CN1301797C - 一种磨粉机磨辊、磨辊表面磨齿的加工方法及磨辊的用途 - Google Patents

Abstract

本发明适应于小麦制粉行业的磨粉机磨辊，以及其它粮、油、食品、饲料、酿造等行业中，对小麦、玉米、大豆、杂粮以及玉米芯等农副产品的破碎、制粉用磨粉机的磨辊表面磨齿的加工方法及磨辊的用途。本发明包括表面带有拉丝磨齿的磨辊面，拉丝磨齿的齿顶为圆弧形结构的工作面，即磨齿顶端的横截面为圆弧形。本发明采用等离子或电火花或激光表面热处理技术，将按常规方法制备的带有尖顶磨齿的拉丝磨辊表面进行加工处理，将其磨齿的尖顶结构加为圆弧形结构。本发明提高磨辊表面硬度和耐磨性。同时使用本发明设备的维修管理简单，大幅度降低磨辊的生产成本，提高面粉质量。

Description

一种磨粉机磨辊、磨辊表面磨齿的加工方法及磨辊的用途

技术领域

本发明适应于小麦制粉行业的磨粉机磨辊，以及其它粮、油、食品、饲料、酿造等行业中，对小麦、玉米、大豆、杂粮以及玉米芯等农副产品的破碎、制粉用磨粉机的磨辊表面磨齿的加工方法及磨辊的用途。

背景技术

磨粉机是小麦制粉厂最重要的主机设备，磨辊(也可称为轧辊)是磨粉机最重要的部件。根据工艺需要，磨辊分为两大类：辊面切削有沟槽的称为齿辊，用于剥开麦粒刮取胚乳颗粒，辊面为平滑的称为光辊，用于将胚乳颗粒碾细，制成面粉。无论是齿辊或光辊。都必须具有良好的耐磨性，并便于切削加工。

目前世界各国生产的磨辊。其材料均为耐磨性能良好的激冷合金铸铁。若能进一步提高磨辊的耐磨性能，不仅可以延长磨辊的使用年限、缩减更换周期、提高磨粉机使用寿命，而且可以稳定和改善制粉的工艺效果，提高产量、质量、出粉率和降低能耗。为此，百余年来国内外均在不懈地进行提高磨辊耐磨性的研究和改进。例如，采用双金属材料离心浇铸、改进材料配方、增加合金品种和含量等，但效果仍不够理想。近期仍不断见有新的研究报道，例如光辊的材料具有“自粗糙表面”性能等。但这些研究大都仍处于理论探讨和有待完善的阶段，尚未见有在面粉厂生产应用的报道。

长期的生产实践表明，传统的尖顶齿辊，用于小麦制粉工艺过程中的皮磨系统，完成对小麦的破碎和麸片的剥刮时，呈现以下主要不足：

1、研磨效果不稳定。在使用新辊时，因磨齿锋利，剪切作用强烈，虽然产量较高、电耗较低，但对物料的破碎加强，麸片碎，细麸和麸星较多，麦渣、麦心的数量多、质量次；面粉特别是细粉的数量少、质量次。然而，当新辊使用一定时间后，随着磨齿变钝，产量明显降低，电耗急剧增加，破碎剥刮作用降低，造成麸皮含粉增加，麦渣、麦心的数量明显减少，最终造成出粉率降低。频繁更换磨辊，不但增加拉丝费用、降低磨辊和磨粉机的使用寿命、增加工作量、降低开机率，而且更主要的是造成生产效果的不稳定。

2、单位流量低。传统的参数配备和尖顶磨齿，限制了皮磨系统磨辊在有效使用期内单位流量的提高。如一皮的单位流量只有600～1200Kg/cm.d。

3、磨辊和磨粉机的使用寿命低。由于尖顶磨齿的工作面小、磨辊表面磨齿的硬度和耐磨性较差，所以其使用寿命较低。同时，由于频繁更换磨辊，降低了磨粉机的使用寿命。

为了防止齿辊对磨粉过程中皮层的过度破碎，目前较先进、完善的面粉厂在心磨、渣磨、尾磨系统均使用光辊进行研磨。光辊研磨虽然对物料中所含皮层的破碎较小，有利于提高产品质量和高等级粉的出粉率，但存在以下不足：

1、光辊的加工难度大、费用高。光辊的加工是在高精度磨光拉丝机上，首先将磨辊粗磨成准确的圆柱体，然后精磨出要求的中凸度，最后采用喷砂、压砂或其它表面处理方式对其表面进行粗糙化处理，使其达到要求的表面粗糙度。由此可见，光辊加工所需的设备精度高、种类多、设备投资大，加工难度大、时间长、费用高。

2、使用光辊研磨对磨粉机的精度要求较高。由于光辊研磨时，两辊间的轧距要求很小，所以磨粉机的支撑件、传动件和运动件的精度要求都很高。一般制造精度较低的中小型磨粉机和旧磨粉机，不适于使用光辊研磨，从而造成总出粉率特别高等级粉的出粉率较低。

3、光辊的研磨效率较低。由于光辊表面的粗糙度较低，所以研磨时不但取粉率低、电耗高，而且极易造成磨口内物料堆积，这不但影响产量和研磨效果，若操作不当容易造成系统堵塞，从而影响正常生产。

4、采用光辊研磨，单位产品的能耗高。由光辊的加工过程知，加工光辊时的能耗较高；由光辊的研磨原理与过程知，光辊研磨的能耗较高；因光辊研磨物料时，小麦的胚乳颗粒被挤压成片，需经松粉机撞击处理(二次重复破碎)后，再进入平筛筛理。所以，额外增加了设备与动力配备和能耗；光辊的单位流量和取粉率均较低，所需研磨道数多，相应增加了设备与动力配备和能耗。

5、采用光辊研磨，建厂投资额高。由于光辊研磨时，所需研磨道数多、设备分配比例和数量多、辅助设备多，所以新建或改建工厂时，设备和厂房的投资额较高。

6、采用光辊研磨，影响面粉的食用品质和营养价值。由于光辊是以低流量、高消耗、强挤压，完成对物料的破碎取粉，所以磨后物料的温度较高、粒度较细。在不同程度上破坏了面粉的食用品质和营养价值。如蒸制面食品发粘、起发小、回生快等，与小麦制粉过程中过多的使用光辊有一定关系。

所以，使用未经等离子高温热处理的常规磨辊，不但影响磨粉机的产量、出粉率、能耗、磨辊及磨粉机的使用寿命、设备开机率等多项经济技术指标，而且影响面粉的食用品质和营养价值以及建厂投资。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明在适当改变和调整磨辊技术参数的基础上，可以采用等离子高温表面热处理、激光、电火花等加热工艺。其中优选采用效果好、效率高、成本低的等离子高温表面热处理技术对传统的尖顶磨齿进行加工处理。使之在提高磨辊表面硬度和耐磨性的同时，将磨齿尖顶加工为圆弧形结构。将其应用于小麦制粉工艺中，取代传统的尖顶齿辊和光辊，彻底解决了上述存在的不足。将其应用于玉米、大豆、杂粮及玉米芯、饲料等农副产品的加工过程中时，同样取得理想的经济技术指标。

本发明所述的磨辊包括表面带有拉丝磨齿的磨辊面，在垂直于磨辊轴线的横截面上，拉丝磨齿顶端为圆弧形。表面的齿形结构是对传统尖顶结构的明显改进，其原有尖顶结构的明显改进，其原有尖顶结构的工作面为0.05～0.5mm的小平面，本发明的工作面增大为半径0.1～2mm的圆弧形工作面。从而增大了工作区域面积，提高了磨齿的使用寿命和磨辊表面的高温性能，改善了对物料的破碎和研磨效果，提高了产量、出粉率、面粉质量和面粉的食用品质，降低了生产的消耗和设备投资。

本发明所述磨辊的直径为200～400mm，磨辊的长度为200～1500mm；所述拉丝磨齿的齿高为0.01～5mm，磨齿间距为0.5～5mm，磨齿斜度为4～16％，快慢辊速比为1.1∶1～3∶1；所述拉丝磨齿的齿总角为60～160°，其中磨齿锋角为15～70°，磨齿钝角为40～110°。

本发明所述磨辊表面的拉丝齿数为2～16牙/cm。其中齿数为2～8牙/cm的一般称作粗牙圆弧齿；齿数为8～16牙/cm的一般称作细牙圆弧齿。粗牙圆弧齿应用于小麦制粉的皮磨系统，细牙圆弧齿应用于心磨、渣磨、尾磨系统。

磨辊技术参数对照表：

系统	辊别	齿数牙/cm	齿角(°)	斜度(％)	速比	中凸度(μm)	粗糙度(μm)	齿顶平面(mm)	齿顶弧面(mm)
										皮磨	圆弧齿辊	2～8	70～100	6～10	2.5∶1				0.3～1
尖顶齿辊	4～10	90～110	4～8	2.5∶1			0.1～0.25
									心磨		圆弧齿辊	8～16	100～160	4～8	1.3～2.5∶1				0.05～1.0
尖顶齿辊	9～12	90～120	8～12	2～2.5∶1			0.05～0.1
										光辊					15～50	20～60

本发明所述磨粉机磨辊的加工处理过程、原理及特点如下：

首先根据磨粉机在工艺中所处的位置及使用要求，设计磨辊技术参数，再按常规技术对磨辊表面进行拉丝，将其加工为常用的尖顶磨齿；然后采用等离子表面热处理技术，对其表面进行加工处理。所使用的等离子处理设备为等离子表面热处理成套设备，它包括人工或自动控制系统、水路冷却系统、气路系统、等离子枪、机械扫描等部分。需要进行加工处理的磨辊是在被称作等离子机床的设备上完成的，磨辊被水平安装在机床上，并作旋转运动；等离子枪沿磨辊的轴向作水平移动。在加工时，按照磨辊材料的不同和对磨齿加工处理的要求，设计并调节好自动控制程序，然后使用等离子喷枪，对磨辊的表面进行高温快速加热处理，将原来的尖顶磨齿全部加工为圆弧顶磨齿，同时提高磨齿的硬度和耐磨性。

磨辊表面等离子加工处理具体工艺操作参数为：电压220V，电流60～150A，气压0.2～1.5MPa，温度3000～10000℃，磨辊转速30～80r/min，枪头运行速度0.1～0.8m/min，处理周期1～6个，处理时间5～60min。

为了提高磨辊表面的硬度和耐磨性，对于普通材料制作的磨辊，在等离子处理前，一般需要在被加工处理的磨辊表面喷刷一层耐磨涂料。所述耐磨涂料为铬、镍、硅、锰等化学元素粉末，其中一般含铬20～50％，镍15～40％，硅10～40％，锰10～30％；喷刷量为每平方米20～300克。将定量涂料按1∶10～1∶30的比例，与高标号柴油(或其他载体)充分混合，然后均匀喷刷于磨辊表面牙齿上。待2～10min后，利用等离子处理成套设备，对磨辊表面进行加工处理。如果磨辊材料为含有大量优质合金成分的″高合金磨辊″，也可以不使用化学涂料，直接进行等离子处理。

等离子表面热处理技术，是快速表面局部淬火工艺的一种高新技术。是用等离子弧在磨辊表面进行快速扫描，磨辊表面快速吸收热能，使作用面的温度急剧上升，形成奥氏体。在等离子弧移去后，加热层利用磨辊自身进行超快速冷却，实现淬火目的。该方法加工处理后的磨辊，不但提高了磨辊表面磨齿的硬度和耐磨性，而且增强了磨辊表面的高温性能，使磨辊在长期工作时的辊体温度较处理前明显降低，从而降低被研磨物料的温度和降低能耗，保证和提高产品质量。

采用等离子表面热处理与其他热源的表面处理工艺比较，有以下主要特点：

1、磨辊表面的瞬间加热和自冷，达到了″极限淬火″的目的，最大限度的提高了磨辊表面的硬度和耐磨性。

2、磨辊表面的硬度比常规淬火有明显提高，可获得极细的强化层组织，强化层的深度为0.1～3mm。该深度与温度、速度、周期、磨齿参数等有关。

3、加工处理过程可以实现计算机控制，自动化程度高，加工处理的成本低，效率高，效果好。

4、加工处理过程安全、可靠、节能，无任何污染。整个加工处理过程可概括为：冲击强化一—热能吸收——齿顶熔化——气化——冷却——复合。

磨辊表面磨齿经等离子加工处理后，其使用寿命比未经处理的提高2～10倍。

本发明所述的磨辊可以安装在常规磨粉机上，用于对小麦、玉米、大豆、杂粮及玉米、饲料等农副产品的破碎、制粉过程中。

本发明所述的磨辊，应用于小麦制粉工艺中，用粗牙圆弧齿辊，取代皮磨系统中传统的尖顶齿辊。由于齿顶工作面的增大，磨辊表面硬度、耐磨性、高温性能的提高，磨齿研磨参数的改变，可以获得以下效果：单位流量提高20～50％；使用寿命提高2～5倍；电耗降低10～30％；研磨后物料的麸片完整、基本无细麸，麦渣、麦心的数量多、质量好，面粉的数量少。

用细牙圆弧齿辊取代心磨系统传统的光辊，由于表面粗糙度的显著增大，磨辊表面硬度、耐磨性、高温性能的提高，可以获得以下效果：单位流量提高20～50％，磨粉机直接取粉率提高10～30％，相同取粉率时，电耗降低10～30％，灰分降低0.02～0.1％，初级白度提高0.5～1.0个白度值，磨辊使用寿命较光辊的有效使用寿命提高1～5倍，研道数减少3～6道；设备分配比例减少10～30％，节省了松粉机等辅助设备；研磨物料的温度降低5～30℃，有效保证了面粉的营养价值，提高了面粉的食用品质。

对于不适于使用光辊的精度较低的磨粉机，用细牙圆弧齿辊取代心磨系统传统的尖顶齿辊。由于齿顶工作面的加大，磨辊表面硬度、耐磨性、高温性能的提高，磨齿研磨参数的改变，可以获得以下效果：单位流量提高10～30％；取粉率提高10～20％；相同取粉率时，电耗降低5～15％，灰分降低0.03～0.1％，初级白度提高0.5～1.5个白度值；磨辊使用寿命提高3～10倍；研磨物料的温度降低5～20℃。

使用本发明的磨粉机磨辊，改变了小麦制粉过程的系统设置和设备分配比例。在同等设备条件下，产量提高20～50％，从而建厂投资比传统技术节省15～30％。由于制粉过程中很少产生麸星，不但制粉方法变得简单，同时产品质量也有大幅提高，当出粉率在一定范围内变化时，如出粉率相同，面粉灰分降低0.05～0.1％；灰分相同时，出粉率提高2～5％。总出粉率越高，效果越明显。

在提高产品质量的同时，由于剥刮彻底和剪切作用的缓和，使麸皮含粉降到最低，麸皮的粒度增至最大，基本无细麸，提高了副产品麸皮的质量。

使用本发明，设备的维修管理简单。由于工艺短，设备总类和数量减少，设备使用寿命增加，设备开机率大大提高，设备维修费用和人员大大减少。

由于本发明的产生和使用，使磨辊铸造的配方改变和工艺改进成为可能，从而有望大幅度降低磨辊的生产成本。

本发明磨辊与常规磨辊在小麦制粉过程中的具体效果对比如下：

使用同等规格的本发明与常规尖顶齿磨辊在一皮系统的效果对比：

一皮系统	流量(kg/cm.d)	电耗(度/吨麦)	剥刮率(％)	取粉率(％)	物料温升(℃)	磨辊使用寿命(天)
							本发明	1000～1800	2～8	25～45	2～10	10～30	60～240
常规技术	600～1200	3～12	30～50	5～15	15～50	15～90

使用同等规格的本发明与常规磨辊在心磨系统加工中的效果对比：

	取粉率(％)	电耗(度/吨粉)	产量(kg/cm.d)	面粉灰分(％)	白度	加工道数	设备分配比例(％)
								本发明	40～70	20～60	150～700	0.4～0.8	70～85	4～7	30～50
常规光辊	20～50	30～80	100～350	0.45～0.9	70～82	6～12	45～65
								尖顶齿辊	30～60	15～70	150～600	0.6～1.2	65～80	3～6	25～50

使用同等规格的本发明与常规磨辊主要生产指标的对比：

	取粉率(％)	电耗(度/吨粉)	磨粉机总流量(kg/cm.d)	面粉灰分(％)	初级白度	物料温升(℃)
							本发明	70～85	50～80	150～350	0.4～0.8	70～85	10～40
常规光辊	70～80	70～110	70～180	0.45～0.9	70～82	30～50
							尖顶齿辊	60～80	50～85	100～300	0.6～1.2	65～80	20～50

附图说明

图1为本发明磨辊的示意图；

图2为图1的A-A向示意图；

图3为本发明磨齿局部放大图。

图中：1.磨辊，2.磨齿。

具体实施方式

实施例一

选用磨辊1的直径为220mm长度为500mm拉丝磨齿2的齿数为3.15牙/cm，齿高为0.85mm，磨齿2间距为3.17mm，拉丝齿2的锋角为22°，钝角为68°，磨齿2斜度为6％，齿顶平面为0.2mm，快慢辊速比为2.5∶1的常规拉丝磨辊。

磨辊1表面等离子处理的具体操作工艺参数为：电压220V，电流92A，气压0.95MPa，温度7600℃，磨辊转速32r/min，枪头运行速度0.2m/min，处理周期4个，处理时间为16min。处理后齿顶平均半径为0.4mm。

将其安装在FMFQ5×2型磨粉机上，对比使用在一皮系统中，其研磨效果对比如下：

	流量(kg/cm.d)	动力(kw)	电流(A)	剥刮率(％)	取粉率(％)	物料温度(℃)	磨辊使用寿命(天)
								圆弧齿辊	1680	15	25	34	4	32	118
尖顶齿辊	1120	15	24	36	6.5	41	45

实施例二

选用磨辊1的直径为250mm长度为1000mm拉丝磨齿2的齿数为8.7牙/cm，齿高为0.061mm，磨齿2间距为1.155mm，拉丝磨齿的锋角为30°，钝角为80°，磨齿2斜度为6％，齿顶平面为0.1mm，快慢辊速比为2.0∶1的常规拉丝磨辊。

磨辊1表面等离子处理的具体操作工艺参数为：电压220V，电流92A，气压0.9MPa，温度7200℃，磨辊转速32r/min，枪头运行速度0.2m/min，处理周期3个，处理时间为22min。处理后齿顶平均半径为0.22mm。

将其安装在FMFQ5×2型磨粉机上，对比使用在一心系统中，其研磨效果对比如下：

	流量(kg/cm.d)	动力(kw)	电流(A)	取粉率(％)	灰分(％)	初级白度	物料温度(℃)	磨辊使用寿命(天)
									圆弧齿辊	520	18.5	25	51	0.48	80.6	42	190
传统光辊	460	18.5	32	38	0.51	79.7	56	150

实施例三

选用磨辊1的直径为215mm，长度为350mm，拉丝磨齿2的齿数为5.5牙/cm，齿高为0.5mm，磨齿2间距为1.82mm，拉丝磨齿的锋角为28°，钝角为62°，磨齿2斜度为15％，齿顶平面为0.15mm，快慢辊速比为2.5∶1的常规拉丝磨辊。

磨辊1表面等离子处理的具体操作工艺参数为：电压220V，电流100A，气压0.96MPa，温度7600℃，磨辊转速32r/min，枪头运行速度0.18m/min，处理周期4个，处理时间为12min。处理后齿顶平均半径为0.35mm。

将其安装在MF35型磨粉机上，对比使用在玉米芯第三道系统中，其研磨效果对比如下：

	流量(kg/cm.d)	动力(kw)	电流(A)	取粉率(％)	物料温度(℃)	磨辊使用寿命(天)
							圆弧齿辊	350	5.5	7	35	35	64
尖顶光辊	200	5.5	10	26	46	13

实施例四

选用磨辊1的直径为220mm，长度为500mm，拉丝磨齿2的齿数为9.5牙/cm，齿高为0.115mm，磨齿2间距为1.08mm，拉丝磨齿2的锋角为35°，钝角为75°，磨齿斜度为8％，齿顶平面为0.1mm，快慢辊速比为2.5∶1的常规拉丝磨辊。

磨辊1表面等离子处理的具体操作工艺参数为：电压220V，电流98A，气压0.9MPa，温度7200℃，磨辊转速30r/min，枪头运行速度0.2m/min，处理周期3个，处理时间为13min。处理后齿顶平均半径为0.3mm。

将其安装在FMFQ5×2型磨粉机上，对比使用在一心系统中，其研磨效果对比如下：

	流量(kg/cm.d)	动力(kw)	电流(A)	取粉率(％)	灰分(％)	初级白度	物料温度(℃)	磨辊使用寿命(天)
									圆弧齿辊	520	11	17	62	0.58	80.1	45	152
尖顶齿辊	480	11	19	55	0.62	78.5	56	56

实施例五

选用磨辊1的直径为215mm，长度为500mm，拉丝磨齿2的齿数为2.4牙/cm，齿高为2.15mm，磨齿间距为4.15mm，拉丝磨齿2的锋角为25°，钝角为65°，磨齿2斜度为14％，齿顶平面为0.3mm，快慢辊速比为2.8∶1的常规拉丝磨辊。

磨辊表面等离子处理的具体操作工艺参数为：电压220V，电流115A，气压1.0MPa，温度8000℃，磨辊转速35r/min，枪头运行速度0.25m/min，处理周期4个，处理时间为16min。处理后齿顶平均半径为1.5mm。

将其安装在FMFQ5×2型磨粉机上，对比使用在大豆破碎过程中，其研磨效果对比如下：

	流量(kg/cm.d)	动力(kw)	电流(A)	-/12w	18w/-	物料温度(摄氏度)	磨辊使用寿命(天)
								圆弧齿辊	600	15	18	22	8	38	438
尖顶齿辊	580	15	22	26	12	42	45

Claims (10)

1.一种磨粉机磨辊，包括表面带有拉丝磨齿的磨辊面，其特征在于：所述拉丝磨齿的齿顶为圆弧形结构的工作面，即在垂直于磨辊轴线的横截面上，磨齿顶端为圆弧形。

2.根据权利要求1所述的磨粉机磨辊，其特征在于：所述磨齿齿顶的圆弧形工作面为半径0.1～0.2mm的圆弧形。

3.根据权利要求1或2所述的磨粉机磨辊，其特征在于：磨辊表面磨齿的排列密度为2～16牙/cm。

4.根据权利要求3所述的磨粉机磨辊，其特征在于：所述磨辊的直径为200～400mm，磨辊的长度为200～1500mm；所述拉丝磨齿的齿高为0.01～5mm，磨齿间距为0.5～5mm，磨齿斜度为4～16％，快慢辊速比为1.1∶1～3∶1；所述拉丝磨齿的齿总角为60～160°，其中磨齿峰角为15～70°，磨齿钝角为40～110°。

5.根据权利要求1所述的磨粉机磨辊表面磨齿的加工方法，其特征在于：采用等离子或电火花或激光表面热处理技术，将按常规方法制备的带有尖顶磨齿的拉丝磨辊表面进行加工处理，将其磨齿的尖顶结构加工为圆弧形结构。

6.根据权利要求5所述的磨粉机磨辊表面磨齿的加工方法，其特征在于：对磨辊表面的等离子加工处理是在专用成套设备中进行，该设备包括人工或自动控制系统、水路冷却系统、气路系统、等离子枪、机械扫描部分；将被加工处理的磨辊安装在等离子加工机床上，调整好水平和加工参数，使用等离子喷枪对磨辊的表面进行高温快速加热，使原来的尖顶磨齿全部加工为圆弧顶磨齿；具体操作工艺操作参数为：电压220V，电流60～150A，气压0.2～1.5MPa，温度3000～10000℃，磨辊转速30～80r/min，枪头运行速度0.1～0.8m/min，处理周期1～6个，每个周期的处理时间5～60min。

7.根据权利要求5或6所述的磨粉机磨辊表面磨齿的加工方法，其特征在于：在进行等离子加工处理前，在被加工处理的磨辊表面，喷刷一层耐磨涂料。

8.根据权利要求7所述的磨粉机磨辊表面磨齿的加工方法，其特征在于：所述耐磨涂料为铬、镍、硅、锰的粉末，其中含铬20～50％，镍15～40％，硅10～40％，锰10～30％；喷刷量为每平方米20～300克。

9.根据权利要求1或2所述的磨粉机磨辊的用途，其特征在于：将其安装在常规磨粉机上，用于小麦、玉米、大豆、杂粮及玉米芯、饲料的破碎、制粉过程中。

10.根据权利要求9所述的磨粉机磨辊的用途，其特征在于：用于小麦制粉工艺中时，齿数为2～8牙/cm的粗牙磨辊应用于皮磨系统；齿数为8～16牙/cm的细牙磨辊应用于心磨、渣磨、尾磨系统。

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