的离心力越大，磨辊径向跳动就越大。磨辊径向跳动将直接导致磨辊辊面间断性局部受力，甚至在轧距较小时造成间歇性“撞辊”，磨辊表面逐渐出现金属光泽，研磨性能下降、能耗增加，料温高，物料出现“雪花片”状，磨辊不耐用。

在装配磨辊轴承时，应测量轴承径向游隙，及时掌握轴承游隙值，通过游隙值变化进行轴承的保养和替换。为提高磨辊耐用性，应尽可能降低轴承游隙。对于要求较高的心渣系统，当旧轴承游隙大于0.11 mm 时，可将其换在前路皮磨等要求不高的系统使用。在生产实践中，应把控轴承使用条件，保持良好润滑等，以取得最佳经济效果。

5 磨辊表面清洁对磨辊耐用性的影响

辊式磨粉机磨辊在对物料进行粉碎时，其表面会粘附物料，物料水分含量越高及研磨压力越大，磨辊表面粘附情况越严重。磨辊表面的物料如得不到有效清除，就会出现物料缠辊现象，破坏磨辊表面特性，轻则影响研磨稳定性，重则造成磨粉机剧烈振动，甚至出现更大的安全隐患。辊面粘粉严重影响磨粉机研磨效果，保持辊面清洁是良好研磨的前提，是研磨稳定的必要条件。磨辊清理还可防止浮粉二次研磨。

光辊表面清洁常用刮刀，清洁效果与刮刀角度、刮刀质量、刮刀配重和日常维护有关。需要注意的是切不可为获得良好清洁效果而随意增加配重力臂。增加力臂虽然增强了刮刀清理能力，同时也大大增加了刮刀对磨辊表面的磨损，使辊面过早出现金属光泽，降低研磨性能。在实际生产时，要适当减小配重力臂，降低刮刀对辊面的摩擦力，以减少磨辊磨损，延长磨辊使用寿命。

6 结语

新加工磨辊的研磨性能呈由低到高再进入平稳期的规律，一般在使用1 200 h 后辊面性状会进入快速衰减期，其研磨性能会明显下降。在实际应用中，切不可以以“一刀切”的形式制定磨辊更换保养计划。一味追求磨辊使用时间长，会造成研磨效果差，影响面粉出率，也会降低面粉质量、增加能耗。影响辊式磨粉机光辊耐用性的因素较多，要通过客观分析，合理设计，持续改进，保证研磨效果，使经济性达到最佳。