聚酯TiO2球磨機(jī)研磨槽磨損原因分析及處理

袁寶

【摘要】球磨機(jī)在聚酯裝置中被廣泛用于消光劑的研磨設(shè)備。本文分析了聚酯TiO2球磨機(jī)研磨槽內(nèi)壁陶瓷涂層快速磨損的原因，指出陶瓷涂層對(duì)聚酯球磨機(jī)球磨運(yùn)行工況的不適用性，并提出了研磨槽內(nèi)壁提升耐磨性能的相應(yīng)處理措施。

【關(guān)鍵詞】聚酯 球磨機(jī) 磨損 鍍鉻 陶瓷涂層

TiO2消光劑配制系統(tǒng)主要包括配制罐、配制槽、供料泵、球磨機(jī)等組成，其中球磨機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，直接決定TiO2消光劑的配制質(zhì)量。系統(tǒng)主要功用是通過(guò)球磨機(jī)對(duì)TiO2粒子進(jìn)行研磨，控制TiO2懸浮液懸浮顆粒的直徑。公司使用的球磨機(jī)為德國(guó)產(chǎn)DraisPM50-TEX球磨機(jī)，研磨介質(zhì)為釔穩(wěn)定氧化鋯珠，研磨槽基體材料為1Cr18Ni9Ti，內(nèi)覆陶瓷耐磨涂層，外帶冷卻夾套，電機(jī)功率37KW，恒定轉(zhuǎn)速1450rpm，研磨槽容積50L，結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 聚酯球磨機(jī)研磨槽結(jié)構(gòu)示意圖

TiO2懸浮液（乙二醇、TiO2的混合物）在供料泵提供的壓力差作用下，沿研磨槽進(jìn)行軸向流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中，受攪拌器圓盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用而撞向槽內(nèi)壁，在這同時(shí)，預(yù)先充填在研磨槽內(nèi)的研磨介質(zhì)釔穩(wěn)定氧化鋯珠也受到攪拌圓盤的作用，在離心力場(chǎng)中，氧化鋯珠以極高的速度撞擊和摩擦TiO2粒子，從而使TiO2粗大粒子變細(xì)變碎，達(dá)到研磨目的。TiO2懸浮液在壓力差和攪拌器圓盤旋轉(zhuǎn)的作用下，以近似螺旋狀的軌跡連續(xù)流動(dòng)，一邊研磨，一邊流動(dòng)，最后經(jīng)出口處的金屬過(guò)濾篩板過(guò)濾后流出研磨槽，一次研磨工藝流程結(jié)束。

2 球磨機(jī)運(yùn)行工況分析及研磨槽磨損情況

表1是前后使用的研磨介質(zhì)玻璃珠和釔穩(wěn)定氧化鋯珠的物理指標(biāo)對(duì)比表，列出了兩種研磨介質(zhì)的密度、堆積比重、研磨珠直徑和莫氏硬度數(shù)據(jù)；表2是采用玻璃珠時(shí)使用的鍍鉻層和采用釔穩(wěn)定氧化鋯珠時(shí)使用的陶瓷涂層指標(biāo)對(duì)比表，列出了涂層厚度、涂層硬度和表面粗糙度數(shù)據(jù)；表3是采用兩種研磨介質(zhì)及相應(yīng)的研磨槽內(nèi)壁涂層情況下的運(yùn)行工況對(duì)比表，列出了研磨介質(zhì)充填量、球磨機(jī)運(yùn)行電流和溫度及研磨槽內(nèi)壁磨損等數(shù)據(jù)。

從表1 、表3中數(shù)據(jù)來(lái)看，氧化鋯珠的硬度較大，與玻璃珠相比，莫氏硬度等級(jí)高出近1級(jí)，顆粒直徑基本相當(dāng)，研磨介質(zhì)在研磨槽內(nèi)的充填顆粒數(shù)氧化鋯珠比玻璃珠少約25%，由此，在恒定的研磨轉(zhuǎn)速、進(jìn)料量下，單位時(shí)間內(nèi)，氧化鋯珠與研磨槽內(nèi)壁的摩擦次數(shù)較少；從研磨槽外表溫度數(shù)據(jù)方面，在相同冷卻系統(tǒng)工作參數(shù)的情況下，使用氧化鋯珠的研磨摩擦放熱較少，這里的摩擦包括兩個(gè)方面，一個(gè)是研磨介質(zhì)與物料及之間的摩擦放熱；一個(gè)是研磨介質(zhì)、物料顆粒與研磨槽內(nèi)壁的摩擦放熱。從運(yùn)行電流來(lái)看，總體的研磨載荷基本相當(dāng)。

從表3可以看出，采用氧化鋯珠作為研磨介質(zhì)后，雖然研磨槽內(nèi)壁采用了陶瓷涂層，但磨損及其快速，運(yùn)行兩個(gè)月進(jìn)行檢查，磨深達(dá)1.5mm，涂層已全部磨損，并且研磨槽基體材料不銹鋼也已磨損1mm以上，未經(jīng)表面處理的普通不銹鋼，其在研磨工況下的耐磨性能是較差的。磨損后的研磨槽內(nèi)壁形成與攪拌圓盤位置相對(duì)應(yīng)的環(huán)形受損槽道，槽道外研磨槽內(nèi)壁涂層磨損輕微。

3 研磨槽內(nèi)壁涂層快速磨損的原因分析

磨損根據(jù)損壞原因可以分為粘附磨損、磨粒磨損和疲勞磨損三種類型，聚酯球磨機(jī)研磨槽磨損上述三種磨損情形均不同程度存在，既有真實(shí)接觸面上塑性變形進(jìn)而粘附、脫落、再粘附的磨損過(guò)程（粘附磨損），也

4 球磨機(jī)研磨槽內(nèi)壁涂層修復(fù)

聚酯球磨機(jī)研磨介質(zhì)使用玻璃珠時(shí)，研磨槽內(nèi)壁處理采用的是鍍鉻層，鍍層硬度HV730～740，從使用情況來(lái)看，能夠滿足工藝需求，研磨介質(zhì)改用釔穩(wěn)定氧化鋯珠后，主要改變指標(biāo)是硬度增加，因此研磨槽內(nèi)壁磨損修復(fù)考慮仍采用鍍鉻處理方法，但適當(dāng)增加鍍鉻層的硬度和厚度以提高鍍層耐磨性。研磨槽內(nèi)壁鍍鉻工藝路線如下：

補(bǔ)焊研磨槽內(nèi)壁磨損環(huán)形槽道→研磨槽內(nèi)壁粗車→研磨槽內(nèi)壁噴涂、熔覆鐵基合金→粗磨研磨槽內(nèi)壁尺寸→研磨槽內(nèi)壁鍍鉻→鍍層泄氫熱處理→精磨研磨槽內(nèi)壁尺寸。

（1）詳細(xì)測(cè)量已磨損的研磨槽內(nèi)壁各部分直徑，對(duì)磨損的環(huán)形槽道采用普通交流焊機(jī)人工進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊部分直徑按Ф302mm控制。

（2）補(bǔ)焊研磨槽內(nèi)壁后粗車內(nèi)徑至Ф303mm，預(yù)熱研磨槽至180℃后采用等離子噴焊鐵基合金（sus304材料），單次噴焊厚度0.3mm，多次反復(fù)噴焊，控制研磨槽內(nèi)壁直徑至Ф299.5mm。

（3）使用內(nèi)圓磨床粗磨研磨槽內(nèi)壁尺寸至Ф300.3mm，準(zhǔn)備進(jìn)行鍍鉻工序。4.1 鍍鉻

4.1.1 鍍鉻工藝流程

工件檢查→脫脂→清洗→干燥→非鍍部位絕緣→上掛具→脫脂→熱水洗→冷水洗→弱侵蝕→清洗→鍍件預(yù)熱→鍍鉻→回收清洗→二道逆流清洗→中和→冷水洗→熱水洗→下掛具→吹干→測(cè)量鍍層厚度→鍍層泄氫處理→檢驗(yàn)。

4.1.2 鍍鉻工藝操作

（1）研磨槽內(nèi)壁鍍鉻前，徹底去除油污，首先使用有機(jī)溶劑清洗，晾干后在使用金屬清洗劑擦拭脫脂，并清洗干凈。

（2）鍍鉻陽(yáng)極安裝在研磨槽內(nèi)，與研磨槽中心線應(yīng)保持同心。

（3）控制鉻酸溶液溫度在55±2℃，采用硫酸作為催化劑，控制電流密度在30A/ dm3，開始鍍鉻。鍍鉻過(guò)程中應(yīng)注意控制鍍液成分的穩(wěn)定性。

（4）鍍鉻完成后，使用水沖洗干凈研磨槽，再使用稀氫氧化鈉溶液中和，最后清洗干凈并使用壓縮空氣吹干。檢查鍍層厚度符合要求。研磨槽內(nèi)壁鍍后尺寸按Ф299.2mm進(jìn)行控制。

（5）研磨槽鍍鉻后4小時(shí)內(nèi)進(jìn)行泄氫處理。采用電烘箱加熱研磨槽至200℃，保溫2～4小時(shí)，后隨爐冷卻至室溫后取出。

4.2 檢驗(yàn)研磨槽鍍層硬度，符合要求后采用磨床精磨，控制研磨槽內(nèi)壁尺寸至Ф300mm

最終研磨槽鍍鉻層各項(xiàng)參數(shù)如下表4所示：

修復(fù)后的球磨機(jī)研磨槽安裝投用后，使用2月停機(jī)進(jìn)行檢查，目測(cè)內(nèi)壁無(wú)磨損痕跡，檢查內(nèi)壁尺寸未見磨損。

5 結(jié)語(yǔ)

陶瓷涂層能夠提供比鍍鉻層更高的硬度、更好的耐磨性和耐腐蝕性，且相對(duì)鍍鉻工藝對(duì)環(huán)境的重污染，噴涂陶瓷工藝是一種對(duì)環(huán)境無(wú)污染或低污染的生產(chǎn)工藝，但具體到聚酯球磨機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況來(lái)講，陶瓷所固有的質(zhì)脆、抗疲勞性能差的特性使得其不是此種工況下應(yīng)用的最佳選擇，針對(duì)具體的運(yùn)行工況，還是需要具體分析，選擇應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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