球磨机衬板的主要失效形式

导读:、衬板的几何形状和安装状态为了提高衬板使用寿命，降低材料消耗和生产成本，在符合水泥粉磨工艺要求的条件下，进行合理的结构设计和改进是十分必要的。

球磨机衬板的主要失效形式 球磨机磨料磨损很少是由一种磨损机制所引起，衬板在磨料磨损条件下工作时，其失效过程往往十分复杂，球磨机衬板失效形式常见有以下几种： 1、磨损失效 磨损失效是衬板的主要失效形式。

磨料磨损是一个复杂的系统过程，在磨料磨损工况条件下，因磨损导致材料去除的主要有塑变和断裂两种机制。

由塑性变形机制引起的材料去除过程：当磨料与材料相接触时，不仅对材料进行切削，还将材料推向两边，这使得材料受很大的逆性变形，同时在沟槽附近的材料也受较大的变形。

低硬度的磨料会使材料表面产生浅划痕，而高硬度的磨料则使材料表面形成切削沟。

划痕和切削沟中被切除的金属材料形成磨屑而流失。

多数情况下，沟槽中的金属材料发生塑变，堆积在划痕和切削沟的两侧，最后形成犁沟。

梨沟产生的塑变脊，当受到后来的物料作用时可能会把堆积起的材料重新压平，如此反复塑变会导致材料最终剥落形成磨屑。

由断裂机制引起材料去除过程：磨料在法向力作用下压入材料的表面，若压痕深度大于材料产生断裂的临界深度时，工件就会因断裂机制引起材料去除。

对于脆性断裂机理占支配地位，脆性材料的断裂，其外部条件取决于载荷大小，内部条件取决于材料的硬度及断裂韧性。

2、断裂失效 球磨机衬板受到研磨体及物料的冲击，特别是在大型球磨机上，衬板所受的冲击功作用较大，其断裂的危险性将增加。

以下原因也会造成衬板的断裂失效，在大型球磨机上如果采用抗磨白口铁制作为衬板，而该材料的韧性较低，衬板与筒体之间没有缓冲材料，会造成衬板的断裂失效。

其次，在铸造时材料内部存在缺陷，如缩孔、缩松、气孔等这也会造成材料的失效。

像高锰钢这类材料，在热处理后通常硬度偏低，虽然通过冲击可以提高其硬度，但实际热处理后的硬度不是过低就是过高，非常容易造成断裂。

因此在选用衬板材料，除了其本身应具有的韧性外，还必须消除衬板内部存在各种缺陷。

3、凸起变形 衬板在使用过程中，磨球与物料的冲击摩擦使得衬板表面产生热量，且工作面到内表面也有一定的温差，还有生产时有时熟料的温度可高达100摄氏度以上，更加增大了衬板的温差，这会导致衬板内外膨胀量不同而产生应力，尤其高锰钢的热变形比普通钢更为严重。

如果应力大于材料的屈服程度，衬板会向球磨机中间凸起并释放应力。

衬板的工作表面比内表面膨胀效应大，最终造成弯曲变形，即凸起变形。

还有高锰钢衬板在小型球磨机使用时，由于加工硬化不足也会导致变形严重，拆卸不易，甚至拉断衬板的坚固螺栓，从而造成严重事故。

4、腐蚀 在湿磨情况下，材料与有一定酸碱度的物料接触，必然会产生腐蚀。

腐蚀和磨损交互作用，会加速材料的流失。

在湿式矿山衬板中，常见的腐蚀形式有小孔腐蚀、缝隙腐蚀及应变差异电池腐蚀等。

一般在湿磨情况下，钢的40%~90%的消耗量是由腐蚀引起的。

磨损与腐蚀的交互作用，使材料表面力学性能弱化，加速材料的腐蚀磨损。

而对于钢铁材料在腐蚀的工况条件下的耐磨性研究目前还没有很明确的结论，一般都采用腐料磨损试验来衡量材料耐磨性的好坏。

但在实际应用过程中腐蚀的影响是不可忽视的。

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影响球磨机衬板失效的因素

影响球磨机衬板失效的因素 影响球磨机失效的因素有很多，下面仅分析几点主要因素： 第一，衬板与磨球的匹配：球磨机衬板与磨球都是球磨机的易损件。

球磨机工作时衬板受到磨球和物料的抛落冲击而磨损，还受到磨球的滑动磨损，磨球则受到衬板反作用的磨损、物料的磨损和磨球之间的磨损，它们之间相互作用又相互影响。

在实践中，我们发现材料的硬度与耐磨性有关，耐磨性随着硬度的提高而提高，磨球和衬板是一对摩擦副，一方的硬度提高会导致另一方磨损 加快。

因此，正确选择衬板与磨球的配合，可以使磨球耐磨同时又对衬板的磨损最少，这样会减少衬板及磨球的磨损量，也节约了生产成本。

按经验，磨球硬度比衬板高2-4HRC为宜。

研究表明，高硬度磨球材质与高硬度衬板材质配副时，其系统耐磨性最佳；而低硬茺磨球材质与低硬度衬板材质配副时，其系统耐磨性最差。

第二，衬板材质或质量不符合要求：若衬板材质选用高锰钢，热处理后硬度通常偏低，在HRC15-18左右，又由于高锰钢衬板在运行中的加工硬化不足，表面硬度不高，易发生塑变，所以不是理想的衬板材料。

因此，根据物料的物理性能、结构，以及它们在研磨过程中对材料的磨损特点，来选择不同性能的材料，使其物尽其用。

特别是高锰钢的屈服强度较低，加上运行中温度的影响（包括环境温度及摩擦过程使衬板升温）使之进一步下降。

因此在运行中受磨球、物料的撞击、研磨下极易发生塑性变形。

在生产质量过程主要控制几个方面：采用符合技术要求的原材料；铁合金直接从生产厂家采购，使用前要进行化学分析；微合金变质处理技术中，科学使用提高淬透民生元素B，并对使用的微合金（包括脱氧剂等）使用前要进行烘烤；钢水要充分洁净防止二次氧化；正确制定及认真执行热处理工艺，最终达到挖掘材料性能潜力的目的。

第三，设计及安装的不合理：为了提高衬板使用寿命，降低材料的消耗。

在符合粉磨工艺要求的条件下，进行合理的结构设计是十分重要的。

如固定球磨机衬板的螺栓孔为方形，就会造成该处应力集中，易发生断裂。

调整衬板尺寸，控制衬板间隙在8mm左右；衬板的安装质量对球磨机的安全运行至关重要，应首先将固定楔对称把紧后，将衬板依次放入，最后用拧紧楔把牢；还有由于时间等各方面的原因，会使拧紧楔与筒体间隙太大与衬板吻合不好，造成衬板不平整，筒壁变形，衬板与筒壁不吻合，容易造成衬板断裂。

因此要我们减少这些不利因素，合理选定磨球与衬板之间硬度的匹配；合理选择磨球的大小；对新更换衬板的球磨机，按照其特性，先使用硬度稍低的磨球运行1~2个月，等衬板的硬度和韧性有一定的提高后，再使用硬度稍高点的磨球，这样可以提高衬板的使用寿命；针对不同部位应该选择不同材质的衬板，以充分发挥材料性能；还有在衬板安装调试后，应对固定衬板的螺栓再复紧，以保证固定螺栓具有一定的预紧力，以防运行中螺栓松动。

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球磨机筒体衬板的工况条件分析

球磨机筒体衬板的工况条件分析 多年来，材料工作者设计了多种耐磨、抗磨材料，但直到今日实际应用在球磨机衬板上的仍以钢铁材料为主。

目前我国用以生产衬板的材料参差不齐，不同行业由于工况条件的不同，对耐磨材料的性能、质量要求有很大不同，但其结构特点和磨损原理存在着较大的相似之处。

所以我们针对水泥行业的特点，认真分析了筒体衬板的工作环境及磨损失效原因，就生产和应用的三种金属材料衬板的应用结果、特点及经济效果进行了分析总结。

1、球磨机筒体衬板工况条件分析 、筒体衬板受力分析 球磨机筒体衬板的主要作用是利用衬板表面及其凸峰带起磨球，对物料进行粉碎和研磨。

衬板的主要失效形式是小能量多次冲击下的磨料磨损。

研磨体群和物料在运动中，大直径的磨球主要分布在外圈，瀑落时大部分砸在物料床底部，有小部分砸在衬板上，由于物料的缓冲作用和物料与研磨体在工作中相互撞击，打乱了研磨体的运行轨迹，使得落击点偏离，高度降低，因此可以减缓研磨体对衬板的一次冲击。

所以说，一般情况下，磨球和物料下落并不直接冲击到筒体的衬板上，而是冲击到磨球和物料层上。

研磨体对衬板冲击造成衬板断裂的主要作用力，是衬板表面与砸到磨体接触点切向的垂直分力，这个力的大小受衬板形状，研磨体运动状态、速度和方向等诸多因素影响，也使之很大程度上削弱了直接作用的强度，使衬板受冲击程度减弱。

、衬板的几何形状和安装状态 为了提高衬板使用寿命，降低材料消耗和生产成本，在符合水泥粉磨工艺要求的条件下，进行合理的结构设计和改进是十分必要的。

国内一些水泥公司引进的大型磨机所使用的衬板块度小、板厚大、无螺栓安装，给衬板应用高硬充材料奠定了良好的基础，尽管它在某种程度上减小了磨机运行过程中的有效空间，使磨机能量损失加大，但使衬板寿命的大幅度提高成为可能。

目前我国的球磨机衬板仍较多延用着高锰钢衬板的设计基础。

从几何结构上看通常是薄而大，并且在螺栓安装孔部位有明显的应力集中。

在采取高型高耐磨性钢铁材料时必须考虑到这一点，注意进行必要的结构改进，才能保证新型耐磨材料稳定应用，发挥其特有的优势。

另外安装质量对高硬度材料的可靠服役同样起着极其重要的作用。

安装时进行良好的衬垫，做到衬板不悬空、不松动，并能得到一定的衬垫缓冲作用，能有效保证衬板的良好耐磨性得到很好的发挥。

2、传统衬板材料存在的主要问题 直至目前国内水泥行业球磨机衬板的材料仍多使用传统的耐磨材料—高锰钢，存在着以下问题： （1）断裂失效：球磨机衬板因受到研磨体和物料的较大冲击，特别是目前水泥磨向着高效节能的大型化发展形势下，衬板的受冲击功作用增大，断裂的危险性增加。

尽管高锰钢韧性很好，但目前供货质量不能很好保证，例如出现含碳量过高，锰碳比不当，水韧处理存在问题时都会发生断裂失效。

（2）凸起变形：高锰钢衬板在工作中受到研磨体和物料的不断冲击产生相变使体积增大，同时还由于冲击来塑性材料的延展，造成衬板厚度尺寸降低，周向尺寸加大的塑性变形，而衬板的周向尺寸受球磨机外形尺寸的限制，没有多少伸缩空间导致衬板凸起，引起坚固螺栓的拉断，甚至造成部分衬板脱落等严重后果。

这种现象在较大型球磨机上时有发生，在小型球磨机上也有发生； （3）磨损失效：磨料磨损是球磨机衬板失效的主要形式之一，即便在大磨一仓工作的衬板承受的应力较大，表面容易产生加工硬化，但这种硬化层很薄，在磨料的反复作用下，被挤压变形隆起的金属及受大块磨料棱角冲击的硬化层容易开裂而剥落。

经研究发现更多条件下的衬板表面实现加工硬化的程度有限，就更加速了研磨体，物料与衬板的干摩擦磨损，并伴随有凿削和犁铧现象发生。

实际应用试验，如使用钢球直径已达到φ127mm的φ×的大型球磨机筒体衬板磨损后的硬度也仅能达到HRC 34，远远低于设备中高锰钢易损件所能达到的硬度，也就是说，在该条件下高锰钢不是一种好的耐磨材料。

经过对衬板工作状况和高锰钢，衬板的失效分析，我们认为针以地水泥球磨机的工作条件，选择具有较好综合机械性能的高硬度、高耐磨性材料，生产该条件下应用的衬板才是安全有效并经济合理的。

3、球磨机衬板材料的选择 、选材条件 水泥生产用的球磨机多为长径比L/D>的管磨机。

磨机有粗磨仓和细磨仓（有些为三仓），粗磨仓主要起破碎作用，细磨仓主要起研磨作用。

粗磨仓的筒体衬板以阶梯衬板和波型衬板为主，一些高型高效节能球磨机的衬板也未脱离它们的基本形式。

细磨仓则以花纹衬板、小波纹衬板、平衬等形式为主。

粗磨仓和细磨仓的作用不同，所装载的研磨体的球径不同，形成的对衬板的冲击也有很大不同。

同等球磨机直径，粗磨仓的研磨体直径大，物料块度也大，对衬板的冲击大，磨损的速度高；细磨仓的情况则好的多。

选择衬板材料时必须根据不同条件确定不同的材质。

、选择衬板材料应考虑的主要问题 （1）相对耐磨性或使用寿命更高； （2）有适当的强韧性，保证衬板在服役过程中的安全可靠是尤为重要的； （3）除了要考虑衬板本身的生产费用外，还要考虑安装费，更换衬板的停机费，劳务费，辅助材料的消耗及生产率等多方面内容。

、材料的选择 我国经济的高速增长增加了耐磨件的消耗进而刺激并拉动耐磨材料产生的发展。

已经产业化的40~50个典型牌号的耐磨钢铁材料生产工艺，力学性能和工业应用效果各有不同，目前已形成了多品种小批量的工艺特点。

我们经过多年耐磨材料的生产及研究工作，如在河北太行水泥股份有限公司，沧州狮子建材有限责任公司和北京太行前景水泥有限公司等十几家较大型水泥公司应用结果证明，在φ≤球磨机的粗磨仓上应用多元合金化的高铬铸铁安全稳定，且具有极好的耐磨性，收到良好的综合经济效果；在φ3~5m球磨机的粗磨仓上应用中碳低合金铬锰钢具有很好的耐磨效果和更好的经济效益。

对于细磨仓一般可选用多种形式的耐磨钢铁材料，同样，应用我们研制并生产的中碳低合金铬锰钢收到很好效果。

4、高耐磨性衬板的应用 、多元合金化的高铬铸铁衬板应用 我们生产的多元合金化高铬铸铁衬板在水泥磨粗磨仓上应用寿命均达到了2年以上，一般为3年，最好水平达到了42个月。

比原来应用的高锰钢衬板平均寿命提高了倍以上，保证了水泥生产的顺利进行，并大大降低了生产的综合成本。

、中碳低合金铬锰钢衬板的生产及应用 我们生产的多元合金化高铬铸铁衬板在水泥磨粗磨仓上应用寿命均达到了2年以上，一般为3年，最好水平达到了42个月。

比原来应用的高锰钢衬板平均寿命提高了倍以上，保证了水泥生产的顺利进行，并大大降低了生产的综合成本。

、中碳低合金铬锰钢衬板的生产及应用 我们生产的隔仓板、出料篦板等衬板先后在河北太行水泥股份有限公司的φ3m×11m、φ×11m的水泥磨上应用，取得了良好的应用效果。

该公司原用高锰钢衬板，使用寿命为半年左右，且经济因衬板变形造成拆卸困难，无法满足正常生产要求。

自开始使用中碳低合金铸钢后平均使用寿命为一年半，最好水平达到两年，寿命提高了两倍以上，大大减少了停机检修次数，降低了生产的综合成本。

在沧州铁狮子建材有限公司的φ×13m水泥磨机上应用的筒体衬板，使用寿命为两年半，比原来应用的高锰钢衬板的一年寿命，提高了倍。

5、结论 （1）水泥用球磨机衬板直接受到较大冲击功作用的机率较小；高锰钢衬板不能很好发挥加工硬化作用，使用寿命较低。

（2）选材时注意不同直径球磨机所承受的冲击功和磨损条件的不同而区别对待。

（3）直径≤φ3m球磨机的粗磨仓上应用多元高铬铸铁安全可靠，寿命提高倍以上。

（4）在φ3~5m球磨机上应用中碳低合金耐磨钢具有很好的应用效果，使用寿命提高倍以上。

相关设备：节能球磨机、塔磨机、陶瓷球磨机。

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