半自磨机及球磨机衬板结构的改进.pdf

2 0 1 9 年第1 期有色金属 选矿部分 7 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 I ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 1 ．0 1 5 半自磨机及球磨机衬板结构的改进 谢卓宏1 ’2 ，张岁庚 1 ．青海省第六地质矿产勘查院，西宁8 1 6 0 0 0 ； 2 ．青海省金矿资源开发工程技术研究中心，青海都兰8 1 6 1 0 0 摘要针对青海某金矿磨矿系统生产过程中半白磨机及球磨机衬板磨损严重，磨机负荷增加，导致磨矿效率下降、设 备运转率低、加大了生产成本等问题，通过对半自磨机衬板磨损的分析，结构改造，升条高度由原设计的1 5 0 、8 0m m 提高至 1 7 0 、1 0 0m m ，衬板平板部位厚度由原设计7 0n l m 减薄至6 0r l l m ，衬板提升条采用非对称锥面设计方案；将溢流型球磨机简体 衬板单波峰设计改进为双波峰的设计结构，将原设计为两段分割结构的端衬板，改进为三段分割结构，提高了球磨机的磨矿 能力。最终实现半自磨机和球磨机衬板使用寿命分别提高了15 0 0h 和22 0 0h ，生产能力提高了5 0 ％。磨矿系统电能能耗下 降1 2 ．3 4 k W h ／t 、钢耗下降0 ．3k g ／t 。 关键词磨矿流程；衬板改造；磨矿效率；非对称锥面；双波峰设计；三段分割 中图分类号T D 4 5 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 1 0 0 7 3 0 5 T h eL i n i n gB o a r dR e d e s i g no fS A GA n dB a l lM i l l X I EZ h u o h o n g1 ～．Z H A N GS u i g e n g 1 1 ．Q i n g h a i6 螗I n s t i t u t eo fG e o l o g ya n dM i n e r a lE x p l o r a t i o n ，X i n i n g8 16 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．Q i n g h a iE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e rf o rG o l dM i n e r a lR e s o u r c eD e v e l o p m e n t ， D u l a nQ i n g h a i8 16 10 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea r t i c l em a i n l yd i s c u s s e dm i l ll o a di n c r e a s ew h i c hr e s u l t e di ng r i n d i n ge f f i c i e n c yd e c l i n e ， p r o d u c t i o nc y c l ed e c r e a s ea n dp r o d u c t i o nc o s ti n c r e a s ea f t e rl i n i n gb o a r da r ew e a r e ds e v e r e l yi nt h ep r o c e s s o fp r o d u c t i o ni ng r i n d i n gs y s t e mo fo n eg o l dm i n ei nQ i n g h a i ．W er e d e s i g n e dt h es t r u c t u r eo fl i n i n gp l a t e w h i c hm a d et h eo r i g i n a ld e s i g nh e i g h ta m e n d e df r o m1 5 0m m ，8 0m mt o1 7 0m m ，1 0 0m m ，t h et h i c k n e s so f l i n i n gp l a t ep a r t sa m e n d e df r o mt h eo r i g i n a ld e s i g n7 0m mt o6 0m mt h r o u g ht h em i l ll i n e rw e a ra n a l y s i s ，a t t h es a m et i m ew eu s e da s y m m e t r i cc o n ei nd e s i g n i n gs c h e m ew h i c hm a d et h eb a l lr a i l lc y l i n d e rl i n e ro r i g i n a l d e s i g n e ds i n g l ew a v em o d i f i e dt Ot h ed o u b l e - w a v es t r u c t u r e ，t h es i d ep l a t ef o rt h eo r i g i n a ld e s i g n e dt W O p e r i o do fs p l i ts t r u c t u r em o d i f i e dt ot h r e es e c t i o n s ．W es u c c e s s f u l l yi m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo fg r i n d i n g m a c h i n e ，e v e nm a d et h ec a p a c i t yo fS A Gi n c r e a s e db y5 0 ％n e a r l ya n dp r o l o n gt h el i f e s p a no fS A Ga n db a l l m i l ll5 0 0a n d22 0 0h o u r sr e s p e c t i v e l yt h r o u g hl i n i n gp l a t er e d e s i g n ．T h ee n e r g yc o n s u m p t i o no ft h e g r i n d i n gs y s t e md e c r e a s e db y12 ．3 4 k W h ／ta n dt h es t e e lc o n s u m p t i o nd e c r e a s e db y0 ．3k g ／t ． K e yw o r d s g r i n d i n gp r o c e s s ；l i n i n gr e d i s g n ；g i n d i n ge f f i c i e n c y ；a s y m m e t r i cc o n e ；d u a lw a v ed e s i g n ； t h r e es e c t i o no fs e g m e n t a t i o n ． 自2 0 世纪5 0 - 6 0 年代大型自磨机和半自磨机投 人在选矿厂使用后，科研人员就加强了改善大型磨 机衬板性能的研究[ 1 ] 。传统常规磨矿系统的选矿 厂，设备运转率一般都在9 0 ％一- - 9 5 ％，而许多半自磨 机组合球磨矿系统，设备运转率的却仅达到8 0 ％[ 2 ] 。 磨机衬板维修不仅要增加材料成本和人工成本，而 且随着磨损加重对生产效率影响极大，因此磨机衬 板的研究成为提高设备运转率的一个重要方向[ 3 ] 。 青海某金矿选矿厂设计能力为20 0 0t ／d ，矿石 普式硬度系数8 ～1 0 ，该矿为赋存于糜棱岩中的挤压 性构造破碎带中的高温热液蚀变岩型金矿石[ 4 ] 。矿 石中有害杂质砷、碳含量较高。金粒大都呈显微、超 显微分散状态包含于毒砂中，其次包含于绢云母、绿 泥石和石英等脉石矿物中。磨矿流程采用1 台 基金项目青海省工程技术研究中心资助项目 2 0 1 6 一G X G 0 2 ；青海省海西州科技计划项目 2 0 1 7 1 0 3 收稿日期2 0 1 8 0 3 2 7修回日期2 0 1 8 1 2 1 4 作者简介谢卓宏 1 9 8 5 一 ，甘肃西和人，工程师，长期从事金矿选矿技术工作。 万方数据 7 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第1 期 西60 0 0m m 30 0 0m m 湿式半自磨机与1 台①73 0 0 m m 42 7 0m m 湿式溢流型球磨机及一台F X - 5 0 0 旋流器组组成两段一闭路磨矿流程[ 5 ] ，最终细度 一7 4b t m 达到7 5 ％左右。投产初期处理量达到 20 0 0t ／d ，半自磨机排矿细度一7 4 肛m 达到4 5 ％，投 产运行1 年后半自磨机衬板使用4 个月就必须进行 更换，球磨机衬板使用7 个月就要进行更换，在介质 制度及操作条件不变的前提下，衬板磨损后导致影 响了钢球的提升高度，从而导致磨矿效率下降，处理 量下降到18 0 0t ／d 。 1 磨机衬板磨损的分析 磨机衬板的磨损是一个复杂的过程，它包括材 料和衬板的结构两个主要方面[ 6 ] 。虽然衬板材料是 衬板磨损重要的因素，但本文暂不做探讨，衬板设计 结构型式是衬板提高使用寿命和降低成本的最重要 因素。致力研究流体动力学可以显著提高衬板寿 命，研究表明，在设计改进的情况无须增加或改变原 有材料，便可使衬板更换既简便又迅速，达到提高设 备运转率的目的。半自磨机衬板设计型式的基本方 案业已证明是可行的。本文拟着重叙述几个可以延 长衬板寿命的设计特点[ 7 ] 。针对此情况对半自磨机 筒体衬板、排矿格子板及球磨机筒体衬板进行改造， 经实践证明，改造后大大提高了磨机衬板的使用寿 命，提高了磨机的工作台效，降低了生产成本[ 8 _ 9 ] 。 1 ．1 半自磨机衬板磨损的特点 半自磨机具有冲击破损和研磨特点，内部有大 量钢球 磨矿介质 、块状物料和矿浆，工作状态十分 恶劣，为了保护磨机筒体不受矿浆和钢球直接磨 损n0 。。其内部全部安装衬板，这种衬板由弧形条状 的底板和凸形提升筋条铸造成一体式耐磨衬板，通 过螺栓固定在磨机筒体和两端[ 1 1 | 。磨矿介质及物料 被衬板连接处的提升筋条连续提升后，物料相互进 行抛砸和泻落，实现半自磨机的自磨作用。这种磨 矿形式决定了衬板及提升条会不断发生磨损，衬板 及提升条磨损后不仅是形状发生改变，而且还会影 响磨机内部物料提升的高度，造成能量损失，从而降 低磨矿效率。 1 ．2 球磨机衬板磨损的特点 球磨机在工作过程中，物料和钢球对衬板有相 对滑动和滚动，使衬板受到挤压及辗磨作用，此外球 磨机和半自磨机衬板对比，球磨机衬板提升作用相 对较弱，钢球添加相对较多，物料在球磨机里主要是 辗磨过程，衬板的磨损主要是混合物料在泻落时产 生磨损，筒体衬板的形装对球磨机的工作影响很 大[ 12 1 。目前常使用的有塔接形、波形。凸形、光滑 形、阶梯形条形等几种，波峰形设计的衬板有助于延 长泻落的距离，磨削作用强烈。从而提高衬板的使 用寿命。 2 半自磨机衬板改造方案及效果 近年来随着半自磨机设计技术及生产实践的日 益发展，半自磨机衬板设计新理念日臻成熟[ 13 。。生 产实践表明，半自磨机的工作效率与磨机内简体衬 板提升条的完整性密切相关。衬板提升条严重磨损 后不仅磨机工作台效降低，而且衬板平板部位的磨 损也将快速加剧。换言之，半自磨机筒体衬板提升 条的高度直接影响到磨机的工作台效及衬板使用 寿命‘14 。。 2 ．1 原简体衬板设计的尺寸、安装形式及磨损状况 原有半自磨机筒体衬板分为高筋衬板和低筋衬 板两种[ 1 引，如图1 所示，高筋衬板提升条为对称的双 倒角设计，低筋衬板提升条为单倒角设计，衬板中凸 起的部位为提升条，高筋双倒角的角度为5 5 。和2 5 。。 低筋倒角为2 5 。，提升条的高度为1 5 0 和8 0m m ，衬 板平板部位的厚度为7 0m m 。 低筋衬板 高筋衬板 图1 原衬板示意图 F i g ．1D i a g r a mo fo r i g i n a ll i n i n gb o a r d 投人生后产3 个月，筒体衬板的磨损情况主要 为提升条降低，提升条的迎球面磨损成斜坡面，斜坡 角度大于6 0 。，造成圆滑过度，提升能力下降，造成磨 矿效率的下降，部分提升条断裂，而当简体衬板报废 时背球面提升条磨损较小，衬板平板部位未出现 磨穿。 2 ．2 衬板改造后的尺寸形状 根据原衬板磨损状况和半自磨机钢球运动轨迹 的分析，对筒体衬板进行了改进提升条高度由原设 万方数据 2 0 1 9 年第1 期谢卓宏等半自磨机及球磨机衬板结构的改进 7 5 计的1 5 0 、8 0m m 提高至1 7 0 、1 0 0m m 。考虑到增加 提升条高对后衬板原本自重会随之增加，尝试将衬 板磨损较小的背球面和平板部位适当改进，衬板平 板部位厚度由原设计7 0m m 减薄至6 0m m ，如图2 所示，衬板提升条采用非对称锥面设计方案，所切除 的重量补贴至提升条部位。经此改造后一套磨机筒 体衬板理论总重量大约增重1 0 0k g 左右 改造后筒 体衬板总重量为3 66 2 0k g ，改造后，衬板使用寿命 由28 0 0h 延长至43 0 0h 。 I 曼 8 低筋衬板 高筋衬板 图2 现衬板示意图 F i g ．2 D i a g r a mo fc u r r e n tl i n i n gb o a r d 改造前 2 ．3 排矿格子板的改造 根据实践观察半自磨机内部顽石不断累积，也 是造成磨矿效率下降的重要原因[ 16 | ，这些顽石在磨 机内部不断积累，不能及时排出，增加无效填充率的 同时影响矿石粒级的组成，在半自磨机整套衬板中， 排矿格子板由中心格子板和周边格子板组成。排矿 格栅起着双重重要作用一是阻止磨矿介质溢出磨矿 介质，钢球或大块矿石，二是磨矿产品的分级。周 边格子板格缝部位是整体设计强度最为薄弱的部 位。格缝部位断裂后将迅速影响半自磨机的正常工 作。通过长时间的总结，同时和厂家技术人员交流 作出了相应的改进，如图3 所示。 1 为了增强半自磨机排矿，降低无效填充率，提高 半自磨机处理能力，将格子板筛孔尺寸由2 0r n ／n 增加 至3 0i T t r n ，强制将3 0I T l l T I 以下的物料及时排出，通过生 产实践，处理能力由7 5t ／h 提高至1 2 0t ／h 。 2 为了减少对格子板格缝部位的冲击磨损，经 过大量的实践证明，加高格子板表面的挡料凸起，可 有效防止瀑落的磨球直接冲砸至格子板格缝部位造 成格缝断裂。外圈格子板表面的挡料凸起由原设计 高度1 5 0m m 提高至2 1 0m m 时一套外圈格子板增 重8 6 4k g 改造后格子板的总重量为1 24 0 0k g 。 经过改进后能明显延长格子板使用寿命。 图3 排矿格子板示意图 F i g ．3D i s c h a r g eg r a t e s 3 球磨机衬板改造方案及效果 3 ．1 简体衬板的改造 溢流型球磨机简体衬板原设计为单波峰结 构口引，如图4 所示。采用该种设计结构的磨机在运 行过程中因相邻波峰间间距较大故而提存磨球量也 较大。大量的磨球被提升后呈分离状抛落不利于磨 改造后 机粉末研磨功能的发挥，且因磨球在被提升的过程 中滑球现象严重导致衬板快速磨损。该设计结构的 简体衬板一般用于格子型球磨机及一段作业中。当 球磨机工作于磨矿流程中二段作业时，筒体衬板的 设计应凸显其研磨功能。此时简体衬板应采用双波 峰的设计结构。此时在磨机运转过程中磨内大量磨 球呈泻落状接触运行以实现对人磨物料的粉末研 万方数据 7 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第1 期 磨。双波峰设计结构，如图4 所示。衬板由单波峰 设计结构更改为双波峰设计结构后单件重量增加 9k g 左右。整台机简体衬板增重20 1 6k g 改造后简 体衬板总重量为4 81 6 0k g 。 单波峰型 双波峰型 图4 简体衬板示意图 F i g ．4D i a g r a mo fc y l i n d e rl i n i n gb o a r d 3 ．2 端衬板的改造 溢流球磨机端衬板原设计为两段分割的设计结 构。受球磨机内料位高度的影响，球磨机端衬板强 烈磨损带一般处于内圈端衬板的中下部及外圈端衬 板。而内圈端衬板的上部基本不会磨损。两段分割 的设计结构迫使内圈端衬板在下部被磨损后整体报 废更换导致衬板使用成本上升。当球磨机端衬板采 用三段分割的设计结构时，端衬板磨损报废后只需 按需要更换内圈衬板的中下部与外圈端衬板。内圈 端衬板的上部可长期使用而不需更换。具体方案如 图5 所示。 两段分割型 三段分割型 图5 端衬板示意图 F i g ．5D i a g r a mo fe n dl i n i n gb o a r d 4 改造前后磨矿工艺分析 改造完成后，经过1 0 个月的生产实践，原矿性 质、给矿粒度、钢球填充率、磨机转速及其它条件均 没改变的情况下，改造前后磨矿系统的主要工艺指 标进行比较分析，结果见表1 。 表1磨矿指标对比 T a b l e1 G r i n d i n gi n d e xc o m p a r i s o n 注表中提到的细度为一7 4 ／x m 含量。 表1 的对比结果表明，改造后半自磨机衬板使 用寿命由28 0 0h 提高至43 0 0h ；球磨机衬板使用 寿命由50 0 0h 提高至72 0 0h ，生产能力提高了 5 0 ％，半自磨机排矿细度降低3 ．7 1 ％。旋流器沉沙 细度降低4 ．9 4 ％，旋流器分级效率基本保持不变，根 据上述考核结果，衬板改造后不仅使用寿命延长，同 时磨矿效率明显提高，改造达到预期效果。 5 成本对比分析 通过对衬板的改造，大幅度的提高处理能力和 能源利用率，同时延长了衬板的使用时间，改造前后 磨矿能耗和钢耗等主要运行成本比较结果见表2 。 表2主要成本对比 T a b l e2 M a j o rc o s tc o m p a r i s o n 表2 对比结果表明，衬板改造后半自磨机电能 能耗下降5 ．5 k W h ／t 、钢耗下降0 ．2k g ／t ；溢流 型球磨机电能能耗下降6 ．8 4 k W h ／t 、钢耗下降 0 ．1k g ／t 。通过衬板改进磨矿系统电能能耗下降 1 2 ．3 4 k w h ／t 、钢球钢耗下降0 ．3k g ／t 。 6结论 1 通过升条高度由原设计的1 5 0 、8 0m m 提高 至1 7 0 、1 0 0m m ，衬板平板部位厚度由原设计7 0m m 减薄至6 0m m ，衬板提升条采用非对称锥面设计方 案，不仅提高了半自磨机碎磨能力，同时优化了衬板 性能，使衬板的寿命大幅度延长。 2 为了增强半自磨机排矿，合理匹配半自磨机 和球磨机负荷平衡，将格子板筛孔尺寸由2 0m m 增 万方数据 2 0 1 9 年第1 期谢卓宏等半自磨机及球磨机衬板结构的改进 7 7 加至3 0m m 。有效的增加磨矿效率，使半自磨机内 部物料粒级匹配合理，矿物处理能力由7 5t ／h 提高 至1 2 0t ／h 。 3 将溢流型球磨机筒体衬板单波峰设计改进为 双波峰的设计结构。提高了球磨机的磨矿能力，同 时延长了衬板的使用寿命。 4 将溢流球磨机端衬板原设计为两段分割结 构，改进为三段分割结构，合理利用磨矿性能，降低 衬板成本。 5 改造后半自磨机和球磨机衬板使用寿命分别 提高了15 0 0h 和，22 0 0h ，生产能力提高了5 0 ％。 磨矿系统电能能耗下降1 2 ．3 4 k W h ／t 、钢耗下 降0 ．3k g ／t 。 参考文献 [ 1 ] 王磊．大型一次磨机的衬板设计，材料及操作实践[ J ] ． 国外金属矿选矿，1 9 9 1 1 1 3 7 4 4 ． E 2 3 冯炎飞，张斌，张勇．某半自磨一球磨磨矿分级系统 的优化E J 3 ．现代矿业，2 0 1 6 1 0 2 0 0 2 0 1 ． [ 3 3 任广利，田德臣．改进球磨机衬板设计，效益显著提高 E J 3 ．河北冶金，1 9 8 4 4 5 6 5 8 ． [ 4 ] 马国栋，韩玉，陈苏龙，等．青海五龙沟地区金多金属 矿成矿规律[ J ] ．金属矿山，2 0 1 5 ，4 4 1 0 1 1 0 一1 1 5 ． E 5 3 杨琳琳，文书明．自磨机和半自磨机的发展应用E J 3 ．国外 金属矿选矿。2 0 0 5 7 1 3 1 6 ． E 6 ] 张清．磨机衬板的磨损和衬板用钢的发展E J 3 ．钢铁， 1 9 8 8 5 6 3 - 6 9 ． E 7 3 唐新民．提高磨矿机衬板使用寿命的途径E J 3 ．有色金属 选矿部分 ，1 9 8 8 2 4 2 4 6 ． E 8 3 刘贤玉，王海龙，李宪义，等．球磨机简体衬板布局及连 接方式的改造实践E J 3 ．黄金，2 0 0 9 ，3 0 2 ；3 1 3 3 ． [ 9 ] 唐新民．冬瓜山铜矿半自磨机简体衬板被砸碎的研究 E J 3 ．矿业装备，2 0 1 2 1 7 4 7 7 ． E l O ] 谢恒星．湿式磨矿中钢球磨损机理与磨损规律数学模型 的研究[ D ] 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