棒磨机断棒原因浅析
1、前言
棒磨机运行过程中，磨棒常发生两种不同形式的破坏。一是因岩块的棱角的钉扎、刻划与犁削而引起的磨损，一是因与岩块等撞击而引起的冲击断裂。其中，磨损是绝对的，不可避免的，无论采用何种棒磨机和磨棒，也无论磨碎什么样的岩石和采用什么样的操作条件，都难以避免。断裂则不同。虽然不少工程在使用棒磨机时都出现过磨棒断裂，有些工程断棒现象还很严重，但有些工程断棒甚少，个别工程甚至完全无此现象发生。例如，某工程使用MBS2100×3600棒磨机磨碎粒径为5~40mm，抗压强度高达160~330MPa的石英岩和石英砂岩，尽管其进料量远超过铭牌值，但却很少断棒；另一工程用同样的棒磨机磨碎粒径为5~20mm、石灰岩和白云岩约占60%，砂岩和石英砂岩约占37%的卵砾石时，其进料量仅（30~35）×10(3)kg/h，亦很少断棒；还有一工程使用MBS1500×3000棒磨机磨碎抗压强度为200MPa的花岗岩和花岗闪长岩，虽然进料粒径为5~20mm，进料量为11×10(3)kg/h，却根本未出现过断棒。这些说明，断棒与磨损不同，它不是绝对的，不可避免的。相反，只要弄清其原因，并采取相应的措施，就可以避免，至少可大大减少断棒数。
2、引起磨棒断裂的原因
引起磨棒断裂的原因是比较复杂的。除了磨棒本身的机械能过剩，以致在转换成岩石的破碎功及某些相应的，不可避免的无用功之后还剩余较多的能量这一原因外，磨棒的平行排列秩序扰乱，也是一个极为重要的原因。
磨棒，即具有一定直径的圆形钢棒，属细长杆件，其长径比常高达30~80。这些细长杆堆积在一起，只有其纵轴保持平行，且其断面呈“梅花”形排列，才能成为最紧密排列，使其所占的空间最小。即在一定大小的空间范围内所容纳的磨棒最多，磨碎效率最高。同时，也只有这样排列，才能保证磨棒抛落和泻落时砸在其下层棒缝中的岩块上，而不致于其下层磨棒直接发生撞击，磨棒在与岩块撞击时所受到的冲击作用力才能成为沿其长度方向分布的分散力，并为冲击压力。只有这样，才能充分利用磨棒的强度，充分发挥其承载能力。正常情况下，磨棒能在重力的作用和磨筒这一边界条件的约束下自动地形成这种规则的排列，即使是在磨筒转动时，也是如此。这是因为，磨棒的断面为圆形，无论它们如何紧密排列，棒与棒之间总是存在着条状的槽形缝隙。由于重力的作用和磨筒的转动，上层磨磨总会不由自主地滚入下层磨棒的槽形缝隙中，使自己处于低能位置。而上层磨棒一旦落入下层磨棒间的缝隙，便将受到其中“卡”在其中而处于稳定状态，如果没有一定的力作用，它是不可能超过“槽坎”而改变其平行排列状态的。但是，如果磨棒间的某一条缝隙局部被堵，则与其对应的上层磨棒的一端便将抬起而成为歪斜状，若某条缝全部或大部被堵，则其对应的上层磨棒将完全失去此缝的约速而变得较为自由。此时，该棒只要受到一个较小的外力作用，便会改变原来的“姿势”，变为斜卧。一磨棒倾斜后，它与周围其它磨棒的空间位置关系便由平行变为斜交，磨棒间的线接触关系也相应地变为点接触。这样，其它磨棒回落时，便不再是砸在岩块上，而是砸在下面歪斜的磨棒上，形成磨棒与磨棒直接撞击；而且其撞击力也不再是沿棒纵向分布的冲击压力，而是作用在接触点处的集中力；这种力作用的结果，既使磨棒中的应力恶化。在此应力作用下，原来内部没有明显缺陷的磨棒可能因局部应力过大而产生缺陷，原来已有明显缺陷的磨棒则将在其缺陷处产生应力集中，促使这些缺陷发展，扩大，最后导致磨棒断裂。事实证明，只要有一根磨棒发生歪斜，便可能导致上述结果，甚至还会很快引起其它磨棒排列的紊乱，造成所谓的“乱棒”，形成严重的断棒现象。
许多因素都可以引起磨棒歪斜，其中常见的主要有以下一些。
2.1、装棒量偏少或进料量偏多
装棒量的多少，关系到磨棒被提升的高度及对被破碎岩块的冲击次数，冲击力大小和有效研磨面积的大小等，它对棒磨机的生产效率有很大的影响。试验研究表明，湿式棒磨充填率在40%~45%时较好。但国内大多数工程都低于此范围，少数仅为30%左右。由于装棒量太少，磨棒的抛落和泻落所占的比重也相应减少，生产效率降低，进入磨内的石块不能及时地破碎到较细的程度而被水冲出磨机，只能破为较粗的颗粒夹在棒缝中等待进一步破碎。这样，棒缝常被石屑填满而失去对上层磨棒的约束作用，引起磨棒排列状态的改变。
进料量偏多，亦容易造成“消化不良”而引起同样的结果。
2.2、两端进料或加水不等
制砂用的棒磨机一般都是端进料、端加水而中间周边排料的。显然，磨机两端的进料不等，易使磨棒歪斜。而当供料皮带的轴线与磨轴成垂直布置时，皮带跑偏会引起两端进料不等；二者成平行布置时，因石料的运动惯性，更难保证两端进料均匀。如果采用由摇臂摇动的分料斗交替地向磨机两端供料，则将人为地造成两端的进料不等，不仅不能避免断棒，实际上还会增加磨棒歪斜和断裂的机会。
若两端加水不等，则其排料亦不相等，其结果相当于进料不等。特别是磨碎卵石时，因卵石粒圆面光，容易滚动和弹跳，加水多的，一端的卵石将被水冲离磨端，甚至直接由排料口排出，造成一端料多，一端料少，使磨棒歪斜。
2.3、进料粒径过大
进料的最大粒径取决于棒径的大小，一个直径为25mm的球形石子即可填平两根φ100的磨棒间的缝隙。若石子的粒径更大，且其韧性很好时，将难于破碎。它们堵在棒缝中，将使其上面的磨棒失去棒缝的约束。虽然进料的粒径有筛网严格控制，但超径现象总是难免的。而只要有超径，磨棒就可能歪斜。采用中石（最大粒径为40mm）制砂，就更不用说。
2.4、不合格的磨棒剔除不及时
磨棒磨损到一定程度后，便易弯曲和断裂。弯棒和断棒若不及时剔除，将进一步引起其它磨棒的排列紊乱。但运行人员看不到磨机内的磨棒。因此，不能及时发现弯棒和断棒，只能定期打开磨棒机检查。这种检查常成为马后炮。同时，由于磨内装棒多，空间小，加上磨棒笨重，想彻底清除已经弯曲和断裂，以及即将弯曲和断裂的磨棒，也是很困难的。因而，常常留下一些隐患。
2.5、磨内部件脱落
磨筒内都装有衬板。衬板由螺栓坚固在磨筒壁上。在磨棒的巨大冲击作用下，坚固螺栓很容易松动，甚至被剪切而造成螺栓与衬板脱落。衬板既大又不容易破碎，它们脱落后会造成什么结果，是不难想象的。
2.6、磨棒的含碳量偏低
磨棒受力的特殊性，要求它既具有良好的冲击韧性，又具有一定的硬度和刚度，一般来说，含碳量为0.9%~1.1%的热轧钢较适于用作磨棒。但迄今为止，国内几乎都是选用40号至50号钢作磨检点。这些钢材的平均含碳量仅0.37%~0.55%，虽然其冲击韧性良好，但硬度和刚度却较低，容易磨损和弯曲。使用过程中易因弯曲而引起其它磨棒的排列紊乱。
3、结论
棒磨机运行时，磨内磨棒的平行排列秩序被扰乱，造成磨棒之间互相撞击，致使磨棒的受力情况恶化，是导致磨棒断裂的根本原因之一。而棒量偏少或进料量偏多，磨机两端进料量或加水量不等，进料粒径过大，不合格的磨棒剔除不及时，机内部件脱落，以及磨棒含碳量偏低等，都能造成磨棒歪斜，扰乱其平行排列秩序，导致磨棒断裂。
