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大型半自磨機筒體襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用

發(fā)布時間：

2025-02-28

來源：

根據(jù)國內(nèi)某銅礦大型半自磨機實際運行狀況，針對磨機運行期間筒體襯板開裂,、磨礦效率低及運營成本較高等問題,，基于 Milltraj 半自磨機介質(zhì)拋落軌跡計算技術(shù)，結(jié)合實際設(shè)計經(jīng)驗,，對半自磨機筒體襯板結(jié)構(gòu)進行了改進和優(yōu)化,。生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明，磨礦處理量大幅提升,，綜合運營成本顯著降低,，取得了較好的應(yīng)用效果。

導(dǎo)讀

根據(jù)國內(nèi)某銅礦大型半自磨機實際運行狀況,，針對磨機運行期間筒體襯板開裂,、磨礦效率低及運營成本較高等問題，基于 Milltraj 半自磨機介質(zhì)拋落軌跡計算技術(shù),，結(jié)合實際設(shè)計經(jīng)驗,，對半自磨機筒體襯板結(jié)構(gòu)進行了改進和優(yōu)化。生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明,，磨礦處理量大幅提升，綜合運營成本顯著降低,，取得了較好的應(yīng)用效果,。

在眾多磨礦設(shè)備中，半自磨機因其磨礦流程短,、生產(chǎn)效率高,、成本低等優(yōu)勢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)計能力提升及重型裝備制造業(yè)的發(fā)展,，半自磨機大型化已成為一種趨勢。

半自磨機是由進料端蓋,、筒體部以及出料端蓋等零件組成的回轉(zhuǎn)體,。在設(shè)備運行過程中，磨機襯板起到一定的保護作用,，防止研磨介質(zhì)和物料的沖擊對筒體的破壞性磨損,；同時使物料和介質(zhì)在拋落及瀉落時產(chǎn)生研磨效果，達到粉磨礦石的目的,。磨機襯板設(shè)計是決定磨機穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素,，其結(jié)構(gòu)合理與否對磨機性能、襯板使用壽命及磨礦效果產(chǎn)生重要影響,。隨著磨機規(guī)格增大和自動化程度的提高,，襯板磨損問題已變得越來越突出。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)備運轉(zhuǎn)率降低，最終對磨礦效率產(chǎn)生重大影響,。

筆者結(jié)合國內(nèi)某大型銅礦 φ11.0 m×5.4 m 半自磨機筒體襯板的實際應(yīng)用狀況,，對襯板結(jié)構(gòu)進行改進和優(yōu)化，以提高磨礦效率,，降低綜合運營成本,。

1 磨機運行工況

φ11.0 m×5.4 m 半自磨機是中信重工獨立研發(fā)的雙驅(qū)變頻磨機，其主要技術(shù)參數(shù)如表 1 所列,。

表1 半自磨機主要技術(shù)參數(shù)

碎磨工藝采用目前國內(nèi)外使用較為廣泛的 SABC流程,，即一段破碎+半自磨機+球磨機+頑石破碎機。該半自磨機為開路系統(tǒng),，經(jīng)振動篩分級后,，篩上頑石不再返回半自磨機，而是直接進入堆浸工藝,，篩下礦漿經(jīng)旋流器分級與球磨機構(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)試驗對設(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)試驗主要有澳大利亞JK Tech 公司的 DWT 試驗,、Bond 系列功指數(shù)試驗、高壓輥磨試驗及立式攪拌磨試驗等,。澳大利亞 JK Tech 公司 DWT 試驗是對礦石的抗沖擊破碎性能進行評估,，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,。

通過對該礦礦石屬性分析可知，礦石主要為花崗巖型硫化銅礦石,。對同規(guī)格半自磨機,、不同類型礦石屬性進行對比，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

該半自磨機于 2016 年 10 月投入試運行，在試運行約 2 個月后,，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，整個采礦,、粉磨系統(tǒng)給礦量不穩(wěn)定，難以滿足設(shè)計日產(chǎn)量要求,；同時磨球的加入時機,、頻次及加入量也不固定；加之因其他設(shè)備檢修的影響,，磨機整體運行呈現(xiàn)非連續(xù)狀態(tài),。在此工況條件下，磨機內(nèi)綜合填充率低,、物料層薄,，運行瞬間磨球量大，使得襯板遭受巨大沖擊,，斷裂風(fēng)險加劇,。

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。在整個運行周期中,，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 t，襯板整體耐磨性有待提高,。

3 襯板結(jié)構(gòu)改進及使用效果

3.1 結(jié)構(gòu)改進

首先對原筒體襯板結(jié)構(gòu)進行模擬計算,，結(jié)合磨機的規(guī)格和轉(zhuǎn)速、鋼球直徑,、磨機綜合填充率及襯板結(jié)構(gòu)等參數(shù),，采用 MillTraj 專業(yè)模擬軟件對半自磨機磨球運動軌跡進行模擬，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，而鋼球的拋落點卻位于第 4 象限靠近40°位置,。顯然,，在磨機運轉(zhuǎn)過程中，磨球拋落至物料趾部外,，對物料的破磨作用減弱,，反而直接砸向襯板，對襯板造成了巨大的,、頻繁的沖擊,，從而降低了磨礦效率，造成襯板過早損壞,。因此,，必須對筒體襯板進行結(jié)構(gòu)改進，以調(diào)整磨球,、物料的拋落軌跡,，改善鋼球直接對襯板的沖擊力。

在半自磨機規(guī)格,、磨機轉(zhuǎn)速及磨球規(guī)格一定的條件下,，影響磨機物料及鋼球運動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,，對半自磨筒體襯板進行改進，采取的主要措施如下：

(1)增加襯板間隙,，提高磨機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,，提高磨機性能,。部分提升條數(shù)量減少可以增加提升條間料倉體積，同時也可提高磨機每轉(zhuǎn)動一圈所提升的料漿,，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，改變其運動軌跡和運動狀態(tài),。提升條高度增加,，物料及磨球被提升的高度也隨之增加，從而增強了其拋落時的破磨能力,，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,，落點就越靠近中心,，襯板被撞擊的概率就會降低；相反,，筒體襯板的面角越小,，磨球被襯板提升的高度就越高，落點就越遠離中心,，襯板被撞擊的概率就增大,。因此，考慮通過增大筒體襯板面角來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

改進后通過模擬軟件對磨機磨球運動軌跡進行模擬，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,，磨球的拋落點即為物料趾部,，此時不但不會撞擊襯板，而且磨礦效率將達到最高,。由此可以推斷,，襯板的第一次結(jié)構(gòu)改進是比較合理的。

圖6 襯板結(jié)構(gòu)改進后磨球拋落軌

圖7,、8 分別為改進后筒體襯板結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場安裝情況,。筒體襯板結(jié)構(gòu)改進后，首套襯板于 2017 年7 月 25 日安裝運行,，共連續(xù)使用 2 套,，每套襯板平均處理礦量達到 326 萬 t，比原結(jié)構(gòu)襯板磨礦量提升41.74%,，改進效果明顯,。但同時該筒體襯板也存在不足之處：一是個別襯板質(zhì)量較重(達 2.43 t)，基本達到現(xiàn)場機械手的限制質(zhì)量(2.5 t),，對現(xiàn)場安裝造成一定的安全隱患,，且增加了襯板安裝更換時間；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%,，磨機負載加重，實際運行功率增加,，磨礦能耗增加,，大幅度提高了運行成本。

圖7 改進后筒體襯板結(jié)構(gòu)

圖8 改進后筒體襯板安裝

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 分別為改進后失效筒體襯板及磨損曲線示意,。分析現(xiàn)場失效襯板剩余厚度以及磨損曲線可知，磨損嚴重部位主要位于出料端筒體襯板及筒體提升條提料側(cè),，而進料端筒體襯板以及非提料側(cè)磨損量較少,，剩余厚度相對較多。

圖9 結(jié)構(gòu)改進后失效襯板

圖10 結(jié)構(gòu)改進后失效襯板磨損曲線

在基本保證磨礦效率的前提下,，為達到進一步減輕筒體襯板質(zhì)量,、降低采購和運行成本、提高襯板更換效率及提升襯板綜合性價比的目的,，必須對筒體襯板進行再次結(jié)構(gòu)優(yōu)化,。

本次結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要對不同部位進行差異化設(shè)計。如圖 11 所示,，在襯板高-高排列形式下,，根據(jù)實踐經(jīng)驗將進料端筒體襯板提升條高度適當降低，由 380 mm降低至 350 mm,，出料端筒體襯板高度保持 380 mm 不變,；在磨機單向旋轉(zhuǎn)條件下,，筒體襯板維持 60°面角不變，通過適當減小非提升側(cè)角度,，在減輕襯板質(zhì)量的同時,，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,，磨球的拋落點位于物料趾部，并沒有直接空砸襯板,，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 日開始裝機運行,，連續(xù)運行共計 3 套,，相較于第一次結(jié)構(gòu)改進，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，平均處理礦量達到 310 萬 t,。由此可以斷定,，第二次結(jié)構(gòu)優(yōu)化是成功的，整體性價比較高,，獲得了客戶的認可,。

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

根據(jù)大型半自磨機實際運行工況，對半自磨機筒體襯板結(jié)構(gòu)進行了持續(xù)不斷的改進,，通過分析筒體襯板排數(shù),、提升條高度以及提升條面角等對磨礦效率有影響的因素，結(jié)合實際設(shè)計經(jīng)驗,，獲得了較佳的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,。襯板結(jié)構(gòu)改進和優(yōu)化后，磨礦效率大幅提升,，綜合運行成本降低,，使用效果良好。面對半自磨機大型化發(fā)展趨勢,，半自磨機筒體襯板還存在較大的優(yōu)化空間,，需要借助計算機模擬技術(shù)，緊密結(jié)合選礦工藝,，在磨機實際運行基礎(chǔ)上有待于繼續(xù)進行研究。

無

超深井用多繩纏繞式提升機選型研究

無