球磨機(jī)襯板失效原因分析及改進(jìn)

趙會(huì)琴

（山西中條山機(jī)電設(shè)備有限公司技術(shù)科，山西垣曲 043700）

銅礦峪礦二期工程采用3臺(tái)φ5.03m×8.5m溢流球磨機(jī)，計(jì)劃年處理礦量600萬(wàn)t。從2011年7月份第一臺(tái)球磨機(jī)投產(chǎn)，到2012年3月份襯板失效拆除，處理礦量106萬(wàn)t，單耗為0.075kg/t（除去不正常工作時(shí)間，襯板實(shí)際使用時(shí)間僅有6個(gè)月左右）。通過(guò)我們對(duì)實(shí)際使用工況以及襯板失效原因分析后，對(duì)襯板材質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，取得一定的效果，目前襯板使用壽命提高到10個(gè)月以上。

1 原襯板的使用情況

銅礦峪礦二期φ5.03m×8.5m溢流球磨機(jī)使用襯板材質(zhì)為ZG42Cr2MnSi2MoRe；硬度檢測(cè)為HRC48-52；添加鋼球直徑為φ80mm；原礦入磨粒度為10mm，普氏硬度f(wàn)為13～14，此硬度物料屬中硬礦石。襯板拆除后對(duì)其失效形式進(jìn)行觀察分析（見(jiàn)圖1）.

圖1 襯板的失效形式

1）波峰提升側(cè)磨損嚴(yán)重，而另一側(cè)還有近40mm厚度，磨損不均勻；

2）襯板磨損形態(tài)呈嚴(yán)重的犁溝磨損形態(tài)。

2 原因分析

1）球磨機(jī)襯板的主要作用是保護(hù)磨機(jī)筒體和帶動(dòng)磨內(nèi)磨球做瀉落運(yùn)動(dòng)以沖砸擠壓破碎磨內(nèi)物料。為達(dá)到磨球?qū)δ?nèi)物料的沖砸研磨功能，要求磨機(jī)襯板對(duì)磨球必須具有足夠的提升及擾動(dòng)能力。研究表明，在溢流磨中，當(dāng)磨機(jī)筒體襯板波峰和波谷的高度差達(dá)到最大磨球直徑的60%左右時(shí)，磨內(nèi)磨球運(yùn)動(dòng)烈度適中，此時(shí)磨機(jī)處于最佳工作狀態(tài)[1]。在我們使用的φ5.03m×8.5m溢流磨中，最大磨球直徑為80mm，磨機(jī)筒體襯板波峰和波谷的高度差僅為40mm。在此情況下，在磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，襯板很難實(shí)現(xiàn)對(duì)磨球的有效提升。此時(shí)磨內(nèi)鋼球運(yùn)動(dòng)烈度下降，由此又導(dǎo)致磨機(jī)對(duì)物料破碎效率的降低。同時(shí)因襯板峰、谷高差不達(dá)標(biāo)，致使磨球與筒體襯板相對(duì)滑移運(yùn)動(dòng)劇烈，這一問(wèn)題的存在導(dǎo)致了磨機(jī)襯板犁溝磨損現(xiàn)象的發(fā)生，該問(wèn)題的存在，不僅加重了磨機(jī)襯板的快速磨損，而且因犁溝底部將會(huì)率先被磨穿造成襯板提前報(bào)廢。

2）在現(xiàn)磨機(jī)筒體襯板的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單地認(rèn)為磨機(jī)襯板的磨損為均勻磨損，因此將襯板背部的空位槽設(shè)計(jì)為圓弧形空位[2]。而事實(shí)工況并非如此。在磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，襯板波峰側(cè)頂部位在提升磨球過(guò)程中所受到的反作用力尤為強(qiáng)烈，因此該部位將承受強(qiáng)烈的切削磨損，故而磨損最為嚴(yán)重。襯板背部圓弧形空位槽的設(shè)計(jì)方案使襯板厚度基本呈均勻形態(tài)，波峰側(cè)頂部位的快速磨損將使該部位被首先磨穿導(dǎo)致襯板提前報(bào)廢。

3）傳統(tǒng)的磨機(jī)襯板大多選用高錳鋼[3]，利用其特有的加工硬化特性來(lái)達(dá)到其耐磨性的目的。而在研磨工況下，不能使高錳鋼充分硬化，一般選用高強(qiáng)韌性耐磨鑄鋼，一般硬度在HRC45-60之間，該襯板硬度中等偏下，故耐磨性一般。如能提高襯板本體硬度，則襯板的耐磨性提高，使用壽命也會(huì)大大提高。

3 改進(jìn)措施

1）改進(jìn)襯板材質(zhì)：采用ZG60SiMnCr2Mo材質(zhì)冶煉，經(jīng)退火、淬火、回火三道熱處理工序檢測(cè)。

材質(zhì)化學(xué)成分如表1所示。

表1 材質(zhì)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 熱處理后機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果

熱處理后機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果如表2所示。用標(biāo)準(zhǔn)的末端淬火淬透性試驗(yàn)測(cè)定淬透性。實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)860℃退火，840℃奧氏體化，進(jìn)行末端淬火實(shí)驗(yàn)。末端油淬曲線見(jiàn)圖2。實(shí)物淬透性使用的φ50mm×100mm+φ100mm×150mm+φ150mm×150mm塔形試樣是在5t電弧爐冶煉澆注的，塔形試樣隨鑄件生產(chǎn)熱處理，解剖試樣硬度見(jiàn)圖3mm.可以看出，該鋼的硬度內(nèi)外均勻，淬透性＞150mm.

圖2 末端水淬曲線

圖3 塔形解剖試樣硬度

2）改進(jìn)襯板波峰、波谷的高度差：原襯板波峰100mm，波谷60mm，高度差為40mm；波峰110mm，波谷55mm，高度差為55mm，加大襯板的提升能力，減輕磨球?qū)σr板的犁溝磨損。

3）改進(jìn)襯板與筒體接觸面結(jié)構(gòu)：原襯板背部空位槽結(jié)構(gòu)為隨形波峰、波谷結(jié)構(gòu)，襯板厚度均勻（見(jiàn)圖4），改為隨形筒體圓弧結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5），增加易磨損部位的厚度，從而增加襯板的使用壽命。

圖4 改進(jìn)前結(jié)構(gòu)

圖5 改進(jìn)后結(jié)構(gòu)

4）改進(jìn)襯板螺栓把合方向：原襯板螺栓橫向把合，螺栓孔寬度120mm，現(xiàn)螺栓孔旋轉(zhuǎn)90°，寬度減少為100mm。襯板長(zhǎng)度840mm，帶球面積增加（640-600）/840×100%=4.76%（見(jiàn)改進(jìn)前圖6、改進(jìn)后圖7對(duì)比）。

圖6 螺栓把合方向改進(jìn)前結(jié)構(gòu)

圖7 襯板螺栓把合方向改進(jìn)后結(jié)構(gòu)

4 改進(jìn)效果

改進(jìn)后的襯板在2012年6月10日裝機(jī)使用，在12月10日停機(jī)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)磨損量?jī)H有15mm左右，并且磨損均勻，還能繼續(xù)使用在6個(gè)月以上。襯板材質(zhì)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)后使用效果明顯，我們?yōu)槠渌麅膳_(tái)球磨機(jī)也預(yù)制了相同的襯板。

[1]李葉青，陳新成.球磨機(jī)內(nèi)研磨體運(yùn)動(dòng)軌跡的探討[J］.水泥，2003（7）：57-58.

[2]嚴(yán)錦武.球磨機(jī)襯板的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J］.機(jī)械裝備，2007（9）：27-29.

[3]王林和.球磨機(jī)襯板材料的選擇及其形狀改進(jìn)設(shè)計(jì)[J］.金屬礦山，1996（6）：40-41.