中型溢流型球磨機(jī)筒體襯板形狀及安裝技術(shù)優(yōu)化實(shí)踐

范保建 佐太東 龐玉明 劉國民

摘要：包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司選冶廠通過改變球磨機(jī)筒體個(gè)別襯板形狀，避免了球磨機(jī)襯板使用后期，球磨機(jī)內(nèi)磨礦介質(zhì)及礦漿對(duì)球磨機(jī)襯板夾角位置筒體的沖蝕，減少了球磨機(jī)筒體的磨損。利用小型卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了安全快速地更換球磨機(jī)筒體襯板的目的，更換時(shí)間縮短了30 h左右，可供其他中型溢流型球磨機(jī)更換襯板參考借鑒。

關(guān)鍵詞：溢流型;球磨機(jī);筒體襯板;小型卷揚(yáng)機(jī);襯板尺寸;襯板安裝技術(shù)

中圖分類號(hào)：TD453文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）07-0059-04doi：10.11792/hj20210712

引 言

內(nèi)蒙古包頭鑫達(dá)黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司”）位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市以西，隸屬包頭市九原區(qū)阿嘎如泰蘇木鄉(xiāng)，集地質(zhì)勘查、采礦、選礦、冶煉于一體，是一家綜合性現(xiàn)代化礦業(yè)公司，主要產(chǎn)品為黃金，副產(chǎn)品為白銀。包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司前身為包頭市哈德門金礦，始建于1989年，1992年正式投產(chǎn)。2000年5月，哈德門金礦進(jìn)行聯(lián)營改制，由中國黃金集團(tuán)有限公司控股82 %，九原區(qū)國有資產(chǎn)管理辦公室持股18 %，共同組建了包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司，公司下設(shè)7個(gè)分礦，1個(gè)選冶廠，9個(gè)管理部室公司，目前在冊(cè)人數(shù)593人，其中七礦183人，選冶廠138人。

包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司選礦工藝為全泥氰化炭漿法，礦石處理能力3 000 t/d，磨礦工藝為兩段兩閉路磨礦，最終產(chǎn)品細(xì)度-0.074 mm占90 %以上，磨礦產(chǎn)品濃度20 %左右。采用的磨礦設(shè)備主要有MQY4.27 m×6.5 m溢流型球磨機(jī)。

1 工程背景

球磨機(jī)適用于粉磨各種礦石及其他物料，被廣泛用于選礦、建材及化工等行業(yè)，可分為干式和濕式2種磨礦方式。根據(jù)排礦方式不同，可分為格子型和溢流型2種。包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司選冶廠磨浸車間工藝流程見圖1。

包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司選冶廠采用的MQY4.27 m×6.5 m溢流型球磨機(jī)由水平的筒體、進(jìn)出料空心軸及磨頭等部分組成。筒體為長的圓筒，筒內(nèi)裝有磨礦介質(zhì)，筒體為鋼板制造，鋼制襯板與筒體固定，磨礦介質(zhì)一般為鋼制圓球，也可用鋼段，并按不同直徑和一定比例裝入筒體中。磨礦介質(zhì)可根據(jù)研磨物料的粒度加以選擇，物料由球磨機(jī)進(jìn)料端空心軸裝入筒體內(nèi)。

球磨機(jī)的工作原理是利用筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，并按照作業(yè)的實(shí)際需要，將鋼球提升到一定的高度后以拋物線下落，沖擊筒內(nèi)的物料，從而使物料和襯板充分摩擦[1]。

磨礦作業(yè)在球磨機(jī)筒體內(nèi)進(jìn)行，磨礦介質(zhì)隨筒體的旋轉(zhuǎn)被帶到一定高度后，磨礦介質(zhì)由于自重而下落，裝在筒體內(nèi)的礦石受到磨礦介質(zhì)猛烈的沖擊力;另一方面由于磨礦介質(zhì)在筒體內(nèi)沿筒體軸心公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，在磨礦介質(zhì)之間及其與筒體接觸區(qū)又產(chǎn)生對(duì)礦石的擠壓和磨剝力，從而將礦石磨碎。當(dāng)筒體旋轉(zhuǎn)時(shí)將球磨機(jī)鋼球（磨礦介質(zhì)）帶起并升到一定高度，由于鋼球本身的重力作用，最后沿一定的軌道下落。在區(qū)域內(nèi)的鋼球受到2種力的作用：一是旋轉(zhuǎn)時(shí)自切線方向施于鋼球的作用力;一是與鋼球直徑相對(duì)稱一面而與上述作用力相反的力，這個(gè)作用力的產(chǎn)生是由于鋼球本身自重而向下滑動(dòng)所引起的。上述2種作用力對(duì)鋼球會(huì)形成一對(duì)力偶，由于鋼球是被擠壓在筒體與相鄰鋼球的中間，所以力偶會(huì)使鋼球之間存在大小不等的摩擦力，鋼球隨筒體軸心作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在區(qū)域內(nèi)自上向下拋落，在區(qū)域里對(duì)筒體內(nèi)的礦石產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊作用，將礦石破碎。在球磨機(jī)筒體內(nèi)礦石主要受磨剝力、沖擊力及擠壓力的作用而被磨碎，這個(gè)過程中球磨機(jī)襯板起到保護(hù)筒體不受鋼球磨損的作用。

包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司選冶廠一段球磨機(jī)筒體襯板使用的是錳鋼襯板，襯板平均使用周期6個(gè)月。經(jīng)過多年的觀察發(fā)現(xiàn)，由于筒體襯板形狀及組裝方式的原因，筒體每4塊襯板中間形成一個(gè)拼接角，該位置隨著球磨機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)鋼球、礦石及水的沖蝕，磨損速度最快，長時(shí)間后球磨機(jī)筒體沿拼接角處形成一道道垂直筒體的橫向磨損條，靠近給料端一側(cè)比較嚴(yán)重，個(gè)別位置因襯板質(zhì)量磨損深度已超5 cm。

2021年第7期/第42卷? 機(jī)電與自動(dòng)控制機(jī)電與自動(dòng)控制? 黃 金

2 筒體襯板形狀優(yōu)化

目前，球磨機(jī)筒體襯板有等厚、波形、凸形（壓條式）和角形等幾種形狀[2]。傳統(tǒng)筒體襯板形狀見圖2，每一排7塊襯板，共28排，合計(jì)196塊襯板。每個(gè)襯板有2個(gè)螺栓孔，通過螺栓將襯板固定到球磨機(jī)筒體上。為了便于襯板安裝，襯板左右及上下都有1 cm左右的縫隙。隨著筒體旋轉(zhuǎn)，垂直筒體方向的拼接角基本連成一條環(huán)形直線，在球磨機(jī)內(nèi)介質(zhì)鋼球、礦石、堿性水的沖蝕作用下，筒體襯板拼接角的位置磨損最為嚴(yán)重，基本最先磨損。久而久之，環(huán)形縫隙經(jīng)過物料沖刷，磨損會(huì)越來越大，致使物料直達(dá)筒體內(nèi)表面，磨損球磨機(jī)筒體內(nèi)表面。一旦球磨機(jī)筒體磨損量超過筒體厚度的一定比例，球磨機(jī)筒體就有變形甚至開裂的危險(xiǎn)，后果十分嚴(yán)重。

為盡可能降低襯板模具等的改變，采用的優(yōu)化方案為：一是優(yōu)化所有襯板位于襯板中間位置的上下2個(gè)吊裝孔，使之便于吊裝使用;二是改變少量的筒體襯板形狀，使襯板拼接角位置錯(cuò)開，使之無法形成一條完整的環(huán)形直線，從而加強(qiáng)對(duì)筒體已磨損面的保護(hù)，并減少對(duì)筒體內(nèi)表面的再次磨損。

襯板形狀優(yōu)化見圖3，將28排襯板中14排的兩段襯板分成2小塊，利用交叉安裝的方式，將襯板的拼接角打斷，使其不能連成一個(gè)整體的環(huán)形直線，極大程度減少持續(xù)流動(dòng)帶來的摩擦力對(duì)球磨機(jī)襯板及筒體的沖蝕作用。

第一批改造襯板于2021年1月拆除，使用壽命8個(gè)月，較之前延長2個(gè)月。襯板表面磨損均勻，未出現(xiàn)之前排礦端磨損輕、給料端磨損重的現(xiàn)象，球磨機(jī)筒體未見二次磨損，襯板拼接角處磨損均勻（見圖4），未出現(xiàn)提前損壞現(xiàn)象，改造取得非常好的效果。

3 筒體襯板安裝技術(shù)優(yōu)化

3.1 優(yōu)化背景

包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司采用不倒鋼球的方法更換筒體襯板，更換步驟主要分為以下2步：

1）舊襯板拆除及運(yùn)輸。將舊襯板固定螺栓拆除，人工將襯板從筒體上拆除，并運(yùn)輸至筒體之外。

2）新襯板吊裝及安裝。利用橋式起重機(jī)將新襯板吊運(yùn)至球磨機(jī)中，人工抬運(yùn)襯板將其與筒體貼合，然后安裝螺栓固定。

更換襯板各工序用時(shí)見表1。其中，用時(shí)較長的部分主要是新、舊襯板的吊裝、運(yùn)輸及安裝;另外，多數(shù)作業(yè)需要人工完成，人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

更換過程中，一塊新襯板的質(zhì)量為260 kg左右，使用到期的舊襯板質(zhì)量約為100 kg。舊襯板主要靠人工從球磨機(jī)排礦口抬出，新襯板使用天車從球磨機(jī)檢修口吊入球磨機(jī)內(nèi)部，因檢修口空間較小，每次只能吊裝1塊，而且1個(gè)吊裝孔不能完成所有襯板的吊裝，需要不停地對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，利用2個(gè)吊裝孔完成襯板的吊運(yùn)，耗時(shí)長且危險(xiǎn)性大。

在安裝筒體襯板時(shí)，由4人用釬桿抬起，一端插入筒體螺絲孔中，然后人工抬起另一端，使襯板緊貼至筒體，這樣更換一次需要56 h，工作效率低，而且工人3班作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，發(fā)生機(jī)械傷害、砸傷事故也較多。

隨著球磨機(jī)向大型化方向發(fā)展，機(jī)械化換襯板是選礦廠提高生產(chǎn)效率的有效途徑[3]。大型球磨機(jī)檢修更換襯板采用機(jī)械手作業(yè)的較多，但機(jī)械手對(duì)于中型球磨機(jī)來講，不管是工作空間，還是使用成本都不合適，因此中型球磨機(jī)更換襯板采用人工作業(yè)的較多，機(jī)械化程度普遍不高。過去的7年里，從人工安裝到機(jī)械卷揚(yáng)機(jī)安裝，從人工搬運(yùn)襯板到軌道運(yùn)輸，在技術(shù)人員的不斷創(chuàng)新探索下，更換襯板用時(shí)從56 h逐步減少。

3.2 安裝技術(shù)

3.2.1 襯板運(yùn)輸

新、舊襯板的運(yùn)輸用時(shí)占整個(gè)更換筒體襯板作業(yè)時(shí)間的三分之一左右。因此，包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司專門制作了運(yùn)輸工具及吊裝工具，以縮短調(diào)運(yùn)用時(shí)。

運(yùn)輸工具有軌道及平板小車。平板小車設(shè)計(jì)將厚5 mm的鐵板切割成60 cm×40 cm，下方焊接4個(gè)鋼制滾輪，左右焊接鐵片作為拉拽固定。軌道按照平板小車滾輪設(shè)計(jì)的運(yùn)輸通道，由槽鋼及角鐵焊接制成，方便平板小車在軌道上來回滑動(dòng)。軌道長5 m左右。

吊裝工具主要有卷揚(yáng)機(jī)。卷揚(yáng)機(jī)為用卷筒纏繞鋼絲繩（鏈條）提升或牽引重物的輕小型起重設(shè)備，又稱絞車。卷揚(yáng)機(jī)可以垂直提升、水平或傾斜拽引重物。卷揚(yáng)機(jī)分為手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)、電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)及液壓卷揚(yáng)機(jī)3種，以電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)為主，其可單獨(dú)使用，也可作起重、筑路和礦井提升等機(jī)械中的組成部件，因操作簡(jiǎn)單、繞繩量大、移置方便而廣泛應(yīng)用。

包頭鑫達(dá)礦業(yè)公司采用220 V小型移動(dòng)式卷揚(yáng)機(jī)及小型龍門架，卷揚(yáng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)上下調(diào)運(yùn)及左右移動(dòng)，起重量500 kg。龍門架為卷揚(yáng)機(jī)的軌道。另外，還有調(diào)運(yùn)襯板的“X”型吊裝夾具，專門用于舊襯板調(diào)運(yùn)。新襯板吊裝采用2條等長吊裝鉤。

舊襯板運(yùn)出筒體流程：平板小車軌道從球磨機(jī)排礦口放置進(jìn)入筒體內(nèi)部，外部留1.5 m吊裝預(yù)留區(qū)，工人將舊襯板放置在平板小車上，通過軌道運(yùn)輸至筒體外部，利用“X”型吊裝夾具從舊襯板2個(gè)螺栓口掛住襯板，利用卷揚(yáng)機(jī)調(diào)運(yùn)至外側(cè)裝車，單塊襯板用時(shí)1 min左右。

新襯板運(yùn)進(jìn)筒體內(nèi)部流程：平板小車軌道從球磨機(jī)排礦口放置進(jìn)入筒體內(nèi)部，外部留1.5 m吊裝預(yù)留區(qū)，卷揚(yáng)機(jī)利用吊裝鉤將提前放置在固定位置的襯板提起，沿龍門架移動(dòng)至軌道小車處，將襯板放置在軌道小車上，運(yùn)輸至筒體內(nèi)部，單塊襯板用時(shí)1 min左右。

3.2.2 襯板安裝

新襯板安裝使用的工具主要有卷揚(yáng)機(jī)、卷揚(yáng)軌道。卷揚(yáng)軌道根據(jù)球磨機(jī)筒體長度特制，兩側(cè)有螺栓固定孔，通過兩道螺栓將其與筒體固定在一起，220 V小型卷揚(yáng)機(jī)通過卡槽固定在軌道上，可左右滑動(dòng)。卷揚(yáng)鋼絲繩粗8 mm。

單塊襯板安裝流程見圖5。首先，將軌道用螺栓固定在筒體⑤的位置，卷揚(yáng)機(jī)安裝在軌道上，啟動(dòng)球磨機(jī)慢轉(zhuǎn)，準(zhǔn)備安裝的襯板在①的位置，從①最右側(cè)該塊襯板開始安裝。此時(shí)，筒體內(nèi)部鋼球基本為平面。

新襯板由小型卷揚(yáng)機(jī)調(diào)運(yùn)至平板小車，通過軌道運(yùn)輸至筒體內(nèi)部，筒體軌道上的卷揚(yáng)機(jī)移動(dòng)至⑤的最右側(cè)，將鋼絲繩從筒體右側(cè)第二個(gè)螺栓孔塞入筒體內(nèi)部，掛鉤掛住新襯板吊裝孔，鋼絲繩進(jìn)入螺栓孔位置有防撕裂設(shè)置，收緊卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩，將襯板由排礦口處拉至吊裝孔處，此時(shí)鋼絲繩垂直，卷揚(yáng)機(jī)控制器在筒體內(nèi)部，便于觀察現(xiàn)場(chǎng)情況。緩慢收緊鋼絲繩，將襯板提升至合適位置，此時(shí)安裝人員將釬桿通過襯板螺栓孔插入筒體螺栓孔處，將螺栓孔對(duì)齊，輕微用力使襯板貼緊筒壁，扶好襯板，抽出一根釬桿，安裝螺栓，以同樣的方式安裝另一根螺栓，筒體外側(cè)人員安裝膠墊、鐵墊及螺母，最后用氣動(dòng)扳手將螺母固定。螺母固定后，松卷揚(yáng)鋼絲繩。一般情況下同時(shí)安裝最右側(cè)①、② 2排襯板，安裝完成后，將鋼絲繩拔出，移動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，將鋼絲繩從右數(shù)第4個(gè)螺栓孔塞入筒體，繼續(xù)第三、四塊襯板安裝。襯板安裝示意圖見圖6。

①、②2排襯板安裝完成后，使球磨機(jī)慢轉(zhuǎn)，將卷揚(yáng)機(jī)軌道向安裝的反方向移動(dòng)兩排，繼續(xù)安裝第③、④2排襯板，直至最后3排時(shí)，1次安裝1排襯板，最后1排襯板用卷揚(yáng)機(jī)拉至合適位置后，拆除軌道，人工安裝最后7塊襯板。

最近的一次襯板安裝用時(shí)統(tǒng)計(jì)：螺母拆除用時(shí)1.5 h，螺栓拆除用時(shí)1.3 h，舊襯板拆除并運(yùn)出筒體用時(shí)12.0 h，襯板安裝固定用時(shí)11.4 h，完成全套襯板的安裝共計(jì)用時(shí)26.2 h。

3.3 應(yīng)用效果

1）新、舊襯板運(yùn)輸采用軌道小車及卷揚(yáng)機(jī)，提高了新、舊襯板運(yùn)輸?shù)乃俣龋档土巳斯ぐ徇\(yùn)襯板的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了檢修人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）新襯板調(diào)運(yùn)采用移動(dòng)式卷揚(yáng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)襯板上下左右4個(gè)方向的移動(dòng)，極大縮短了使用橋式起重機(jī)吊運(yùn)襯板的時(shí)間，速度更快，更省時(shí)省力。

3）利用卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩的拉力實(shí)現(xiàn)襯板在筒體內(nèi)部的移動(dòng)，減少了檢修人員，降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)。

4）利用卷揚(yáng)機(jī)提升襯板至相應(yīng)高度，人工移動(dòng)襯板使螺栓孔重合，極大程度降低了人工抬運(yùn)襯板的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)減少了抬運(yùn)襯板過程中重物砸傷等傷害事故的發(fā)生。

5）球磨機(jī)筒體襯板形狀優(yōu)化后，筒體錳鋼襯板的磨損比較均勻，未出現(xiàn)夾角磨損過快的現(xiàn)象，筒體錳鋼襯板的使用壽命平均延長2個(gè)月，每年可節(jié)省大量的襯板費(fèi)用。

6）球磨機(jī)筒體襯板安裝技術(shù)可以有效縮短更換襯板時(shí)間，每年可減少維修時(shí)間44.7 h左右，可多處理礦石量6 500 t左右，可多產(chǎn)黃金9 kg，可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益300余萬元。

4 結(jié) 論

1）球磨機(jī)筒體襯板形狀及安裝技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了球磨機(jī)襯板使用后期球磨機(jī)內(nèi)磨礦介質(zhì)及礦漿對(duì)球磨機(jī)襯板夾角位置筒體的沖蝕，減少了球磨機(jī)筒體的磨損，延長襯板的使用壽命1～2個(gè)月，之后在更換襯板的過程中未發(fā)現(xiàn)筒體磨損面再次加深的現(xiàn)象，為企業(yè)節(jié)省筒體維修費(fèi)用數(shù)10萬元。

2）球磨機(jī)筒體襯板安裝技術(shù)可以有效減少更換襯板所需人員數(shù)量，減少人員在搬運(yùn)、安裝襯板過程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)，降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)環(huán)境的安全性。

3）更換襯板過程中大量使用小型機(jī)械，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，是企業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的重要方向和目標(biāo)。

4）球磨機(jī)筒體襯板形狀及安裝技術(shù)優(yōu)化對(duì)于使用中型球磨機(jī)的企業(yè)具有很好的適用性，受球磨機(jī)空間及使用成本限制，無法使用機(jī)械手更換襯板的情況下，使用中型溢流型球磨機(jī)的企業(yè)在更換襯板的過程中應(yīng)盡可能使用小型機(jī)械。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 岳建國，岳衛(wèi)國，王廷勇.球磨機(jī)襯板磨損分析及對(duì)策研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（4）：215.

[2] 唐新民，吳照銀.球磨機(jī)筒體襯板形狀的理論探討[J].礦山機(jī)械，2005（1）：20-22.

[3] 楊溢，耿洪臣.大型磨機(jī)換襯板機(jī)械手研究現(xiàn)狀[J].礦山機(jī)械，2009（5）：70-74.

Practice of the tank liner shape optimization in medium-sized

overflow ball mills and its installation technology

Fan Baojian，Zuo Taidong，Pang Yuming，Liu Guomin

（Inner Mongolia Xinda Gold Mining Co.，Ltd.）

Abstract：The smelter of Baotou Xinda mining company altered the shape of individual tank liners，avoiding the flush and corrosion by the milling media and slurry to the tank part at the included angle in the ball mill，and reducing wearing of the tank in the ball mill，at the late stage of use of ball mill liners.Small winches are used to replace the tank liners fast and safe in the ball mill，shortening the replacement time by about 30 h.The practice can provide reference when other medium-sized overflow ball mills are to replace liners.

Keywords：overflow type;ball mill;tank liner;small winch;liner size;liner installation technology