碾米砂辊及其对大米质量的影响
湖南湘潭新世纪陶瓷机械有限公司蔡祖光
摘要：介绍了碾米砂辊的构造、制造工艺及其碾米工艺性能，详细论述了碾米砂辊对大米质量的影响，并指出只有通过优化碾米砂辊的配方、辊形设计及其制造工艺，努力提高碾米砂辊组织结构的均匀性、物理机械强度和几何形状位置尺寸精度，减少碾米砂辊的成块脱落及动不平衡等缺陷，并做好碾米砂辊的储存、保管及装配等工作，同时重视和加强碾白室的通风及排糠，才能达到冷却米粒、降低米温、减少碎米、提高工艺效果及延长碾米砂辊使用寿命等目的。
碾米就是借助旋转的碾辊使米粒与碾白室构件及米粒与米粒之间产生相互碰撞、摩擦及翻滚等运动，通过碾削及摩擦擦离等作用将米粒表皮部分或全部去除，使之成为符合预定质量要求的大米的加工过程。按碾辊材质的不同，碾米机可大致分为砂辊碾米机和铁辊碾米机。与铁辊碾米机相比，砂辊碾米机具有碰撞及翻滚等作用柔和以及碎米率低、电耗低、出米率高和生产效率高等优势，因此是目前大米加工企业应用最广泛的碾米设备。碾米砂辊是砂辊碾米机中更换较频繁的关键易损件，并且在一定范围内，其质量还严重影响碾米机的产量、出米率、电耗及碎米率等技术、经济性能指标和企业的经济效益。为此笔者根据本人在砂辊碾米机设计制造、安装调试、维修保养方面的亲身经验对碾米砂辊的构造、制造工艺、碾米工艺性能及其对大米质量的影响等诸方面加以综述，并提出自己的观点，供同行们批评指正。
1碾米砂辊的构造
磨料是构成碾米砂辊的主要原料，属于瘠性物料，没有结合能力，欲使之成为具有碾削能力的碾米砂辊，须采用结合剂。目前可供碾米砂辊采用的结合剂主要有陶瓷结合剂和树脂结合剂。由磨料和陶瓷结合剂构成的碾米砂辊称为陶瓷碾米砂辊；由磨料和树脂结合剂构成的碾米砂辊称为树脂碾米砂辊。
陶瓷碾米砂辊是由磨料和陶瓷结合剂（主要成分为无机盐）在1200℃以上的高温下烧结而成的组织结构致密的混合物，其耐高温、耐磨耗、耐酸碱，使用寿命长；但脆性大，易损坏，自锐性能差，而且价格昂贵。因价格及制造工艺复杂等原因，目前陶瓷碾米砂辊还没有得到普遍应用。树脂碾米砂辊是由磨料（主要成分是黑碳化硅）和树脂结合剂（主要是酚醛树脂或环氧树脂）在180℃高温下烧结而成的多孔混合物。因其烧结温度低，组织结构疏松，磨粒易于脱落，自锐性能好，工作过程中又能连续不断地产生多棱角磨粒，增强对米粒的碾削作用，所以树脂碾米砂辊（以下简称碾米砂辊）具有不损伤米粒、碎米率低、出米率高、碾米效率高及电耗低等特点，特别适宜于对原粮品质差及粉质粒原粮的加工。
2碾米砂辊的制造工艺流程
目前，碾米砂辊的制造工艺流程大致如下：配料→混匀→压制成形→低温强化（约90℃）→磨削外形面（外圆表面及两端面）→成组磨削槽形面（螺旋槽、螺旋槽和直槽、螺旋槽和斜直槽等）→手工打磨槽形过度面（如螺旋槽和直槽及螺旋槽和斜直槽的圆弧光滑连接处等）→钻通风孔→高温烧结（约180℃）→校正静平衡→校正动平衡→喷涂黑碳化硅磨料（碾米砂辊的外圆表面及槽形面）→包装入库。
3碾米砂辊的材料
3.1磨料
磨料通常可分为天然磨料（如石英、石榴石、天然刚玉和天然金刚石等）和人造磨料。碾米砂辊通常由人造磨料制成。适合碾米砂辊的磨料主要是黑碳化硅（代号为C，原代号为TH）及绿碳化硅（代号为GC，原代号为TL）。由于黑碳化硅比绿碳化硅价格便宜，货源充足，因此是目前制造碾米砂辊的主要磨料。
3.2结合剂
目前，碾米砂辊所采用的结合剂都是树脂结合剂（代号为B）。树脂结合剂的结合强度大，并具有较好的弹性和耐冲击性，因此碾米砂辊能在高速旋转情况下长期工作，且自锐性能好、碾米效率高、出米率高、电耗低、大米质量好，但不耐高温、酸、碱及油类。所以，在储存保管碾米砂辊时，应做好防潮、防霉、防冻及防过热等工作，绝不允许与酸、碱及石油类物质混放在一起。
4碾米砂辊的碾米工艺性能及其对大米质量的影响
4.1粒度
碾米砂辊的粒度，就是指构成碾米砂辊的磨料的粒度。粒度表示磨料颗粒的大小。碾米砂辊常用磨料的粒度号及其基本尺寸见表1，其中粒度号越大，表示磨料越细；反之，表示磨料越粗。
表1碾米砂辊常用磨料的粒度号及其基本尺寸
粒度号24 30 36 40 46 60
基本尺寸/μm 850-710 710-600 600-500 500-425 425-355 355-250
由于稻谷品质的差异，在加工不同品质的原粮时，碾米砂辊的粒度也应不同。若选用粒度过粗的碾米砂辊，那么碾米砂辊对米粒表面的划痕较深，造成米粒表面粗糙不平，且易损伤米粒造成碎米；若选用粒度过细的碾米砂辊，虽然米粒表面光滑平整，但碾米效率低，电耗高。所以实际生产中应根据原粮的品质选用适宜粒度的碾米砂辊。具体说就是：采用多机轻碾工艺时，碾米砂辊的粒度应前粗后细，因为刚进入碾米机的糙米皮层厚且表面光滑，抗压、抗剪切能力大，为了提高碾米效率，通常可采用粒度号为24和30的碾米砂辊；而后道碾米机主要是起碾白作用，由于米粒表面粗糙及抗压、抗剪切能力的减弱，若再用较粗粒度的碾米砂辊，势必损伤米粒造成碎米，所以碾米砂辊的粒度应细一些，通常可采用粒度号为46及60的碾米砂辊。采用一机(辊)碾白工艺时，从进料端至出料端，碾米砂辊的粒度也应选粗后细，如进料端可采用粒度号为30的碾米砂辊，出料端可采用粒度号为46的碾米砂辊。
此外，还应掌握好碾米砂辊的粒度与其工作转速之间的关系。通常碾米砂辊的粒度较粗时，磨粒对米粒的碾削作用较大，为了不致产生碎米，碾米砂辊的工作转速可低一些；反之，碾米砂辊的粒度过细时，磨粒对米粒的碰撞及翻滚等作用比较柔和，为了提高碾米效率，碾米砂辊的工作转速可高一些。
4.2硬度
碾米砂辊的硬度表示磨料颗粒粘合的牢固程度，它是指碾米砂辊在外力的作用下，磨料脱落的难易程度。若磨粒易于脱落，表明碾米砂辊的硬度低。目前，碾米砂辊硬度常用5个等级表示，见表2。
表2碾米砂辊硬度等级及其代号
硬度等级中软2中1中2中硬1中硬2
代号L M N P Q
若碾米砂辊的硬度过高，磨粒脱落困难，自锐性能差，那么米粒发滑而不易脱皮，碾米效率低、电耗高、米温上升快，导致米粒物理机械强度降低而形成碎米；反之，若碾米砂辊的硬度过低，磨料极易脱落，碾米砂辊的磨耗太快，不仅严重影响碾米砂辊的使用寿命，而且脱落的磨粒混在成品中影响大米的质量。所以，碾米砂辊的硬度影响碾米效率、出米率、产量、大米质量及电耗等。加工品质较差的原粮或粉质粒原粮时，因米粒的物理机械强度较较低，碾米砂辊的硬度可低一些（如中软2）；而加工品质较好的原粮或角质粒原粮时，因米粒的物理机械强度较高，碾米砂辊的硬度可高一些（如中硬1）。总之，为确保大米质量，减少碎米量，实际生产中，碾米砂辊的硬度宁可稍软，也不宜过硬。
4.3组织号
碾米砂辊的组织号表示磨粒在碾米砂辊中的体积占有量，即磨粒率。碾米砂辊中，磨粒应分布均匀，组织结构应均匀一致。碾米砂辊的组织号反映了碾米砂辊的疏松程度及单位面积上参与碾削作用的磨粒数目的多少。组织号小，表明碾米砂辊的磨粒含量高，碾米效率高，碾米砂辊磨耗低而使用寿命长。碾米砂辊常用组织号及对应的磨粒含量见表3。
表3碾米砂辊常用的组织号及其磨粒含量
组织号4 5 6 7 8 9
磨粒含量/% 54 52 50 48 46 44
若碾米砂辊的组织号过小，即碾米砂辊组织结构中磨粒含量过高，那么它对米粒的碾削作用特别大，易损伤米粒，造成碎米；反之，碾米砂辊组织结构中磨粒含量太少，那么它对米粒的碾削作用非常弱，碾米效率低。所以，碾米砂辊的组织号影响碾米效率、出米率、产量、大米质量及电耗等。加工品质较差的原粮或粉质粒原粮时，因米粒的物理机械强度较低，碾米砂辊的组织号可大一些；而加工品质较好的原粮或角质粒原粮时，因米粒的物理机械强度较高，碾米砂辊的组织号可小一些。
4.4强度
碾米砂辊的强度是指碾米砂辊在高速旋转中，抵抗由于离心力的作用，其自身抗破碎的能力。为确保碾米砂辊正常工作时不致破碎，碾米砂辊的工作转速应有一定限制。实践表明，通常碾米砂辊的安全工作线速度不应超过20m/s。影响碾米砂辊强度的因素很多，除在运输、储存、保管、安装、拆卸及使用碾米砂辊时，应严格遵守操作规程外，碾米砂辊本身的因素对强度也有很大的影响。如在其它条件不变的情况下，通常结合剂的物理机械强度越大，碾
