延長半自磨機(jī)筒體襯板使用壽命的途徑

賈永軍

(西部礦業(yè)股份有限公司， 青海 西寧 810000)

1 前言

半自磨機(jī)的工作原理為電動機(jī)通過傳動部的傳動帶動筒體部轉(zhuǎn)動，當(dāng)筒體轉(zhuǎn)動時(shí)，裝在筒體內(nèi)的研磨介質(zhì)和物料在摩擦力和離心力的作用下，隨著筒體回轉(zhuǎn)被襯板提升條提升到一定的高度，然后以一定的線速度而被拋落，物料受到下落研磨介質(zhì)的撞擊和研磨介質(zhì)之間及研磨介質(zhì)與磨機(jī)及物料之間的附加壓碎和磨剝作用而被粉碎。

2 問題提出

筒體是半自磨機(jī)的主要部件，由兩端的中空軸、端蓋及圓筒組成。為了防止端蓋及筒體的過快磨損，在進(jìn)出料端蓋及筒體內(nèi)部裝有襯板。玉龍銅業(yè)、西部銅業(yè)半自磨機(jī)筒體襯板壽命普遍在3個(gè)月左右，筒體襯板的使用壽命嚴(yán)重影響了公司生產(chǎn)效益。如何延長襯板的壽命，是目前需要亟待解決的問題。

3 原因分析

3.1 襯板材質(zhì)的選擇

目前半自磨的襯板材質(zhì)主要是高錳鋼、鉻鉬合金鋼及橡膠襯板。

1)高錳鋼

(1)高錳鋼優(yōu)點(diǎn)：①沖擊韌性高；②沖擊硬化能力強(qiáng)。

(2)高錳鋼缺點(diǎn)：①高錳鋼系列產(chǎn)品原始硬度和屈服強(qiáng)度較低，極薄的表面硬化層又不能產(chǎn)生足夠的屈服強(qiáng)度，因此在工作過程中極易屈服變形、延展脹大開裂；②高錳鋼中碳和錳元素含量較高，而碳和錳元素在鋼中又是促進(jìn)晶粒長大的元素，因此高錳鋼粗晶嚴(yán)重，其晶粒度一般為0～1級(1～4級為粗晶，5～8級為細(xì)晶)，綜合機(jī)械性能較差；③抗腐蝕能力嚴(yán)重不足。

高錳鋼單一奧氏體的金相組織應(yīng)該具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，但是在實(shí)際生產(chǎn)中不可能獲得單一的奧氏體金相組織，在其晶界間不可避免存在著夾雜物、未溶碳化物及析出碳化物。因該夾雜物及碳化物的存在，易形成微觀原電池，這就導(dǎo)致了電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生。襯板表層沖擊后雖然有淺薄硬化，但在亞表層上的衰減劇烈，造成入磨較硬的尖銳物料往往在磨球的擠壓下刺穿硬化層而對襯板形成強(qiáng)烈的切削磨損。磨機(jī)筒體襯板在工作過程中失形嚴(yán)重，失形后提升磨球及物料能力也將隨之降低，導(dǎo)致磨機(jī)破磨能力的下降且襯板強(qiáng)度降低造成開裂。變形嚴(yán)重的高錳鋼襯板如圖1所示。

圖1 變形嚴(yán)重的高錳鋼襯板

2)鉻鉬合金鋼

該材料抗高、中沖擊的切削磨損和研磨磨損的能力較強(qiáng)。使用該材料制造磨機(jī)襯板時(shí)，可以有效抵御襯板斷裂，最大限度確保襯板工作表面幾何形狀，有效克服襯板切削磨損失形及襯板斷裂問題。在襯板整個(gè)使用周期內(nèi)，幾何形狀保持能力良好，襯板表面磨損形態(tài)有效確保了襯板對磨球的提升能力，進(jìn)而確保磨機(jī)臺效的穩(wěn)定，降低物料破碎成本。

3)橡膠襯板

橡膠襯板是一種耐磨橡膠與金屬漢達(dá)板配合使用的一種襯板，金屬漢達(dá)板(圖中耐磨鋼板)通過黏結(jié)劑黏結(jié)在半自磨襯板提升條迎球面上，提高橡膠襯板的抗沖擊和耐磨性。橡膠襯板的主要優(yōu)點(diǎn)是重量輕、噪音低、安裝方便；主要缺點(diǎn)是價(jià)格高、破磨效率低，尤其在直徑在6m以上的半自磨機(jī)應(yīng)用時(shí)磨機(jī)臺效下降明顯。

可以看出，錳鋼襯板和鉻鉬合金鋼目前依然是半自磨襯板材質(zhì)主要選擇。

3.2 筒體襯板的形狀

常用半自磨機(jī)筒體鋼襯主要有L型襯板T型襯板和波型襯板，具體如圖2所示。

圖2 襯板型狀

1)T型襯板

(1)優(yōu)點(diǎn)：因其提升面不是直角而是有一定的斜面傾角，故運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)鋼球在磨機(jī)內(nèi)部呈有規(guī)律的滾動拋落狀態(tài)，因此物料受到的粗磨及細(xì)磨作用得到加強(qiáng)，磨礦效果較為優(yōu)良，一般大型磨機(jī)上均采用該襯板結(jié)構(gòu)。

(2)缺點(diǎn)：受其結(jié)構(gòu)影響，該襯板自重較大，因其一般在大型磨機(jī)上應(yīng)用，鋼球拋落勢能較大，因此對襯板的鑄造工藝要求較高，也仍會存在一定的襯板破損現(xiàn)象。

2)L型襯板

(1)優(yōu)點(diǎn)：鋼球提升位置較高，拋落勢能較大，對物料粗碎作用較強(qiáng)。

(2)缺點(diǎn)：鋼球滾動較差，且由于拋落點(diǎn)勢能較大，造成鋼球失圓率偏高，鋼球單耗偏高，對物料的細(xì)磨效果較差。若磨機(jī)轉(zhuǎn)速較高，會存在一定的空砸現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)能耗，且易造成襯板損耗加快，嚴(yán)重可造成襯板變形破損，隨之造成襯板固定螺桿斷裂，導(dǎo)致漏礦現(xiàn)象的發(fā)生。

3)波型襯板

(1)優(yōu)點(diǎn)：鋼球滾動較好，鋼球單耗較低，對物料的細(xì)磨效果較好。

(2)缺點(diǎn)：對鋼球的提升作用較弱，鋼球很難形成拋落運(yùn)動，對物料的破碎能力較弱。波型襯板的特點(diǎn)與L型襯板的特點(diǎn)恰好相反。

3.3 筒體襯板安裝形式

三種襯板形狀對礦石的破碎和研磨各有特點(diǎn)，那么如何在筒體中合理的選擇安裝形式就顯得尤為重要，現(xiàn)就該問題進(jìn)行分析。

1)只選用T型襯板一種方式安裝

(1)優(yōu)點(diǎn)：目前多數(shù)半自磨機(jī)都采用這種形式，對鋼球及物料的提升效果較好，多礦石的破碎效果明顯。

(2)缺點(diǎn)：由于襯板提升條間的空間較狹小，導(dǎo)致鋼球在筒體底部相對滑動較小，對礦石的研磨作用減弱，使用該種安裝結(jié)構(gòu)，不能充分發(fā)揮鋼球在筒體內(nèi)既破碎又研磨的作用。只選用L型襯板效果與T型襯板接近，缺乏較充足的研磨空間。只選用波型襯板顯然是不科學(xué)的，無法達(dá)到提升鋼球的作用。

2)L型襯板與波型襯板的結(jié)合使用

在實(shí)際生產(chǎn)中，L型與波型兩種形狀的襯板結(jié)合安裝使用，襯板壽命大幅度提高。目前四川會東大梁礦業(yè)選礦廠的半自磨就是使用這種方式，襯板使用壽命達(dá)到8個(gè)月，具體如圖3所示。

圖3 L型與波型襯板結(jié)合

3.4 供礦方式對襯板壽命的影響

(1)均勻供礦：供礦條件良好，鋼球襯板始終在一個(gè)較穩(wěn)定的環(huán)境中工作，襯板的失效的主要原因是過度磨損[1]。

(2)不均勻給礦：供礦量忽大忽小，鋼球襯板在一個(gè)不穩(wěn)定的環(huán)境中工作，受力情況復(fù)雜，可能導(dǎo)致襯板斷裂、磨損失效。

(3)斷礦：該種情況一旦發(fā)生，鋼球?qū)σr板出現(xiàn)空砸現(xiàn)象，直接導(dǎo)致襯板斷裂失效。

因此，一個(gè)良好的供礦條件，對襯板的使用壽命至關(guān)重要。

4 襯板改造方案

分析發(fā)現(xiàn)襯板的形狀、襯板的材質(zhì)、襯板的安裝形式是影響襯板壽命的幾個(gè)關(guān)鍵因素，根據(jù)上述分析制定以下實(shí)施方案。

4.1 具體實(shí)施方案

L型襯板與波型襯板的結(jié)合使用在實(shí)際使用中取得了較好的效果，與半自磨機(jī)既有破碎又有研磨的設(shè)計(jì)初衷較吻合，因此在考慮“一機(jī)一襯板”同時(shí)，這種襯板的配合使用可以作為首選安裝結(jié)構(gòu)[2]。

但是這種結(jié)構(gòu)雖然符合半自磨破磨要求，但是由于L型襯板提升條容易破損和斷裂，因此要對L型襯板進(jìn)行改良，具體尺寸由磨機(jī)大小決定。T型襯板對物料的粗磨及細(xì)磨作用得到加強(qiáng)，磨礦效果較好，但實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)襯板磨損是不對稱的，因此考慮襯板設(shè)計(jì)為非對稱設(shè)計(jì)，即磨損面相對非磨損面增厚，但總重量不變。具體設(shè)計(jì)如圖4、圖5所示。

圖4 L型襯板改造設(shè)計(jì)

圖5 T型襯板改造設(shè)計(jì)

4.2 改造方案效果分析

在L型襯板改造后兩種形狀的襯板結(jié)合安裝使用，襯板壽命大幅度提高。圖6所示為鋼球、礦石在磨機(jī)內(nèi)的分布：

圖6 鋼球、礦石在磨機(jī)分布

圖中L型襯板提升條的提升面主要是將鋼球提升做拋落運(yùn)動，提升起來的鋼球拋落到?jīng)_擊區(qū)，該區(qū)域主要是對礦石進(jìn)行破碎，將大塊礦石破碎成小粒度礦石，該區(qū)域受到很大的沖擊力但由于在提升條和提升條之間形成的槽區(qū)存有已破碎的細(xì)顆粒的礦石及磨小的鋼球?qū)σr板進(jìn)行了有效的防護(hù)，避免鋼球拋落時(shí)的沖擊對襯板造成損傷。在滾動區(qū)鋼球在磨機(jī)轉(zhuǎn)動的過程中做滾動和滑動，對較小礦石進(jìn)行磨剝，進(jìn)而達(dá)到磨礦的效果；研磨區(qū)是通過破碎和磨剝基本達(dá)到合格粒度的礦石在該區(qū)繼續(xù)研磨進(jìn)而達(dá)到合格粒度由格子板排出。通過這種襯板的安裝形式的設(shè)計(jì)，充分利用了礦石、鋼球在磨機(jī)內(nèi)分布，從而保護(hù)了襯板，使襯板壽命得以延長。

5 結(jié)論

在影響襯板壽命的諸多因素中，分析發(fā)現(xiàn)襯板的形狀、襯板的材質(zhì)、襯板的安裝形式是影響襯板壽命的幾個(gè)關(guān)鍵因素，因此根據(jù)半自磨機(jī)的實(shí)際情況制作與之相適應(yīng)的襯板才是解決襯板使用壽命的有效手段。而L型襯板與波型襯板的結(jié)合使用在實(shí)際使用中取得了較好的效果，與半自磨機(jī)既有破碎又有研磨的設(shè)計(jì)初衷較吻合，這種襯板的配合使用可以作為首選安裝結(jié)構(gòu)。