中卸生料磨和煤磨篦板断裂分析及探讨

中卸烘干生料磨和风扫煤磨常见故障之一是隔仓篦板断裂。从使用情况看，断裂一般多发生在烘干仓双层隔仓篦板上。对篦板的要求除了要有一定的表面硬度、耐磨性与冲击韧性外，还应考虑篦板的周向分瓣、径向分段、篦缝形式及开孔率对其工况条件的适应性，否则，难以取得预期的效果。篦板断裂情况及原因各厂虽不尽相同，但共性还是存在的。现以某厂Φ3.5m×10m中卸烘干生料磨和Φ2.4m×4.5m+2m风扫煤磨为例，通过分析这2种磨使用中合金钢篦板和高锰钢篦板的情况，结合磨机工况条件，探讨篦板断裂原因以期得出适合磨机工况条件的篦板材质。 

1　中合金钢篦板的使用
　　
1.1　Φ3.5m×10m中卸烘干生料磨的使用情况
　　
该磨1998年初投产。粗磨仓和细磨仓原设计是中合金钢篦板和衬板，硬度≥HRC50，粗磨仓配用高铬铸球，硬度约HRC60，装载量41t，细磨仓装球量39t，两仓的填充率均为27%。中卸仓由细磨仓和粗磨仓的出料篦板架组成，两篦板架之间有3圈共60根无缝钢管支撑，篦板架在安装后均焊为整体，粗、细磨仓的出料篦板就安装在相应的篦板架上。篦板架材质均为Q235，中卸仓沿磨体轴向宽度950mm。
　　
由于中卸仓篦板架安装面平整，钢管支点分布合理，篦板架整体刚度足够，而且在磨机运转中粗、细磨仓的料、球对篦板架的动态挤压力大部分相互抵消，篦板变形极小。因此，粗磨仓靠中卸仓一侧的出料篦板从投产至2002年12月止(实际开机21777h)，篦板无明显变形，无篦缝变窄和断裂现象。篦板原厚度约60mm，磨损最严重处是沿磨机筒体中心R1000mm的圆周附近，测篦板剩余厚度23mm左右，仍可正常使用。说明在篦板架良好的情况下，中合金钢篦板的冲击韧性与耐磨性适应此工况。
　　
但粗磨仓另一侧隔仓篦板即烘干仓隔仓篦板经常断裂，至1999年中期，投产1年半时间，实际开机5000多h，就换了3套中合金钢篦板(每套3圈共72块)。从篦板断口观察，材料组织均匀，结晶致密，色泽均匀，未发现表观铸造及热处理缺陷。经分析，认为篦板架刚度差导致篦板受力过大，是篦板断裂的主要原因。烘干仓篦板架是单侧受力，其宽度仅有250mm，而为满足进料需要及装焊方便，又开有若干个较大的进料孔，这在一定程度上降低了篦板架的刚度。在安装时又未将篦板架焊成整体，造成支撑刚度严重不足，使篦板频繁断裂。1999年下半年将篦板架焊成整体后，情况曾有明显好转。但由于篦板架已严重变形，焊接质量也较差(单面单边坡口焊)，磨机运行一段时间后，篦板断裂故障又重新出现。

1.2　煤磨篦板的使用情况
　　
煤磨粗磨仓长约1.6m，研磨体是高铬球，装载量8.3t，细磨仓长约2.9m，研磨体装载量12.5t。
　　
烘干仓双层隔仓篦板架材质为Q235，篦轴向宽度220mm，板是中合金铸钢，硬度HRC50左右，1998年初投产不久，即出现篦板经常断裂、钢球窜仓砸坏扬料板等故障，几乎每月停修一次。经分析，是建设期安装篦板架时未按要求组焊成整体，刚度不足，导致篦板在料球挤压下发生断裂。
　　
粗磨仓另一侧为单层隔仓篦板，材质相同，极少出现类似故障。分析认为，是由于单层隔仓板两侧的料球挤压力大部分相抵消，隔仓篦板变形小，因而极少发生断裂故障。
　　
1999年5月更换烘干仓篦板时，仅将双层隔仓篦板架焊为一体，在篦板与篦板之间加铁片楔紧点焊防止松动。该篦板，仍虽然是单面受力，但由于磨机直径小，篦板架的抗弯刚度相对较大，故经此处理后在3年多生产期间，实际开机14742h，篦板未再断裂过。

1.3　温差应力的影响
　　
生料磨入磨风温工艺设定是250～350℃，煤磨是150～250℃，由于入磨物料水分不同，一般均按出磨气体温度来调节入磨风温。根据磨机操作规程，磨机从起动到正常投料运转都有一个暖机与风温调控过程，篦板两侧的温差不大，更不是冷热急剧变化，所以，温差应力实际上对篦板的断裂影响不大。在生产中虽然也出现过篦板或铸球低应力脆裂现象，但这类现象往往是由于暂未发现的表观裂纹或内部微裂纹以及S、P含量偏高等因素造成的。这种内应力脆裂现象不具有普遍性。

2　高锰钢篦板的使用情况
　　
该厂2000年初在生料磨烘干仓隔仓板上改用了高锰钢篦板(ZGMn13-2)，至2001年中期，随着篦板架脱焊和疲劳破坏，又开始反复出现篦板断裂情况，一方面是篦板架支撑刚度不足，另一方面，高锰钢篦板的这种结构形状和固定方式，也不适宜在这种工况下使用，原因如下:

2.1　线膨胀系数差异的影响
　　
高锰钢塑性与延展性较好，在200℃时的线膨胀系数约比碳钢大50%，在粉磨过程中，高锰钢的热胀量大于Q235制造的篦板架，而篦板螺栓的紧固力限制了篦板的自由延伸，在钢球冲击与热变形的作用下，较长篦板的中部就会鼓凸起来，导致变形应力断裂。从换下的大量破损篦板测量，安装面最大凹弧深度约20mm。

2.2　钢球与篦板的硬度相差过大
　　
使用高铬球时，不论对衬板或是篦板，都会加速其磨损率。如该厂使用的高铬球硬度为HRC59～60(检验单)，普通高锰钢的供货硬度≤HB229。由于高锰钢只有在极高的压力和剧烈冲击下，表面材料组织才会由奥氏体转变为马氏体，硬度从HB220提高到HRC50左右。用高锰钢作篦板，它的冷作硬化特性来不及发挥出来就被磨削，一般磨机衬板的残体硬度只能达到HB250～360，该厂破损的高锰钢篦板的残体硬度仅达HB230～250。从换用高锰钢篦板以来，还没有一块篦板是属于正常磨损而报废的，其失效特征主要是严重变形、中部鼓凸、局部凹陷、破裂和篦缝变窄等。
　　
根据生料磨粗磨仓出料篦板的使用情况来看，用中合金钢作篦板，高铬球硬度比篦板硬度高10%～20%，还是比较匹配的。而目前高铬球比高锰钢篦板硬度高出HRC35，即使烘干仓隔仓篦板架的刚度足够，篦板也是不耐用的。

2.3　高锰钢篦板的结构设计
　　
高锰钢篦板与高铬球配用后，篦缝设计不当就会被砸卷边变窄，生产中常以氧割方法修边疏通。但高锰钢氧割加热时会有碳化锰析出，使材料变脆，极易断裂。因此，高锰钢篦板如不按其材料特性设计篦缝形状及外形尺寸，就不能正常使用。

2.4　变质高锰钢篦板的试用
　　
2002年经厂家推荐又改购1套ZGMn13Cr2篦板。含Cr1.5%～2.5%，屈服点380N/mm2，原始硬度(≤HB243)略高于ZGMn13-2(≤HB229)，冲击韧性及耐磨性略优于普遍高锰钢。在2002年11月初在烘干仓装了中圈篦板5块。12月中旬检测时发现篦缝宽度从初装时的15～17mm变为7～12mm，2003年元月上旬检测时，篦缝较窄处仅有4～5mm，宽处9～10mm，2月上旬检测时最窄处仅有2～3mm，宽处5～7mm，卷边严重并有局部崩块，目前暂无断裂现象(新篦板厚度≤55mm，小于旧篦板厚度)。

3　结论
　　
两磨的烘干仓双层隔仓篦板架同是单面受料、球挤压力，由于厚(宽)径比不同，受力大小不同，煤磨内篦板架经处理后未再断裂和开焊，而生料磨虽经同样处理并加支撑钢管仍旧开焊、变形，使篦板断裂。而粗磨仓另一侧的中合金钢篦由于篦板架变形小，极少断裂。以上现象说明篦板断裂原因主要还是篦板架的刚度不够和篦板结构设计不当所致，并不是中合金钢篦板的冲击韧性不够和温差应力的影响。由于中合金钢的线膨胀系数与碳钢相近，在磨机运转时基本保持篦板与篦板架的贴实状态，只要篦板架的刚度足够而均匀，在使用高铬球的烘干磨机中，篦板的材质还是以中合金钢较适宜。
　　
从长期使用情况看，Φ3.5m×10m中卸烘干生料磨的双层隔仓篦板架由于受单面局部压力，篦板架的厚径比太小，仅将篦板架焊成整体加几根支撑钢管只能解决变形量大小的问题。如果增加篦板架的厚度(即轴向宽度)或在烘干仓适当增设篦板架的加强筋板，提高中心部位的抗弯曲刚度，或有可能从根本上解决篦板在复合应力下断裂的问题。