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走進(jìn)中實(shí)中實(shí)洛陽(yáng)機(jī)械工程科技有限公司（原中實(shí)洛陽(yáng)工程塑料有限公司）于2017年11月01日更名成立，注冊(cè)資金5000萬(wàn)元。專門從事摩擦襯墊的研制、開發(fā)和生產(chǎn)，以及礦山設(shè)備、配件的生產(chǎn)。
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產(chǎn)品中心提升機(jī)配件：摩擦襯墊、天輪導(dǎo)向輪襯墊、猴車襯墊、天輪襯墊、滾筒襯板、過(guò)渡塊、無(wú)石棉閘瓦、壓塊、固定塊、超高分聚乙烯板、電纜掛鉤、導(dǎo)繩板、滾筒襯塊等。
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技術(shù)實(shí)力是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)械摩擦材料科研基地、教學(xué)實(shí)習(xí)基地，是河南科技大學(xué)產(chǎn)學(xué)研基地，是中國(guó)重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員單位，是摩擦襯墊、塑料襯板等五項(xiàng)產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定者。
大型半自磨機(jī)筒體襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：
2025-02-28
來(lái)源：
根據(jù)國(guó)內(nèi)某銅礦大型半自磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況，針對(duì)磨機(jī)運(yùn)行期間筒體襯板開裂、磨礦效率低及運(yùn)營(yíng)成本較高等問(wèn)題，基于 Milltraj 半自磨機(jī)介質(zhì)拋落軌跡計(jì)算技術(shù)，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)半自磨機(jī)筒體襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明，磨礦處理量大幅提升，綜合運(yùn)營(yíng)成本顯著降低，取得了較好的應(yīng)用效果。
導(dǎo)讀
根據(jù)國(guó)內(nèi)某銅礦大型半自磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況，針對(duì)磨機(jī)運(yùn)行期間筒體襯板開裂、磨礦效率低及運(yùn)營(yíng)成本較高等問(wèn)題，基于 Milltraj 半自磨機(jī)介質(zhì)拋落軌跡計(jì)算技術(shù)，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)半自磨機(jī)筒體襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明，磨礦處理量大幅提升，綜合運(yùn)營(yíng)成本顯著降低，取得了較好的應(yīng)用效果。
在眾多磨礦設(shè)備中，半自磨機(jī)因其磨礦流程短、生產(chǎn)效率高、成本低等優(yōu)勢(shì)在各類大型礦山中廣泛應(yīng)用。隨著磨礦工藝需求增加、研發(fā)設(shè)計(jì)能力提升及重型裝備制造業(yè)的發(fā)展，半自磨機(jī)大型化已成為一種趨勢(shì)。
半自磨機(jī)是由進(jìn)料端蓋、筒體部以及出料端蓋等零件組成的回轉(zhuǎn)體。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，磨機(jī)襯板起到一定的保護(hù)作用，防止研磨介質(zhì)和物料的沖擊對(duì)筒體的破壞性磨損；同時(shí)使物料和介質(zhì)在拋落及瀉落時(shí)產(chǎn)生研磨效果，達(dá)到粉磨礦石的目的。磨機(jī)襯板設(shè)計(jì)是決定磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，其結(jié)構(gòu)合理與否對(duì)磨機(jī)性能、襯板使用壽命及磨礦效果產(chǎn)生重要影響。隨著磨機(jī)規(guī)格增大和自動(dòng)化程度的提高，襯板磨損問(wèn)題已變得越來(lái)越突出。襯板斷裂、耐磨性差導(dǎo)致襯板更換頻繁，使磨礦成本提高、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率降低，最終對(duì)磨礦效率產(chǎn)生重大影響。
筆者結(jié)合國(guó)內(nèi)某大型銅礦 φ11.0 m×5.4 m 半自磨機(jī)筒體襯板的實(shí)際應(yīng)用狀況，對(duì)襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以提高磨礦效率，降低綜合運(yùn)營(yíng)成本。
1 磨機(jī)運(yùn)行工況
φ11.0 m×5.4 m 半自磨機(jī)是中信重工獨(dú)立研發(fā)的雙驅(qū)變頻磨機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表 1 所列。
表1 半自磨機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
碎磨工藝采用目前國(guó)內(nèi)外使用較為廣泛的 SABC流程，即一段破碎+半自磨機(jī)+球磨機(jī)+頑石破碎機(jī)。該半自磨機(jī)為開路系統(tǒng)，經(jīng)振動(dòng)篩分級(jí)后，篩上頑石不再返回半自磨機(jī)，而是直接進(jìn)入堆浸工藝，篩下礦漿經(jīng)旋流器分級(jí)與球磨機(jī)構(gòu)成閉路系統(tǒng)。具體工藝流程如圖 1 所示。
圖1 SABC 破磨工藝流程
礦石性質(zhì)試驗(yàn)對(duì)設(shè)備選型及最終磨礦工藝流程的確定有直接影響。目前礦石性質(zhì)試驗(yàn)主要有澳大利亞JK Tech 公司的 DWT 試驗(yàn)、Bond 系列功指數(shù)試驗(yàn)、高壓輥磨試驗(yàn)及立式攪拌磨試驗(yàn)等。澳大利亞 JK Tech 公司 DWT 試驗(yàn)是對(duì)礦石的抗沖擊破碎性能進(jìn)行評(píng)估，表征參數(shù)為 A×b：A×b 數(shù)值越小，礦石越難破碎；反之，礦石易破碎。Bond 理論中 BWi 為球磨功指數(shù)，反映了礦石研磨性能的難易程度：BWi 數(shù)值越大，礦石越難研磨；反之，礦石易研磨。
通過(guò)對(duì)該礦礦石屬性分析可知，礦石主要為花崗巖型硫化銅礦石。對(duì)同規(guī)格半自磨機(jī)、不同類型礦石屬性進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表 2 所列。
表2 礦石性質(zhì)
由表 2 可以看出，與其他 2 種不同種類礦石相比，該硫化銅礦石的破碎、研磨難易程度屬于中等水平。
2 原襯板結(jié)構(gòu)
原筒體襯板的結(jié)構(gòu)及排列方式如圖 2、3 所示，筒體襯板共 48 排，螺栓孔均位于筒體提升條上，按照高-高形式布置。筒體襯板提升條為對(duì)稱型，襯板總高 290 mm，提升條面角為 56°，底板厚度 80 mm，底板兩側(cè)設(shè)置輔助提升條。
圖2 原筒體襯板結(jié)構(gòu)
圖3 筒體襯板排列方式
該半自磨機(jī)于 2016 年 10 月投入試運(yùn)行，在試運(yùn)行約 2 個(gè)月后，筒體襯板出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象，整體磨損量較小。開裂部位位于提升條及底板處，以底板開裂為主，開裂形式大多為縱向貫穿開裂，嚴(yán)重區(qū)域已掉塊，如圖 4 所示。分析損壞的原因主要是磨礦工藝流程處于前期摸索階段，整個(gè)采礦、粉磨系統(tǒng)給礦量不穩(wěn)定，難以滿足設(shè)計(jì)日產(chǎn)量要求；同時(shí)磨球的加入時(shí)機(jī)、頻次及加入量也不固定；加之因其他設(shè)備檢修的影響，磨機(jī)整體運(yùn)行呈現(xiàn)非連續(xù)狀態(tài)。在此工況條件下，磨機(jī)內(nèi)綜合填充率低、物料層薄，運(yùn)行瞬間磨球量大，使得襯板遭受巨大沖擊，斷裂風(fēng)險(xiǎn)加劇。
圖4 筒體襯板開裂
隨著碎磨工藝日漸穩(wěn)定，原結(jié)構(gòu)筒體襯板又陸續(xù)使用 2 套。相較于試運(yùn)行期間，這 2 套筒體襯板的斷裂數(shù)量有所降低，但依然存在排料端筒體襯板開裂現(xiàn)象。在整個(gè)運(yùn)行周期中，原結(jié)構(gòu)筒體襯板的磨礦效果不理想，每套襯板平均磨礦量為 230 萬(wàn) t，襯板整體耐磨性有待提高。
3 襯板結(jié)構(gòu)改進(jìn)及使用效果
3.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)
首先對(duì)原筒體襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)合磨機(jī)的規(guī)格和轉(zhuǎn)速、鋼球直徑、磨機(jī)綜合填充率及襯板結(jié)構(gòu)等參數(shù)，采用 MillTraj 專業(yè)模擬軟件對(duì)半自磨機(jī)磨球運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖 5 所示。
圖5 原襯板結(jié)構(gòu)磨球拋落軌跡
由圖 5 可以看出，筒體內(nèi)物料分布于第 4 象限30°～38°位置，而鋼球的拋落點(diǎn)卻位于第 4 象限靠近40°位置。顯然，在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，磨球拋落至物料趾部外，對(duì)物料的破磨作用減弱，反而直接砸向襯板，對(duì)襯板造成了巨大的、頻繁的沖擊，從而降低了磨礦效率，造成襯板過(guò)早損壞。因此，必須對(duì)筒體襯板進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以調(diào)整磨球、物料的拋落軌跡，改善鋼球直接對(duì)襯板的沖擊力。
在半自磨機(jī)規(guī)格、磨機(jī)轉(zhuǎn)速及磨球規(guī)格一定的條件下，影響磨機(jī)物料及鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡和磨礦效率的因素包括：筒體襯板間隙、提升條高度及提升面角。因此，對(duì)半自磨筒體襯板進(jìn)行改進(jìn)，采取的主要措施如下：
(1)增加襯板間隙，提高磨機(jī)性能 襯板間隙是由襯板排列數(shù)量決定的，影響物料的提升率。合理的提升條間隙可最大限度地增加物料提升率，避免夾料現(xiàn)象，提高磨機(jī)性能。部分提升條數(shù)量減少可以增加提升條間料倉(cāng)體積，同時(shí)也可提高磨機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所提升的料漿，提升率增加將大幅提高磨礦效率。筒體襯板原排數(shù)為 48 排，現(xiàn)將襯板排數(shù)由 48排減少至 32 排，同時(shí)將筒體部二段分布改為三段分布。
(2)增加提升條的高度 襯板提升條的作用主要是提升物料及磨球，改變其運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。提升條高度增加，物料及磨球被提升的高度也隨之增加，從而增強(qiáng)了其拋落時(shí)的破磨能力，利于磨礦效率的提升。筒體襯板原高度 290 mm，在保持底板厚度80 mm 不變的情況下，將高度提升至 380 mm，總高增加 90 mm。
(3)改變筒體襯板面角 筒體襯板面角是指襯板提升條截面夾角，筒體襯板面角也是決定物料及磨球運(yùn)行軌跡的關(guān)鍵因素之一。筒體襯板的面角越大，磨球被襯板提升的高度就越低，落點(diǎn)就越靠近中心，襯板被撞擊的概率就會(huì)降低；相反，筒體襯板的面角越小，磨球被襯板提升的高度就越高，落點(diǎn)就越遠(yuǎn)離中心，襯板被撞擊的概率就增大。因此，考慮通過(guò)增大筒體襯板面角來(lái)降低磨球被提升的高度，以減少磨球?qū)σr板的沖擊力。原筒體襯板提升條面角為56°，現(xiàn)將筒體襯板面角增大至 60°。
3.2 使用效果
改進(jìn)后通過(guò)模擬軟件對(duì)磨機(jī)磨球運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖 6 所示。由圖 6 可以看出，磨球拋落位置位于第 4 象限的 38°左右，而物料的邊緣位置在第 4 象限 38°左右，顯然，磨球的拋落點(diǎn)即為物料趾部，此時(shí)不但不會(huì)撞擊襯板，而且磨礦效率將達(dá)到最高。由此可以推斷，襯板的第一次結(jié)構(gòu)改進(jìn)是比較合理的。
圖6 襯板結(jié)構(gòu)改進(jìn)后磨球拋落軌
圖7、8 分別為改進(jìn)后筒體襯板結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)安裝情況。筒體襯板結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，首套襯板于 2017 年7 月 25 日安裝運(yùn)行，共連續(xù)使用 2 套，每套襯板平均處理礦量達(dá)到 326 萬(wàn) t，比原結(jié)構(gòu)襯板磨礦量提升41.74%，改進(jìn)效果明顯。但同時(shí)該筒體襯板也存在不足之處：一是個(gè)別襯板質(zhì)量較重(達(dá) 2.43 t)，基本達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械手的限制質(zhì)量(2.5 t)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝造成一定的安全隱患，且增加了襯板安裝更換時(shí)間；二是筒體襯板整體質(zhì)量較原結(jié)構(gòu)襯板增加 37.86 t，增重22.6%，磨機(jī)負(fù)載加重，實(shí)際運(yùn)行功率增加，磨礦能耗增加，大幅度提高了運(yùn)行成本。
圖7 改進(jìn)后筒體襯板結(jié)構(gòu)
圖8 改進(jìn)后筒體襯板安裝
4 襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化及使用效果
4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
圖9、10 分別為改進(jìn)后失效筒體襯板及磨損曲線示意。分析現(xiàn)場(chǎng)失效襯板剩余厚度以及磨損曲線可知，磨損嚴(yán)重部位主要位于出料端筒體襯板及筒體提升條提料側(cè)，而進(jìn)料端筒體襯板以及非提料側(cè)磨損量較少，剩余厚度相對(duì)較多。
圖9 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后失效襯板
圖10 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后失效襯板磨損曲線
在基本保證磨礦效率的前提下，為達(dá)到進(jìn)一步減輕筒體襯板質(zhì)量、降低采購(gòu)和運(yùn)行成本、提高襯板更換效率及提升襯板綜合性價(jià)比的目的，必須對(duì)筒體襯板進(jìn)行再次結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
本次結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要對(duì)不同部位進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。如圖 11 所示，在襯板高-高排列形式下，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)將進(jìn)料端筒體襯板提升條高度適當(dāng)降低，由 380 mm降低至 350 mm，出料端筒體襯板高度保持 380 mm 不變；在磨機(jī)單向旋轉(zhuǎn)條件下，筒體襯板維持 60°面角不變，通過(guò)適當(dāng)減小非提升側(cè)角度，在減輕襯板質(zhì)量的同時(shí)，提高襯板的有效金屬利用率。
圖11 筒體襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化
4.2 使用效果
圖12 所示為結(jié)構(gòu)優(yōu)化后磨球拋落軌跡。結(jié)果顯示，磨球的拋落點(diǎn)位于物料趾部，并沒(méi)有直接空砸襯板，襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化可行。
圖12 襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化后磨球拋落軌跡
圖13 顯示了襯板結(jié)構(gòu)變化與礦石處理量之間的關(guān)系。優(yōu)化后首套筒體襯板于 2018 年 4 月 5 日開始裝機(jī)運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行共計(jì) 3 套，相較于第一次結(jié)構(gòu)改進(jìn)，筒體襯板質(zhì)量減少 13 t，降低 6% 左右，但磨礦效率仍維持在較高水平，平均處理礦量達(dá)到 310 萬(wàn) t。由此可以斷定，第二次結(jié)構(gòu)優(yōu)化是成功的，整體性價(jià)比較高，獲得了客戶的認(rèn)可。
圖13 襯板結(jié)構(gòu)變化與磨礦量之間變化關(guān)系
5 結(jié)語(yǔ)
根據(jù)大型半自磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)半自磨機(jī)筒體襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了持續(xù)不斷的改進(jìn)，通過(guò)分析筒體襯板排數(shù)、提升條高度以及提升條面角等對(duì)磨礦效率有影響的因素，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，獲得了較佳的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。襯板結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化后，磨礦效率大幅提升，綜合運(yùn)行成本降低，使用效果良好。面對(duì)半自磨機(jī)大型化發(fā)展趨勢(shì)，半自磨機(jī)筒體襯板還存在較大的優(yōu)化空間，需要借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，緊密結(jié)合選礦工藝，在磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行基礎(chǔ)上有待于繼續(xù)進(jìn)行研究。
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