延長干式球磨機外篩網使用壽命的方法

李志剛

（攀鋼工程技術有限公司修建分公司，四川攀枝花 617000）

1 干式球磨機外篩網基本結構及原理

干式球磨機外篩網固定部分的鼠籠結構由均勻分布的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成，扁鋼和圓鋼點焊連接，扁鋼上有Φ6 mm 的裝配孔，外篩網通過M5 的螺栓和扁鋼連接，外篩網處于整個鼠籠結構內側，鼠籠結構通過法蘭和球磨筒體連接（圖1）。

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

2 失效形式

外篩網故障的主要表現形式為篩網破損，隨機抽取一張更換下來的外篩網，其間共有15 處較大的破損點（表1）。篩網破損位置主要集中在鼠籠機構與篩網的接觸點上，具體是在鼠籠機構的圓鋼和遠離球磨筒體的外部扁鋼與外篩網的接觸點上，這兩個區域篩網破損點比例占80%，篩網表面呈現較為明顯的應力集中現象。

圖1 干式球磨機外篩網結構

3 外篩網受力分析

3.1 圓鋼部位外篩網受力分析

假定相鄰兩個圓鋼之間的篩網為剛性線體，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就構成了最簡單的簡支梁結構。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 根篩網絲，q≈1.6 kN/m，q 為測量經驗數值）。通過圓鋼和篩網受力分析（圖2）得出：σmax=σA=σB≈130.6 MPa，其中，σmax是最大正應力；σA是A 點處應力；σB是B點處應力。

表1 外篩網破損位置統計

篩網材料為0Cr18Ni9，80 ℃下該材料的許用應力［σ］=137 MPa，σmax已經接近材料的許用應力［σ］，在持續沖擊載荷下，篩網很容易出現疲勞損壞，這是圓鋼處篩網在使用不久后發生破損的直接原因。

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 為測量經驗數值），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是最大正應力；σ6是第6 根扁鋼點處應力；［σ］是最大許用應力。

可以看出，最后一根扁鋼處篩網的應力已經超過篩網材料的最大許用應力，因為扁鋼所受到應力隨著靠近筒體內部的趨勢呈線性增加，因此表現出越靠近內部的扁鋼處篩網破損越嚴重。

圖2 徑向截面扁鋼受力情況

4 應對措施

4.1 圓鋼部位改進方法

由于篩網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，假設物料被提升后的重力勢能全部轉為對篩網的沖擊功，篩網所受沖擊功可表示為：

式中 U——篩網單位截面上所受的沖擊功

K——集中載荷系數，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

H——物料最大降落高度

G——物料顆粒平均重量

F——圓鋼與篩網接觸面積

α——物料顆粒的拋落角

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

加大外篩網受到物料沖擊后的平均位移，可以減小篩網受到的平均沖擊力。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的接觸面積；UA是未處理前A 點處圓鋼與篩網的接觸面積。

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的位移與未套膠管前的關系：ΔS1≈2.8ΔSA。其中，ΔS1是套膠管后圓鋼上單位截面篩網的平均位移；ΔS1是未處理圓鋼單位截面篩網的平均位移。計算得出：T1≈0.24TA。其中，T1是套膠管后圓鋼單位截面外篩網受到的平均沖擊力；TA是未處理前圓鋼單位截面外篩網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上形成的最大應力。

圓鋼外部套膠管后，篩網的應力已大大降低，遠低于篩網材料的最大許用應力［σ］，理論分析結果表明改造應該有很好的效果。

4.2 扁鋼部位改進方法

為了避免扁鋼部位應力集中，在外篩網與扁鋼邊緣接觸部位采取倒角處理，倒角角度β=45～60°。扁鋼經過倒角處理后，應力最大點A 和B 所受的剪切力T1和T2被轉移為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所受到的剪切力；Tb如倒角后扁鋼處篩網所受到的剪切力。因此得出：σ6改≈0.5σ6=82.4 MPa＜［σ］。其中，σ6是未倒角前第6根扁鋼處篩網受到的最大應力；σ6改是倒角后第6 根扁鋼處篩網所受到的剪切力。倒角后扁鋼處篩網最大應力已低于篩網材料的許用應力［σ］，理論分析結果表明改造可行。

5 實施效果

經過對外篩網鼠籠處的圓鋼和扁鋼結構的改造，氧化釩作業區單臺球磨外篩網更換次數由以前的平均每臺5 d 更換1 次，降低到每臺每月1～2次，外篩網平均使用壽命得到了很大提高。

表2 改造后外篩網破損位置統計

改造后再次隨機抽取一張更換下來的外篩網，其間共有12 處破損點，可以看出外篩網破損點隨機分布（表2）。通過改進，基本消除了篩網的表面應力集中現象，達到了提高篩網使用壽命的目的。