磨辊表面形态对其耐磨和粉碎性能的影响研究

The roller press can crush materials in the cement grinding process. As the main components of the roller presses, roller wear resistance is the key factor affecting the life of the grinding device and the cost of cement production. roller wear resistance depends on the roller materials, production processes, morphology and particle size of the cement material degree, composed of the forces in the grinding process, the state of motion. Domestic and foreign scholars have been many studies of the wear-resistant materials, production processes and have achieved certain results, but the wear resistances of the grinding body wear surface morphology and bulk properties have not seen the detailed report. Borrowed from some biological non-smooth surface of the excellent wear resistance, resistance to stress and based on the research results of the laboratory has completed about bionic wear surface, this project intends to design the surface morphology of the grinding body from the pattern in the form row of cloth and depth. For granular continuity, using the discrete element method to analyze the force and movement process of the scattered body in the process of grinding .Study the impact of the grinding effect, combined with the grinding body continuum theory, using an explicit dynamics to analysis the surface morphology wear resistance. Provide the basis for final design with excellent wear resistance of the roller press grinding roller surface morphology.

辊压机用于水泥粉磨过程中水泥物料的粉碎，磨辊作为辊压机的主要部件，其耐磨性和粉碎性能是影响粉磨装置使用寿命、水泥生产成本的关键因素。磨辊耐磨性和粉碎性不仅取决于磨辊材料、生产工艺和结构形态，与水泥孰料介质的颗粒级度、组成及其在粉磨时的受力情况、运动状态也是密不可分的。国内外学者对耐磨体材料、生产工艺等已有很多研究并取得了一定成果，但对辊体表面形态和散体性能对耐磨性和粉碎性的影响研究较少。本项目借鉴某些生物非光滑体表的优良耐磨性、抗压性，拟结合实验室现已完成的仿生耐磨表面研究成果，从花纹形式、排布、深度等方面设计粉磨体表面形态，针对散体不连续性，应用离散单元法分析散体在粉磨过程中的受力和运动过程，研究其对粉磨效果的影响，并结合粉磨体连续体分析理论，采用显示动力学方法分析其表面形态对耐磨性能的影响，最终为具有优良耐磨、粉碎性能的辊压机磨辊表面形态设计提供依据。

辊压机磨辊的耐磨性和粉碎性是影响粉磨装置使用寿命和生产成本的关键因素之一。已有研究成果表明，磨辊耐磨性和粉碎性取决于磨辊的材料、生产工艺、辊面结构形态和待粉碎物料的颗粒级度等因素，本项目通过试验与数值计算相结合的方式研究了磨辊表面形态对其耐磨性能和粉碎性能的影响规律，认为通过改变磨辊表面花纹层的结构和尺寸可以使磨辊在相同工况下具有更好的耐磨性和粉碎性。针对项目目的，（1）对吉林省亚泰水泥集团下属部分企业的辊压机使用情况进行了调研，实地研究了使用过程中辊压机磨辊的结构形态、磨损状况等，对磨辊磨损机理进行了探讨；（2）对沙漠蜥蜴、毛蚶等的体表形貌、结构等进行了较系统的对比分析，结果显示这些生物体表的放射肋、沟槽、凸包等非光滑形貌与其生活的冲蚀和磨损环境相关，依据这些结构设计的仿生结构具有优越的耐磨性能，结合项目组已有研究成果，项目设计并加工了横纹、斜纹、凹坑、棱形坑和棱形包共5种仿生磨辊表面形态；（3）根据滚压机工作原理搭建了辊压机模型试验平台，在平台上进行了各仿生磨辊的磨损试验和粉碎性能试验，实验结果表明，表面具有花纹的磨辊相对光辊具有更好的耐磨和粉碎性能，花纹形态不同，耐磨和粉碎性不同，其中横纹形磨辊的性能更好并通过试验数据分析和计算，找到了花纹尺寸参数对耐磨性和粉碎性的影响规律；（4）分别采用连续体和离散体计算方法，对仿生磨辊进行数值分析，计算结果与试验结果向吻合；（5）在试验和数值计算基础上对横纹仿生磨辊的耐磨机理进行了分析，认为横纹磨辊具有较好耐磨性和破碎性主要是因为，对物料破碎性能而言，横纹结构的存在，使磨辊与被粉碎物料接触时，挤压力更好的集中在横纹凸起表面和棱边，使挤压力更有效的从更小的面积传给物料，增大对物料挤压的同时，使物料内部作用力传递的更远且使相邻物料间作用力梯度增大，有利于物料粉碎；对磨辊耐磨性能而言，横纹结构使磨辊与物料接触区域不连续，缩小了力在磨辊表面的传递范围，同时由于磨辊与物料接触区域的减小，横纹凸起处应力集中，磨辊内部力的传递更均匀，从而使磨辊内部物质间相互作用力降低，有利于提高磨辊耐磨性。