025-84467666
轴承知识
新型滚动轴承节能球磨机的应用与发展
2016-11-07马秀林
（河北钢铁集团矿业有限公司）
（河北钢铁集团矿业有限公司）
摘 要：自球磨机出现以来，球磨机载矿业、冶金、建材、化工及电力部门若干基础行业中得到了广泛应用，对球磨机的研究也受到了相关专家的高度重视。本文结合目前我国矿山行业生产的实际，介绍了矿山破碎作业中新型节能球磨机的应用和发展情况，以及带来的经济效益。
关键词：煤矿；球磨机；滚动轴承
关键词：煤矿；球磨机；滚动轴承
1 概述
在冶金、煤矿、矿山、建材、化工等行业，球磨机作为破损生产作业的关键设备，具有着广泛的应用。具有结构简单兼顾、操作可靠、适应性强、破碎比和产能巨大、能够满足长期连续大规模工业生产的需要。
球磨机是依靠介质对物料的冲击和研磨作用完成对物料的破损作用的，介质的尺寸大小影响着对物料实施物料破碎力的作用力大小和生产效率及能耗。
随着经济的发展，在绿色环保、节能低碳的基础上发展可持续的循环经济是当今世界发展的主旋律。对选矿行业而言，降低球磨机的电耗水平，提高球磨机的运转效率，是实现可持续发展的关键。
节能球磨机包括球磨机旋转滚筒、支架底座和驱动装置和附件等，节能球磨机旋转滚筒地步固定有支架底座，旋转滚筒上的出料位置安装有细料筛，驱动装置设置在节能球磨机旋转滚筒的外部。
相比传统球磨机采用滑动轴瓦，摩擦阻力大，功耗高，据统计，因摩擦功耗损失约占电动机功率的17%-23%。新型节能球磨机普遍采用滚动轴承代替轴瓦，主轴承的摩擦功耗降低了90%以上，达到了节能的预期。进入新世纪以来，新型滚动轴承球磨机逐步得到了应用和发展，但轴承的制造、寿命及轴承密封等一些技术问题尚待解决。
2 新型滚动轴承节能磨煤机的应用特点
对于采用滑动轴瓦的传统球磨机，由于采用主轴承摩擦系数大，运行温升高、润滑油老化速度快，通常每半年就要更换一次润滑油。而采用滚动轴承的新型节能球磨机可完全克服这些缺点，使用油脂润滑，可每周或每月加一次润滑脂，一年更换一次，累计可以节省润滑油80%以上。同时主轴承也不再需要冷却水冷却，每年可以节约上万吨水，由于节省了润滑油站，同时也节省了油站的电能消耗。
新型滚动轴承节能球磨机，以滚动轴承摩擦系数为0.0025，而滑动轴承摩擦系数为0.008，两者相差3.2倍，相应滑动轴瓦球磨机克服摩擦阻力所需要的功耗是滚动轴承节能球磨机的3.2倍。
滑动轴瓦故障率高，对润滑油、冷却水、压力的要求较高，维护困难，而滚动轴承使用寿命可以达到10年以上，检修、维护方便，运转效率高。
总体而言，节能球磨机所匹配的电动机功率可降低15%-20%以上，达到节能预期。
3 节能球磨机应用经济效益分析
节能球磨机已经在矿山现场生产中得到成功应用，经济效益和社会效益非常显著。具体体现在以下几个方面：
1、技术改造操作方便：新型滚动轴承节能球磨机，使用专用滚动轴承技术，既可以设计制造新的节能球磨机，也可以对现有的球磨机进行技术改造。对球磨机进行技术改造并不改变球磨机的传动部分，不需要重新加工轴颈两侧的轴肩，也不需要改变轴承座底板，仅仅需要更换节能球磨机的新轴承座，增加密封件和滚动轴承，轴承衬套，技术改造的内容相对简单，操作方便。
1、安全可靠性高：节能球磨机正常工作运行中，可以长期累计运行十年不需更换轴承，大大减轻了日常维护工作量。
2、占用设备及人员减少：节能球磨机可保证长期持续连续正常的生产运转，因而节约了大量的人力物力。
3、节能效果显著：节能球磨机进行技术改造之后，节约电量可达到15%以上，节约润滑油70%以上，综合节能约可达到15%以上。
4、经济效益提高：以公司某铁矿中应用的节能球磨机为例，该矿区球磨机改造前，每年消耗润滑油40000元以上，日常维护费用需96000元，人工费用80000元左右，通过使用节能球磨机，润滑油费用仅需12000元，人工维护费用仅800元足够，省去了大量的日常维护费用，取得了显著的经济效益。
4 节能球磨机技术难点探讨
球磨机工作运行时，依靠钢球与物料的离心力的作用达到研磨物料的目的，因此磨损耗费Z大的零部件就是钢球、衬板和轴承。新型节能球磨机其特点是速度低、载荷重、体积大，因此所设计研制的专用轴承既要满足足够的承载能力，又要可以调心，以满足球磨机动、静工况下的负荷，防止由于两轴承端盖不同心及在运行中产生挠度。
ISO281及GB/T6391确定了专用轴承额定动负荷、额定静负荷、额定寿命的计算方法，同时严格规定了节能球磨机结构形式、材质、径向游隙、热处理、加工工艺、验收规范等。
例如，中空轴直径D=1000mm，运转时负荷170t，转速21.7r/min，根据相关标准，该节能球磨机的主轴承可设计为双列调心球面滚子轴承S1000CAKF3/W33，轴承内径1000mm，外径1400mm，宽度260mm。
对节能球磨机而言，滚动轴承的密封更加重要，密封既要防止润滑剂的泄露，也要防止外界有害异物的浸入和粉尘的进入，否则引起轴承滚道磨粒磨损、降低轴承寿命，造成轴承温升增加，使轴承零件受到水分等有害气体的锈蚀而致使润滑剂老化。节能球磨机普遍运转在矿山行业现场，环境差，粉末、矿浆均有可能浸入，这是十分不利的。
传统的密封方法是在出轴处压工业毛毡，运转一些时间后，毡垫与轴的接触不再紧密，物料、粉尘、水汽便会进入内部。若采用丁腈橡胶圈密封，但对密封的接触型式、贴合压力、润滑状态、滑动速度以及接触处的表面加工质量等都有较高的要求，密封装置在运转过程中发生磨损的状况与密封装置本身性能及使用条件有密切关系。节能球磨机磨损失效或老化后，更换困难，停机费时。对于这类特大型轴承使用丁腈橡胶密封装置，由于批量少，专门制作造成成本过高，因此这种密封装置也不好。
近年来国内研究者采用密封脂密封。在轴承座两侧端盖出轴处设计有密封环，密封环上内、外设有油槽，另外设计密封套与密封环配合，油槽内充满密封脂，密封脂系“柔性”材料，任何情况下都能与轴很好地贴合。不会增加摩擦阻力，又经济、简单。使用效果十分理想。中空轴端到轴颈有一定地锥度，轴承发热润滑油变稀外串，有利于轴承座内部地清洁。
5 结束语
新型滚动轴承节能球磨机已经过在一些矿山企业中得到试点应用，证明了专用滚动轴承节能球磨机节能技术已经逐步走向成熟，取得了显著的经济效益和社会效益，改善了矿山生产条件，具有广阔的推广应用前景。
参考资料
【1】段希祥，球磨机介质工作理论月实践，北京冶金工业出版社，1999.
【2】赵显东，高效节能磨矿设备综述，矿山机械，1999.
【3】汪超群，采用ZQM型节能球磨机技术对传统式磨矿机的改造，金属矿山，1997.
【4】J.哈得威等，大型球磨机的设计思想，国外金属选矿，2000.
在冶金、煤矿、矿山、建材、化工等行业，球磨机作为破损生产作业的关键设备，具有着广泛的应用。具有结构简单兼顾、操作可靠、适应性强、破碎比和产能巨大、能够满足长期连续大规模工业生产的需要。
球磨机是依靠介质对物料的冲击和研磨作用完成对物料的破损作用的，介质的尺寸大小影响着对物料实施物料破碎力的作用力大小和生产效率及能耗。
随着经济的发展，在绿色环保、节能低碳的基础上发展可持续的循环经济是当今世界发展的主旋律。对选矿行业而言，降低球磨机的电耗水平，提高球磨机的运转效率，是实现可持续发展的关键。
节能球磨机包括球磨机旋转滚筒、支架底座和驱动装置和附件等，节能球磨机旋转滚筒地步固定有支架底座，旋转滚筒上的出料位置安装有细料筛，驱动装置设置在节能球磨机旋转滚筒的外部。
相比传统球磨机采用滑动轴瓦，摩擦阻力大，功耗高，据统计，因摩擦功耗损失约占电动机功率的17%-23%。新型节能球磨机普遍采用滚动轴承代替轴瓦，主轴承的摩擦功耗降低了90%以上，达到了节能的预期。进入新世纪以来，新型滚动轴承球磨机逐步得到了应用和发展，但轴承的制造、寿命及轴承密封等一些技术问题尚待解决。
2 新型滚动轴承节能磨煤机的应用特点
对于采用滑动轴瓦的传统球磨机，由于采用主轴承摩擦系数大，运行温升高、润滑油老化速度快，通常每半年就要更换一次润滑油。而采用滚动轴承的新型节能球磨机可完全克服这些缺点，使用油脂润滑，可每周或每月加一次润滑脂，一年更换一次，累计可以节省润滑油80%以上。同时主轴承也不再需要冷却水冷却，每年可以节约上万吨水，由于节省了润滑油站，同时也节省了油站的电能消耗。
新型滚动轴承节能球磨机，以滚动轴承摩擦系数为0.0025，而滑动轴承摩擦系数为0.008，两者相差3.2倍，相应滑动轴瓦球磨机克服摩擦阻力所需要的功耗是滚动轴承节能球磨机的3.2倍。
滑动轴瓦故障率高，对润滑油、冷却水、压力的要求较高，维护困难，而滚动轴承使用寿命可以达到10年以上，检修、维护方便，运转效率高。
总体而言，节能球磨机所匹配的电动机功率可降低15%-20%以上，达到节能预期。
3 节能球磨机应用经济效益分析
节能球磨机已经在矿山现场生产中得到成功应用，经济效益和社会效益非常显著。具体体现在以下几个方面：
1、技术改造操作方便：新型滚动轴承节能球磨机，使用专用滚动轴承技术，既可以设计制造新的节能球磨机，也可以对现有的球磨机进行技术改造。对球磨机进行技术改造并不改变球磨机的传动部分，不需要重新加工轴颈两侧的轴肩，也不需要改变轴承座底板，仅仅需要更换节能球磨机的新轴承座，增加密封件和滚动轴承，轴承衬套，技术改造的内容相对简单，操作方便。
1、安全可靠性高：节能球磨机正常工作运行中，可以长期累计运行十年不需更换轴承，大大减轻了日常维护工作量。
2、占用设备及人员减少：节能球磨机可保证长期持续连续正常的生产运转，因而节约了大量的人力物力。
3、节能效果显著：节能球磨机进行技术改造之后，节约电量可达到15%以上，节约润滑油70%以上，综合节能约可达到15%以上。
4、经济效益提高：以公司某铁矿中应用的节能球磨机为例，该矿区球磨机改造前，每年消耗润滑油40000元以上，日常维护费用需96000元，人工费用80000元左右，通过使用节能球磨机，润滑油费用仅需12000元，人工维护费用仅800元足够，省去了大量的日常维护费用，取得了显著的经济效益。
4 节能球磨机技术难点探讨
球磨机工作运行时，依靠钢球与物料的离心力的作用达到研磨物料的目的，因此磨损耗费Z大的零部件就是钢球、衬板和轴承。新型节能球磨机其特点是速度低、载荷重、体积大，因此所设计研制的专用轴承既要满足足够的承载能力，又要可以调心，以满足球磨机动、静工况下的负荷，防止由于两轴承端盖不同心及在运行中产生挠度。
ISO281及GB/T6391确定了专用轴承额定动负荷、额定静负荷、额定寿命的计算方法，同时严格规定了节能球磨机结构形式、材质、径向游隙、热处理、加工工艺、验收规范等。
例如，中空轴直径D=1000mm，运转时负荷170t，转速21.7r/min，根据相关标准，该节能球磨机的主轴承可设计为双列调心球面滚子轴承S1000CAKF3/W33，轴承内径1000mm，外径1400mm，宽度260mm。
对节能球磨机而言，滚动轴承的密封更加重要，密封既要防止润滑剂的泄露，也要防止外界有害异物的浸入和粉尘的进入，否则引起轴承滚道磨粒磨损、降低轴承寿命，造成轴承温升增加，使轴承零件受到水分等有害气体的锈蚀而致使润滑剂老化。节能球磨机普遍运转在矿山行业现场，环境差，粉末、矿浆均有可能浸入，这是十分不利的。
传统的密封方法是在出轴处压工业毛毡，运转一些时间后，毡垫与轴的接触不再紧密，物料、粉尘、水汽便会进入内部。若采用丁腈橡胶圈密封，但对密封的接触型式、贴合压力、润滑状态、滑动速度以及接触处的表面加工质量等都有较高的要求，密封装置在运转过程中发生磨损的状况与密封装置本身性能及使用条件有密切关系。节能球磨机磨损失效或老化后，更换困难，停机费时。对于这类特大型轴承使用丁腈橡胶密封装置，由于批量少，专门制作造成成本过高，因此这种密封装置也不好。
近年来国内研究者采用密封脂密封。在轴承座两侧端盖出轴处设计有密封环，密封环上内、外设有油槽，另外设计密封套与密封环配合，油槽内充满密封脂，密封脂系“柔性”材料，任何情况下都能与轴很好地贴合。不会增加摩擦阻力，又经济、简单。使用效果十分理想。中空轴端到轴颈有一定地锥度，轴承发热润滑油变稀外串，有利于轴承座内部地清洁。
5 结束语
新型滚动轴承节能球磨机已经过在一些矿山企业中得到试点应用，证明了专用滚动轴承节能球磨机节能技术已经逐步走向成熟，取得了显著的经济效益和社会效益，改善了矿山生产条件，具有广阔的推广应用前景。
参考资料
【1】段希祥，球磨机介质工作理论月实践，北京冶金工业出版社，1999.
【2】赵显东，高效节能磨矿设备综述，矿山机械，1999.
【3】汪超群，采用ZQM型节能球磨机技术对传统式磨矿机的改造，金属矿山，1997.
【4】J.哈得威等，大型球磨机的设计思想，国外金属选矿，2000.
来源：《科技创新导报》
