范保建 佐太東 龐玉明 劉國民

摘要：包頭鑫達礦業(yè)公司選冶廠通過改變球磨機筒體個別襯板形狀，避免了球磨機襯板使用后期，球磨機內磨礦介質及礦漿對球磨機襯板夾角位置筒體的沖蝕，減少了球磨機筒體的磨損。利用小型卷揚機實現了安全快速地更換球磨機筒體襯板的目的，更換時間縮短了30 h左右，可供其他中型溢流型球磨機更換襯板參考借鑒。

關鍵詞：溢流型;球磨機;筒體襯板;小型卷揚機;襯板尺寸;襯板安裝技術

中圖分類號：TD453文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）07-0059-04doi：10.11792/hj20210712

引 言

內蒙古包頭鑫達黃金礦業(yè)有限責任公司（下稱“包頭鑫達礦業(yè)公司”）位于內蒙古自治區(qū)包頭市以西，隸屬包頭市九原區(qū)阿嘎如泰蘇木鄉(xiāng)，集地質勘查、采礦、選礦、冶煉于一體，是一家綜合性現代化礦業(yè)公司，主要產品為黃金，副產品為白銀。包頭鑫達礦業(yè)公司前身為包頭市哈德門金礦，始建于1989年，1992年正式投產。2000年5月，哈德門金礦進行聯營改制，由中國黃金集團有限公司控股82 %，九原區(qū)國有資產管理辦公室持股18 %，共同組建了包頭鑫達礦業(yè)公司，公司下設7個分礦，1個選冶廠，9個管理部室公司，目前在冊人數593人，其中七礦183人，選冶廠138人。

包頭鑫達礦業(yè)公司選礦工藝為全泥氰化炭漿法，礦石處理能力3 000 t/d，磨礦工藝為兩段兩閉路磨礦，最終產品細度-0.074 mm占90 %以上，磨礦產品濃度20 %左右。采用的磨礦設備主要有MQY4.27 m×6.5 m溢流型球磨機。

1 工程背景

球磨機適用于粉磨各種礦石及其他物料，被廣泛用于選礦、建材及化工等行業(yè)，可分為干式和濕式2種磨礦方式。根據排礦方式不同，可分為格子型和溢流型2種。包頭鑫達礦業(yè)公司選冶廠磨浸車間工藝流程見圖1。

包頭鑫達礦業(yè)公司選冶廠采用的MQY4.27 m×6.5 m溢流型球磨機由水平的筒體、進出料空心軸及磨頭等部分組成。筒體為長的圓筒，筒內裝有磨礦介質，筒體為鋼板制造，鋼制襯板與筒體固定，磨礦介質一般為鋼制圓球，也可用鋼段，并按不同直徑和一定比例裝入筒體中。磨礦介質可根據研磨物料的粒度加以選擇，物料由球磨機進料端空心軸裝入筒體內。

球磨機的工作原理是利用筒體轉動，并按照作業(yè)的實際需要，將鋼球提升到一定的高度后以拋物線下落，沖擊筒內的物料，從而使物料和襯板充分摩擦[1]。

磨礦作業(yè)在球磨機筒體內進行，磨礦介質隨筒體的旋轉被帶到一定高度后，磨礦介質由于自重而下落，裝在筒體內的礦石受到磨礦介質猛烈的沖擊力;另一方面由于磨礦介質在筒體內沿筒體軸心公轉與自轉，在磨礦介質之間及其與筒體接觸區(qū)又產生對礦石的擠壓和磨剝力，從而將礦石磨碎。當筒體旋轉時將球磨機鋼球（磨礦介質）帶起并升到一定高度，由于鋼球本身的重力作用，最后沿一定的軌道下落。在區(qū)域內的鋼球受到2種力的作用：一是旋轉時自切線方向施于鋼球的作用力;一是與鋼球直徑相對稱一面而與上述作用力相反的力，這個作用力的產生是由于鋼球本身自重而向下滑動所引起的。上述2種作用力對鋼球會形成一對力偶，由于鋼球是被擠壓在筒體與相鄰鋼球的中間，所以力偶會使鋼球之間存在大小不等的摩擦力，鋼球隨筒體軸心作公轉運動時在區(qū)域內自上向下拋落，在區(qū)域里對筒體內的礦石產生強大的沖擊作用，將礦石破碎。在球磨機筒體內礦石主要受磨剝力、沖擊力及擠壓力的作用而被磨碎，這個過程中球磨機襯板起到保護筒體不受鋼球磨損的作用。

包頭鑫達礦業(yè)公司選冶廠一段球磨機筒體襯板使用的是錳鋼襯板，襯板平均使用周期6個月。經過多年的觀察發(fā)現，由于筒體襯板形狀及組裝方式的原因，筒體每4塊襯板中間形成一個拼接角，該位置隨著球磨機旋轉時鋼球、礦石及水的沖蝕，磨損速度最快，長時間后球磨機筒體沿拼接角處形成一道道垂直筒體的橫向磨損條，靠近給料端一側比較嚴重，個別位置因襯板質量磨損深度已超5 cm。

2021年第7期/第42卷? 機電與自動控制機電與自動控制? 黃 金

2 筒體襯板形狀優(yōu)化

目前，球磨機筒體襯板有等厚、波形、凸形（壓條式）和角形等幾種形狀[2]。傳統筒體襯板形狀見圖2，每一排7塊襯板，共28排，合計196塊襯板。每個襯板有2個螺栓孔，通過螺栓將襯板固定到球磨機筒體上。為了便于襯板安裝，襯板左右及上下都有1 cm左右的縫隙。隨著筒體旋轉，垂直筒體方向的拼接角基本連成一條環(huán)形直線，在球磨機內介質鋼球、礦石、堿性水的沖蝕作用下，筒體襯板拼接角的位置磨損最為嚴重，基本最先磨損。久而久之，環(huán)形縫隙經過物料沖刷，磨損會越來越大，致使物料直達筒體內表面，磨損球磨機筒體內表面。一旦球磨機筒體磨損量超過筒體厚度的一定比例，球磨機筒體就有變形甚至開裂的危險，后果十分嚴重。

為盡可能降低襯板模具等的改變，采用的優(yōu)化方案為：一是優(yōu)化所有襯板位于襯板中間位置的上下2個吊裝孔，使之便于吊裝使用;二是改變少量的筒體襯板形狀，使襯板拼接角位置錯開，使之無法形成一條完整的環(huán)形直線，從而加強對筒體已磨損面的保護，并減少對筒體內表面的再次磨損。

襯板形狀優(yōu)化見圖3，將28排襯板中14排的兩段襯板分成2小塊，利用交叉安裝的方式，將襯板的拼接角打斷，使其不能連成一個整體的環(huán)形直線，極大程度減少持續(xù)流動帶來的摩擦力對球磨機襯板及筒體的沖蝕作用。

第一批改造襯板于2021年1月拆除，使用壽命8個月，較之前延長2個月。襯板表面磨損均勻，未出現之前排礦端磨損輕、給料端磨損重的現象，球磨機筒體未見二次磨損，襯板拼接角處磨損均勻（見圖4），未出現提前損壞現象，改造取得非常好的效果。

3 筒體襯板安裝技術優(yōu)化

3.1 優(yōu)化背景

包頭鑫達礦業(yè)公司采用不倒鋼球的方法更換筒體襯板，更換步驟主要分為以下2步：

1）舊襯板拆除及運輸。將舊襯板固定螺栓拆除，人工將襯板從筒體上拆除，并運輸至筒體之外。

2）新襯板吊裝及安裝。利用橋式起重機將新襯板吊運至球磨機中，人工抬運襯板將其與筒體貼合，然后安裝螺栓固定。

更換襯板各工序用時見表1。其中，用時較長的部分主要是新、舊襯板的吊裝、運輸及安裝;另外，多數作業(yè)需要人工完成，人工勞動強度較大，安全風險高。

更換過程中，一塊新襯板的質量為260 kg左右，使用到期的舊襯板質量約為100 kg。舊襯板主要靠人工從球磨機排礦口抬出，新襯板使用天車從球磨機檢修口吊入球磨機內部，因檢修口空間較小，每次只能吊裝1塊，而且1個吊裝孔不能完成所有襯板的吊裝，需要不停地對球磨機進行轉動，利用2個吊裝孔完成襯板的吊運，耗時長且危險性大。

在安裝筒體襯板時，由4人用釬桿抬起，一端插入筒體螺絲孔中，然后人工抬起另一端，使襯板緊貼至筒體，這樣更換一次需要56 h，工作效率低，而且工人3班作業(yè)，勞動強度非常大，發(fā)生機械傷害、砸傷事故也較多。

隨著球磨機向大型化方向發(fā)展，機械化換襯板是選礦廠提高生產效率的有效途徑[3]。大型球磨機檢修更換襯板采用機械手作業(yè)的較多，但機械手對于中型球磨機來講，不管是工作空間，還是使用成本都不合適，因此中型球磨機更換襯板采用人工作業(yè)的較多，機械化程度普遍不高。過去的7年里，從人工安裝到機械卷揚機安裝，從人工搬運襯板到軌道運輸，在技術人員的不斷創(chuàng)新探索下，更換襯板用時從56 h逐步減少。

3.2 安裝技術

3.2.1 襯板運輸

新、舊襯板的運輸用時占整個更換筒體襯板作業(yè)時間的三分之一左右。因此，包頭鑫達礦業(yè)公司專門制作了運輸工具及吊裝工具，以縮短調運用時。

運輸工具有軌道及平板小車。平板小車設計將厚5 mm的鐵板切割成60 cm×40 cm，下方焊接4個鋼制滾輪，左右焊接鐵片作為拉拽固定。軌道按照平板小車滾輪設計的運輸通道，由槽鋼及角鐵焊接制成，方便平板小車在軌道上來回滑動。軌道長5 m左右。

吊裝工具主要有卷揚機。卷揚機為用卷筒纏繞鋼絲繩（鏈條）提升或牽引重物的輕小型起重設備，又稱絞車。卷揚機可以垂直提升、水平或傾斜拽引重物。卷揚機分為手動卷揚機、電動卷揚機及液壓卷揚機3種，以電動卷揚機為主，其可單獨使用，也可作起重、筑路和礦井提升等機械中的組成部件，因操作簡單、繞繩量大、移置方便而廣泛應用。

包頭鑫達礦業(yè)公司采用220 V小型移動式卷揚機及小型龍門架，卷揚機可實現上下調運及左右移動，起重量500 kg。龍門架為卷揚機的軌道。另外，還有調運襯板的“X”型吊裝夾具，專門用于舊襯板調運。新襯板吊裝采用2條等長吊裝鉤。

舊襯板運出筒體流程：平板小車軌道從球磨機排礦口放置進入筒體內部，外部留1.5 m吊裝預留區(qū)，工人將舊襯板放置在平板小車上，通過軌道運輸至筒體外部，利用“X”型吊裝夾具從舊襯板2個螺栓口掛住襯板，利用卷揚機調運至外側裝車，單塊襯板用時1 min左右。

新襯板運進筒體內部流程：平板小車軌道從球磨機排礦口放置進入筒體內部，外部留1.5 m吊裝預留區(qū)，卷揚機利用吊裝鉤將提前放置在固定位置的襯板提起，沿龍門架移動至軌道小車處，將襯板放置在軌道小車上，運輸至筒體內部，單塊襯板用時1 min左右。

3.2.2 襯板安裝

新襯板安裝使用的工具主要有卷揚機、卷揚軌道。卷揚軌道根據球磨機筒體長度特制，兩側有螺栓固定孔，通過兩道螺栓將其與筒體固定在一起，220 V小型卷揚機通過卡槽固定在軌道上，可左右滑動。卷揚鋼絲繩粗8 mm。

單塊襯板安裝流程見圖5。首先，將軌道用螺栓固定在筒體⑤的位置，卷揚機安裝在軌道上，啟動球磨機慢轉，準備安裝的襯板在①的位置，從①最右側該塊襯板開始安裝。此時，筒體內部鋼球基本為平面。

新襯板由小型卷揚機調運至平板小車，通過軌道運輸至筒體內部，筒體軌道上的卷揚機移動至⑤的最右側，將鋼絲繩從筒體右側第二個螺栓孔塞入筒體內部，掛鉤掛住新襯板吊裝孔，鋼絲繩進入螺栓孔位置有防撕裂設置，收緊卷揚機鋼絲繩，將襯板由排礦口處拉至吊裝孔處，此時鋼絲繩垂直，卷揚機控制器在筒體內部，便于觀察現場情況。緩慢收緊鋼絲繩，將襯板提升至合適位置，此時安裝人員將釬桿通過襯板螺栓孔插入筒體螺栓孔處，將螺栓孔對齊，輕微用力使襯板貼緊筒壁，扶好襯板，抽出一根釬桿，安裝螺栓，以同樣的方式安裝另一根螺栓，筒體外側人員安裝膠墊、鐵墊及螺母，最后用氣動扳手將螺母固定。螺母固定后，松卷揚鋼絲繩。一般情況下同時安裝最右側①、② 2排襯板，安裝完成后，將鋼絲繩拔出，移動卷揚機，將鋼絲繩從右數第4個螺栓孔塞入筒體，繼續(xù)第三、四塊襯板安裝。襯板安裝示意圖見圖6。

①、②2排襯板安裝完成后，使球磨機慢轉，將卷揚機軌道向安裝的反方向移動兩排，繼續(xù)安裝第③、④2排襯板，直至最后3排時，1次安裝1排襯板，最后1排襯板用卷揚機拉至合適位置后，拆除軌道，人工安裝最后7塊襯板。

最近的一次襯板安裝用時統計：螺母拆除用時1.5 h，螺栓拆除用時1.3 h，舊襯板拆除并運出筒體用時12.0 h，襯板安裝固定用時11.4 h，完成全套襯板的安裝共計用時26.2 h。

3.3 應用效果

1）新、舊襯板運輸采用軌道小車及卷揚機，提高了新、舊襯板運輸的速度，降低了人工搬運襯板的勞動強度，降低了檢修人員的安全風險。

2）新襯板調運采用移動式卷揚機，可以實現襯板上下左右4個方向的移動，極大縮短了使用橋式起重機吊運襯板的時間，速度更快，更省時省力。

3）利用卷揚機鋼絲繩的拉力實現襯板在筒體內部的移動，減少了檢修人員，降低了檢修人員的勞動強度和安全風險。

4）利用卷揚機提升襯板至相應高度，人工移動襯板使螺栓孔重合，極大程度降低了人工抬運襯板的勞動強度，同時減少了抬運襯板過程中重物砸傷等傷害事故的發(fā)生。

5）球磨機筒體襯板形狀優(yōu)化后，筒體錳鋼襯板的磨損比較均勻，未出現夾角磨損過快的現象，筒體錳鋼襯板的使用壽命平均延長2個月，每年可節(jié)省大量的襯板費用。

6）球磨機筒體襯板安裝技術可以有效縮短更換襯板時間，每年可減少維修時間44.7 h左右，可多處理礦石量6 500 t左右，可多產黃金9 kg，可為企業(yè)創(chuàng)造經濟效益300余萬元。

4 結 論

1）球磨機筒體襯板形狀及安裝技術優(yōu)化設計，避免了球磨機襯板使用后期球磨機內磨礦介質及礦漿對球磨機襯板夾角位置筒體的沖蝕，減少了球磨機筒體的磨損，延長襯板的使用壽命1～2個月，之后在更換襯板的過程中未發(fā)現筒體磨損面再次加深的現象，為企業(yè)節(jié)省筒體維修費用數10萬元。

2）球磨機筒體襯板安裝技術可以有效減少更換襯板所需人員數量，減少人員在搬運、安裝襯板過程中產生的危險，降低作業(yè)安全風險，提高作業(yè)環(huán)境的安全性。

3）更換襯板過程中大量使用小型機械，降低工人勞動強度，降低作業(yè)安全風險，是企業(yè)機械化生產的重要方向和目標。

4）球磨機筒體襯板形狀及安裝技術優(yōu)化對于使用中型球磨機的企業(yè)具有很好的適用性，受球磨機空間及使用成本限制，無法使用機械手更換襯板的情況下，使用中型溢流型球磨機的企業(yè)在更換襯板的過程中應盡可能使用小型機械。

[參 考 文 獻]

[1] 岳建國，岳衛(wèi)國，王廷勇.球磨機襯板磨損分析及對策研究[J].山東工業(yè)技術，2017（4）：215.

[2] 唐新民，吳照銀.球磨機筒體襯板形狀的理論探討[J].礦山機械，2005（1）：20-22.

[3] 楊溢，耿洪臣.大型磨機換襯板機械手研究現狀[J].礦山機械，2009（5）：70-74.

Practice of the tank liner shape optimization in medium-sized

overflow ball mills and its installation technology

Fan Baojian，Zuo Taidong，Pang Yuming，Liu Guomin

（Inner Mongolia Xinda Gold Mining Co.，Ltd.）

Abstract：The smelter of Baotou Xinda mining company altered the shape of individual tank liners，avoiding the flush and corrosion by the milling media and slurry to the tank part at the included angle in the ball mill，and reducing wearing of the tank in the ball mill，at the late stage of use of ball mill liners.Small winches are used to replace the tank liners fast and safe in the ball mill，shortening the replacement time by about 30 h.The practice can provide reference when other medium-sized overflow ball mills are to replace liners.

Keywords：overflow type;ball mill;tank liner;small winch;liner size;liner installation technology