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兰州耐磨钢球失效的原因

发布时间:2022-11-16 09:12:00点击:485

  磨球是球磨机中用于破碎和细化材料的易损件。在水泥厂、火电厂、选矿厂等工厂对矿石、煤粉、石灰石、石灰石烧结(水泥熟料)等材料进行破碎和细磨。同时,磨球本身也会磨损,中国每年消耗数十万吨钢材。此外,磨球机的产量、能耗和成品质量也受到磨球质量的很大影响。因此,值得探讨的是提高磨球的耐久性,包括提高材料质量和制造工艺,优化使用条件。

  球磨机工作时,研磨球始终处于运动状态。简体旋转产生的离心力将研磨球带到一定高度,重力使研磨球坠落。在研磨球之间,研磨材料和球体之间,研磨球和衬里板之间不断摩擦,球体反复受到冲击、挤压和研磨切割。

  对磨球表面施加力并相对移动的磨料(磨料材料)在法向分离力的作用下嵌入表面,切向分离力促进磨料沿表面移动。低硬度磨料在磨球表面产生浅划痕,当磨料硬度较高时,会导致切割沟。划痕和切割沟中的金属形成碎屑并丢失。在大多数情况下,金属在沟中发生塑性变化,并在两侧和前端积累。高应变率使塑性变化的金属内部位置错位积累,形成细胞状结构,其性质变硬变脆。反复滚动后,会产生应变疲劳裂纹,扩展到表面,导致碎屑脱落。当磨料作用于磨球表面的法向力很大时,会发生切割,形成切割坑。金属可以直接切割,也可以发生塑性变化, 终由于应变疲劳而形成碎屑。

  在正常情况下,磨球应该在磨损中失效。磨球表面的均匀磨损逐渐减小了磨球的直径,但基本上仍能保持圆。直到直径减小到一定尺寸,逐渐补充新球。在这种情况下,磨球的使用寿命相对较长,消耗相对较少,这是一种正常的失效方式。如果制造工艺或材料处理不当,磨球也可能发生早期故障,即故障发生在正常磨损故障之前,这是一种异常故障模式。 常见的早期故障原因包括:球面宏观剥落、球体破裂和部分磨损失圆。

  (1)磨球表面的宏观剥落。宏观剥落表明,球体表面的金属在运行过程中从本体中分块或分块脱落,球体表面出现肉眼可见的凹坑,甚至使球体成为不规则形状。除了磨球组织中含有过多的连续碳化物和脆性相断裂外,更重要的原因是磨球组织中有更多的残留奥氏体。

  奥氏体是一种面心立方阵结构,层错能量低,难以产生交流滑移。当磨球表面受力变形时,变形带不能通过交流滑移机制扩展,以快速分散和吸收冲击能量,导致位错塞积和局部应力增加,促进亚表面裂纹萌发。裂纹通常发生在脆性相和铸造缺陷(松动、孔隙和夹杂物)上,在外力的作用下,裂纹沿脆性相和缺陷扩展到内部,形成大范围的深度裂纹。裂纹会合并并延伸到表面,导致磨球表面的金属块脱落,形成宏观剥落。严重剥落的磨球中残留的奥氏体一般在30%以上。

  (2)磨球破碎。磨球在运动中受力,其中残余奥氏体受力后发生马氏体相变,产生相变应力。这种相变应力足以导致磨球破碎。

  在正常使用寿命期间,磨球与简体衬板、磨料和磨球之间的冲击和挤压次数可达数百万次或数百万次。在交替压力和剪切力的作用下,会产生赫兹接触应力,在亚表层产生较大的交替切割应力。接触区域边缘的峰值拉应力可能是亚表层的脆性相,夹杂物或孔洞会产生疲劳裂纹,导致磨球破裂。

  破碎的原因有很多。材料的韧性不足是主要方面。材料中碳化物含量过高,尺寸过大,含量较大M.C类型碳化物,内部有缺陷,如收缩孔、收缩松、气孔夹杂物等,能使磨球在受到冲击时破碎。

  在球磨机运行过程中,球磨机的破碎失效会影响球磨机的正常运行(0.5%的破碎率会影响设备的生产效率。

  (3)部分磨损失圆。一些研磨球使用一段时间后,一侧的磨损超过其他部分,使球失去圆形。这种现象通常发生在表面硬度不均匀或局部组织不同于其他部位的研磨球上。合金白口铸铁研磨球往往由于铸造原因,局部碳化物尺寸、间距、硬度与其他部位明显不同,或侧口颈部部分松动,可能导致部分磨损失圆。一些部分磨损失圆也来自于球体的宏观剥落。圆形研磨球影响相邻研磨球磨材料的细化,降低球磨机的生产效率。


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