對國內大型半自磨機筒體襯板的使用情況進行了調研，結合伊春鹿鳴礦業有限公司的生產實際和筒體襯板的失效形式，確定了半自磨機筒體襯板改型優化研究的重點方向。采用基于離散單元法的半自磨機介質沖擊能量分析和基于 Milltraj 的半自磨機介質拋落軌跡計算技術，對半自磨機筒體襯板進行了改型優化，經過實際生產應用，取得了良好的效果。

自20 世紀 80 年代以來，伴隨著自動化水平的提高，半自磨 — 球磨流程逐漸成為應用廣泛的磨礦工藝流程。作為該流程中的核心設備，半自磨機不僅兼有沖擊破碎和研磨的特點，且能有效處理各種不同硬度的礦物，其規格與處理能力也日益增大，這種大型磨機的作業率往往會在很大程度上影響到整個礦山的運行成本，因此必須盡量減少磨機的停機時間。

磨機停機的一個重要原因就是對磨損和斷裂的襯板進行更換。據伊朗 Sar Cheshmeh 選礦廠統計，襯板更換時間占整個停機時間的 13%。所以有必要研究大型半自磨機襯板的磨損情況，以提高襯板的使用壽命，減少磨機停機時間，使設備作業率..化。

伊春鹿鳴礦業有限公司 (以下簡稱“鹿鳴礦業”) 鉬礦采選工程項目設計規模為 5 萬 t/d，年處理礦石 1 500萬 t，磨礦工藝采用半自磨機 + 頑石破碎機 + 球磨機流程 (即 SABC 流程)，半自磨機規格為 φ10．97 m×7．16 m，雙側小齒輪傳動，裝機功率 2×8 500 kW，工頻運行，是選廠..核心的磨礦設備之一。2014 年該半自磨機投入運行，平均運行功率約為 15．6 MW，鋼球填充率約為 15%，鋼球直徑為 150 mm。由于鋼球填充率高、磨機直徑和鋼球直徑大，鋼球沖擊概率和沖擊能量高，半自磨機筒體襯板存在碎裂、掉塊等非正常損壞，造成平均使用壽命縮短等問題，每年更換筒體襯板約 6 套，生產成本較高，嚴重制約了半自磨機作業率的提高。因此，為提高半自磨機作業率，降低磨機運行成本，提高經濟效益，有必要對半自磨機的筒體襯板進行改型優化。

通過對礦石性質、磨機運行工況、流程工藝參數、襯板的結構材質及熱處理工藝等關鍵因素進行綜合分析，確定了較原先使用壽命提高 50% 以上的半自磨機筒體襯板改型優化目標。

1 筒體襯板的失效形式和特點

由于半自磨機內部有大量鋼球、礦石和礦漿，筒體和端部均安裝有各種型式的襯板，這些襯板特別是沿筒體軸向布置的襯板，一方面保護磨機筒體不受礦漿侵蝕及鋼球直接沖擊，另一方面，襯板上凸起的提升條將磨礦介質及物料連續提升后，使之拋落或瀉落，實現對物料的破碎和研磨作用。半自磨機的這種磨礦形式決定了襯板及提升條會不斷發生磨損，磨損后的襯板及提升條形狀不僅發生明顯改變，還會影響磨機內部的能量傳輸特性，影響磨礦效率。襯板磨損失效后有可能會因為拋落的鋼球直接沖擊造成襯板斷裂失效，也可能由于提升條的外形磨損使凸棱降低，致使物料與筒體襯板之間發生滑移運動，加劇襯板的磨損。一旦提升條被磨掉，襯板不但失去對物料的提升作用，還使物料與襯板間的滑移加劇，襯板也將很快被磨穿，傷及磨機筒體。

影響半自磨機筒體襯板使用壽命的因素有很多，主要有襯板結構本身和現場操作兩個方面。襯板的結構不合理，將會造成鋼球被帶起的高度過高，拋落后直接砸向對面襯板，使襯板發生沖擊斷裂；襯板的制造工藝和材質選擇不當，造成沖擊韌性和硬度不能與工況相匹配，從而出現非正常斷裂和提前磨損；半自磨機填充率過低，使鋼球與襯板接觸頻繁，會造成襯板非正常斷裂和提前磨損，大直徑鋼球則更為嚴重。因此，合理的鋼球拋落點、襯板的機械性能及可磨損量是半自磨機筒體襯板改型優化研究的主要方向。

2 筒體襯板的改型優化

2.1 原筒體襯板

半自磨機原筒體襯板布置情況如下：沿筒體軸向有 3 圈襯板，每圈襯板為 48 塊全高結構襯板，襯板的截面相同，均為山字形對稱結構，截面中間為主提升條，高度為 288 mm，底板厚度為 85 mm，兩側布置有小的提升條，其高度為 155 mm，如圖1所示。在筒體截面的一周上，布置有 72 排襯板螺栓孔，因此，每圈 48 排的襯板螺栓布置方案與通常的磨機不同，即一塊襯板在底板上對稱占用 2 排螺栓孔，而相鄰的襯板則在提升條中間占用一排螺栓孔，即一種截面形式，兩種螺栓孔布置方式。

圖1 半自磨機原筒體襯板設計

根據前期磨機運行功率及鋼球充填率，可反推磨機的平均綜合充填率約為 26%，結合襯板的結構、鋼球的直徑和充填率、磨機的轉速和直徑等參數，使用專用軟件對半自磨機物料運行狀態進行了模擬，如圖2 所示。

                                                   圖2 半自磨機原筒體襯板鋼球拋落軌跡

由圖2可以看出，當半自磨機運行時，鋼球的拋落點位于第 4 象限 47°左右，而物料的邊緣位置在第4 象限的 42°。顯然，鋼球介質的落點位于物料的邊緣，對筒體襯板造成較大且頻繁的沖擊。因此，必須對襯板的結構和機械性能進行調整，以改善物料的拋落曲線和襯板的抗沖擊性能。

2.2 筒體襯板的改型優化

在鋼球大小、磨機轉速和直徑一定的情況下，影響半自磨機內物料拋落曲線的主要因素有：筒體襯板的提升面角，提升條高度與間距之間的比值 (S/H)。改變筒體襯板的結構，包括提升條的數量和高度，就可以實現 S/H 值的改變，而提升條的高度又可直接影響襯板的可磨損量。經過分析計算和研究表明，可以將提升條的高度增加至 320 mm，并充分利用筒體周向的 72 排孔，襯板布置采用高-平-高方案，如圖3 所示。

                                                           圖3 半自磨機筒體襯板改型設計

確定了襯板的結構型式后，通過專用軟件再次模擬鋼球在筒體內的拋落曲線，如圖4所示。由圖4可以看出，鋼球的拋落點位于第 4 象限 40°左右，而物料的邊緣位置仍為第 4 象限的 42°，鋼球的拋落點位于料堆趾部附近，未直接對筒體襯板造成沖擊，同時也有利于提高磨礦效率。

                                                    圖4 半自磨機筒體襯板優化后的鋼球拋落軌跡

這種新的筒體襯板結構型式，將原來圓周方向的 48 塊襯板改為了 72 塊，提升條數量由原來的 48條改為 36 條，提升條高度由 288 mm 改為 320 mm，分為高板和矮板，襯板的截面單一突變小，鑄造和熱處理工藝也比原來的簡單，更加容易獲得均勻和..的機械性能，鑄造和熱處理過程中產生的應力也更加容易失效，提升條高度的增加也帶來了襯板可磨損量的增加，并且筒體襯板的總體質量較原先降低了14% (42 t)，有利于降低半自磨機的磨礦電耗。

另外，通過分析前期的襯板失效形式，發現進料端筒體襯板的..個螺栓孔處較其他位置更易發生斷裂，但磨損量并不大。這是因為，進料端筒體襯板前端處于端蓋和筒體結合位置，..個螺栓孔處受料流影響鋼球不易堆積，造成..個螺栓孔處提升條磨損較慢，但這個位置的礦石較少，沖擊較為嚴重。螺栓孔位置相對于其他位置有開孔，強度相對較弱，因而可通過降低此處提升條高度，并對螺栓孔位置進行局部結構強化，以..襯板的性能。改進后的筒體襯板外形如圖5所示。

                                                      圖5 改型優化后的筒體襯板外形

3 改型優化后的應用

半自磨機筒體襯板的改型優化方案于 2015 年 3月完成論證，當月投入生產制造。2015 年 6 月，改型優化的首套襯板在半自磨機上安裝使用，目前已連續應用 9 套。該襯板安裝應用后，使用壽命較原來提高47．3% ～ 56．52%，基本杜絕了襯板的斷裂問題，大大降低了襯板的采購價格；半自磨機的可作業率和實際作業率均大幅提升，月..作業率達 99．62%，磨礦效率得到了提高；襯板質量降低，半自磨機的平均運行功率由原先的 15．6 MW 降低到 14．4 MW，鋼球填充率也由原來的 15% 降至 13．5%，取得了良好的經濟效益。

4 結語

大型半自磨機在..上應用的總體數量有限，用戶一般為..礦業巨頭。為了提高礦石處理能力，降低生產成本，包括礦山企業和襯板供應商，都在對磨機襯板進行各種方式的研究和改進。..上這種規格和功率的大型半自磨機大多帶有變頻驅動功能，變頻驅動可以方便快捷地改變磨機轉速，對于筒體襯板結構的不足以及磨損后的磨礦效率降低，有很好的補充作用。而工頻驅動的磨機則沒有這種優勢，需要在對襯板的改型優化研究中考慮更多的因素，如物料的拋落曲線要同時兼顧解決鋼球砸襯板和磨損后的效率降低問題。本次大型半自磨機筒體襯板的改型優化研究，建立了國內超大型半自磨機襯板沖擊力和沖擊能量分析模型，并采用基于三維激光掃描的襯板磨損測量技術，對其他大型鑄件的研究設計具有一定的參考價值。