ATOX-35立磨磨盤開裂的原因及處理措施
1 磨機(jī)技術(shù)參數(shù)
能力:160t/h;
磨機(jī)轉(zhuǎn)速:30.12r/min;
減速器:FLS型 TTVLA2660,i=32.7;
電動機(jī):SR電動機(jī) TIM DCK-D,功率1250kW轉(zhuǎn)速985r/min;
質(zhì)量:213.3t。
2 磨盤的化學(xué)成分及性能
磨盤材質(zhì)經(jīng)化學(xué)分析,確認(rèn)為球墨鑄鐵,其化學(xué)成分及硬度見表1。
3 磨盤的受力分析
磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),磨盤既要承受運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩M,又支撐著磨輥系統(tǒng)的重力W及3根拉伸桿的拉力3F,磨盤的受力情況見圖1。
3.1 磨盤傳遞的扭矩M
根據(jù)公式M=159N/n,已知N=1250kW,n=30.12r/min=0.502r/s,則M=395916N•m
3.2 磨輥對磨盤的壓力
單個磨輥對磨盤的壓力P由磨輥系統(tǒng)重力W/3和拉伸桿的拉力F組成。
磨輥系統(tǒng)的重力W由三角架、磨輥、拉伸桿、機(jī)頭、扭力桿、活塞桿等組成,總重力約為531750N。
拉伸桿的拉力F為液壓缸所產(chǎn)生的拉力:
F=π(13.592-6.752)×1250=546068N
其中:13.59為油缸半徑,cm;6.75為活塞桿半徑,cm;1250為油缸壓力,N/cm2。
故單個磨輥對磨盤的壓力:
P=W/3+F=723318N
4 磨盤裂紋現(xiàn)狀
首次發(fā)現(xiàn)磨盤裂紋后(見圖2),因?yàn)槟ケP材質(zhì)為球墨鑄鐵,其焊接性能差,且磨盤壁厚大,焊縫所需坡口深,有可能在施焊過程中因局部過熱產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致磨盤整體開裂。因此,采取在磨盤襯板平面和支承立面上裂紋的末端20mm處,各鉆Φ20mm的止裂孔來處理。
磨機(jī)投入正常生產(chǎn),運(yùn)行205.3h后,發(fā)現(xiàn)磨盤裂紋處斷面全部開裂,裂縫兩邊襯板上、下平面錯位0.8mm,上部裂紋間隙為δ2=2mm,下部裂紋間隙為δ1=1mm(見圖3)。
圖3 磨盤開裂情況
5 磨盤裂紋的原因分析
5.1 設(shè)計(jì)缺陷
在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中,磨盤不僅承受磨機(jī)所需的扭矩M和3個磨輥對磨盤的壓力3P,還承受磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的沖力負(fù)荷。
立磨工作時(shí),磨盤始終處于沖擊作用下,磨盤設(shè)計(jì)采用球墨鑄鐵,雖有良好的鑄造性能和較高強(qiáng)度,但由于鑄件中的石墨成球狀存在,其吸振性比灰口鑄鐵差,韌性比鋼差,抗沖擊作用的能力弱,且其斷面為T型單臂結(jié)構(gòu),承載能力和抗扭剛度不如箱型結(jié)構(gòu)好。磨盤材質(zhì)為球墨鑄鐵時(shí),其結(jié)構(gòu)采用箱型結(jié)構(gòu)比較合理,如采用T型單臂結(jié)構(gòu),其材質(zhì)宜選用鑄鋼。
5.2 疲勞破壞
磨機(jī)工作時(shí),隨著料層厚度、物料粒度和易磨性的變化,磨輥對磨盤的作用力P不斷變化,對磨盤的作用點(diǎn)在磨機(jī)轉(zhuǎn)動過程中隨時(shí)間作交替變化,磨盤截面上任一點(diǎn)處的應(yīng)力隨著時(shí)間周而復(fù)始的交替變化,從而產(chǎn)生交變應(yīng)力,雖然其應(yīng)力值遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度σb,但當(dāng)交變應(yīng)力的大小超過一定限度時(shí),首先在磨盤最薄弱的內(nèi)圓部分(由于其壁厚相對較薄)、最不利位置的晶粒所在的平面發(fā)生循環(huán)滑移,產(chǎn)生微小的、很細(xì)的疲勞裂紋,經(jīng)過應(yīng)力的多次交替變化后,兩表面的材料將時(shí)而壓緊、時(shí)而張開,由于材料的反復(fù)壓緊、張開,已形成的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展,隨著裂紋的不斷擴(kuò)展,有效截面不斷縮小,當(dāng)削弱到一定程度時(shí),在一個偶然的振動或壓力的沖擊作用下,使剩下的有效截面不能承受所加載荷,而導(dǎo)致磨盤斷面全部開裂。
5.3 工藝原因
磨機(jī)停機(jī)時(shí),磨內(nèi)噴水未及時(shí)關(guān)閉,造成磨盤內(nèi)積水,磨盤局部由高溫狀態(tài)突然冷卻到常溫。由于熱脹冷縮的作用,磨盤產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力,磨盤抵抗疲勞破壞的能力降低,在磨盤未產(chǎn)生微裂紋時(shí),前期的使用壽命大大縮短。
磨機(jī)料層厚度控制不當(dāng),石灰石粒度過大或金屬鐵塊進(jìn)入磨內(nèi),造成磨機(jī)振動加大,磨盤承受很大的沖擊負(fù)荷,過大的沖擊負(fù)荷會將很大的能量積蓄在磨盤內(nèi),在磨盤最薄弱的內(nèi)圓截面處將造成能量分配不均勻的現(xiàn)象。在磨盤微裂紋附近的小區(qū)域體積內(nèi)能量將高度集中,形成很高的應(yīng)力集中和應(yīng)變集中,在磨盤產(chǎn)生微裂紋后,裂紋加速擴(kuò)展,使磨盤后期的使用壽命縮短。
6 處理措施
6.1 磨盤焊接不能保證磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)
1)磨盤材質(zhì)為球墨鑄鐵,鑄鐵中的碳和硅含量較高,易產(chǎn)生氣孔,硅易產(chǎn)生二氧化硅,妨礙焊接過程的順利進(jìn)行。
2)碳和硅等石墨化元素易燒損及速冷,球墨鑄鐵中由于球化劑鎂的作用,焊縫接口處其白口化傾向增加,容易產(chǎn)生極脆的白口鐵組織,焊縫性能差。
3)鑄鐵塑性差,焊接時(shí)應(yīng)力較大,易產(chǎn)生裂縫。
4)磨盤只能現(xiàn)場施焊,且焊縫處壁厚大,不能全部焊透,其焊縫強(qiáng)度只能達(dá)到母體強(qiáng)度的15%~20%,無法承受磨機(jī)工作時(shí)的負(fù)荷。
6.2 加固措施
開裂的磨盤采用加固措施來維持生產(chǎn),磨盤加固后見圖4。
圖4 磨盤加固結(jié)構(gòu)
1.上抱箍;2.托板;3.下抱箍;4.蓋板;5.蓋板螺栓;6.斜鐵;7.內(nèi)筒;8.法蘭螺栓;9.夾板
1)用厚20mm的20g鍋爐鋼板分別制作寬度為150mm的上抱箍和120mm的下抱箍,每個抱箍分4塊制作,接口處開好坡口,預(yù)留5~6mm間隙,每塊之間用螺栓連接,分別套到磨盤上部Φ3865mm和中部Φ2690mm外圓處。
2)根據(jù)磨盤上部Φ1980mm和下部Φ2000mm的法蘭孔尺寸制作內(nèi)筒,內(nèi)筒上、下法蘭用厚30mm鋼板,中間筒體用厚20mm鋼板制作,筒體用12塊筋板加固,內(nèi)筒分3塊放入磨盤內(nèi)再拼焊成1個整體,內(nèi)筒上部法蘭與磨盤之間用24塊斜鐵調(diào)整。
3)蓋板厚度由20mm改為30mm,將磨盤蓋板、內(nèi)筒上法蘭與磨盤上Φ1980處的法蘭螺栓孔一起配鉆24-Φ24mm螺栓孔,用24根M24×240高強(qiáng)度螺栓緊固(8.8級)。
4)磨盤上部下平面裂紋處安裝50mm厚的夾板,利用擋料圈M16螺栓和加大的M27磨盤襯板螺栓各4根,將磨盤上部平面裂紋處夾緊,防止磨盤襯板平面在裂紋處上下錯位。
6.3 安裝技術(shù)要求
1)安裝前,先清洗磨盤抱箍處、下法蘭上的粉塵和鐵銹等,確保抱箍、內(nèi)筒下法蘭與磨盤接觸良好。
2)用氣割(6~8把)快速將抱箍加熱到150~200℃,邊加熱、邊敲打、邊緊固螺栓,待接口處間隙縮小到2mm時(shí),恒溫焊接抱箍接口。
3)12塊夾板利用擋料圈螺栓固定,上抱箍接口焊接完后,每塊夾板與上抱箍焊牢,將上抱箍的支耳、螺栓割除。
4)內(nèi)筒焊完后,冷態(tài)下先緊固下法蘭6根M42螺栓,力矩為2850N•m。
5)斜鐵打緊后,與內(nèi)筒上法蘭焊牢,然后緊固24根M24螺栓,力矩為600N•m。
6)磨盤加大的4根M27襯板螺栓緊固到力矩850N•m,4根M16擋料圈螺栓緊固到力矩170N•m。
7)開機(jī)8h后,停機(jī)檢查抱箍焊縫,重新緊固內(nèi)筒上、下法蘭螺栓,夾板襯板螺栓和擋料圈螺栓到規(guī)定力矩,此后每3d緊固1次,直到下次緊固時(shí)螺母不動為止。
8)磨盤加固時(shí),必須嚴(yán)格按圖紙施工,技術(shù)員必須全過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和現(xiàn)場指導(dǎo),每施工一步都必須得到技術(shù)員認(rèn)可后才能進(jìn)行下一步,直到加固工作全部結(jié)束。
7 結(jié)束語
磨盤突然開裂后,一些國內(nèi)知名機(jī)械廠均表示無法焊接修復(fù),因無新磨盤,5號窯被迫停產(chǎn),磨盤進(jìn)口時(shí)間至少需要6個月,費(fèi)用120多萬元,國產(chǎn)磨盤時(shí)間最快45d,費(fèi)用30多萬元,我們通過采取加固措施,磨機(jī)于2002年8月5日開機(jī),目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常,估計(jì)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)6個月以上,可待新磨盤到貨大修時(shí)再更換國產(chǎn)磨盤。新磨盤采用國產(chǎn)磨盤,牌號QT50-20,屬鑄態(tài)低合金、高強(qiáng)度、高韌性球墨鑄鐵。
該加固措施能節(jié)省磨盤進(jìn)口費(fèi)用90萬元,期間可減少停機(jī)55d,可多生產(chǎn)熟料11多萬t。
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