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        鹿鳴礦業(yè) φ10.97 m×7.16 m 半自磨機(jī)筒體襯板優(yōu)化

        2022-09-01 12:30:38聶明哲劉晉寧張興麗
        礦山機(jī)械 2022年8期
        關(guān)鍵詞:面角鹿鳴板結(jié)構(gòu)

        聶明哲,劉晉寧,李 琦,張興麗

        1伊春鹿鳴礦業(yè)有限公司 黑龍江伊春 152500

        2中信重工機(jī)械股份有限公司 河南洛陽 471039

        伴隨著半自磨機(jī)的大型化,一方面半自磨機(jī)進(jìn)料粒度加大,同時(shí)磨機(jī)內(nèi)鋼球的直徑和拋落時(shí)的線速度不斷增大,磨機(jī)筒體襯板承受的沖擊力急劇增加,導(dǎo)致襯板工作條件惡化;另一方面襯板結(jié)構(gòu)大型化,制造難度增加,厚大截面導(dǎo)致性能衰減,引起襯板在高速?zèng)_擊下的加速磨損。以上綜合因素導(dǎo)致大型半自磨機(jī)襯板使用壽命較低,襯板更換耗時(shí),嚴(yán)重制約礦山企業(yè)的發(fā)展。筆者提出優(yōu)化襯板結(jié)構(gòu)、使用先進(jìn)耐磨材料以提高襯板的使用壽命。

        1 鹿鳴礦業(yè)概況

        鹿鳴礦業(yè)地處小興安嶺張廣才嶺多金屬成礦帶,為斑巖型特大鉬礦床。除輝鉬礦外原礦成分主要為長石 47.0%、石英 32.94% 以及方解石 7.85%。原礦物理性質(zhì)如表 1 所列,為硬度高、不易破碎的礦石。

        表1 鹿鳴礦業(yè)原礦物理性質(zhì)

        鹿鳴礦業(yè)采用露天開采,鉬金屬資源儲(chǔ)量為75.18 萬 t。鹿鳴礦業(yè)選礦廠的粉磨系統(tǒng)由 1 臺(tái)φ10.97 m×7.16 m 半自磨機(jī)和 2 臺(tái)φ7.32 m×11.28 m 球磨機(jī)組成,工藝流程為 SABC,如圖 1 所示,礦石的日處理量為 5 萬 t,年處理量為 1 500 萬 t。

        圖1 鹿鳴礦業(yè)選礦廠流程

        2 優(yōu)化前襯板結(jié)構(gòu)和使用情況

        優(yōu)化前半自磨機(jī)筒體襯板分為進(jìn)料端筒體襯板、中間段筒體襯板和出料端筒體襯板,每段 36 塊高襯板和 36 塊低襯板交替排布,采用“丄”對(duì)稱結(jié)構(gòu),高襯板提升條總高為 315 mm,低襯板提升條總高為165 mm。原筒體襯板結(jié)構(gòu)如圖 2、3 所示。該結(jié)構(gòu)的提料側(cè)面角與非提料側(cè)面角相同,提升能力偏低,金屬利用率也較低。

        圖2 原筒體襯板結(jié)構(gòu)

        圖3 原筒體襯板裝配示意

        原結(jié)構(gòu)高襯板總高較低,且采用對(duì)稱結(jié)構(gòu),減小了襯板之間的提料容積,磨機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)襯板對(duì)鋼球和物料的提升能力有限。隨著磨機(jī)的運(yùn)行,當(dāng)襯板提升條與底板的高度差小于鋼球的半徑時(shí),襯板對(duì)鋼球的提升能力明顯降低,鋼球在磨機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡以泄落為主,此時(shí)磨機(jī)產(chǎn)能下降,襯板壽命接近尾聲。原結(jié)構(gòu)襯板的使用壽命約 70~ 75 d,處理礦石約 350~360萬 t,每年需更換 4~5 套襯板。

        中間段筒體高襯板的磨損情況如圖 4 所示,出料端筒體高襯板的剩余厚度如表 2 所列。

        圖4 中間段筒體高襯板磨損情況

        表2 出料端筒體高襯板的剩余厚度

        為了準(zhǔn)確掌握襯板的磨損規(guī)律,用襯板磨損在線測量技術(shù)[1]對(duì)拆卸前襯板的整體磨損情況進(jìn)行 3D 掃描和數(shù)據(jù)分析,原設(shè)計(jì)方案筒體高襯板提升條的剩余厚度如圖 5 所示,筒體低襯板提升條的剩余厚度如圖6 所示。通過對(duì) 3D 掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,掌握筒體內(nèi)部不同倉位襯板的磨損規(guī)律,了解高磨損區(qū)域的分布情況,為襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

        圖5 筒體高襯板提升條剩余厚度

        圖6 筒體低襯板提升條剩余厚度

        3 襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        3.1 襯板排數(shù)的確定

        筒體襯板的作用是提升并拋落鋼球和物料,使鋼球與礦石、礦石與襯板之間相互碰撞、摩擦,從而達(dá)到破碎和磨細(xì)礦石的目的,因此提升的介質(zhì)越多粉磨效率越高。文獻(xiàn) [2] 認(rèn)為其半自磨機(jī)直徑 (英尺) 與筒體襯板提升條排數(shù)的關(guān)系大都是 1∶1 的關(guān)系。根據(jù)國內(nèi)外大型半自磨機(jī)筒體襯板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),鹿鳴礦業(yè)選礦廠φ10.97 m×7.16 m 半自磨機(jī)的直徑為 36 英尺,綜合考慮襯板的備件儲(chǔ)備和更換,選擇 36 排高襯板+36 排低襯板的設(shè)計(jì)方案。

        3.2 襯板提升面角的確定

        筒體襯板對(duì)鋼球和物料的提升主要與提升面角、提升條與底板高度差以及襯板之間的提升容積有關(guān)。提升面角越小、提升條與底板高度差越大鋼球拋落距離越遠(yuǎn),提升容積越大,磨機(jī)旋轉(zhuǎn)一周提升的物料和鋼球就越多。但鋼球的拋落距離不是越遠(yuǎn)越好,當(dāng)拋落距離較大時(shí),鋼球會(huì)直接空砸襯板,加劇襯板沖擊疲勞,甚至造成襯板斷裂失效;當(dāng)鋼球的拋落距離較小時(shí),鋼球沖擊在較厚料堆,難以有效粉碎礦石。

        因此需要綜合考慮筒體襯板的提升面角、提升條與底板高度差以及襯板之間的提升容積對(duì)襯板使用壽命的影響,同時(shí)由于襯板使用后期其提升面角變大,導(dǎo)致提升效率降低,本優(yōu)化方案采用 31°和 35°雙提升面角方案。雙提升面角的優(yōu)點(diǎn)是:在襯板使用前期,上部大面角有利于襯板快速達(dá)到額定產(chǎn)能,同時(shí)避免鋼球空砸襯板造成襯板斷裂;在襯板使用中后期,隨著襯板的磨損下部提升面角正好達(dá)到或接近最佳提升面角,有利于提高磨礦效率。為了避免鋼球直接沖擊襯板或者產(chǎn)生過大無效沖擊,本優(yōu)化方案采用MillTraj 鋼球軌跡計(jì)算軟件對(duì)鋼球的拋落距離和位置進(jìn)行計(jì)算仿真,如圖 7 所示。由圖 7 可知,鋼球拋落點(diǎn)位于料堆趾部,符合鋼球的落點(diǎn)原則。

        圖7 鋼球拋落軌跡模擬

        3.3 筒體襯板高度的確定

        參考國內(nèi)外半自磨機(jī)筒體襯板高度,以φ11 m 規(guī)格半自磨機(jī)為例,結(jié)合鹿鳴礦業(yè)實(shí)際情況,確定高襯板提升條總高為 420 mm,低襯板提升條總高為 270 mm,采用“丄”非對(duì)稱方案,優(yōu)化前后襯板結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖 8 所示。非對(duì)稱方案的設(shè)計(jì)在不大幅增加襯板質(zhì)量的前提下,不僅提高了提升條與底板高度差,由于非提料側(cè)面角減小,大幅提高了提升容積和金屬利用率。

        圖8 優(yōu)化后筒體襯板結(jié)構(gòu)

        由圖 5、6 可知,筒體襯板的高磨損區(qū)域位于第2 圈襯板處,因此對(duì)襯板在軸向的高度分布進(jìn)行優(yōu)化,如圖 9 所示,在保證整體使用壽命的前提下,盡可能降低襯板質(zhì)量,減小電能消耗。優(yōu)化后的筒體襯板裝配示意如圖 10 所示。

        圖9 襯板軸向的高度分布

        圖10 優(yōu)化后筒體襯板裝配示意

        3.4 優(yōu)化襯板的使用效果

        按照優(yōu)化方案共生產(chǎn) 2 套襯板,使用壽命均達(dá)到100 d,處理礦量分別達(dá)到 487.7 萬 t 和 508 萬 t。襯板磨損均勻、無斷裂,如圖 11 所示。年消耗襯板套數(shù)由原結(jié)構(gòu)的 4.5 套減少到 3.0 套,減少了耐磨材料消耗,降低了因更換襯板而對(duì)生產(chǎn)的影響。

        圖11 襯板優(yōu)化后整體磨損情況

        4 結(jié)語

        通過對(duì)鹿鳴礦業(yè)φ10.97 m×7.16 m 半自磨機(jī)筒體襯板的高度、提升面角和軸向高度分布進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)出了新的優(yōu)化方案;優(yōu)化后的襯板使用壽命較原方案提升了42.9%,取得了良好的使用效果。

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