φ5.5 m×8.5 m大型溢流球磨機(jī)襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

劉 釗，張 明，劉 洋，吳 靖，蘇永席

金川集團(tuán)股份有限公司選礦廠 甘肅金昌 737100

球 磨機(jī)運行過程中，磨礦介質(zhì)及礦物瀉落、拋落和離心運動會產(chǎn)生較大動能，對球磨機(jī)襯板形成連續(xù)沖擊，造成襯板磨損[1]。金川集團(tuán)股份有限公司選礦廠于 2008年引進(jìn) 4臺由中信重工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機(jī)，有效容積為 185.5 m3，為當(dāng)時國內(nèi)容積最大的溢流型球磨機(jī)。其中一段一次磨礦、筒體及進(jìn)出料端蓋使用低鉻高錳鋼材質(zhì)襯板。大型球磨機(jī)襯板主要起保護(hù)球磨機(jī)筒體、進(jìn)出料端蓋的作用，經(jīng)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(xiàn)等問題逐漸凸顯。鑒于球磨機(jī)襯板造價成本高、更換周期短、更換作業(yè)難度大等特點[2]，對球磨機(jī)襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究具有重要現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)價值。

1 襯板使用現(xiàn)狀

1.1 筒體襯板使用現(xiàn)狀

原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機(jī)進(jìn)料端筒體襯板與出料端筒體襯板結(jié)構(gòu)相同，沿均為波峰、波谷相間的波形結(jié)構(gòu)，球磨機(jī)筒體軸向各分布 5排，分布結(jié)構(gòu)如圖 1所示。球磨機(jī)運行過程中，進(jìn)、出料端筒體襯板磨損狀況不同，進(jìn)料端第一、第二排襯板磨損最快，使用壽命為 18個月；進(jìn)料端第三、第四排磨損較快，使用壽命為 22個月；進(jìn)料端第 5排與出料端筒體襯板磨損狀況相同，使用壽命達(dá)到 24～ 27月。進(jìn)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(xiàn)同壽命及同期更換，組織協(xié)調(diào)檢修難度大，成本高。

圖1 球磨機(jī)筒體襯板分布

1.2 端蓋襯板使用現(xiàn)狀

原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機(jī)進(jìn)出料端蓋襯板共計 108塊，為 3×18放射狀配置安裝，分為內(nèi)段、中間段、外段端蓋襯板，每段 18塊。分布結(jié)構(gòu)如圖2所示。每段襯板之間為榫卯結(jié)構(gòu)配置，對球磨機(jī)進(jìn)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(xiàn)因襯板外形尺寸、進(jìn)出料端蓋襯板螺栓定位尺寸累計偏差較大，導(dǎo)致襯板螺栓錯位、襯板位置重疊等現(xiàn)象發(fā)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(yīng)力較大，出現(xiàn)短期內(nèi)襯板螺栓斷裂，進(jìn)出料端蓋泄漏礦漿等現(xiàn)象。且由于襯板和襯板螺栓均受到徑向和軸向循環(huán)沖擊[3]，球磨機(jī)進(jìn)、出料端蓋襯板容易出現(xiàn)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(jìn)前后球磨機(jī)筒體襯板厚度分布

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

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

2.1 筒體襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機(jī)進(jìn)、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(shè)計予以解決。筒體襯板波形不發(fā)生變化，波峰、波谷值保持不變；螺栓孔斜度不發(fā)生變化，出軸深度與原設(shè)計相同，使用高強(qiáng)螺栓規(guī)格型號不發(fā)生變化；出料端筒體襯板及第五排進(jìn)料端筒體襯板厚度不變，仍為 70 mm。優(yōu)化時，第三、第四排進(jìn)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(jìn)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(jìn)前后球磨機(jī)筒體襯板厚度分布如圖 5所示。

圖3 進(jìn)料端第三、第四排襯板主視圖

圖4 進(jìn)料端第三、第四排襯板俯視圖

圖5 優(yōu)化前后球磨機(jī)筒體襯板分布

對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的筒體襯板進(jìn)行更換，球磨機(jī)齒輪副運行溫度、同步電動機(jī)電流值、電動機(jī)定子溫度、電動機(jī)軸瓦溫度、筒體軸瓦溫度等參數(shù)均未發(fā)生較大變化。2年后，對筒體襯板進(jìn)行拆除更換，測量拆除襯板厚度，測量值如表 1所列，球磨機(jī)厚度為 23.8～26.2 mm，平均值 25.38 mm，極差 2.4 mm?？梢娗蚰C(jī)筒體襯板處于均勻磨損狀態(tài)。

表1 進(jìn)出料襯板磨損 mm

2.2 端蓋襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對原φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機(jī)進(jìn)、出料端蓋襯板為 3×18放射狀榫卯立面配置局限性導(dǎo)致的襯板安裝維護(hù)及端蓋泄漏礦漿問題進(jìn)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(jié)構(gòu)如圖 6所示。沿球磨機(jī)筒體軸向觀察，球磨機(jī)進(jìn)、出料外段、中間段、內(nèi)段端蓋襯板均設(shè)計成扇形結(jié)構(gòu)，三段襯板扇形中心點在球磨機(jī)端蓋中心處，三段扇形圓心角相同，均為 20°。三段襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計為半球面、斜面、波浪形表面相結(jié)合配置，襯板結(jié)構(gòu)形狀如圖 7所示。增加了襯板內(nèi)表面積，加強(qiáng)了襯板內(nèi)表面對礦石及磨礦介質(zhì)的提升和研磨作用，有利于大型溢流型球磨機(jī)進(jìn)料和排料，半球面過渡設(shè)計能夠在排料和進(jìn)料時減少物料及碎鋼球?qū)M(jìn)出料端蓋及進(jìn)出料襯套的沖擊和磨損。

圖6 優(yōu)化后球磨機(jī)端蓋襯板分布

圖7 改進(jìn)后球磨機(jī)端蓋內(nèi)段襯板形狀

針對球磨機(jī)內(nèi)段端蓋襯板無法起到防護(hù)中空軸，防止漏漿問題，球磨機(jī)進(jìn)、出料內(nèi)段端蓋襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，沿球磨機(jī)筒體軸向觀察，球磨機(jī)進(jìn)、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(jī)內(nèi)段襯板能起到防護(hù)作用，需對內(nèi)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(jìn)料段延伸長度為 75 mm、出料段延伸長度為 150 mm。通過此類設(shè)計，可實現(xiàn)內(nèi)段襯板對楔面壓環(huán)防護(hù)，避免鋼球及物料直接沖擊楔面壓環(huán)，物料進(jìn)入中空軸與進(jìn)、出料襯套之間的縫隙，造成中空軸漏漿。優(yōu)化前后內(nèi)段襯板與楔面壓環(huán)位置結(jié)構(gòu)圖，如圖 8所示。

對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的端蓋襯板進(jìn)行更換，與未優(yōu)化前相比，減少了 30% 的更換時間。連續(xù)運行 2年，未發(fā)現(xiàn)襯板螺栓斷裂及單塊襯板碎裂現(xiàn)象，進(jìn)出料端蓋處未發(fā)生漏漿設(shè)備事故，內(nèi)段襯板保護(hù)楔面壓環(huán)厚度最小處為 10.2 mm，楔面壓環(huán)未見明顯磨損。

3 結(jié)語

結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機(jī)實現(xiàn)進(jìn)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(tǒng)一對進(jìn)出料端筒體襯板進(jìn)行檢修更換，減少進(jìn)出料端筒體襯板更換頻次，實現(xiàn)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(xiàn)處理量和經(jīng)濟(jì)效益最大優(yōu)化。

圖8 改進(jìn)前后球磨機(jī)端蓋內(nèi)段襯板

通過對φ5.5 m×8.5 m溢流型球磨機(jī)進(jìn)、出料端端蓋襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)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(shè)備故障發(fā)生的可能，減少端蓋襯板更換頻次，實現(xiàn)周期計劃性更換端蓋襯板。同時，襯板可保護(hù)中空軸，防止端蓋漏漿、中空軸損壞等設(shè)備故障發(fā)生。