劉 釗，張 明，劉 洋，吳 靖，蘇永席

金川集團股份有限公司選礦廠 甘肅金昌 737100

球 磨機運行過程中，磨礦介質(zhì)及礦物瀉落、拋落和離心運動會產(chǎn)生較大動能，對球磨機襯板形成連續(xù)沖擊，造成襯板磨損[1]。金川集團股份有限公司選礦廠于 2008年引進 4臺由中信重工機械有限公司生產(chǎn)的φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機，有效容積為 185.5 m3，為當時國內(nèi)容積最大的溢流型球磨機。其中一段一次磨礦、筒體及進出料端蓋使用低鉻高錳鋼材質(zhì)襯板。大型球磨機襯板主要起保護球磨機筒體、進出料端蓋的作用，經(jīng)過長周期運行，襯板安裝難度增大、臨時檢修頻繁、檢修同周期更換襯板難以實現(xiàn)等問題逐漸凸顯。鑒于球磨機襯板造價成本高、更換周期短、更換作業(yè)難度大等特點[2]，對球磨機襯板結(jié)構進行優(yōu)化研究具有重要現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。

1 襯板使用現(xiàn)狀

1.1 筒體襯板使用現(xiàn)狀

原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進料端筒體襯板與出料端筒體襯板結(jié)構相同，沿均為波峰、波谷相間的波形結(jié)構，球磨機筒體軸向各分布 5排，分布結(jié)構如圖 1所示。球磨機運行過程中，進、出料端筒體襯板磨損狀況不同，進料端第一、第二排襯板磨損最快，使用壽命為 18個月；進料端第三、第四排磨損較快，使用壽命為 22個月；進料端第 5排與出料端筒體襯板磨損狀況相同，使用壽命達到 24～ 27月。進料端筒體襯板與出料端筒體襯板的使用壽命存在至少 6個月的差值，襯板無法實現(xiàn)同壽命及同期更換，組織協(xié)調(diào)檢修難度大，成本高。

圖1 球磨機筒體襯板分布

1.2 端蓋襯板使用現(xiàn)狀

原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進出料端蓋襯板共計 108塊，為 3×18放射狀配置安裝，分為內(nèi)段、中間段、外段端蓋襯板，每段 18塊。分布結(jié)構如圖2所示。每段襯板之間為榫卯結(jié)構配置，對球磨機進出料端蓋外形尺寸及襯板螺栓孔定位尺寸精度要求較高。在實際安裝中，出現(xiàn)因襯板外形尺寸、進出料端蓋襯板螺栓定位尺寸累計偏差較大，導致襯板螺栓錯位、襯板位置重疊等現(xiàn)象發(fā)生，通常采用襯板螺栓錯位安裝的方式解決此類問題，造成襯板螺栓局部承受應力較大，出現(xiàn)短期內(nèi)襯板螺栓斷裂，進出料端蓋泄漏礦漿等現(xiàn)象。且由于襯板和襯板螺栓均受到徑向和軸向循環(huán)沖擊[3]，球磨機進、出料端蓋襯板容易出現(xiàn)其中一塊斷裂，須安排停車更換，由于榫卯配置局限性，單塊襯板更換較為困難。

圖2 改進前后球磨機筒體襯板厚度分布

球磨機進、出料襯套法蘭處安裝一塊楔面壓環(huán)，用于防止物料進入襯套與中空軸形成的空腔內(nèi)。在實際使用過程中，由于鋼球及物料沖擊載荷大，導致楔面壓環(huán)磨損較快，螺栓變形損壞，楔面壓環(huán)難以拆除更換，不及時處理，會發(fā)生中空軸漏漿事故，導致中空軸損壞，球磨機內(nèi)段端蓋襯板無法保護楔面壓環(huán)和中空軸。

2 結(jié)構優(yōu)化研究

2.1 筒體襯板結(jié)構優(yōu)化

針對φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進、出料端筒體襯板磨損不均衡，使用壽命相差較大等問題，采用分段階梯式配置襯板設計予以解決。筒體襯板波形不發(fā)生變化，波峰、波谷值保持不變；螺栓孔斜度不發(fā)生變化，出軸深度與原設計相同，使用高強螺栓規(guī)格型號不發(fā)生變化；出料端筒體襯板及第五排進料端筒體襯板厚度不變，仍為 70 mm。優(yōu)化時，第三、第四排進料端筒體襯板厚度增加 14% (79.8 mm)，實際制作厚度為 80 mm，主視圖及俯視圖分別如圖 3、4所示；第一、第二排進料端筒體襯板厚度增加 28%(89.6 mm)，實際制作厚度為 90 mm，改進前后球磨機筒體襯板厚度分布如圖 5所示。

圖3 進料端第三、第四排襯板主視圖

圖4 進料端第三、第四排襯板俯視圖

圖5 優(yōu)化前后球磨機筒體襯板分布

對結(jié)構優(yōu)化后的筒體襯板進行更換，球磨機齒輪副運行溫度、同步電動機電流值、電動機定子溫度、電動機軸瓦溫度、筒體軸瓦溫度等參數(shù)均未發(fā)生較大變化。2年后，對筒體襯板進行拆除更換，測量拆除襯板厚度，測量值如表 1所列，球磨機厚度為 23.8～26.2 mm，平均值 25.38 mm，極差 2.4 mm。可見球磨機筒體襯板處于均勻磨損狀態(tài)。

表1 進出料襯板磨損 mm

2.2 端蓋襯板結(jié)構優(yōu)化

針對原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進、出料端蓋襯板為 3×18放射狀榫卯立面配置局限性導致的襯板安裝維護及端蓋泄漏礦漿問題進行研究，采用3×18放射狀直線楔形立面配置予以解決。單列分布結(jié)構如圖 6所示。沿球磨機筒體軸向觀察，球磨機進、出料外段、中間段、內(nèi)段端蓋襯板均設計成扇形結(jié)構，三段襯板扇形中心點在球磨機端蓋中心處，三段扇形圓心角相同，均為 20°。三段襯板結(jié)構設計為半球面、斜面、波浪形表面相結(jié)合配置，襯板結(jié)構形狀如圖 7所示。增加了襯板內(nèi)表面積，加強了襯板內(nèi)表面對礦石及磨礦介質(zhì)的提升和研磨作用，有利于大型溢流型球磨機進料和排料，半球面過渡設計能夠在排料和進料時減少物料及碎鋼球?qū)M出料端蓋及進出料襯套的沖擊和磨損。

圖6 優(yōu)化后球磨機端蓋襯板分布

圖7 改進后球磨機端蓋內(nèi)段襯板形狀

針對球磨機內(nèi)段端蓋襯板無法起到防護中空軸，防止漏漿問題，球磨機進、出料內(nèi)段端蓋襯板結(jié)構進行優(yōu)化，沿球磨機筒體軸向觀察，球磨機進、出料外段及中間段端蓋襯板的扇形面邊長均為 770 mm。為了使球磨機內(nèi)段襯板能起到防護作用，需對內(nèi)段襯扇形邊長延伸，延伸面厚度比襯板厚度少 60 mm，否則無法安裝，進料段延伸長度為 75 mm、出料段延伸長度為 150 mm。通過此類設計，可實現(xiàn)內(nèi)段襯板對楔面壓環(huán)防護，避免鋼球及物料直接沖擊楔面壓環(huán)，物料進入中空軸與進、出料襯套之間的縫隙，造成中空軸漏漿。優(yōu)化前后內(nèi)段襯板與楔面壓環(huán)位置結(jié)構圖，如圖 8所示。

對結(jié)構優(yōu)化后的端蓋襯板進行更換，與未優(yōu)化前相比，減少了 30% 的更換時間。連續(xù)運行 2年，未發(fā)現(xiàn)襯板螺栓斷裂及單塊襯板碎裂現(xiàn)象，進出料端蓋處未發(fā)生漏漿設備事故，內(nèi)段襯板保護楔面壓環(huán)厚度最小處為 10.2 mm，楔面壓環(huán)未見明顯磨損。

3 結(jié)語

結(jié)構優(yōu)化后的φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機實現(xiàn)進料端筒體襯板與出料端筒體襯板 24個月以上同等使用壽命，可以統(tǒng)一對進出料端筒體襯板進行檢修更換，減少進出料端筒體襯板更換頻次，實現(xiàn)周期計劃性更換筒體襯板，降低檢修時間和檢修工作量，實現(xiàn)處理量和經(jīng)濟效益最大優(yōu)化。

圖8 改進前后球磨機端蓋內(nèi)段襯板

通過對φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進、出料端端蓋襯板結(jié)構優(yōu)化升級，延長了端蓋襯板使用壽命，降低了端蓋襯板局部斷裂和襯板螺栓折斷等設備故障發(fā)生的可能，減少端蓋襯板更換頻次，實現(xiàn)周期計劃性更換端蓋襯板。同時，襯板可保護中空軸，防止端蓋漏漿、中空軸損壞等設備故障發(fā)生。