延长干式球磨机外筛网使用寿命的方法

李志刚

（攀钢工程技术有限公司修建分公司，四川攀枝花 617000）

1 干式球磨机外筛网基本结构及原理

干式球磨机外筛网固定部分的鼠笼结构由均匀分布的Φ15 mm 圆钢形成的立筋，和宽约20 mm 均匀分布的扁钢组成的横筋构成，扁钢和圆钢点焊连接，扁钢上有Φ6 mm 的装配孔，外筛网通过M5 的螺栓和扁钢连接，外筛网处于整个鼠笼结构内侧，鼠笼结构通过法兰和球磨筒体连接（图1）。

物料经过球磨机中的钢球研磨后进入出料端，较大的铁粒和其他大块杂质被固定在筒体的内筛网（初次筛分），较小的颗粒和粉料进入外筛网。较小的颗粒和粉料进入外筛网后，大于100 目的颗粒被筛分出来（二次筛分）形成第二次筛上物，并和第一次内筛网形成的筛上物分别从出料端端盖上的溜槽排出，小于100 目的粉料经卸料箅板排出进入螺旋。

2 失效形式

外筛网故障的主要表现形式为筛网破损，随机抽取一张更换下来的外筛网，其间共有15 处较大的破损点（表1）。筛网破损位置主要集中在鼠笼机构与筛网的接触点上，具体是在鼠笼机构的圆钢和远离球磨筒体的外部扁钢与外筛网的接触点上，这两个区域筛网破损点比例占80%，筛网表面呈现较为明显的应力集中现象。

图1 干式球磨机外筛网结构

3 外筛网受力分析

3.1 圆钢部位外筛网受力分析

假定相邻两个圆钢之间的筛网为刚性线体，每相邻两个圆钢中心距相等（约150 mm），则每相邻两个圆钢和其间的筛网就构成了最简单的简支梁结构。由于圆钢沿着球磨轴向均匀分布，因此假定任何一个轴向上相邻两个圆钢之间的筛网受力是均布载荷（取鼠笼中部1/2 处径向截面作为研究截面，该截面包含15 根筛网丝，q≈1.6 kN/m，q 为测量经验数值）。通过圆钢和筛网受力分析（图2）得出：σmax=σA=σB≈130.6 MPa，其中，σmax是最大正应力；σA是A 点处应力；σB是B点处应力。

表1 外筛网破损位置统计

筛网材料为0Cr18Ni9，80 ℃下该材料的许用应力［σ］=137 MPa，σmax已经接近材料的许用应力［σ］，在持续冲击载荷下，筛网很容易出现疲劳损坏，这是圆钢处筛网在使用不久后发生破损的直接原因。

3.2 扁钢部位受力分析

假定C 是第3 根扁钢，N 是靠近内部的最后一根扁钢（相邻扁钢中心距L=160 mm，共6 根扁钢，q≈0.4 kN/m，q 为测量经验数值），径向截面所有扁钢受力如图2 所示。可以得出：σmax=σ6=24×10.3 MPa=164.8 MPa，σmax＞［σ］，其中，σmax是最大正应力；σ6是第6 根扁钢点处应力；［σ］是最大许用应力。

可以看出，最后一根扁钢处筛网的应力已经超过筛网材料的最大许用应力，因为扁钢所受到应力随着靠近筒体内部的趋势呈线性增加，因此表现出越靠近内部的扁钢处筛网破损越严重。

图2 径向截面扁钢受力情况

4 应对措施

4.1 圆钢部位改进方法

由于筛网受冲击力作用时间短且不易测量，可用所受的冲击功来说明。为便于计算，假设物料被提升后的重力势能全部转为对筛网的冲击功，筛网所受冲击功可表示为：

式中 U——筛网单位截面上所受的冲击功

K——集中载荷系数，一般取1.5～2

N——单位圆钢轴向方向上可同时排落物料个数

H——物料最大降落高度

G——物料颗粒平均重量

F——圆钢与筛网接触面积

α——物料颗粒的抛落角

由此可知，加大圆钢与筛网接触面积F，可以降低筛网单位截面上所受的冲击功U。另外，假设冲击功全部被筛网吸收，则：T·ΔS=U，其中，T 是单位截面上外筛网所受到的平均冲击力；ΔS是受到物料撞击后，单位截面筛网的平均位移；U 是筛网单位截面上所受的冲击功。

加大外筛网受到物料冲击后的平均位移，可以减小筛网受到的平均冲击力。因此，在圆钢外面增加一层塑料胶管做为缓冲装置（胶管壁厚5 mm），既可以增大接触面积F，也可以加大外筛网受到物料冲击后的平均位移ΔS。

用喷涂颜色法测量套胶管后的接触面积F2约为未套用胶管前面积F1的1.5 倍，可计算出：U1=2UA/3，其中，U1是套胶管后圆钢与筛网的接触面积；UA是未处理前A 点处圆钢与筛网的接触面积。

圆钢受冲击载荷形成的最大缺陷坑深度约0.8 mm，胶管压缩比约为30%，可得出套胶管后单位截面上筛网的位移与未套胶管前的关系：ΔS1≈2.8ΔSA。其中，ΔS1是套胶管后圆钢上单位截面筛网的平均位移；ΔS1是未处理圆钢单位截面筛网的平均位移。计算得出：T1≈0.24TA。其中，T1是套胶管后圆钢单位截面外筛网受到的平均冲击力；TA是未处理前圆钢单位截面外筛网所受到的平均冲击力。因此：σ1≈0.24σA=31.3 MPa＜［σ］。其中，σ1是套胶管后圆钢上剪切力在筛网上形成的最大应力。

圆钢外部套胶管后，筛网的应力已大大降低，远低于筛网材料的最大许用应力［σ］，理论分析结果表明改造应该有很好的效果。

4.2 扁钢部位改进方法

为了避免扁钢部位应力集中，在外筛网与扁钢边缘接触部位采取倒角处理，倒角角度β=45～60°。扁钢经过倒角处理后，应力最大点A 和B 所受的剪切力T1和T2被转移为P、Q 两个面上的受力q1和q2。若P、Q 两面为最差情况，剪切力只被分散到P、Q 两面的边缘，则至少：Tb=Ta/2。其中，Ta是未倒角前扁钢处筛网所受到的剪切力；Tb如倒角后扁钢处筛网所受到的剪切力。因此得出：σ6改≈0.5σ6=82.4 MPa＜［σ］。其中，σ6是未倒角前第6根扁钢处筛网受到的最大应力；σ6改是倒角后第6 根扁钢处筛网所受到的剪切力。倒角后扁钢处筛网最大应力已低于筛网材料的许用应力［σ］，理论分析结果表明改造可行。

5 实施效果

经过对外筛网鼠笼处的圆钢和扁钢结构的改造，氧化钒作业区单台球磨外筛网更换次数由以前的平均每台5 d 更换1 次，降低到每台每月1～2次，外筛网平均使用寿命得到了很大提高。

表2 改造后外筛网破损位置统计

改造后再次随机抽取一张更换下来的外筛网，其间共有12 处破损点，可以看出外筛网破损点随机分布（表2）。通过改进，基本消除了筛网的表面应力集中现象，达到了提高筛网使用寿命的目的。