劉建平

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

隨著世界選礦工藝的大型規(guī)?；l(fā)展，礦用磨機(jī)呈現(xiàn)大型化發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)襯板的大量需求，以及對(duì)襯板耐磨壽命期望值的增加，加劇了礦用磨機(jī)襯板的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)礦用磨機(jī)襯板的使用壽命和磨礦效率提出了更高的要求。襯板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有助于提高磨機(jī)的粉磨效率，增加產(chǎn)量，降低金屬消耗。對(duì)襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)適用于不同工況、不同種類磨機(jī)且性能優(yōu)良的襯板結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高整機(jī)的壽命和性能，以滿足用戶的需求，已成為襯板領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題[1-2]。襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要有基于襯板全壽命周期的磨損情況以及處理能力等數(shù)據(jù)，從提高壽命和處理能力兩個(gè)方面出發(fā)，對(duì)襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1 不同襯板結(jié)構(gòu)對(duì)自磨機(jī)生產(chǎn)效率的影響研究

針對(duì)自磨機(jī)筒體襯板提升條排數(shù)、排料端襯板結(jié)構(gòu)等進(jìn)行研究，主要目的是延長(zhǎng)自磨機(jī)的襯板壽命，提高自磨機(jī)的磨礦效率和排礦能力，減少過(guò)磨和單位功耗。通過(guò)對(duì)不同襯板結(jié)構(gòu)對(duì)自磨機(jī)臺(tái)時(shí)處理能力的影響研究發(fā)現(xiàn)，自磨機(jī)的磨礦機(jī)理以磨剝作用為主、沖擊破碎作用為輔，因此，襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將以此為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 54 排對(duì)稱筒體襯板＋直形排料襯板結(jié)構(gòu) (方案 1)

國(guó)外某鐵礦?12.2 m×11 m 自磨機(jī)筒體襯板在圓周方向上分為 54 排，在磨機(jī)長(zhǎng)度方向上分為三段，筒體襯板提升條的面角向著排料端方向逐漸增加，符合物料在整個(gè)磨機(jī)長(zhǎng)度方向上的粒度分布特征。54排對(duì)稱筒體襯板的截面形狀如圖 1 所示。

圖1 54 排對(duì)稱筒體襯板截面形狀Fig.1 Sectional shape of 54 rows of symmetric shell liner

出料端排料襯板采用直形結(jié)構(gòu)，礦漿提升器與格子板提升器均為直線型，頑石窗尺寸為 24 mm×65 mm 和 12 mm×45 mm，開(kāi)孔率為 10.7%，頑石排出量和粒度適中，有效增加了自磨機(jī)細(xì)粒級(jí)含量，提高了自磨機(jī)產(chǎn)能。出料端直形排料襯板結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖2 出料端直形排料襯板結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of straight discharging liner at discharge end

將54 排對(duì)稱筒體襯板和直形排料襯板結(jié)構(gòu)配合使用，磨機(jī)的處理能力及襯板壽命如表1 所列。

表1 54 排對(duì)稱筒體襯板＋直形排料襯板結(jié)構(gòu)使用數(shù)據(jù)Tab.1 Service data of 54 rows of symmetric shell liner+straight discharging liner

從表 1 數(shù)據(jù)可知，采用 54 排對(duì)稱筒體襯板+直形排料襯板結(jié)構(gòu)，磨機(jī)在襯板整個(gè)壽命周期的平均處理能力為 1 192 t/h，最高可以達(dá)到 1 230 t/h 以上；平均臺(tái)時(shí)量較低，臺(tái)時(shí)量爬坡速度較慢；當(dāng)提升條高度下降至約 300 mm 時(shí)，臺(tái)時(shí)量達(dá)到峰值。

1.2 36 排非對(duì)稱筒體襯板＋直形排料襯板結(jié)構(gòu) (方案 2)

為了提高磨機(jī)的處理能力，避免 54 排襯板筒體提升條間距過(guò)小而引起物料研磨死角，試圖通過(guò)改變襯板排數(shù)，增大提升條間距，以增加物料的滑動(dòng)磨削作用；通過(guò)降低提升條高度，以減少大塊礦石提升過(guò)高而沖擊襯板，增加了礦石之間的磨剝作用，可有效降低自磨機(jī)單位功耗，進(jìn)而提高自磨機(jī)磨礦效率[3-4]。因此設(shè)計(jì)出了 36 排非對(duì)稱筒體襯板＋直形排料結(jié)構(gòu)的自磨機(jī)襯板。36 排非對(duì)稱筒體襯板的截面形狀如圖 3 所示。

圖3 36 排非對(duì)稱筒體襯板截面形狀Fig.3 Sectional shape of 36 rows of asymmetric shell liner

36 排非對(duì)稱筒體襯板和直形排料襯板結(jié)構(gòu)配合使用，磨機(jī)的處理能力及襯板壽命如表2 所列。

從表 2 數(shù)據(jù)可知，采用 36 排非對(duì)稱筒體襯板＋直形排料襯板結(jié)構(gòu)，在襯板全壽命周期內(nèi)，磨機(jī)平均處理能力為 1 119 t/h，同樣在提升條剩余厚度磨損至300 mm 以下時(shí)，磨礦效果明顯提升，后期的平均產(chǎn)能為 1 417 t/h。但是相較于 54 排筒體襯板結(jié)構(gòu)，36排非對(duì)稱筒體襯板使用壽命下降明顯，處理礦量大約為 280 萬(wàn) t 左右，襯板壽命過(guò)低成為該方案的短板。另外，直形排料襯板結(jié)構(gòu)的通病是對(duì)物料較為敏感，磨礦效率會(huì)因?yàn)榻o料情況的波動(dòng)而受到影響，磨機(jī)處理能力不穩(wěn)定。

表2 36 排非對(duì)稱筒體襯板＋直形排料襯板結(jié)構(gòu)使用數(shù)據(jù)Tab.2 Service data of 36 rows of asymmetric shell liner+straight discharging liner

1.3 36 排非對(duì)稱筒體襯板＋小弧形排料襯板結(jié)構(gòu) (方案 3)

為了解決直形排料襯板結(jié)構(gòu)臺(tái)時(shí)量低、磨礦效率波動(dòng)的問(wèn)題，對(duì)出料端排料襯板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，研制出小弧形排料襯板結(jié)構(gòu)?；⌒闻帕弦r板結(jié)構(gòu)在同一卸料工作面上具有不同的卸料角，形成工作面卸料時(shí)間差，保證勻速卸料，同時(shí)返料量減少，減輕了物料顆粒對(duì)提升器的沖刷，延長(zhǎng)了提升器和格子板的使用壽命[5-6]。小弧形排料襯板結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

圖4 小弧形排料襯板結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of small arc discharging liner

36 排非對(duì)稱筒體襯板和小弧形排料襯板結(jié)構(gòu)配合使用，磨機(jī)的處理能力及襯板壽命如表3 所列。

表3 36 排非對(duì)稱筒體襯板＋小弧形排料襯板結(jié)構(gòu)使用數(shù)據(jù)Tab.3 Service data of 36 rows of asymmetric shell liner+small arc discharging liner

由表 3 數(shù)據(jù)可知，使用小弧形排料襯板結(jié)構(gòu)，排礦效率大幅提高，降低了自磨機(jī)的過(guò)磨作用，減少了礦漿池效應(yīng)，適應(yīng)較低的磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在一段旋流器循環(huán)負(fù)荷為 270% 時(shí)，依然保持了較高產(chǎn)量。36 排筒體襯板提升條排料端面角為 45°，契合了自磨機(jī)的磨剝作用，因此磨礦效率較高，第 1 個(gè)月產(chǎn)量達(dá)到1 189 t/h，最高時(shí)穩(wěn)定在 1 400 t/h?；⌒闻帕弦r板結(jié)構(gòu)在磨礦效率上優(yōu)勢(shì)明顯，但是缺點(diǎn)也很明顯。由于首套弧形襯板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，初始設(shè)計(jì)時(shí)工作面的面角比較大，導(dǎo)致使用到中后期，提升條幾乎沒(méi)有提料作用，造成滑動(dòng)磨損做功占比增大，襯板磨損加劇，使用到 318 萬(wàn) t 時(shí)襯板已經(jīng)達(dá)到壽命。

1.4 54 排非對(duì)稱筒體襯板＋大弧形排料襯板結(jié)構(gòu) (方案 4)

由于小弧形排料襯板在處理能力和 54 排筒體襯板在壽命上的優(yōu)秀表現(xiàn)，同時(shí)為了解決 54 排對(duì)稱筒體襯板對(duì)臺(tái)時(shí)量的負(fù)面影響，研發(fā)出了 54 排非對(duì)稱筒體襯板+大弧形排料襯板結(jié)構(gòu)，以兼顧自磨機(jī)磨礦效率和使用壽命 2 個(gè)重要指標(biāo)。

54 排非對(duì)稱筒體襯板是指將筒體襯板的提升條設(shè)計(jì)成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，增加提料面的面角，減小非提料面的面角，在保證襯板整體質(zhì)量不增加的前提下，將更多有效金屬布置在提料面，提高襯板材料利用率和襯板壽命；同時(shí)增加筒體襯板提升條之間的間距，增加提料量，以提高磨機(jī)生產(chǎn)效率。大弧形排料襯板是指將外圈礦漿提升器的提升條弧度增大、加長(zhǎng)，相比于小弧形排料襯板，可進(jìn)一步提高排料能力及磨機(jī)生產(chǎn)效率[7-8]。本方案筒體襯板的截面形狀如圖 5 所示，大弧形排料襯板結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖5 54 排非對(duì)稱筒體襯板截面形狀Fig.5 Sectional shape of 54 rows of asymmetric shell liner

圖6 大弧形排料襯板結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of large arc discharging liner

54 排非對(duì)稱筒體襯板和大弧形排料襯板結(jié)構(gòu)配合使用，磨機(jī)的處理能力及襯板壽命如表4 所列。

從表 4 可知，該方案襯板累計(jì)處理干礦量為 422萬(wàn) t。襯板拆下時(shí)，除了出料端筒體襯板提升條最薄處剩余厚度為 106 mm，接近設(shè)計(jì)失效值 100 mm，其余部位均有一定的富余量。自磨機(jī)運(yùn)行 1 個(gè)月就達(dá)到了 1 300 t/h 以上的臺(tái)時(shí)量，峰值達(dá)到 1 480 t/h，超越了以往所有襯板的表現(xiàn)，并且襯板壽命相較于 36 排小弧形襯板，從 318 萬(wàn) t 磨穿筒體襯板提升到 422 萬(wàn) t還有一點(diǎn)富余量。

表4 54 排非對(duì)稱筒體襯板＋大弧形排料襯板結(jié)構(gòu)使用數(shù)據(jù)Tab.4 Service data of 54 rows of asymmetric shell liner+large arc discharging liner

通過(guò)磨損速率可以看出，大弧形排料襯板由于排料速度快，對(duì)礦石不敏感，磨礦效率較為穩(wěn)定，整套襯板的壽命短板“出料端筒體襯板”在全壽命周期內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)磨損加速的現(xiàn)象，磨損速率非常穩(wěn)定，有利于得到精準(zhǔn)的襯板使用壽命預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)可精確計(jì)算目標(biāo)壽命所需要的截面尺寸[9-10]。

2 不同襯板方案的使用效果對(duì)比

以上 4 種襯板方案的處理能力對(duì)比如圖 7 所示，襯板壽命對(duì)比如圖 8 所示。

圖7 4 種襯板結(jié)構(gòu)方案磨機(jī)處理能力對(duì)比Fig.7 Comparison of four liner schemes in mill throughput

圖8 4 種襯板結(jié)構(gòu)方案襯板使用壽命對(duì)比Fig.8 Comparison of four liner schemes in liner lifespan

從圖 7、8 的對(duì)比可以看出：方案 4（54 排非對(duì)稱筒體襯板＋大弧形排料襯板結(jié)構(gòu)）的表現(xiàn)最為優(yōu)異，磨機(jī)處理能力和襯板壽命均遠(yuǎn)高于其他 3 種方案；方案 3（36 排非對(duì)稱筒體襯板＋小弧形排料襯板結(jié)構(gòu)）的表現(xiàn)次之，磨機(jī)處理能力較高，但是襯板壽命較短；方案 2（36 排非對(duì)稱筒體襯板＋直形排料襯板結(jié)構(gòu)）與方案 1（54 排對(duì)稱筒體襯板＋直形排料襯板結(jié)構(gòu)）的表現(xiàn)均較差，磨機(jī)處理能力較低，襯板壽命較短。所以方案 4 的襯板結(jié)構(gòu)最為合理，最適合自磨機(jī)的磨礦規(guī)律，運(yùn)行性能最優(yōu)。

3 結(jié)論

自磨機(jī)的磨礦機(jī)理是以研磨和剪切作用為主、沖擊作用為輔，應(yīng)該以此為基本原則進(jìn)行襯板設(shè)計(jì)，襯板結(jié)構(gòu)是影響磨礦效率的主要因素。隨著提升條高度下降，提升條面角加大，筒體襯板越到后期工藝性能越佳。較大的提升條面角、稍低的提升條高度以及相對(duì)大的提升條間距有利于自磨機(jī)的磨剝作用，但會(huì)相應(yīng)降低筒體襯板壽命，需要在襯板壽命與磨礦效率之間尋找一個(gè)平衡。大弧形排料襯板結(jié)構(gòu)在提高磨機(jī)處理能力以及襯板壽命 2 個(gè)重要指標(biāo)上均具有顯著優(yōu)勢(shì)，襯板耐磨性能和磨礦效率得到了提高，新襯板結(jié)構(gòu)獲得了用戶的高度認(rèn)可，該研究成果為磨機(jī)襯板技術(shù)的發(fā)展起到了借鑒作用。