大山廠半自磨系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新與改造

方志堅

(江西銅業(yè)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(yè)上采用半自磨工藝以來，半自磨技術(shù)便得到迅速發(fā)展［1］，半自磨機的采用省去了中、細碎作業(yè)，簡化了流程，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)成本低，節(jié)省了人工成本，便于管理，生產(chǎn)環(huán)境好，降低了常規(guī)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(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個礦山企業(yè)。

德興銅礦大山選礦廠2.25萬t/d的半自磨系統(tǒng)于2010年11月投入使用，半自磨系統(tǒng)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(shè)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(shè)有兩臺ZKK3675直線振動篩(一臺工作，一臺備用)進行分級，篩上產(chǎn)物去頑石破碎系統(tǒng)(MP800圓錐破碎機)進行破碎，頑石經(jīng)破碎后再次返回到半自磨機給礦皮帶，篩下產(chǎn)物進入旋流器分級系統(tǒng);旋流器分級系統(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)流程圖

2 運行初期存在的一些問題

半自磨系統(tǒng)自投產(chǎn)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(tǒng)的正常運行，以下列舉的是半自磨系統(tǒng)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(shè)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(chǎn)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(nèi)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(jīng)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(shè)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(shè)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(xiàn)端蓋螺栓孔磨大及漏漿的現(xiàn)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(shè)計進料端金屬件襯板裝配圖

圖2.2.2 原設(shè)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(tǒng)運行初期，因原設(shè)計襯板長(最長達2360mm)容易變形、重量高(最重達2077Kg)容易產(chǎn)生鑄造缺陷，生產(chǎn)過程中鑄件工作面出現(xiàn)多肉(瘤)，安裝面出現(xiàn)縮孔、變形、脹箱，熱處理后氣割澆冒口出現(xiàn)裂紋等鑄造缺陷［3］，造成筒體襯板易碎裂及不耐磨現(xiàn)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(tǒng)每周都要停機檢查并更換碎裂的襯板，運轉(zhuǎn)率極低，這不僅提高了生產(chǎn)成本，而且設(shè)備運轉(zhuǎn)率難以提高，嚴重制約著半自磨系統(tǒng)的生產(chǎn)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(zhuǎn)速200r/min，溫度約50-70℃，其軸承座密封原設(shè)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(xiàn)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(cè)的V型密封起到二次防塵作用，另一側(cè)V型密封則起到主密封作用，但從半自磨系統(tǒng)投產(chǎn)運行以來一直存在軸承座嚴重漏油現(xiàn)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(shè)計不合理

半自磨系統(tǒng)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(chǎn)運行后，經(jīng)常出現(xiàn)落礦、皮帶提升斗易磨損磨斷現(xiàn)象。而且皮帶的使用壽命相當短，平均1-2個月就會出現(xiàn)皮帶撕裂現(xiàn)象。

3 對設(shè)備問題的改進措施

針對半自磨系統(tǒng)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(jīng)過三年多的不懈努力，效果顯著?，F(xiàn)大山廠半自磨系統(tǒng)設(shè)備運行正常，截止二零一四年九月份半自磨系統(tǒng)臺效為987噸/小時、運轉(zhuǎn)率達92.7%。下面簡單介紹大山廠針對這些問題提出的創(chuàng)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(jīng)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(tài)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(shù)上是完全可行的。而且使用金屬襯板，磨機現(xiàn)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(zhì)為可再生資源，符合國家提出的環(huán)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(xiàn)基本沒有出現(xiàn)端蓋漏漿現(xiàn)象;其二復合襯板是特殊合金鋼板與橡膠模壓成型，這種設(shè)計結(jié)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(nèi)圈礦漿提升器不僅未出現(xiàn)掉落現(xiàn)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(fā)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(xiàn)象，根據(jù)出料端襯板成功改造的經(jīng)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(shè)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(jīng)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(jīng)試驗證明，橡膠復合襯板對半自磨機的生產(chǎn)能力、磨礦效率、產(chǎn)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(jié)構(gòu)圖

3.3 半自磨機筒體襯板改進

針對筒體襯板經(jīng)常性出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，我廠結(jié)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(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，進行分析對比［6］，提出筒體襯板第一次改型:由原設(shè)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(shè)計的50°改為60°，見圖3.3.3)，因襯板的凸棱越高對鋼球物質(zhì)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(qū)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(zhì)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(xiàn)象得到顯著改善。根據(jù)多次摸索筒體襯板磨損規(guī)律，相繼提出第二、三次筒體襯板改型，合理設(shè)計襯板結(jié)構(gòu)、改進襯板材質(zhì)，控制襯板硬度、提高沖擊韌性，現(xiàn)筒體襯板平均使用壽命可以達到3000h，襯板斷裂現(xiàn)象明顯減少。

圖3.3.1 襯板改型前與改型后的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3.3.2 襯板結(jié)構(gòu)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(jù)軸承座漏油現(xiàn)象嚴重，經(jīng)過多次現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，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(nèi)側(cè)V型密封失效后外側(cè)V型密封無法實現(xiàn)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(wěn)定，時而泄漏嚴重。后按照工況條件特殊設(shè)計一種密封結(jié)構(gòu)(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(nèi)部循環(huán)油的密封，唇口采用特殊設(shè)計，使密封性能更優(yōu)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(xiàn)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(shè)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(xiàn)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(jù)現(xiàn)場暴露的問題，經(jīng)分析是存在設(shè)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(nèi)的頑石從高處掉落，掉落的頑石經(jīng)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(chǎn)，而且坡度過大也致使提升斗易破損，皮帶磨損斷裂。據(jù)統(tǒng)計，自投產(chǎn)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(zhuǎn)率及生產(chǎn)能力。

后經(jīng)過多次研究討論、現(xiàn)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(chǔ)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(jù)調(diào)整角度適當提高。

圖3.5 半自磨6#A皮帶改造

經(jīng)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(cè)安裝了擋礦皮，防止皮帶轉(zhuǎn)向彈礦，解決了打滑、跑偏、灑礦等現(xiàn)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(shù)，由9次/年變?yōu)?次/年，同時穩(wěn)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(chǎn)奠定堅實基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

半自磨系統(tǒng)是現(xiàn)代首選破碎磨礦技術(shù)，中國在未來十年將是大型半自磨機的應(yīng)用主要市場。半自磨系統(tǒng)在大山選礦廠投產(chǎn)第一年運轉(zhuǎn)率僅為79.6%，經(jīng)過不斷技術(shù)創(chuàng)新、不斷完善問題，第二年運轉(zhuǎn)率上升至84.9%，第三年運轉(zhuǎn)率達90%，截止2014年9月半自磨系統(tǒng)各項指標再創(chuàng)新高，運轉(zhuǎn)率高達92.7%，運轉(zhuǎn)率四年四個臺階，達到國內(nèi)一流水平。穩(wěn)產(chǎn)達標不再是目標，充分發(fā)揮了半自磨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，這將為其它礦山企業(yè)的半自磨系統(tǒng)提供一定的借鑒和參考依據(jù)。

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