大山廠半自磨系統的技術創新與改造

方志堅

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

自20世紀50年代北美和南美在工業上采用半自磨工藝以來，半自磨技術便得到迅速發展［1］，半自磨機的采用省去了中、細碎作業，簡化了流程，減少了生產環節，生產成本低，節省了人工成本，便于管理，生產環境好，降低了常規破碎流程中大量的粉塵污染和繁重的維修強度［2］。因此半自磨技術已經被廣泛應用到各個礦山企業。

德興銅礦大山選礦廠2.25萬t/d的半自磨系統于2010年11月投入使用，半自磨系統采用半自磨+球磨+頑石破碎的SABC流程(如圖1所示):其中主要設備的 φ10.37×5.19m半自磨機和φ7.32×10.68m球磨機采用一對一用于一段磨礦;半自磨機的排礦端設有兩臺ZKK3675直線振動篩(一臺工作，一臺備用)進行分級，篩上產物去頑石破碎系統(MP800圓錐破碎機)進行破碎，頑石經破碎后再次返回到半自磨機給礦皮帶，篩下產物進入旋流器分級系統;旋流器分級系統為兩組φ838-6旋流器(兩組同時工作)，其中沉砂顆粒進入球磨機再磨，溢流產品采用自流管路輸送至160m3浮選系列進行粗選。

圖1 半自磨系統流程圖

2 運行初期存在的一些問題

半自磨系統自投產以來問題不斷，運行初期每周都要停機檢修，嚴重影響半自磨系統的正常運行，以下列舉的是半自磨系統一些比較突出的問題。

2.1 半自磨機出料端蓋漏漿、襯板壽命短

出料端蓋原設計的是金屬礦漿提升器及金屬蓋板配合安裝(見圖2.1)，運行后暴露出以下幾個主要問題:其一因單塊襯板過重，半自磨機在工作時又產生較大的離心力，造成螺栓不能夠完全把緊襯板，導致端蓋螺栓孔漏漿;其二出料端的內圈礦漿提升器因單塊襯板過重(達1.5T)，運行一段時間后襯板上的螺栓孔會隨襯板變形而變形，導致螺栓失效，進而提升器經常性掉落;其三因鑄造襯板的安裝孔尺寸很難保證，加上襯板笨重，造成襯板安裝難度相當大。

圖2.1 原設計出料端金屬件襯板裝配圖

2.2 半自磨機進料端蓋漏漿嚴重

進料端蓋原設計的襯板與提升條為整體鋼襯板，其單塊襯板重量最高達1.8t(見圖2.2.2)，同樣在半自磨機運行時出現端蓋螺栓孔磨大及漏漿的現象，漏出的礦漿對大齒輪的安全運行存在很大的隱患，而且鋼襯板存在笨重、安裝勞動強度大、使用壽命相對過短等問題。

圖2.2.1 原設計進料端金屬件襯板裝配圖

圖2.2.2 原設計襯板3示意圖

2.3 半自磨機筒體襯板易斷裂且正常使用壽命短

半自磨系統運行初期，因原設計襯板長(最長達2360mm)容易變形、重量高(最重達2077Kg)容易產生鑄造缺陷，生產過程中鑄件工作面出現多肉(瘤)，安裝面出現縮孔、變形、脹箱，熱處理后氣割澆冒口出現裂紋等鑄造缺陷［3］，造成筒體襯板易碎裂及不耐磨現象，使用壽命低于2200h(圖2.3是半自磨機使用后的斷裂筒體襯板)，導致半自磨系統每周都要停機檢查并更換碎裂的襯板，運轉率極低，這不僅提高了生產成本，而且設備運轉率難以提高，嚴重制約著半自磨系統的生產能力。

2.4 半自磨機及球磨機小齒輪軸承座漏油嚴重

傳動部中的小齒輪軸組由靜壓軸承液壓站供油進行稀油潤滑，小齒輪轉速200r/min，溫度約50-70℃，其軸承座密封原設計方式是采用V型密封和迷宮密封組合形式，主要是通過端面密封與迷宮來實現密封目的，迷宮密封起到阻止外部塵埃、顆粒進入，與迷宮密封一側的V型密封起到二次防塵作用，另一側V型密封則起到主密封作用，但從半自磨系統投產運行以來一直存在軸承座嚴重漏油現象(見圖2.4)。

圖2.3 半自磨機筒體襯板使用情況

圖2.4 半自磨機及球磨機軸承座漏油嚴重

2.5 半自磨6#A大傾角輸送皮帶設計不合理

半自磨系統6#A波狀擋邊皮帶是半自磨排出的頑石送往頑石倉的提升輸送膠帶，坡度為約75°，提升高度達25米。投產運行后，經常出現落礦、皮帶提升斗易磨損磨斷現象。而且皮帶的使用壽命相當短，平均1-2個月就會出現皮帶撕裂現象。

3 對設備問題的改進措施

針對半自磨系統存在的上述問題，大山廠從二零一一年年初開始逐步整改和完善存在的問題。經過三年多的不懈努力，效果顯著。現大山廠半自磨系統設備運行正常，截止二零一四年九月份半自磨系統臺效為987噸/小時、運轉率達92.7%。下面簡單介紹大山廠針對這些問題提出的創新性方案以及改造后的效果。

3.1 半自磨機出料端蓋襯板部分改型

針對出料端襯板存在的問題，經分析半自磨機在運行中礦石和鋼球沿端襯工作面法線方向拋出，礦石和鋼球拋落點在筒體上，端襯板主要起研磨作用(碎礦效率可忽略不計)，故而提出采用橡膠復合端襯板，復合襯板整體上具有橡膠的高彈形變，同時也具備良好的動態疲性能，能吸收和逸散固體粒流的沖擊能量，從而緩解沖擊磨損［4］。只要抗撕裂性能達到使用要求，采用橡膠端襯板替代金屬襯板在技術上是完全可行的。而且使用金屬襯板，磨機現場噪音最高達110 dB，嚴重損害工作人員的身心健康［5］，另外橡膠襯板材質為可再生資源，符合國家提出的環保低碳要求。

二〇一一年七月將出料端鋼襯板(除格子板，見圖3.1.1)改為橡膠復合襯板，大大減輕了單塊襯板重量，現基本沒有出現端蓋漏漿現象;其二復合襯板是特殊合金鋼板與橡膠模壓成型，這種設計結合了高性能合金鋼、橡膠的最佳特性，既提供了襯板的表面抗沖擊、耐磨損能力，也對襯板的固定沉頭螺栓起到了良好的保護作用，至今內圈礦漿提升器不僅未出現掉落現象，而且襯板磨損狀況也良好;另外橡膠件是模壓硫化而成，相比鑄造件其外形尺寸及安裝孔位可以得到保證。改造后實踐證明，此方案充分發揮了橡膠自身耐磨耐沖擊性，延長了襯板的使用壽命，也降低了襯板更換勞動強度。

圖3.1.1 出料端改造后的橡膠襯板裝配圖

圖3.1.2 中圈槽板使用后的照片

3.2 半自磨機進料端蓋襯板換型

圖3.2.1 改造后進料橡膠襯板件裝配圖

針對進料端蓋漏漿嚴重現象，根據出料端襯板成功改造的經驗，二零一一年年底除中、外圈提升條外其它全部改成橡膠復合襯板，采用鋼提升條與橡膠襯板配合使用(見圖3.2.2)對半自磨機端蓋本體有很好的保護性作用，而且將原設計的三圈改為四圈襯板(見圖3.2.1)，減輕了單件襯板重量(原進料端錳鋼襯板總重約85t，改造后的橡膠復合襯板總重約50t)，不僅解決了端蓋襯板經常漏漿的難題，而且磨機運行期間作用在主軸承和小齒輪上的壓力也顯著減少，間接改善齒輪和軸承的使用壽命。經試驗證明，橡膠復合襯板對半自磨機的生產能力、磨礦效率、產品細度也沒有明顯的影響。

圖3.2.2 改造后鋼提升條與橡膠襯板結構圖

3.3 半自磨機筒體襯板改進

針對筒體襯板經常性出現斷裂現象，我廠結合中信重工利用離散元DEM軟件(見圖3.3.2)模擬半自磨機的運行狀況，得到半自磨機的磨碎和破碎過程數據，利用這些數據，進行分析對比［6］，提出筒體襯板第一次改型:由原設計的44排2列全高波峰襯板改成66排3列(按高—平—高方式)布置的襯板(見圖3.3.1)，即一半的筒體襯板有較高的提升條，另一半筒體襯板提升條高度比襯板基體略高(＜50mm)，兩種襯板間隔排列，減少單塊襯板重量，提高襯板使用率;其次是改變襯板提升條夾角(切線的面角由原設計的50°改為60°，見圖3.3.3)，因襯板的凸棱越高對鋼球物質的提升就越高［7］，為將頂部提升角減小使物料落到接近物料趾部，使中間區域提升角增加，讓更多的物料被提起，避免提升能量浪費，以及將提升條高度增加使提升物料增加，間接提高襯板使用壽命。襯板尺寸改小后，鑄造工藝更好控制，有益于提高鑄造質量。

二零一二年九月安裝的第一次改型襯板使用壽命得到較大的提高，平均使用壽命達2600h，甚至襯板斷裂現象得到顯著改善。根據多次摸索筒體襯板磨損規律，相繼提出第二、三次筒體襯板改型，合理設計襯板結構、改進襯板材質，控制襯板硬度、提高沖擊韌性，現筒體襯板平均使用壽命可以達到3000h，襯板斷裂現象明顯減少。

圖3.3.1 襯板改型前與改型后的結構示意圖

圖3.3.2 襯板結構進行DEM模擬

圖3.3.3 改進后的筒體襯板截面圖

3.4 半自磨機及球磨機小齒輪軸承座油封改造

根據軸承座漏油現象嚴重，經過多次現場分析發現，主要是因為V型密封過盈大，起不到良好的密封效果，特別是在內側V型密封失效后外側V型密封無法實現密封效果。

期間通過改用剖分雙唇夾布油封形式，采用背靠背形式安裝，但使用效果仍然不穩定，時而泄漏嚴重。后按照工況條件特殊設計一種密封結構(見圖3.4)，采用嵌套式油封組合形式，采用同向安裝，加強對內部循環油的密封，唇口采用特殊設計，使密封性能更優越，其中防塵防護唇也可起到一定的防塵防水效果。不僅如此，現場也針對軸承座將兩處的回油口的高度不一致，將回油管連接到較低的回油口，減少回油最低液位，并重新設計剖分密封安裝處的回油口，重新將回油口銑成貫通式回油方式，使漏出的油能再剖分密封處形成回路。目前改造后的軸承座基本無漏油現象。

圖3.4 半自磨機及球磨機軸承座改造后的剖分式密封

3.5 半自磨6#A大傾角輸送帶改造

根據現場暴露的問題，經分析是存在設計不合理，坡度過陡，造成提升皮帶運行時抖動非常大，進而造成料斗內的頑石從高處掉落，掉落的頑石經常砸壞托輥支架及滾筒，掉落的頑石也在皮帶尾部堆積使皮帶過流跳停，嚴重影響安全及正常生產，而且坡度過大也致使提升斗易破損，皮帶磨損斷裂。據統計，自投產一年多來更換該皮帶就高達9條多，造成了成本費用上升的同時，也抑制了半自磨運轉率及生產能力。

后經過多次研究討論、現場測量計算，首要條件是減少皮帶提升角度，將皮帶改向輪、壓帶輪、尾輪、尾部拉緊裝置及各自基礎整體往后平移1.2米，皮帶頭部至尾部的托輥支架槽鋼底座根據調整角度適當提高。

圖3.5 半自磨6#A皮帶改造

經改造后，皮帶提升角度由原來的75度降低到68度(見圖3.5)，同時對皮帶頭部的上部、兩側安裝了擋礦皮，防止皮帶轉向彈礦，解決了打滑、跑偏、灑礦等現象，輸送能力也大大得到了提高，延長了其使用壽命，減少其更換次數，由9次/年變為2次/年，同時穩定了頑石破MP800圓錐的給礦，提高了破碎機的利用效果，進而提高了半自磨臺效約6T/H，為半自磨達產奠定堅實基礎。

4 結語

半自磨系統是現代首選破碎磨礦技術，中國在未來十年將是大型半自磨機的應用主要市場。半自磨系統在大山選礦廠投產第一年運轉率僅為79.6%，經過不斷技術創新、不斷完善問題，第二年運轉率上升至84.9%，第三年運轉率達90%，截止2014年9月半自磨系統各項指標再創新高，運轉率高達92.7%，運轉率四年四個臺階，達到國內一流水平。穩產達標不再是目標，充分發揮了半自磨系統的生產能力，這將為其它礦山企業的半自磨系統提供一定的借鑒和參考依據。

［1］陸兆鋒，趙留成，孫春寶，等.烏奴格吐山銅鉬礦SABC碎磨流程能耗分布規律的研究［J］.有色金屬(選礦部分)，2013(3):46-47.

［2］楊世亮，楊保東，李隆德，等.SABC工藝在國內生產實踐中的探索［J］.黃金，2013，34(3):53-54.

［3］王曦岳，魏麗紅.半自磨機襯板的開發［J］.四川冶金，2014，36(02):61-62.

［4］陳明東.鋼 -橡復合耐磨襯板的設計開發［J］.礦山機械，2014，42(06):133-135.

［5］李光耀.球磨機橡膠襯板在阿舍勒銅礦中的應用［J］.新疆有色金屬，2012，(S1):148-149.

［6］孫電鋒.離散元法在大型半自磨機仿真中的研究與應用［D］.昆明:昆明理工大學，2013(1):13-14.

［7］鄧繼業.大型半自磨機回轉體結構及強度研究［D］.長春:吉林大學，2012:12-13.