本发明属于机械领域， 涉及一种工业管磨机， 尤其涉及一种水泥工业管 磨机用的新型衬板结构及其制作方法。

现有技术

现有水泥工业管磨机内衬板的工作条件是中低 压， 中低冲击力。 往复受 力失效频数小于 10 的 7次方， 属低循环疲劳。 磨损类型为中低应力擦伤式 磨粒磨损。 这种工作条件统称为 "小能量、 多次重复冲击" 的工作条件。

迄今为止， 国内外水泥工业用管磨机的衬板制造都是运用 电弧炉、 工频 炉等炼钢设备， 经过配料、 熔炼， 并同时将衬板做出沙型或金属型， 然后浇 铸、 出型、 热处理而成的铸造钢铁耐磨材料衬板。 其机械物理性能指标为： 洛氏硬度 HRC在 55〜60左右； 冲击值 a _k 在 4〜8J/cm ² _; 金相组织为马氏体加 碳化物。 其碳化物的亚微观形态为连续网状， 在钢铁材料内部起到的作用是 微裂纹的破坏作用。 网状碳化物只有在破网的条件下， 衬板材料的机械物理 性能才会有较大幅度的改善和提高。 这也是科技工作者长期奋斗的目标， 但 至今收效甚微。 这也是钢铁耐磨材料使用寿命不佳的技术关键 之一。

因此， 现行水泥工业管磨机衬板都采用大铸造厚度来 保证理想的维修周 期和合适的使用寿命。

例如： Φ 3. 8 Χ 13m管磨机衬板厚度都在 65mm以上， 内衬装置总重量达 105T。 由于衬板厚， 重量大， 其在磨筒体内的固定方法只能采用螺栓连接固 定， 则在筒体上的钻孔总数可高达 1632孔， 严重削弱了筒体的刚度和强度。 根据经济性维修周期 （使用寿命） 的需要， 衬板厚度应该在 65mm 左右， 每 块衬板的尺寸大致为 250 X 350 X 60醒， 则每块重量约在 44 kg左右。 这样的 条件下， 有人提出以其他方式进行固定的方案， 如在上个世纪六十年代曾做 过试验， 采用胶粘剂进行镶砌和粘贴的固定方法。 但稍有不慎在安装时垮落 会发生重大人身事故， 或运转时衬板在磨内垮落会发生重大设备事故 。

若想减小尺寸来减轻重量，在衬板厚度不减薄 的情况下，是无法实现的。 随着磨机的大型化，磨内衬板的尺寸越来越大 ，就更不适宜用胶黏剂粘贴了。

长期以来水泥工业管磨机铸造钢铁耐磨材料衬 板的使用寿命一直没有 重大突破， 一直徘徊在 7000〜 10000小时。 中国大陆水泥工业每年消耗的管 磨机衬板总量就高达 30余万吨。 大幅度延长衬板使用寿命， 节省钢材消耗， 无论对节能和环保都具有十分重大的经济意义 。 如何减少衬板厚度和重量、 增加研磨体填充量、 大幅度提高磨机产量； 改革衬板固定方式、 实现磨筒体无钻孔或少钻孔从而增加筒体刚度 和强度， 保证设备运行可靠等等一直是科技工作者梦寐 以求的成果， 时至今日仍收效 甚微。

随着粉磨技术的发展， 上世纪八十年代预粉磨技术的应用可以大幅度 节 省能源逐渐被人们认识。 在现行水泥工业管磨机的前道逐步安装挤压机 、 立 磨、 小短磨等预粉磨设备己是大势所趋。 这样， 管磨机的入磨物料粒度已经 从原来的 25〜30議下降到 1讓以下， 甚至逐渐下降为 150〜200m ² 1 kg比表 面积。 因此， 管磨机粉磨的力学性能发生了根本的变化。 一言以蔽之， 管磨 机衬板在粉磨作业中所受到的冲击力大大下降 了。

由此，对管磨机衬板材质的要求不再是： "为了抵御冲击力不发生断裂， 不但需要良好的抗冲击韧性 a _k 值 （20〜30J/cm ² ) ， 同时也很需要有一定的 断面， 这个断面就是衬板厚度。 "

钢铁耐磨材料的冲击值 a _k 和洛氏硬度 HRC两者是不可兼得的。要想提高 冲击值 a _k ， 必须牺牲洛氏硬度 HRC; 要提高洛氏硬度 HRC， 必须降低冲击值 a _k 。 当冲击值 a _k 达到 20〜30J/cm ² 时其洛氏硬度充其量只能达到 40〜45的 水平， 这时为了延长磨耗时间必须有足够的衬板厚度 去满足经济性维修周期 (使用寿命） 的需要。

在具有预粉磨工艺的条件下， 后管磨机主要依靠研磨功能进行粉磨。 这 时管磨机衬板材质只需要有适当冲击值 a _k ( 4〜6J/cm ² ) 的前提下， 需要有 越高越好的洛氏硬度 HRC (最好能达到 55〜60 ) 来抵御粉磨磨损获得足够的 使用寿命。 这只是在低 a _k 值时才有可能提高 HR (：。 事实上现行衬板技术的发 展是大大滞后的。 这也为本发明技术提供了发展空间和机遇。

发明内容

本发明为了提高管磨机衬板材料的机械物理性 能，提供一种新的工业管 磨机， 其重量比现有管磨机大为降低。

本发明高性能新型衬板的制作方法有三种技术 方案：

1 ) 金属衬板

以普通中低碳钢钢板采用冷热模冲压成型出所 需几何形状的衬板基材， 然后在衬板基材表面堆焊出堆焊层， 制作成管磨机衬板。 在磨筒体内安装衬 板： 采用高强度水泥砂浆、 环氧树脂或各种无机胶黏剂等作为固化物， 将衬 板镶砌、 粘贴， 以及用局部悍接的方式连接在磨筒体钢板内。

2 ) 陶瓷衬板 有两种类型的陶瓷衬板：

A、 利用现有陶瓷厂的生产技术和设备， 我们只要提供各种所需的条、 片、 块、 板尺寸及表面几何形状的图样， 然后陶瓷厂按照图样重幵模具， 即 可生产出我们所需的陶瓷衬板。

B、 陶瓷衬板的原料是按照刚玉陶瓷的成分配制， 然后采用金属模具在 压力机下压制成型。 送入高温炉内焙烧， 出炉冷却直接制成是水泥工业管磨 机用耐磨陶瓷衬板， 尺寸大小可根据磨机不同规格具体确定。

上述两种衬板在磨筒体内的安装固接的固化物 可以用上述固化物进行 镶砌、 粘贴， 以及局部用焊接的方式连接在磨筒体钢板内。 施工仍然是方便 的。 管磨机筒体也可是无钻孔或少钻孔的。

3 ) 组合式衬板

将上述金属衬板与筒体结合的凹凸空间里衬置 条、 片、 块形状不等的刚 玉陶瓷衬板， 形成组合式衬板。 这种新型组合式衬板的使用寿命可得到进一 步强化和延长， 这是现行任何形式的衬板都无法做到的。 然后将本发明制作 的新型组合式衬板用所述的固化物镶砌、 粘贴， 以及用局部焊接的方式安装 在磨筒体钢板内。

本发明的优点是

1、 在相同基准条件下水泥工业管磨机衬板重量在 现有基础上减轻 50%。

2、 在相同基准条件下水泥工业管磨机衬板的使用 寿命提高一倍达到 15000〜20000小时。

3、 在相同基准条件下水泥工业管磨机衬板节省钢 材消耗 50%以上， 可为 中国大陆水泥工业管磨机衬板的钢材消耗量节 省 10万吨以上的水平。

4、 将现行管磨机的衬板连接方式由螺栓连接改为 镶砌、 粘贴和局部悍 接， 从而实现磨筒体无钻孔和少钻孔。

5、 由于耐磨陶瓷极其优越的性能 （洛氏硬度可达 85〜90以上） ， 加工 性能也极好， 只要配好料， 可直接模压成型烧制成管磨机衬板。 创出 "以陶 代钢" 的新技术路线。 在水泥工业管磨机衬板制作方面， 无论是节省钢材消 耗还是提高磨机使用寿命都会有重大突破。

附图说明

图 1是金属衬板的结构示意图。

图 2是非金属衬板应用在管磨机上的示意图。

图 3是组合式衬板应用在管磨机上的示意图。

图中标记： 1、 堆焊层， 2、 衬板基材， 3、 陶瓷衬板， 4、 磨筒体钢板， 5、 固化物。

具体实施方式

本发明提供一种新的工业管磨机， 其新型衬板的制作方法及其应用有三 种技术方案：

1 ) 刚柔兼备组合制作管磨机衬板

参见图 1， 本发明以普通中低碳钢钢板 δ =10〜12讓， 采用 1000〜2000Τ 压力机冷热模冲压成型出所需的衬板几何形状 作为衬板基材 2， 然后在成型 的衬板基材 2表面堆焊 5〜15mm厚的高硬度金属或金属一非金属复合材� ��的 堆焊层 1。 堆焊材料可采用： 国产的 TN- 65或 TM-65 ; 德国的 UM10-65-G或 MF10-GF-60-G焊條； 或比利时高硬度堆焊焊条。 堆焊层 1 的硬度 HRC可达 70〜80， 冲击值 a _k 仍可符合 4〜6J/cm ² 的要求。 这样组合制作的管磨机新型 衬板内柔外刚， 刚柔并济， 这是一种理想的组合和匹配。 同时也是水泥工业 用管磨机研磨功能强化后最理想的衬板。

由于厚度减薄， 单位面积筒体表面 10 X 10cm=100cm ² 面积上衬板的重量 已从 5. 071^下降到 2. 11^， 下降了 2. 4倍。 因此本发明制作的衬板可以采用 固化物 5镶砌、 粘贴， 和用局部焊接的方式安装在磨筒体钢板 4内。 固化物 5 可以是高强度水泥砂浆、 或环氧树脂或无机胶黏剂等。 其中： 高强度水泥 砂浆（525水泥与细沙比为 1 : 1. 5〜2. 0，三天抗折强度可达 5. 5kg/cra ² 以上）； E03、 E06号环氧树脂的不均勾扯离强度> 以及各种无机胶黏剂等 进行镶砌、 粘贴和局部焊接， 施工非常简单方便。 同时也节省了螺栓固定需 要在筒体上的钻孔。

2 ) 用非金属耐管磨机磨陶瓷衬板

其中， 陶瓷衬板 3的加工制作可以有两种方式：

其一是， 充分利用现有陶瓷厂 （如宜兴陶瓷厂） 的生产技术和设备， 我 们只要提供各种所需的条、 片、 块、 板尺寸及表面几何形状的图样， 然后陶 瓷厂按照图样重幵模具， 即可生产出我们所需的陶瓷衬板 3。

其二是， 原料按照刚玉陶瓷的成分配制。 刚玉陶瓷的成分是现有技术， 然后采用金属模具在 1500〜2000T压力机下压制成型。 直接送入高温炉内经 1600〜1800°C温度下焙烧， 1 小时左右出炉冷却直接制成是水泥工业管磨机 用耐磨陶瓷衬板 3。 尺寸大小可根据磨机不同规格具体确定， 厚度完全可以 控制在 30mm以内， 其尺寸可亦是 100 X 100 X 30mm， 200 X 200 X 30mm, 300 X 300 X 30醒等， 表面几何形状按照我们确定的波纹尺寸制作。

刚玉陶瓷的冲击值 a _k 不在 10J/cm2以下，并且刚玉陶瓷得天独厚的硬度 值是任何钢铁耐磨材料无法企及的， 其硬度值 HRC可达 85〜95。 锋利钢材的 硬度 HRC也只有 75〜80。

我们采用的刚玉衬板的化学成分如下（重量比 ）：

α氧化铝粉： 85〜95%

氧化锆粉: 5〜15%

其性能如下：

抗压强度: 700~900kg/cm'

比 重 _: 3. 7〜3. 9

HRC 硬度： 85〜95

a _k 冲击值： 〉10J/cm ²

由于刚玉陶瓷衬板 3的比重较轻， 只有铸造衬板 7. 9的 1/2， 因此， 筒 体表面 10 X 10cm=100cm2面积衬板的重量从 5. 07kg下降到 1. 17kg, 下降了 4. 3倍。 真可谓薄壁、 轻质、 高性能。 参见图 2， 其在磨筒体钢板 4 内的安 装更可以采用上述固化物 5镶砌、 粘贴， 和用局部焊接的方式。 施工非常方 便， 管磨机筒体可以无钻孔或少钻孔。

3 ) 延长新型堆悍衬板使用寿命的新方法

参见图 3， 本发明制作的新型堆焊衬板在磨筒体钢板 4内用固化物 5镶 砌、 粘贴和局部焊接安装时， 与磨筒体钢板 4内结合的凹凸空间里可以特别 衬置条、 片、 块形状不等的陶瓷衬板 3， 最佳方案是刚玉陶瓷衬板 3， 这种 非金属耐磨材料的硬度 HRC可高达 85〜95 以上。 即使在堆焊衬板完全磨损 后， 管磨机仍然能够正常工作相当长时间， 新型堆焊衬板的使用寿命得到进 一步强化和延长， 这是现行任何形式的衬板都无法做到的。

本发明的相关说明：

1 ) 现行衬板与本发明的区别：

迄今为止国内外水泥工业用管磨机的衬板制造 都是用炼钢设备经配料、 熔炼， 并同时将衬板做出沙型或金属型， 然后浇铸、 出型、 热处理等工序铸 造出衬板。 这与本发明冲压成型、 表面堆焊的制作工艺有本质的区别， 与本 发明中非金属耐磨陶瓷衬板更有本质却别和差 异。

2 ) 本发明的重要技术特征：

现行铸造衬板受钢铁冶炼和热处理的限制， 更重要的是受到材性中 HRC 硬度和 a _k 冲击值相互制约的作用。 因此， 铸造衬板的硬度在 HRC在 60的基 础上提高是相当困难的。 只有用铸造厚度弥补不足来保证使用周期寿命 。

本发明摆脱了钢铁材料材性的束缚， 实现了内柔外刚、 其堆焊硬度可达 70〜80， 要想耐磨提高寿命必须首先提高材料的硬度。 刚玉陶瓷的性能更加 优异。 因此本发明使衬板的厚度降低 1倍， 使用寿命提高 1倍是最起码的效 果。

3 ) 现行铸造衬板的安装与本发明的区别：

由于现行铸造衬板的重量重， 特别是随着管磨机的大型化以后， 铸造衬 板的重量更重。 为了防止重大事故的发生， 在筒体内的安装只能采用在筒体 上打孔螺栓固定的方法进行安装， 筒体上的打孔总数高达 1600 余孔， 严重 削弱了磨筒体的刚度和强度。

而本发明的堆焊衬板和陶瓷衬板单位筒体面积 的重量分别下降了 2. 4倍 和 4. 3倍， 完全可以安全的使用镶砌、 粘贴和局部焊接的方法， 真正让筒体 实现无钻孔和少钻孔。

4 ) 国内外现行铸造衬板在延长使用寿命方面的措 施是无所作为的。 管 磨机在粉磨作业过程中衬板厚度残留接近 1/3时便别无选择只能拆除全部更 换。 这点与本发明是不可等量齐观的。

由于厚度、 比重的不同， 装机的总重量不等， 一次投资差异不大， 而使 用寿命差别是巨大的。

发明可达到的效果是：

1、 管磨机衬板由热加工铸造制作改为冷加工冲压 成型后堆焊制作， 简 化了制造方法， 改善了热加工苦、 脏、 累， 劳动力密集的生产条件。 可实现 自动化操作。

2、 由于堆焊层优异的机械物理性能。 高硬度表面和高韧性基材， 在 "小 能量、多次重复冲击 "条件下工作完全是最佳匹配，使用寿命可在� �有 7000〜 10000小时的基础上提高一倍， 达到 15000〜2000小时的水平。 3、 由于本发明衬板材料优良，其厚度在原有基础 上减少了 50%， 以 Φ 3. 8 X 13m磨机为例， 衬板厚度可以从 65mm减薄到 30 35 可减轻重量达 50 吨以上， 节省钢材达 50%以上， 节省功率消耗约 300Kw左右。 而陶瓷衬板的 效果更远优于此数据。

4、 由于衬板重量减轻， 功耗节省， 按照勃兰克 （Blanc ) 公式计算， 研 磨体装填量可增加 24吨， 可使磨机产量提高 10 15%

5、 管磨机衬板轻质化后， 完全可以淘汰螺栓固定， 而采用水泥镶砌、 粘贴和局部焊接法， 这样可实现磨筒体无钻孔和少钻孔， 避免了筒体刚性和 强度的损伤， 提高了设备运行的可靠性， 避免强度和刚度的损伤达 20 30%

6、 衬板的安装只需要镶砌、 粘贴和局部焊接， 比原有螺栓紧固大大简 化了工作量， 同时也大大降低了劳动强度。

7、 刚玉陶瓷衬板在水泥工业推广应用将是革命性 的， 各种经济指标都 将有重大突破。 真正能实现管磨机衬板使用十年不更换的时代 已经到来。 钢 材节省的数量是十分可观的。 "以陶代钢" 无论是环保意义还是经济意义都 是不可估量的。 特别是在当经全球铁矿石价格持续飞涨的时代 。