球磨機端蓋斷裂原因分析與修復

楊彥超 張素華

(河南省群英機械制造有限責任公司，河南 焦作 454002)

1 前言

內(nèi)蒙古白云鄂博一家選礦廠為我公司供的設備：3臺磨機，其中2臺是φ2.7×4.5米格子型球磨機，1臺是φ2.7×6.0米溢流型球磨機，1臺3米雙螺旋分級機，一套旋流器組，是兩段閉路磨礦，在2007年9月投入使用，使用過程中φ2.7×6.0米溢流型球磨機出現(xiàn)問題：

(1)電流40A出現(xiàn)波動。

(2)發(fā)現(xiàn)進料端出現(xiàn)漏礦漿，停車檢查發(fā)現(xiàn)進料端蓋在R圓弧處出現(xiàn)裂紋。

(3)后來出料端蓋在R圓弧處也出現(xiàn)裂紋。

2 原因分析

2.1 電流40A出現(xiàn)波動原因分析

(1)由操作引起的來料量過多過粗，加大了磨機負荷，出現(xiàn)電流波動。

(2)磨內(nèi)研磨介質(zhì)鋼球多加也加大磨機負荷。

2.2 中空軸端蓋出現(xiàn)裂紋的原因分析

(1)磨機負荷大，端蓋疲勞作業(yè)。

(2)中空軸端蓋鑄造尺寸有一定缺陷。

3 修復處理及效果

3.1 中空軸進料端蓋斷裂的修復處理

現(xiàn)場因生產(chǎn)任務急，暫不能拆開磨機進行更換，沒有準備端蓋備件，只好暫時先停止磨機給料，臨時停磨機，用磨機的輔助傳動把磨機中空軸端蓋的斷裂處轉(zhuǎn)動到上方，先進行現(xiàn)場補焊處理，中空軸端蓋材質(zhì)是鑄鋼ZG270-500材質(zhì)，現(xiàn)場用碳棒先把裂紋處氣刨開，清渣，露出母材，然后用HJ422焊條手把補焊，控制焊機小電流一層層補焊，邊焊接邊敲渣，必須焊實，不能滲漏礦漿，更不能讓端蓋產(chǎn)生變形，當時環(huán)境氣溫15度左右，所以焊的過程中注意局部散熱，防止收縮過快，造成傷疤應力集中，此裂縫處焊接完畢后，又用8塊Q235材質(zhì)三角形鋼板作為加強筋對稱焊到端蓋R圓弧角脖頸處加固。待焊接修復工作完畢后，清理現(xiàn)場，做好準備開磨工作，先用慢速傳動裝置轉(zhuǎn)動磨機，松動一下磨內(nèi)鋼球及物料，然后停止慢傳，開啟磨機又進行正常生產(chǎn)。

3.2 中空軸出料端蓋斷裂的修復處理

當時是先出現(xiàn)進料端蓋裂紋，修復投入使用后2個多月又出現(xiàn)出料端端蓋裂紋，裂紋處基本是同樣的位置，用同樣的方法對出料端蓋進行了修復，讓磨機先進行生產(chǎn)運行。

3.3 效果

經(jīng)過修復處理的中空軸端蓋在使用中能正常生產(chǎn)，未耽誤生產(chǎn)任務。但我公司出于對客戶負責，對出廠產(chǎn)品質(zhì)量追溯，分析造成問題的原因，從產(chǎn)品制作方面采取預防措施，徹底消除解決問題發(fā)生，增大產(chǎn)品零部件的抵抗破損能力，所以從設計尺寸、鑄造過程、加工、檢驗等方面進行控制，待客戶設備大檢修計劃到時間時，徹底給客戶更換了新的中空軸進出料端蓋。

4 預防措施

(1)改變磨機來料的均衡性，添加鋼球應及時觀察電流穩(wěn)定性。

(2)中空軸端蓋合理設計。

(3)控制鑄造工藝質(zhì)量，消除隱性缺陷。

5 改進方法

球磨機是選礦廠關鍵設備，其作用是將破碎后的礦石再進行物理粉磨更細，符合下一步選礦工藝要求細度。所以在選礦廠擔負著重要使命，而中空軸端蓋是球磨機的重要部件，它承受著球磨機筒體及筒內(nèi)鋼球和物料運轉(zhuǎn)時的動負荷，受交變應力影響，所以端蓋是最薄弱環(huán)節(jié)，尤其是R圓弧角處。因此對設計和鑄造工藝的要求非常高。

(1)裂紋的中空軸進出料端蓋拉回廠內(nèi)，我們進行切割段開分析，鑄件壁厚設計的最基本原則就是整個鑄件的壁厚盡可能相似，也就是說壁厚變化不要發(fā)生突然的改變。原因就是防止鑄件在冷卻過程中不要產(chǎn)生過大的熱應力，以避免產(chǎn)生裂紋。其次鑄件的壁厚只要強度達到就行，并非越厚越好。設計厚壁的鑄件比薄壁的更容易發(fā)生縮孔。被割開的端蓋我們發(fā)現(xiàn)裂紋處確實是在R圓弧角最薄處，且與周邊的厚度差超出20mm，顯然此處設計的不太合理，我們把薄處加厚7mm，把與軸徑銜接處厚度減薄8mm，R圓弧角自然圓滑錐型160°過渡到大端面。

(2)控制中空軸端蓋鑄鋼件的主要工藝方案和工藝參數(shù)，以提高端蓋質(zhì)量，在傳統(tǒng)工藝的基礎上，利用計算機凝固模擬，通過試驗研究確定了冒口、冷鐵、退讓層等關鍵參數(shù)，優(yōu)化了鑄造工藝，保證端蓋質(zhì)量滿足標準要求；為降低制造成本，研制了新型保溫冒口材料和覆蓋劑；分析了鑄鋼端蓋的材質(zhì)、熱處理方式與力學性能的關系；設計了大型鑄鋼端蓋鑄造工藝規(guī)范。通過上述工藝研究，保證生產(chǎn)出組織致密，性能優(yōu)良，各項指標達到要求的優(yōu)質(zhì)磨機端蓋。材質(zhì)為ZG270-500端蓋的含碳量偏高，冷裂紋傾向較大，將其碳含量控制在0.38%以下時，可以避免產(chǎn)生炸裂事故。采用適宜的煉鋼工藝、鋼水經(jīng)過變質(zhì)處理及爐外精煉，保證鋼水的化學成分及澆注溫度滿足工藝要求，采用“正火+回火”熱處理，使大型鑄鋼端蓋具有優(yōu)良的組織和力學性能，滿足標準要求。采用適宜的冒口、冒口補貼、冷鐵等工藝措施，符合順序凝固的原則，同時保證冒口中存在足夠的鋼水量，使端蓋內(nèi)部質(zhì)量合格。端蓋R區(qū)截面近似于L形，具有熱節(jié)點向外遷移的特點。為了使R區(qū)熱節(jié)圓內(nèi)移、避免顯微縮松影響磁粉探傷，必須在R區(qū)設置足夠厚度的整圈間接外冷鐵，冷鐵厚度為該處熱節(jié)直徑的0.6～0.8倍時，R區(qū)的熱節(jié)圓內(nèi)移，同時不影響冒口的補縮通道。這些細節(jié)做到了，磨機端蓋整體鑄造質(zhì)量就穩(wěn)定了。

圖1 磨機端蓋

(3)中空軸端蓋鑄鋼件的加工，磨機端蓋基本全加工，軸徑位置粗加工后進行超聲波檢測探傷，無缺陷時再進行精加工及研磨，端蓋R圓弧角區(qū)加工圓滑進行磁粉探傷，大端蓋內(nèi)錐面把冒口加工平整便于裝配端襯板。加工完成后經(jīng)質(zhì)檢部門檢驗合格后方為合格品。

6 最后結論

經(jīng)過幾方面的改進和控制，更換過的磨機端蓋運行7年了沒再出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，后來我公司生產(chǎn)的φ2.7×7.0米、φ2.7×10米磨機使用都很好?？梢娊?jīng)過有效改進，效果良好。