φ5.5 m×8.5 m大型溢流球磨機襯板結構優化研究

劉 釗，張 明，劉 洋，吳 靖，蘇永席

金川集團股份有限公司選礦廠 甘肅金昌 737100

球 磨機運行過程中，磨礦介質及礦物瀉落、拋落和離心運動會產生較大動能，對球磨機襯板形成連續沖擊，造成襯板磨損[1]。金川集團股份有限公司選礦廠于 2008年引進 4臺由中信重工機械有限公司生產的φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機，有效容積為 185.5 m3，為當時國內容積最大的溢流型球磨機。其中一段一次磨礦、筒體及進出料端蓋使用低鉻高錳鋼材質襯板。大型球磨機襯板主要起保護球磨機筒體、進出料端蓋的作用，經過長周期運行，襯板安裝難度增大、臨時檢修頻繁、檢修同周期更換襯板難以實現等問題逐漸凸顯。鑒于球磨機襯板造價成本高、更換周期短、更換作業難度大等特點[2]，對球磨機襯板結構進行優化研究具有重要現實意義和經濟價值。

1 襯板使用現狀

1.1 筒體襯板使用現狀

原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進料端筒體襯板與出料端筒體襯板結構相同，沿均為波峰、波谷相間的波形結構，球磨機筒體軸向各分布 5排，分布結構如圖 1所示。球磨機運行過程中，進、出料端筒體襯板磨損狀況不同，進料端第一、第二排襯板磨損最快，使用壽命為 18個月；進料端第三、第四排磨損較快，使用壽命為 22個月；進料端第 5排與出料端筒體襯板磨損狀況相同，使用壽命達到 24～ 27月。進料端筒體襯板與出料端筒體襯板的使用壽命存在至少 6個月的差值，襯板無法實現同壽命及同期更換，組織協調檢修難度大，成本高。

圖1 球磨機筒體襯板分布

1.2 端蓋襯板使用現狀

原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進出料端蓋襯板共計 108塊，為 3×18放射狀配置安裝，分為內段、中間段、外段端蓋襯板，每段 18塊。分布結構如圖2所示。每段襯板之間為榫卯結構配置，對球磨機進出料端蓋外形尺寸及襯板螺栓孔定位尺寸精度要求較高。在實際安裝中，出現因襯板外形尺寸、進出料端蓋襯板螺栓定位尺寸累計偏差較大，導致襯板螺栓錯位、襯板位置重疊等現象發生，通常采用襯板螺栓錯位安裝的方式解決此類問題，造成襯板螺栓局部承受應力較大，出現短期內襯板螺栓斷裂，進出料端蓋泄漏礦漿等現象。且由于襯板和襯板螺栓均受到徑向和軸向循環沖擊[3]，球磨機進、出料端蓋襯板容易出現其中一塊斷裂，須安排停車更換，由于榫卯配置局限性，單塊襯板更換較為困難。

圖2 改進前后球磨機筒體襯板厚度分布

球磨機進、出料襯套法蘭處安裝一塊楔面壓環，用于防止物料進入襯套與中空軸形成的空腔內。在實際使用過程中，由于鋼球及物料沖擊載荷大，導致楔面壓環磨損較快，螺栓變形損壞，楔面壓環難以拆除更換，不及時處理，會發生中空軸漏漿事故，導致中空軸損壞，球磨機內段端蓋襯板無法保護楔面壓環和中空軸。

2 結構優化研究

2.1 筒體襯板結構優化

針對φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進、出料端筒體襯板磨損不均衡，使用壽命相差較大等問題，采用分段階梯式配置襯板設計予以解決。筒體襯板波形不發生變化，波峰、波谷值保持不變；螺栓孔斜度不發生變化，出軸深度與原設計相同，使用高強螺栓規格型號不發生變化；出料端筒體襯板及第五排進料端筒體襯板厚度不變，仍為 70 mm。優化時，第三、第四排進料端筒體襯板厚度增加 14% (79.8 mm)，實際制作厚度為 80 mm，主視圖及俯視圖分別如圖 3、4所示；第一、第二排進料端筒體襯板厚度增加 28%(89.6 mm)，實際制作厚度為 90 mm，改進前后球磨機筒體襯板厚度分布如圖 5所示。

圖3 進料端第三、第四排襯板主視圖

圖4 進料端第三、第四排襯板俯視圖

圖5 優化前后球磨機筒體襯板分布

對結構優化后的筒體襯板進行更換，球磨機齒輪副運行溫度、同步電動機電流值、電動機定子溫度、電動機軸瓦溫度、筒體軸瓦溫度等參數均未發生較大變化。2年后，對筒體襯板進行拆除更換，測量拆除襯板厚度，測量值如表 1所列，球磨機厚度為 23.8～26.2 mm，平均值 25.38 mm，極差 2.4 mm。可見球磨機筒體襯板處于均勻磨損狀態。

表1 進出料襯板磨損 mm

2.2 端蓋襯板結構優化

針對原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進、出料端蓋襯板為 3×18放射狀榫卯立面配置局限性導致的襯板安裝維護及端蓋泄漏礦漿問題進行研究，采用3×18放射狀直線楔形立面配置予以解決。單列分布結構如圖 6所示。沿球磨機筒體軸向觀察，球磨機進、出料外段、中間段、內段端蓋襯板均設計成扇形結構，三段襯板扇形中心點在球磨機端蓋中心處，三段扇形圓心角相同，均為 20°。三段襯板結構設計為半球面、斜面、波浪形表面相結合配置，襯板結構形狀如圖 7所示。增加了襯板內表面積，加強了襯板內表面對礦石及磨礦介質的提升和研磨作用，有利于大型溢流型球磨機進料和排料，半球面過渡設計能夠在排料和進料時減少物料及碎鋼球對進出料端蓋及進出料襯套的沖擊和磨損。

圖6 優化后球磨機端蓋襯板分布

圖7 改進后球磨機端蓋內段襯板形狀

針對球磨機內段端蓋襯板無法起到防護中空軸，防止漏漿問題，球磨機進、出料內段端蓋襯板結構進行優化，沿球磨機筒體軸向觀察，球磨機進、出料外段及中間段端蓋襯板的扇形面邊長均為 770 mm。為了使球磨機內段襯板能起到防護作用，需對內段襯扇形邊長延伸，延伸面厚度比襯板厚度少 60 mm，否則無法安裝，進料段延伸長度為 75 mm、出料段延伸長度為 150 mm。通過此類設計，可實現內段襯板對楔面壓環防護，避免鋼球及物料直接沖擊楔面壓環，物料進入中空軸與進、出料襯套之間的縫隙，造成中空軸漏漿。優化前后內段襯板與楔面壓環位置結構圖，如圖 8所示。

對結構優化后的端蓋襯板進行更換，與未優化前相比，減少了 30% 的更換時間。連續運行 2年，未發現襯板螺栓斷裂及單塊襯板碎裂現象，進出料端蓋處未發生漏漿設備事故，內段襯板保護楔面壓環厚度最小處為 10.2 mm，楔面壓環未見明顯磨損。

3 結語

結構優化后的φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機實現進料端筒體襯板與出料端筒體襯板 24個月以上同等使用壽命，可以統一對進出料端筒體襯板進行檢修更換，減少進出料端筒體襯板更換頻次，實現周期計劃性更換筒體襯板，降低檢修時間和檢修工作量，實現處理量和經濟效益最大優化。

圖8 改進前后球磨機端蓋內段襯板

通過對φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機進、出料端端蓋襯板結構優化升級，延長了端蓋襯板使用壽命，降低了端蓋襯板局部斷裂和襯板螺栓折斷等設備故障發生的可能，減少端蓋襯板更換頻次，實現周期計劃性更換端蓋襯板。同時，襯板可保護中空軸，防止端蓋漏漿、中空軸損壞等設備故障發生。