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球磨机易损件失效原因分析及防护对策
湿式球磨机易损件失效原因分析:
      湿磨工况下,切削犁沟和腐蚀坑是衬板磨损失效的主要形式。球磨机内磨球有钢球和铁球,磨损、破裂和失圆是磨球失效的主要形式,磨球破裂和失圆不允许发生,但又难以避免,磨球失效降低磨矿效率,同时加速自身的磨损速率。而且大格子板破碎导致球磨吐球,螺杆松动、螺母掉落使人孔盖和后端盖漏沙严重,螺杆磨损打断则使衬板掉落,传动小齿轮的齿被肯坏变形或小齿进沙使设备震荡磨损严重。
 
     湿式球磨机易损件的失效主要是磨损、冲击和腐蚀三种因素的综合作用所致。湿式磨机衬板在磨机运转时一方面受到矿石、磨球的强烈摩擦、冲击与磨剥等作用,另一方面受到酸性或碱性矿浆的冲刷及腐蚀作用,使衬板在冲击磨损、磨料磨损、剪切磨损、疲劳磨损和化学腐蚀等磨损形式与腐蚀作用的交互影响下严重失效。总的来说,衬板磨损失效与衬板位置、磨机型号(干式、湿式)和大小等因素密切相关。衬板主要的磨损失效机制有:(1)宏观的表面疲劳磨损失效;(2)宏观的冲击形变磨损失效;(3)微观的冲击疲劳磨损失效;(4)犁削磨损失效;(5)腐蚀磨损失效。
 
     据调查,大冶铜绿山矿铜铁矿场,球磨工段采用加水湿式球磨,主要选出矿为铜和铁,工况非常复杂,选矿机械处于弱酸性铜铁伴生矿矿浆中的腐蚀磨损严重。破碎壁和扎臼壁是球磨机筒体中的两块衬板,衬板受磨料磨损、磨球冲击和矿浆腐蚀的综合作用腐蚀损坏严重,经常需要更换。研磨体磨球随着球磨机运转时间的延长,会出现磨损、破裂和失圆现象,需要定期清理,挑出破裂和失圆球。球磨机需将矿石研磨至矿石粒度200目达到60%-70%以上才可进入下一工段。筒体衬板、大格子板、磨球和螺杆是最易损坏更换的部件。
 
     球磨机磨矿作业产生大量热量使矿浆升温,伴生矿浆组成复杂,含有铜离子、铁离子和硫酸根离子(强酸根离子)等,使磨机筒体内形成了特殊的热酸性服役环境,并且矿山选矿用水矿化度及离子浓度高,这些因素共同导致了矿浆对磨矿设备的腐蚀;再加之力学因素的影响,腐蚀性离子对设备腐蚀损耗的破坏性大大增强;同时,矿石在磨矿过程中不断解离,大量新的腐蚀性物质从矿石中直接溶解或与环境发生化学反应形成离子状态进入水中,增强设备的腐蚀磨损作用。该矿山主要开采氧化矿和原生矿,其中以原生矿(也叫硫化矿)的腐蚀性较强,硫化矿中的硫溶入矿浆中形成H2SO4,铜矿石中夹杂的Cu2S或CuS也可形成一些酸性介质,加剧磨球、磨球等易损件的腐蚀磨损损坏。
 
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图1 湿式球磨机正面(左)、侧面(右)外观形貌(1969年1月--至今)
 
      图1为大冶铜绿山矿磨浮工段Φ3600×2700型湿式球磨机,自1969年1月投产使用至今。由于是加水湿式磨矿,球磨机设备所处环境地面积水,空气潮湿,且磨料湿润,尤其是雨季期间,矿浆呈流体状存在于筒体中,所以磨矿过程中,磨球受液体矿浆阻碍冲击力相对减小,由磨球下落冲击力造成的筒体衬板冲击磨损也相应减轻。而磨矿作业产生大量热量使矿浆升温,加之明显湿润的磨矿环境,使得原本含Cu2+、Fe3+、SO42-等复杂性离子的金属矿浆易于水解形成热酸性服役环境,这种特殊的服役环境使球磨机设备易损件腐蚀磨损严重。
 
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图2 球磨机进料口(左)、出料口(右)腐蚀宏观形貌
 
      球磨机外壁的腐蚀也较严重,尤其是下部靠近磨机支架相对潮湿部位。球磨机外壁上的螺栓与螺母间,螺栓与球磨机外壁间,螺钉与筒体端部法兰间,以及设备内壁与金属矿浆间的电偶腐蚀使磨机易损零部件自身腐蚀损坏严重,地面上的磨机支架局部腐蚀痕迹明显,但外部腐蚀仅是潮湿的室内环境的加速作用,远不及球磨机内部衬板及磨球等处于湿磨矿浆环境中的易损件的腐蚀磨损严重。通过现场对停工状态球磨机内部筒体衬板和磨球的腐蚀形貌观察,发现:筒体衬板表面有沿轴向的磨损凹槽,整个工作面平整且平滑,无严重的腐蚀痕迹和开裂现象,属于均匀腐蚀磨损形貌。出料口部位衬板磨损较进料口区域严重,同时受到矿浆的腐蚀与磨损交互存在加速衬板破坏速度。而磨球下落的冲击力因铜矿浆液体介质的阻碍而减小,在湿磨腐蚀和冲击磨损的交互作用下,磨球的冲击作用对磨机破碎壁衬板损坏的影响较小,但小冲击磨料磨损和弱酸性铜铁混合矿浆腐蚀介质的综合作用对磨球自身腐蚀损坏的影响较为严重,出现磨球少数破裂、失圆,多数磨损的情况。

防护对策:
 
①磨球种类繁多,性质各异,磨球选材时应根据磨矿条件,科学计算磨球尺寸和投放比例,并选择高质量稳定性好的磨球。目前磨球材料向低合金化方向发展,如选择低铬铸铁磨球就是一种比较适合的磨球。
 
②根据我国国情研制高性能、长寿命、高性价比的新型球磨机衬板, 取代传统的高锰钢和高铬铸铁衬板, 衬板材料向低合金钢方向发展。衬板选材应结合具体磨矿条件,要注意衬板硬度与与磨球硬度的匹配,合理选用冶炼、锻轧和热处理工艺好的高效新钢种,以提高球磨机衬板寿命,降低生产成本。
 
③对于筒体内磨球,定期清理,挑出破裂和失圆球,然后按要求把各种尺寸的球按比例置入,以得到最佳的研磨效率。
 
④向球磨机中充氮可以使高碳低合金钢磨球损耗量降低25%,采用电化学方法降低球磨机衬板腐蚀损失。 

⑤采用能使磨球迅速钝化的材料制作,尽可能降低设备腐蚀损坏的电化学反应活性。高铬铸铁磨球抗腐蚀和抗磨损性能良好,且钝化速度较快,适宜使用。