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。