大型半自磨機因選配鋼球直徑大、線速度高而受到大沖擊載荷，導(dǎo)致半自磨機襯板開裂概率增加，有效使用壽命降低。以某銅礦 φ11 m 半自磨機襯板結(jié)構(gòu)的演化和使用情況為研究對象，對比研究了筒體襯板結(jié)構(gòu)對襯板使用情況的影響。研究結(jié)果表明，襯板材質(zhì)和工藝參數(shù)基本穩(wěn)定時，襯板壽命的提升主要依賴于襯板結(jié)構(gòu)和金屬量的增加；對提升面角進行合理優(yōu)化，可以提高金屬利用率，降低襯板斷裂概率，在運行初期快速提升磨機臺效。

大型半自磨機是選礦廠的核心裝備之一，可以大幅提高礦石的處理效率，降低噸礦處理成本。襯板是半自磨機重要的部件，主要作用是提升礦物，保護磨機本體。大型半自磨機鋼球直徑大，線速度高，襯板的使用壽命通常在 3～6 個月，且使用過程中易發(fā)生斷裂或延展變形，對選礦系統(tǒng)具有至關(guān)重要的影響。因此，半自磨機襯板成為選礦廠重點關(guān)注的備件物資。

結(jié)構(gòu)和材質(zhì)是襯板質(zhì)量的關(guān)鍵因素。半自磨機襯板材質(zhì)需同時滿足較高的硬度、耐磨性和沖擊韌性，材料的研發(fā)、驗證周期長，目前可選擇的材料種類較少，主要為低合金珠光體鋼。通常采用優(yōu)化襯板結(jié)構(gòu)來改變襯板磨損特性，減少襯板斷裂，提高襯板使用壽命。筆者以紫金旗下某 φ11 m 半自磨機襯板為研究對象，對比研究筒體襯板結(jié)構(gòu)對使用壽命和磨損特性的影響。

1 半自磨機及工藝參數(shù)

選礦廠半自磨機規(guī)格為 φ11 m×5.4 m，銅礦的額定處理量為 45 000 t/d。半自磨機工藝參數(shù)如表1 所列，礦石性質(zhì)參數(shù)如表2 所列。

表1 半自磨機工藝參數(shù)

表2 礦石性質(zhì)參數(shù)

由表2 可知，根據(jù) JK 落重試驗參數(shù)、邦德球磨功指數(shù)與物料硬度的關(guān)系，該銅礦礦石在礦石硬度數(shù)據(jù)庫為中硬，且該銅礦礦石在球磨機閉路工況條件下為中等難磨。A×b 值和 ta 值表征礦石在半自磨機中較難破碎，Wi 表征礦石在球磨機中為較難磨細(xì)，可以預(yù)見半自磨機襯板和球磨機襯板的使用壽命會低于其他相同或相近規(guī)格的磨機。

半自磨機頑石比例為 15%，實際鋼球配比 φ 120 mm：φ150 mm=1∶1，鋼球填充率為 11%；2022 年之前采用開路系統(tǒng)，2022 年之后采用閉路系統(tǒng)，頑石經(jīng)破碎后返回半自磨機。

2 筒體襯板結(jié)構(gòu)演化

2.1 主機襯板結(jié)構(gòu)

隨主機筒體襯板在長度上采用兩段設(shè)計，圓周分布上采用 48 排等高設(shè)計，進出料端筒體襯板結(jié)構(gòu)完全相同，筒體襯板的結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。襯板的提升面角為 28°，底板厚度為 80 mm，提升條總高度為290 mm，有效高度為 210 mm。筆者認(rèn)為半自磨機筒體襯板提升條的有效高度應(yīng)為鋼球直徑的 2 倍以上，主機襯板結(jié)構(gòu)提升條有效高度僅為 φ120 mm 鋼球的1.75 倍、φ150 mm 鋼球的 1.4 倍。

圖1 襯板的結(jié)構(gòu)形式

受調(diào)試期工況不穩(wěn)定、礦料供應(yīng)不足等情況影響，襯板提升面角較小，鋼球空砸襯板概率較高，襯板斷裂嚴(yán)重，..終處理量僅約為 200 萬 t，與期望值300 萬 t 以上相差較多。

2.2 非對稱結(jié)構(gòu)

針對主機襯板斷裂和處理量不理想的情況，對襯板結(jié)構(gòu)形式進行多次優(yōu)化調(diào)整。由于襯板的非提升面不參與提升物料，將主機襯板的對稱結(jié)構(gòu)優(yōu)化為非對稱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。

圖2 非對稱襯板的結(jié)構(gòu)形式

提升面角由 28°提高至 30°，非提料面角減小至15°，鋼球的拋落點位于磨機內(nèi)料堆的趾部 (見圖3)，可減少對襯板的直接沖擊。提料側(cè)底板厚度 h1 增加至 110 mm，非提料側(cè)底板 h2 增加至 90 mm，兩批次襯板提升條總高 H 分別提高至 340 mm 和 350 mm，有效高度分別是 φ120 mm 鋼球直徑的 1.92 倍和 2.00倍。非對稱結(jié)構(gòu)有利于在提升條高度加高時襯板質(zhì)量不增加或者較少增加，提高金屬利用率。

圖3 鋼球拋落軌跡模擬

優(yōu)化后，筒體襯板斷裂數(shù)量明顯減少，整體處理量達到 280 萬～ 300 萬 t。依據(jù)使用情況，進行進一步優(yōu)化，提升條總高度..增加至 380 mm，原礦處理量..可達 349 萬 t，有效提升了襯板的使用壽命。

2.3 襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

該礦經(jīng)半自磨機破碎后，頑石產(chǎn)量平均可達15%，半自磨機排出的頑石不再返回半自磨機，直接進入堆浸工藝。為了提高資源利用率，有效解決頑石產(chǎn)量較多的難題，經(jīng)綜合考量，增設(shè) 1 臺頑石破碎機，破碎后的頑石返回半自磨機進行再次破磨。頑石重新進入半自磨機后，磨機內(nèi)的難磨物料明顯增加，半自磨機的原礦處理量下降至 290 萬～300 萬 t，同時襯板開裂數(shù)量略有上升，半自磨機的停機率增加。

為了進一步提高襯板的使用壽命，減少停機次數(shù)，提高磨機運轉(zhuǎn)率，需要準(zhǔn)確掌握襯板的高磨損區(qū)域，襯板設(shè)計時對襯板結(jié)構(gòu)進行有針對性的增強、優(yōu)化。采用 3D 掃描分析技術(shù)對拆卸前筒體襯板的整體磨損情況進行了三維掃描和數(shù)據(jù)分析。筒體襯板提升條和底板的剩余厚度分別如圖4、5 所示。

                                         圖4 筒體襯板提升條剩余厚度 (左側(cè)為進料端，右側(cè)為出料端)

                                         圖5 筒體襯板底板剩余厚度 (左側(cè)為進料端，右側(cè)為出料端)

由圖4、5 可以看出，半自磨機的高磨損區(qū)域位于筒體的中間部位。當(dāng)筒體襯板的提升面角在一定范圍 (..提升面角) 時，磨機碎磨效果達到..。采用變面角使上部面角接近..提升角，有利于半自磨機在運行初期快速達到..產(chǎn)能。襯板改進方案仍采用非對稱結(jié)構(gòu)，同時采用變面角方案，并對高磨損區(qū)域進行加高，實現(xiàn)不同部位等壽命設(shè)計。改進后的襯板截面結(jié)構(gòu)如圖6 所示，提升條高度沿軸向分布如圖7所示。

圖6 襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

                                                                      圖7 提升條高度沿軸向分布

2.4 關(guān)于襯板結(jié)構(gòu)改進的討論

3 結(jié)語

通過某銅礦 φ11 m 半自磨機襯板歷次結(jié)構(gòu)改進及其使用效果的對比研究，可以得出：襯板材質(zhì)和工藝參數(shù)基本穩(wěn)定時，襯板使用壽命的提升主要依賴于襯板結(jié)構(gòu)和金屬量的增加；采用非對稱結(jié)構(gòu)，可以使襯板質(zhì)量不增加或者較少增加，提高金屬利用率；對提升面角進行合理優(yōu)化，有利于降低襯板斷裂概率；針對大型半自磨機研發(fā)的高沖擊韌性材料，能夠顯著降低襯板的斷裂率。

原創(chuàng)：陳興章