Φ3.6×4 m 球磨機進料端蓋法蘭螺栓斷裂分析

王宏亮，梁冰利

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司礦冶分公司，陜西渭南 714102）

0 引言

金鉬股份礦冶分公司百花嶺選礦廠磨浮車間現(xiàn)有9 臺Φ3.6×4 m 濕式格子型球磨機。磨礦作業(yè)中，球磨機是磨礦作業(yè)的主要設備，將一定比例鋼球與沖洗水加入球磨機筒體內，通過鋼球與礦石的相互作用研磨。由于是濕式磨礦作業(yè)，密封性對于球磨機能否正常運轉，作用很大。車間5#、8#球磨機在運行過程中，進料端蓋與筒體法蘭連接螺栓發(fā)生過斷裂現(xiàn)象，導致端蓋法蘭處漏礦，影響正常運轉。

1 Φ3.6×4 m 濕式格子型球磨機組成及工作原理

Φ3.6×4 m 濕式格子型球磨機由筒體、進料及出料端蓋、大小齒輪及同步電機等組成。其工作原理為：球磨機運轉時，同步電機帶動大、小齒輪傳動，筒體內部的鋼球通過旋轉，反復揚高、拋落，對礦石進行沖擊、擠壓，使其充分研磨。

2 螺栓斷裂情況分析

進料端蓋與筒體用33 根M42×200 螺栓連接，固定在筒體法蘭上。運轉中螺栓受力情況復雜，曾多次發(fā)生斷裂脫落，且在端蓋法蘭上分布不均勻，斷裂處多位于六角螺栓的六角頭根部，均為受拉斷裂，如圖1 所示。根據(jù)斷面結構可以看出，螺栓存在疲勞缺陷現(xiàn)象，積累到一定程度后發(fā)生斷裂。由于端蓋的旋轉慣性，部分螺栓隨之發(fā)生斷裂。

圖1 六角螺栓頭根部斷裂

3 螺栓斷裂原因分析

3.1 螺栓受力情況

球磨機連續(xù)運轉過程中，由于受沖擊載荷影響，端蓋法蘭螺栓會出現(xiàn)不同程度的松動。另外，前期更換斷裂螺栓，因各螺栓緊固程度不一致，使得筒體與端蓋法蘭之間出現(xiàn)間隙。礦石進入法蘭間隙，造成進料端蓋法蘭結合面之間間隙逐步增大且不均勻。2 臺球磨機大修后已運行6 年，螺栓內部逐漸出現(xiàn)疲勞裂紋，累積到一定程度后，連接螺栓會在較薄弱部位發(fā)生斷裂。單個螺栓斷裂，使得相鄰連接螺栓的負荷相應加大，其余螺栓發(fā)生連鎖斷裂。球磨機運轉中，端蓋法蘭連接螺栓承受拉應力，當連接螺栓受力大于極限值后，斷裂最可能出現(xiàn)在螺栓最薄弱處，即螺栓六角頭根部，此處應力集中，現(xiàn)場情況已印證。

3.2 螺栓材料

根據(jù)圖紙安裝要求，螺栓材料為Q235。普通低碳鋼的抗拉強度和屈服強度較低，隨著處理礦增加，螺栓所受拉應力也增大，因而容易斷裂。螺栓的標準性能顯示，隨著等級增加，螺栓的抗拉強度與屈服強度都會有所增加（表1）。

表1 螺栓性能參照

3.3 筒體與端蓋密封的鉛油失效

球磨機端蓋與筒體裝配時，一般會在結合面均勻涂抹鉛油作為密封劑。球磨機大修使用已有6 年時間，鉛油失效，密封嚴重不良。

4 采取措施

由于法蘭連接斷面已嵌入少許礦石細粒，更換安裝新的螺栓不能保證連接強度。經(jīng)過分析研究，決定在進料端蓋法蘭連接處焊接專用固定卡子。具體方案如下：

（1）實施過程。設計加工卡子，如圖2 所示。拆除斷裂螺絲，打磨端蓋法蘭的連接面。端蓋法蘭一周焊接δ=30 mm 的卡子（每兩個螺栓之間焊一塊），兩側打坡口焊接。

圖2 設計的專用固定卡子

（2）材料選擇。卡子選用常用材料Q235 鋼板制作。

（3）質量要求。在焊接過程中，工藝要求較為重要。若焊接工藝不合理將造成應力集中，使得端蓋受到載荷時開焊脫落?？紤]到熱變形和熱應力，焊接速度不宜過快，焊渣及時清理干凈，最后一道焊完后留渣，焊縫平整光滑，不能有缺焊。預留相同的間隙焊接，保證預緊力一致，確保法蘭貼合緊密，受力均勻。改造效果如圖3 所示。

圖3 改造效果

5 結論

通過對球磨機端蓋連接法蘭螺栓斷裂分析與對策研究，日常維護中，適時測量球磨機端蓋法蘭厚度，掌握螺栓受力變化情況，發(fā)現(xiàn)尺寸變化異常及時更換。使用專用固定卡子，改變端蓋法蘭連接方式，增加連接強度。進料端蓋與筒體法蘭采用專用固定卡子焊接后，運行兩年來一直未出現(xiàn)法蘭螺栓斷裂，減少了停機時間，降低球磨機故障率，減輕檢修工的勞動強度，確保了主作業(yè)線關鍵設備長期穩(wěn)定運行。