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 半自磨機襯板結構的演化和使用情況為研究對象，對比研究了筒體襯板結構對襯板使用情況的影響。研究結果表明，襯板材質和工藝參數基本穩定時，襯板壽命的提升主要依賴于襯板結構和金屬量的增加；對提升面角進行合理優化，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，且使用過程中易發生斷裂或延展變形，對選礦系統具有至關重要的影響。因此，半自磨機襯板成為選礦廠重點關注的備件物資。

結構和材質是襯板質量的關鍵因素。半自磨機襯板材質需同時滿足較高的硬度、耐磨性和沖擊韌性，材料的研發、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。通常采用優化襯板結構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構對使用壽命和磨損特性的影響。

1 半自磨機及工藝參數

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

表1 半自磨機工藝參數

表2 礦石性質參數

由表2 可知，根據 JK 落重試驗參數、邦德球磨功指數與物料硬度的關系，該銅礦礦石在礦石硬度數據庫為中硬，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，可以預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，2022 年之后采用閉路系統，頑石經破碎后返回半自磨機。

2 筒體襯板結構演化

2.1 主機襯板結構

隨主機筒體襯板在長度上采用兩段設計，圓周分布上采用 48 排等高設計，進出料端筒體襯板結構完全相同，筒體襯板的結構形式如圖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。筆者認為半自磨機筒體襯板提升條的有效高度應為鋼球直徑的 2 倍以上，主機襯板結構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 襯板的結構形式

受調試期工況不穩定、礦料供應不足等情況影響，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 非對稱結構

針對主機襯板斷裂和處理量不理想的情況，對襯板結構形式進行多次優化調整。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構優化為非對稱結構，結構形式如圖2 所示。

圖2 非對稱襯板的結構形式

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料堆的趾部 (見圖3)，可減少對襯板的直接沖擊。提料側底板厚度 h1 增加至 110 mm，非提料側底板 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。非對稱結構有利于在提升條高度加高時襯板質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

優化后，筒體襯板斷裂數量明顯減少，整體處理量達到 280 萬～ 300 萬 t。依據使用情況，進行進一步優化，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 襯板結構優化

該礦經半自磨機破碎后，頑石產量平均可達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，有效解決頑石產量較多的難題，經綜合考量，增設 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，提高磨機運轉率，需要準確掌握襯板的高磨損區域，襯板設計時對襯板結構進行有針對性的增強、優化。采用 3D 掃描分析技術對拆卸前筒體襯板的整體磨損情況進行了三維掃描和數據分析。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 (左側為進料端，右側為出料端)

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

由圖4、5 可以看出，半自磨機的高磨損區域位于筒體的中間部位。當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..產能。襯板改進方案仍采用非對稱結構，同時采用變面角方案，并對高磨損區域進行加高，實現不同部位等壽命設計。改進后的襯板截面結構如圖6 所示，提升條高度沿軸向分布如圖7所示。

圖6 襯板結構優化

                                                                      圖7 提升條高度沿軸向分布

2.4 關于襯板結構改進的討論

3 結語

通過某銅礦 φ11 m 半自磨機襯板歷次結構改進及其使用效果的對比研究，可以得出：襯板材質和工藝參數基本穩定時，襯板使用壽命的提升主要依賴于襯板結構和金屬量的增加；采用非對稱結構，可以使襯板質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化，有利于降低襯板斷裂概率；針對大型半自磨機研發的高沖擊韌性材料，能夠顯著降低襯板的斷裂率。

原創：陳興章