延長干式球磨機(jī)外篩網(wǎng)使用壽命的方法

李志剛

（攀鋼工程技術(shù)有限公司修建分公司，四川攀枝花 617000）

1 干式球磨機(jī)外篩網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)及原理

干式球磨機(jī)外篩網(wǎng)固定部分的鼠籠結(jié)構(gòu)由均勻分布的Φ15 mm 圓鋼形成的立筋，和寬約20 mm 均勻分布的扁鋼組成的橫筋構(gòu)成，扁鋼和圓鋼點(diǎn)焊連接，扁鋼上有Φ6 mm 的裝配孔，外篩網(wǎng)通過M5 的螺栓和扁鋼連接，外篩網(wǎng)處于整個鼠籠結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，鼠籠結(jié)構(gòu)通過法蘭和球磨筒體連接（圖1）。

物料經(jīng)過球磨機(jī)中的鋼球研磨后進(jìn)入出料端，較大的鐵粒和其他大塊雜質(zhì)被固定在筒體的內(nèi)篩網(wǎng)（初次篩分），較小的顆粒和粉料進(jìn)入外篩網(wǎng)。較小的顆粒和粉料進(jìn)入外篩網(wǎng)后，大于100 目的顆粒被篩分出來（二次篩分）形成第二次篩上物，并和第一次內(nèi)篩網(wǎng)形成的篩上物分別從出料端端蓋上的溜槽排出，小于100 目的粉料經(jīng)卸料箅板排出進(jìn)入螺旋。

2 失效形式

外篩網(wǎng)故障的主要表現(xiàn)形式為篩網(wǎng)破損，隨機(jī)抽取一張更換下來的外篩網(wǎng)，其間共有15 處較大的破損點(diǎn)（表1）。篩網(wǎng)破損位置主要集中在鼠籠機(jī)構(gòu)與篩網(wǎng)的接觸點(diǎn)上，具體是在鼠籠機(jī)構(gòu)的圓鋼和遠(yuǎn)離球磨筒體的外部扁鋼與外篩網(wǎng)的接觸點(diǎn)上，這兩個區(qū)域篩網(wǎng)破損點(diǎn)比例占80%，篩網(wǎng)表面呈現(xiàn)較為明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

圖1 干式球磨機(jī)外篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3 外篩網(wǎng)受力分析

3.1 圓鋼部位外篩網(wǎng)受力分析

假定相鄰兩個圓鋼之間的篩網(wǎng)為剛性線體，每相鄰兩個圓鋼中心距相等（約150 mm），則每相鄰兩個圓鋼和其間的篩網(wǎng)就構(gòu)成了最簡單的簡支梁結(jié)構(gòu)。由于圓鋼沿著球磨軸向均勻分布，因此假定任何一個軸向上相鄰兩個圓鋼之間的篩網(wǎng)受力是均布載荷（取鼠籠中部1/2 處徑向截面作為研究截面，該截面包含15 根篩網(wǎng)絲，q≈1.6 kN/m，q 為測量經(jīng)驗(yàn)數(shù)值）。通過圓鋼和篩網(wǎng)受力分析（圖2）得出：σmax=σA=σB≈130.6 MPa，其中，σmax是最大正應(yīng)力；σA是A 點(diǎn)處應(yīng)力；σB是B點(diǎn)處應(yīng)力。

表1 外篩網(wǎng)破損位置統(tǒng)計

篩網(wǎng)材料為0Cr18Ni9，80 ℃下該材料的許用應(yīng)力［σ］=137 MPa，σmax已經(jīng)接近材料的許用應(yīng)力［σ］，在持續(xù)沖擊載荷下，篩網(wǎng)很容易出現(xiàn)疲勞損壞，這是圓鋼處篩網(wǎng)在使用不久后發(fā)生破損的直接原因。

3.2 扁鋼部位受力分析

假定C 是第3 根扁鋼，N 是靠近內(nèi)部的最后一根扁鋼（相鄰扁鋼中心距L=160 mm，共6 根扁鋼，q≈0.4 kN/m，q 為測量經(jīng)驗(yàn)數(shù)值），徑向截面所有扁鋼受力如圖2 所示。可以得出：σmax=σ6=24×10.3 MPa=164.8 MPa，σmax＞［σ］，其中，σmax是最大正應(yīng)力；σ6是第6 根扁鋼點(diǎn)處應(yīng)力；［σ］是最大許用應(yīng)力。

可以看出，最后一根扁鋼處篩網(wǎng)的應(yīng)力已經(jīng)超過篩網(wǎng)材料的最大許用應(yīng)力，因?yàn)楸怃撍艿綉?yīng)力隨著靠近筒體內(nèi)部的趨勢呈線性增加，因此表現(xiàn)出越靠近內(nèi)部的扁鋼處篩網(wǎng)破損越嚴(yán)重。

圖2 徑向截面扁鋼受力情況

4 應(yīng)對措施

4.1 圓鋼部位改進(jìn)方法

由于篩網(wǎng)受沖擊力作用時間短且不易測量，可用所受的沖擊功來說明。為便于計算，假設(shè)物料被提升后的重力勢能全部轉(zhuǎn)為對篩網(wǎng)的沖擊功，篩網(wǎng)所受沖擊功可表示為：

式中 U——篩網(wǎng)單位截面上所受的沖擊功

K——集中載荷系數(shù)，一般取1.5～2

N——單位圓鋼軸向方向上可同時排落物料個數(shù)

H——物料最大降落高度

G——物料顆粒平均重量

F——圓鋼與篩網(wǎng)接觸面積

α——物料顆粒的拋落角

由此可知，加大圓鋼與篩網(wǎng)接觸面積F，可以降低篩網(wǎng)單位截面上所受的沖擊功U。另外，假設(shè)沖擊功全部被篩網(wǎng)吸收，則：T·ΔS=U，其中，T 是單位截面上外篩網(wǎng)所受到的平均沖擊力；ΔS是受到物料撞擊后，單位截面篩網(wǎng)的平均位移；U 是篩網(wǎng)單位截面上所受的沖擊功。

加大外篩網(wǎng)受到物料沖擊后的平均位移，可以減小篩網(wǎng)受到的平均沖擊力。因此，在圓鋼外面增加一層塑料膠管做為緩沖裝置（膠管壁厚5 mm），既可以增大接觸面積F，也可以加大外篩網(wǎng)受到物料沖擊后的平均位移ΔS。

用噴涂顏色法測量套膠管后的接觸面積F2約為未套用膠管前面積F1的1.5 倍，可計算出：U1=2UA/3，其中，U1是套膠管后圓鋼與篩網(wǎng)的接觸面積；UA是未處理前A 點(diǎn)處圓鋼與篩網(wǎng)的接觸面積。

圓鋼受沖擊載荷形成的最大缺陷坑深度約0.8 mm，膠管壓縮比約為30%，可得出套膠管后單位截面上篩網(wǎng)的位移與未套膠管前的關(guān)系：ΔS1≈2.8ΔSA。其中，ΔS1是套膠管后圓鋼上單位截面篩網(wǎng)的平均位移；ΔS1是未處理圓鋼單位截面篩網(wǎng)的平均位移。計算得出：T1≈0.24TA。其中，T1是套膠管后圓鋼單位截面外篩網(wǎng)受到的平均沖擊力；TA是未處理前圓鋼單位截面外篩網(wǎng)所受到的平均沖擊力。因此：σ1≈0.24σA=31.3 MPa＜［σ］。其中，σ1是套膠管后圓鋼上剪切力在篩網(wǎng)上形成的最大應(yīng)力。

圓鋼外部套膠管后，篩網(wǎng)的應(yīng)力已大大降低，遠(yuǎn)低于篩網(wǎng)材料的最大許用應(yīng)力［σ］，理論分析結(jié)果表明改造應(yīng)該有很好的效果。

4.2 扁鋼部位改進(jìn)方法

為了避免扁鋼部位應(yīng)力集中，在外篩網(wǎng)與扁鋼邊緣接觸部位采取倒角處理，倒角角度β=45～60°。扁鋼經(jīng)過倒角處理后，應(yīng)力最大點(diǎn)A 和B 所受的剪切力T1和T2被轉(zhuǎn)移為P、Q 兩個面上的受力q1和q2。若P、Q 兩面為最差情況，剪切力只被分散到P、Q 兩面的邊緣，則至少：Tb=Ta/2。其中，Ta是未倒角前扁鋼處篩網(wǎng)所受到的剪切力；Tb如倒角后扁鋼處篩網(wǎng)所受到的剪切力。因此得出：σ6改≈0.5σ6=82.4 MPa＜［σ］。其中，σ6是未倒角前第6根扁鋼處篩網(wǎng)受到的最大應(yīng)力；σ6改是倒角后第6 根扁鋼處篩網(wǎng)所受到的剪切力。倒角后扁鋼處篩網(wǎng)最大應(yīng)力已低于篩網(wǎng)材料的許用應(yīng)力［σ］，理論分析結(jié)果表明改造可行。

5 實(shí)施效果

經(jīng)過對外篩網(wǎng)鼠籠處的圓鋼和扁鋼結(jié)構(gòu)的改造，氧化釩作業(yè)區(qū)單臺球磨外篩網(wǎng)更換次數(shù)由以前的平均每臺5 d 更換1 次，降低到每臺每月1～2次，外篩網(wǎng)平均使用壽命得到了很大提高。

表2 改造后外篩網(wǎng)破損位置統(tǒng)計

改造后再次隨機(jī)抽取一張更換下來的外篩網(wǎng)，其間共有12 處破損點(diǎn)，可以看出外篩網(wǎng)破損點(diǎn)隨機(jī)分布（表2）。通過改進(jìn)，基本消除了篩網(wǎng)的表面應(yīng)力集中現(xiàn)象，達(dá)到了提高篩網(wǎng)使用壽命的目的。