传统长筒球磨机筒体轴承的改造及应用
2019-08-20
杨康
河北某矿业有限公司选矿厂是在民营企业选矿厂的基础上改扩建而成，经过多次改造，形成两段半闭路破碎筛分，三段两闭路磨矿，四段磁选的阶段磨选工艺流程。磨矿处理能力3000t/d左右，铁精粉产量1100t/d左右，铁精粉品位为55%~56%。目前，该公司选矿厂磨矿设备主要为传统长筒球磨机，该球磨机是水泥行业常用的滑动轴承球磨机。
其中，轴承的主要功能是支撑球磨机旋转筒体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。滑动轴承球磨机传动阻力大，电耗高，故障率高，维修费用高。因此，为降低滑动轴承所带来的安全隐患，实现降本增效的目的，需要对球磨机的轴承部位进行改造，装配承载量大、且在运行中能承受较大冲击载荷的重载调心滚子轴承，优化传动形式，提高球磨机效率。
1 传统长筒球磨机存在的问题
该公司选矿厂选矿流程中有三段磨选，共使用6台球磨机。一段磨矿使用2台MQY2200×8000型长筒球磨机，二段、三段磨矿均使用2台MQY1830×8000型长筒球磨机。6台球磨机主轴均为滑动轴承，采用巴氏合金浇铸，已使用多年。由于滑动轴承球磨机本身结构的限制，在使用过程中存在以下问题：
（1）摩擦系数大，电耗高。球磨机总装机容量为1740kW，占选矿厂总用电量的58.6%，占该公司总用电量的36.1%。
（2）密封效果差。由于工作环境较差，矿浆容易进入球面瓦内，造成球面瓦过度磨损，甚至出现烧瓦现象。
（3）滑动轴承采用稀油润滑，用油量大，又由于工作环境较差，需要频繁换油，因此用油成本较高。
（4）由于工作环境较差，球面瓦磨损较快，备件成本高，一旦发生烧瓦现象，或球面瓦磨损严重，则需要更换球面瓦，而更换球面瓦，需刮研、磨合，费时费力。
2 球磨机轴承改造及应用
2.1技改思路
（1）球磨机是一种大型重载低转速设备，整个滚筒及物料的重量都作用于滑动轴承上，由于在滚筒滚动的过程中，物料会在滚筒中上下冲击，从而对轴承产生一定的冲击载荷，使得轴承磨损加剧，导致滑动轴承的传动效率降低。
在滑动轴承的使用过程中，容易出现滑动轴承失效的现象，其发生的主要原因有以下3种：
①在轴瓦制造过程中，易出现轴瓦中含有气孔、裂纹及砂眼等问题；
②安装不当；
③润滑不当等造成的滑动轴承磨损加速，影响传动效率。
滑动轴承所带来的摩擦功耗占磨机装机容量的17%~22%，刮瓦费时繁琐，日常维护费用高。
（2）球磨机摩擦力矩是多种因素综合作用的结果，其包括滚动摩擦、滑动摩擦及固体间摩擦和润滑剂的黏性阻力等。由于滚动轴承相较于滑动轴承接触面积较小，从而在传动摩擦功耗上仅为滑动轴承的九分之一，因此选用滚动轴承来替代滑动轴承具有良好的经济效益。
同时，采用滚动轴承替代滑动轴承能够极大地减少滑动轴承轴瓦的更换次数，减少球磨机停机时间，从而提高球磨机的设备运转率。而且，相较于滑动轴承，滚动轴承在管理维护方面更为方便。由于球磨机是低速重载设备，在转动时转筒部分会由于受热而引起轴向窜动。因此，选用双列重载调心滚子轴承能够满足球磨机的需要。
2.2改造方案
球磨机轴承改造需要对进料端端盖和进料口、出料端端盖和出料口进行改造，以满足轴承的安装需要。由于球磨机的中空轴安装在进料端盖和出料端盖上，这就意味着轴承也分别安装在进出料端盖上，在改造时需要保持轴承安装的中心位置不变，将安装轴承部位设计为上差，安装定位套处设计为下差，同时在进出料端盖空隙处进行密封。
具体改造方案分为2步：
一段磨矿球磨机对筒体和轴承同时改造；二段、三段磨矿球磨机只对轴承进行改造。
2.2.1 MQY2200×8000型长筒球磨机
一段磨矿采用MQY2200×8000型长筒球磨机，改造过程中，保持电气控制、拖动、传动系统、设备基础等不变，仅对现有球磨机筒体和大齿圈进行改造。
（1）中空轴法兰。保持中空轴设计不变，将中空轴连接小端盖改造为筒体法兰式大端盖。增加连接法兰的扭矩承受力，解决原小端盖连接扭矩承受力不足，连接螺丝频繁断裂，漏矿浆，磨损机体等问题。
（2）滚动轴承。将滑动轴承改造为重载调心滚子轴承，在新制作筒体法兰式大端盖的中空轴上过盈整体压制调心滚子轴承。
（3）轴承座。制作新的轴承座，将球面瓦改造为与重载调心滚子轴承相配合的外圈结构。其中，传动结构在出料端，所以将出料端轴承座设计为定位轴承座；将球磨机的膨胀间隙设置在进料端。因此，进料端轴承座的轴承外圈需设计有30mm的活动间隙。
（4）滚动轴承润滑。重载调心滚子轴承润滑采用3号锂基脂。
（5）滚动轴承密封。由于重载调心滚子轴承采用甘油润滑，轴承在运行中温度不高，因此采用毛毡密封。
2.2.2 MQY1830×8000型长筒球磨机
二段、三段磨矿采用MQY1830×8000型长筒球磨机，改造过程中，保持电气控制、拖动、传动系统、设备基础等不变，对现有球磨机的筒体和大齿圈进行改造。
（1）中空轴法兰。由于MQY1830×8000型长筒球磨机的中空轴连接端盖可承受负荷扭矩，因此考虑不改动中空轴法兰结构。
（2）滚动轴承。将滑动轴承改造为重载调心滚子轴承，滚动轴承内圈制作为双面圆环式涨紧套，由双头螺丝两头紧固，张紧轴承内圈与中空轴的配合。球面瓦改为与滚动轴承相配合的轴承外圈结构。
（3）轴承座。制作新轴承座，将球面瓦改为与重载调心滚子轴承相配合的外圈结构。其中，传动结构在出料端，因此将出料端轴承座设计为定位轴承座；将球磨机的膨胀间隙设置在进料端。因此，进料端轴承座的轴承外圈需设计有30mm的活动间隙。
（4）滚动轴承润滑。重载调心滚子轴承润滑采用3号锂基脂。
（5）滚动轴承密封。由于重载调心滚子轴承采用甘油润滑，轴承在运行中温度不高，因此采用毛毡密封。
2.3改造效果
球磨机轴承改造所需部件由球磨机制造单位加工制作，工期2个月，完成后由该公司选矿厂自行安装，一次性试车成功，正常投入使用。经工业应用取得了以下的效果：
（1）提高生产能力，增加企业效益。一段磨矿球磨机端盖改造完成后，其处理能力提高3%左右，每天多处理矿石约75t，多产铁精粉约30t，增加效益约1.05万元，年增加效益约346万元。
（2）从节能角度看，改造后，仅一段、三段磨矿4台球磨机每天节约用电2175kW·h，年节约用电720000kW·h。
（3）将球磨机主轴承由老式的滑动轴承改造为重载调心滚子轴承，由于设备运转的摩擦系数降低，设备启动电流下降20%，运行电流下降8%，节约用电8%，这样仅一段、三段磨矿4台球磨机每天节约用电约2175kW·h，节约电费约1087.2元，年节约电费约35.87万元。
（4）重载调心滚子轴承节省润滑油。滑动轴承球磨机由于主轴摩擦系数大，运行温度高，润滑油老化快，使用时间短，一般半年更换1次；重载调心滚子轴承球磨机由于主轴摩擦系数小，运行温度低，润滑油老化慢，采用甘油润滑，年节约油料消耗80%，年节约费用4.6万元。
（5）重载调心滚子轴承使用寿命长，节省检修、维护费用。解决滑动轴承易烧瓦造成停产的问题，降低故障率。滑动轴承的使用寿命为1~2a，改为重载调心滚子轴承后，使用寿命可延长至8~15a，节省费用约5万元/a。
3 结论
（1）重载调心滚子轴承在该公司选矿厂球磨机上的成功应用，达到了节省电费、减少维护保养费用、提高处理能力、提高设备运转率的目的，经济效益十分显著。
（2）在国家大力提倡节能降耗的情况下，对球磨机这一高耗能设备进行滚动轴承的改造，提高了球磨机的传动效率，降低了球磨机的电能消耗，为国家节约能源的同时，也为企业带来了可观的经济效益。
来源：《中国黄金集团凯奇-恰拉特封闭式股份公司》
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