鐵礦選礦設(shè)備磨機磨球的失效分析

鐵礦選礦設(shè)備磨機磨球的磨損主要包括磨料磨損和疲勞磨損。

磨料磨損是指外界硬顆?；蛘邔δケ砻嫔嫌餐黄鹞镌谀Σ吝^程中引起表面材料脫落現(xiàn)象；而疲勞磨損則是指循環(huán)應力周期性作用在摩擦表面上，使表面材料疲勞而引起材料成微粒脫落的現(xiàn)象。

磨球的磨損失效可以概括為下面幾種機制：

1、切削和鑿削磨損

鐵礦選礦設(shè)備磨機磨球在運動上升階段，與鐵礦石間產(chǎn)生相對滑動，或者是滑動兼滾動。被磨物料煤的硬度較低，但仍然可以造成擦傷式磨料磨損，特別是煤中含有18%左右的灰分，灰分中含有SiO2、Al2O3等硬的組成物，對表面可起切削作用，形成切屑，在表面留下溝槽，造成切削磨損。由于煤中硬組分比較低，因此溝槽只在磨面局部地區(qū)不均勻分布。硬組分磨粒硬度、尺寸不同，因而所形成的溝槽深淺不一，寬窄有異。此外由于磨球運動形式復雜，切削路徑也不同，在相對滑動中發(fā)生長程切削，形成較長的磨溝。當有滑動兼滾動時，出現(xiàn)短程切削，形成較短溝槽。當磨球下落，發(fā)生沖擊時，局部鑿削，形成弧立的鑿削坑。因而最后形成微觀磨面上的縱橫交錯、雜亂分布的切削溝槽和弧立的鑿削坑，對局部軟區(qū)則會形成嚴重的切削磨損。

2、變形磨損

磨球與鐵礦相對滑動和沖擊接觸時，除去直接切削和鑿削外，當沖擊功很大時不家犁溝變形和鑿削變形伴隨發(fā)生，這種變形是指表面的局部塑性流動，金屬將被推擠至溝槽和鑿削凹坑外側(cè)，在鐵礦重復作用、金屬反復變形下，因為應變疲勞產(chǎn)生裂紋，裂紋擴展、連接，形成犁屑薄片，自表面脫落。硬度較高的材料形成變形磨損作用較??；硬度較低，塑性較大的材料變形磨損的比例較大。

3、疲勞磨損

在鐵礦選礦設(shè)備球磨機工作期間，磨球始終受到?jīng)_擊和碰撞，磨球表面必要存在疲勞過程，根據(jù)疲勞剝落的尺寸大小可區(qū)分為宏觀疲勞剝落和微觀疲勞剝落兩種。在鑄球中（低碳白口和中錳球鐵）兩類疲勞都發(fā)生，在鍛磨球中，如果鋼材質(zhì)量不好，也可能出現(xiàn)宏觀疲勞，但主要出現(xiàn)表面的微觀疲勞剝落。疲勞過程包含疲勞裂紋的形成和擴展兩個過程，而疲勞裂紋的形成取決于應力狀態(tài)和材料情況。鑄球中冶金質(zhì)量不好，存在鑄造缺陷（氣孔、縮孔、夾雜等）、缺陷處應力集中容易形成裂紋，在較短的疲勞周次下可擴展到邊緣，形成宏觀大塊剝落，導致表面失圓。這種宏觀疲勞剝落是鑄磨球中特有的危害性最大的一種磨損方式。微觀疲勞剝落由磨面和亞表層特征綜合確定，如前所述，是由表層或亞表層的疲勞裂紋擴展形成的淺層剝落，其尺寸較小。疲勞裂紋的形成取決于磨球的受力和應力狀態(tài)。磨球在拋落運動時，與鐵礦或磨球撞擊，受到?jīng)_擊正應力，或在上升運動發(fā)生滾動與相對滑動時，受到正壓力和切向力，均可引起赫茲接觸壓力。表層下最大切應力引起塑性變形和位錯運動。使位錯堆積，應力集中，從而引起脆性相本身（滲碳體相）或脆性相（石墨）與基體界面處的開裂。當組織中不存在脆性第二相時，則在界面缺陷處產(chǎn)生裂紋。此外還可在亞表層動態(tài)恢復區(qū)和硬化區(qū)交界處形成裂紋。從磨損的機理來看，無論是鑿磨損、變形磨損或脆性剝落，均出現(xiàn)裂紋的萌生、擴展直至材料脫落，因此它們都可能被視為疲勞磨損。

4、鐵礦選礦設(shè)備磨球的脆性剝落

鑄鐵磨球中處于表面的脆性第二相（滲碳體，石墨）在磨損中發(fā)生開裂、斷裂和剝落，形成較小的剝落坑。脆性剝落可促進微觀疲勞淺層剝落的發(fā)生。

以上幾種機理并非同時對磨球失效起主要作用，對不同材料、不同工況條件起主要作用的磨損機理是不同的，或是起作用的程度不同。磨球磨損機理的變化，大約有以下四種情況。

鐵礦選礦設(shè)備磨球大小不同：根據(jù)現(xiàn)場使用的情況來看，低碳白口鑄鐵在大型機中有較高的破碎率，亞表層裂紋形成更為嚴重，說明大磨機中磨球承受沖擊作用較大，疲勞剝落和脆性剝落成為主要機理，切削和變形失效機理起次要作用。而在較小磨機中，二類機理發(fā)生的比例有所變化，磨球的磨損失效以切削和變形機理為主要形式。

磨球材料不同：如前所述，鑄鐵磨球與鍛鋼磨球磨損機理不完全相同，鑄鐵磨球中有脆性第二相和鑄造缺陷，因而會出現(xiàn)特有的宏觀疲勞剝落和脆性相的剝落機理。此外，微觀疲勞剝落由于脆性剝落的加速和脆性相裂紋源的存在，發(fā)生的程度也更為嚴重些。而45Mn一類鍛磨球中，除去切削和變形外，還有主要的疲勞磨損機理—微觀疲勞存在，但其程度較輕微。

磨料特性不同：廣泛而言，磨料硬度不同，各種機理所起作用不同，對磨煤磨球，煤中所含灰分比例不同，對切削機理所起作用有影響，煤中灰份比例越大，煤料硬組分越多，則切削作用增大，切削磨損更為嚴重。

運動時間不同：運行時間不同，也會引起磨損機理的變化。主要由于磨球內(nèi)外組織的差別所引起。以中錳球為例，內(nèi)外石墨化程度不同，表層一般石墨化不足，而有白化發(fā)生，表層較硬，因而磨損初期，切削輕微，碳化物剝落和微觀疲勞剝落較為嚴重。而隨著時間的增長，表層磨掉后，出現(xiàn)石墨的剝落和疲勞磨損，切削作用有所增加。