中卸生料磨和煤磨篦板斷裂分析及探討

中卸烘干生料磨和風(fēng)掃煤磨常見故障之一是隔倉(cāng)篦板斷裂。從使用情況看，斷裂一般多發(fā)生在烘干倉(cāng)雙層隔倉(cāng)篦板上。對(duì)篦板的要求除了要有一定的表面硬度、耐磨性與沖擊韌性外，還應(yīng)考慮篦板的周向分瓣、徑向分段、篦縫形式及開孔率對(duì)其工況條件的適應(yīng)性，否則，難以取得預(yù)期的效果。篦板斷裂情況及原因各廠雖不盡相同，但共性還是存在的。現(xiàn)以某廠Φ3.5m×10m中卸烘干生料磨和Φ2.4m×4.5m+2m風(fēng)掃煤磨為例，通過(guò)分析這2種磨使用中合金鋼篦板和高錳鋼篦板的情況，結(jié)合磨機(jī)工況條件，探討篦板斷裂原因以期得出適合磨機(jī)工況條件的篦板材質(zhì)。 

1　中合金鋼篦板的使用
　　
1.1　Φ3.5m×10m中卸烘干生料磨的使用情況
　　
該磨1998年初投產(chǎn)。粗磨倉(cāng)和細(xì)磨倉(cāng)原設(shè)計(jì)是中合金鋼篦板和襯板，硬度≥HRC50，粗磨倉(cāng)配用高鉻鑄球，硬度約HRC60，裝載量41t，細(xì)磨倉(cāng)裝球量39t，兩倉(cāng)的填充率均為27%。中卸倉(cāng)由細(xì)磨倉(cāng)和粗磨倉(cāng)的出料篦板架組成，兩篦板架之間有3圈共60根無(wú)縫鋼管支撐，篦板架在安裝后均焊為整體，粗、細(xì)磨倉(cāng)的出料篦板就安裝在相應(yīng)的篦板架上。篦板架材質(zhì)均為Q235，中卸倉(cāng)沿磨體軸向?qū)挾?50mm。
　　
由于中卸倉(cāng)篦板架安裝面平整，鋼管支點(diǎn)分布合理，篦板架整體剛度足夠，而且在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中粗、細(xì)磨倉(cāng)的料、球?qū)靼寮艿膭?dòng)態(tài)擠壓力大部分相互抵消，篦板變形極小。因此，粗磨倉(cāng)靠中卸倉(cāng)一側(cè)的出料篦板從投產(chǎn)至2002年12月止(實(shí)際開機(jī)21777h)，篦板無(wú)明顯變形，無(wú)篦縫變窄和斷裂現(xiàn)象。篦板原厚度約60mm，磨損最嚴(yán)重處是沿磨機(jī)筒體中心R1000mm的圓周附近，測(cè)篦板剩余厚度23mm左右，仍可正常使用。說(shuō)明在篦板架良好的情況下，中合金鋼篦板的沖擊韌性與耐磨性適應(yīng)此工況。
　　
但粗磨倉(cāng)另一側(cè)隔倉(cāng)篦板即烘干倉(cāng)隔倉(cāng)篦板經(jīng)常斷裂，至1999年中期，投產(chǎn)1年半時(shí)間，實(shí)際開機(jī)5000多h，就換了3套中合金鋼篦板(每套3圈共72塊)。從篦板斷口觀察，材料組織均勻，結(jié)晶致密，色澤均勻，未發(fā)現(xiàn)表觀鑄造及熱處理缺陷。經(jīng)分析，認(rèn)為篦板架剛度差導(dǎo)致篦板受力過(guò)大，是篦板斷裂的主要原因。烘干倉(cāng)篦板架是單側(cè)受力，其寬度僅有250mm，而為滿足進(jìn)料需要及裝焊方便，又開有若干個(gè)較大的進(jìn)料孔，這在一定程度上降低了篦板架的剛度。在安裝時(shí)又未將篦板架焊成整體，造成支撐剛度嚴(yán)重不足，使篦板頻繁斷裂。1999年下半年將篦板架焊成整體后，情況曾有明顯好轉(zhuǎn)。但由于篦板架已嚴(yán)重變形，焊接質(zhì)量也較差(單面單邊坡口焊)，磨機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，篦板斷裂故障又重新出現(xiàn)。

1.2　煤磨篦板的使用情況
　　
煤磨粗磨倉(cāng)長(zhǎng)約1.6m，研磨體是高鉻球，裝載量8.3t，細(xì)磨倉(cāng)長(zhǎng)約2.9m，研磨體裝載量12.5t。
　　
烘干倉(cāng)雙層隔倉(cāng)篦板架材質(zhì)為Q235，篦軸向?qū)挾?20mm，板是中合金鑄鋼，硬度HRC50左右，1998年初投產(chǎn)不久，即出現(xiàn)篦板經(jīng)常斷裂、鋼球竄倉(cāng)砸壞揚(yáng)料板等故障，幾乎每月停修一次。經(jīng)分析，是建設(shè)期安裝篦板架時(shí)未按要求組焊成整體，剛度不足，導(dǎo)致篦板在料球擠壓下發(fā)生斷裂。
　　
粗磨倉(cāng)另一側(cè)為單層隔倉(cāng)篦板，材質(zhì)相同，極少出現(xiàn)類似故障。分析認(rèn)為，是由于單層隔倉(cāng)板兩側(cè)的料球擠壓力大部分相抵消，隔倉(cāng)篦板變形小，因而極少發(fā)生斷裂故障。
　　
1999年5月更換烘干倉(cāng)篦板時(shí)，僅將雙層隔倉(cāng)篦板架焊為一體，在篦板與篦板之間加鐵片楔緊點(diǎn)焊防止松動(dòng)。該篦板，仍雖然是單面受力，但由于磨機(jī)直徑小，篦板架的抗彎剛度相對(duì)較大，故經(jīng)此處理后在3年多生產(chǎn)期間，實(shí)際開機(jī)14742h，篦板未再斷裂過(guò)。

1.3　溫差應(yīng)力的影響
　　
生料磨入磨風(fēng)溫工藝設(shè)定是250～350℃，煤磨是150～250℃，由于入磨物料水分不同，一般均按出磨氣體溫度來(lái)調(diào)節(jié)入磨風(fēng)溫。根據(jù)磨機(jī)操作規(guī)程，磨機(jī)從起動(dòng)到正常投料運(yùn)轉(zhuǎn)都有一個(gè)暖機(jī)與風(fēng)溫調(diào)控過(guò)程，篦板兩側(cè)的溫差不大，更不是冷熱急劇變化，所以，溫差應(yīng)力實(shí)際上對(duì)篦板的斷裂影響不大。在生產(chǎn)中雖然也出現(xiàn)過(guò)篦板或鑄球低應(yīng)力脆裂現(xiàn)象，但這類現(xiàn)象往往是由于暫未發(fā)現(xiàn)的表觀裂紋或內(nèi)部微裂紋以及S、P含量偏高等因素造成的。這種內(nèi)應(yīng)力脆裂現(xiàn)象不具有普遍性。

2　高錳鋼篦板的使用情況
　　
該廠2000年初在生料磨烘干倉(cāng)隔倉(cāng)板上改用了高錳鋼篦板(ZGMn13-2)，至2001年中期，隨著篦板架脫焊和疲勞破壞，又開始反復(fù)出現(xiàn)篦板斷裂情況，一方面是篦板架支撐剛度不足，另一方面，高錳鋼篦板的這種結(jié)構(gòu)形狀和固定方式，也不適宜在這種工況下使用，原因如下:

2.1　線膨脹系數(shù)差異的影響
　　
高錳鋼塑性與延展性較好，在200℃時(shí)的線膨脹系數(shù)約比碳鋼大50%，在粉磨過(guò)程中，高錳鋼的熱脹量大于Q235制造的篦板架，而篦板螺栓的緊固力限制了篦板的自由延伸，在鋼球沖擊與熱變形的作用下，較長(zhǎng)篦板的中部就會(huì)鼓凸起來(lái)，導(dǎo)致變形應(yīng)力斷裂。從換下的大量破損篦板測(cè)量，安裝面最大凹弧深度約20mm。

2.2　鋼球與篦板的硬度相差過(guò)大
　　
使用高鉻球時(shí)，不論對(duì)襯板或是篦板，都會(huì)加速其磨損率。如該廠使用的高鉻球硬度為HRC59～60(檢驗(yàn)單)，普通高錳鋼的供貨硬度≤HB229。由于高錳鋼只有在極高的壓力和劇烈沖擊下，表面材料組織才會(huì)由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，硬度從HB220提高到HRC50左右。用高錳鋼作篦板，它的冷作硬化特性來(lái)不及發(fā)揮出來(lái)就被磨削，一般磨機(jī)襯板的殘?bào)w硬度只能達(dá)到HB250～360，該廠破損的高錳鋼篦板的殘?bào)w硬度僅達(dá)HB230～250。從換用高錳鋼篦板以來(lái)，還沒(méi)有一塊篦板是屬于正常磨損而報(bào)廢的，其失效特征主要是嚴(yán)重變形、中部鼓凸、局部凹陷、破裂和篦縫變窄等。
　　
根據(jù)生料磨粗磨倉(cāng)出料篦板的使用情況來(lái)看，用中合金鋼作篦板，高鉻球硬度比篦板硬度高10%～20%，還是比較匹配的。而目前高鉻球比高錳鋼篦板硬度高出HRC35，即使烘干倉(cāng)隔倉(cāng)篦板架的剛度足夠，篦板也是不耐用的。

2.3　高錳鋼篦板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　
高錳鋼篦板與高鉻球配用后，篦縫設(shè)計(jì)不當(dāng)就會(huì)被砸卷邊變窄，生產(chǎn)中常以氧割方法修邊疏通。但高錳鋼氧割加熱時(shí)會(huì)有碳化錳析出，使材料變脆，極易斷裂。因此，高錳鋼篦板如不按其材料特性設(shè)計(jì)篦縫形狀及外形尺寸，就不能正常使用。

2.4　變質(zhì)高錳鋼篦板的試用
　　
2002年經(jīng)廠家推薦又改購(gòu)1套ZGMn13Cr2篦板。含Cr1.5%～2.5%，屈服點(diǎn)380N/mm2，原始硬度(≤HB243)略高于ZGMn13-2(≤HB229)，沖擊韌性及耐磨性略優(yōu)于普遍高錳鋼。在2002年11月初在烘干倉(cāng)裝了中圈篦板5塊。12月中旬檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)篦縫寬度從初裝時(shí)的15～17mm變?yōu)?～12mm，2003年元月上旬檢測(cè)時(shí)，篦縫較窄處僅有4～5mm，寬處9～10mm，2月上旬檢測(cè)時(shí)最窄處僅有2～3mm，寬處5～7mm，卷邊嚴(yán)重并有局部崩塊，目前暫無(wú)斷裂現(xiàn)象(新篦板厚度≤55mm，小于舊篦板厚度)。

3　結(jié)論
　　
兩磨的烘干倉(cāng)雙層隔倉(cāng)篦板架同是單面受料、球擠壓力，由于厚(寬)徑比不同，受力大小不同，煤磨內(nèi)篦板架經(jīng)處理后未再斷裂和開焊，而生料磨雖經(jīng)同樣處理并加支撐鋼管仍舊開焊、變形，使篦板斷裂。而粗磨倉(cāng)另一側(cè)的中合金鋼篦由于篦板架變形小，極少斷裂。以上現(xiàn)象說(shuō)明篦板斷裂原因主要還是篦板架的剛度不夠和篦板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)所致，并不是中合金鋼篦板的沖擊韌性不夠和溫差應(yīng)力的影響。由于中合金鋼的線膨脹系數(shù)與碳鋼相近，在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)基本保持篦板與篦板架的貼實(shí)狀態(tài)，只要篦板架的剛度足夠而均勻，在使用高鉻球的烘干磨機(jī)中，篦板的材質(zhì)還是以中合金鋼較適宜。
　　
從長(zhǎng)期使用情況看，Φ3.5m×10m中卸烘干生料磨的雙層隔倉(cāng)篦板架由于受單面局部壓力，篦板架的厚徑比太小，僅將篦板架焊成整體加幾根支撐鋼管只能解決變形量大小的問(wèn)題。如果增加篦板架的厚度(即軸向?qū)挾?或在烘干倉(cāng)適當(dāng)增設(shè)篦板架的加強(qiáng)筋板，提高中心部位的抗彎曲剛度，或有可能從根本上解決篦板在復(fù)合應(yīng)力下斷裂的問(wèn)題。