改变衬板结构来提升磨机衬板使用寿命

陈忠华

（中建材（合肥）粉体科技装备有限公司 安徽合肥 230051）

磨机衬板一方面将能量传递给物料和研磨介质，另一方面保护磨机筒体不受物料与研磨介质运动冲击而被磨损。磨机衬板的使用寿命主要与磨机运行工况、衬板材质及衬板结构等有关。当磨机使用工况确定，衬板材质已选择最优，但衬板使用寿命仍不能令人满意时。通过改变衬板结构，来延长衬板的使用寿命是一种有效选择。改变衬板结构有两种方式：①改变衬板表面形状，从而改变钢球抛落轨迹，降低衬板承受的冲击力，改变衬板的磨损方式；②改变衬板的外形尺寸和安装方式，从而改变衬板的受力状况和消除铸造内应力。两种方式都能充分地发挥耐磨材料的长处，减少变形与断裂，延长使用寿命，往往还可以提高粉磨效率。

1 改变球磨机衬板表面形状

最突出的当属水泥行业的沟槽衬板，目前已在国内外广泛应用。其特点是在衬板表面设计出与磨球直径相关的环形沟槽，沟槽中始终有层料垫存在，分隔了磨球和衬板，减少了磨球与衬板间的直接磨损。同时，由于沟槽的存在，提高了物料与磨球的接触面积，提高了磨机的粉磨效率。此外，沟槽衬板改变了磨球抛落轨迹，消除了磨球对裸露衬板的冲击，降低了衬板断裂的风险。不仅使得同等材质的沟槽衬板比其它型式的衬板更耐磨、更安全，还取得了增产、节电、提高水泥比表面积、降低水泥温度、降低磨机噪音、降低钢球磨耗等综合效益。

在常规水泥粉磨工艺条件下，一仓最大钢球直径φ90mm，高铬铸铁材质的阶梯衬板很容易产生断裂，而高铬铸铁沟槽衬板却可以安全使用不断裂。1987年开始河南偃师水泥厂使用合肥水泥研究院高铬铸铁沟槽衬板用于φ2.2×6.5m闭路水泥磨一仓的使用寿命在10年以上，并取得了增产降耗的良好效果[1]。用于Lafarge智利φ3.4×12m闭路水泥磨一仓和苏州南新水泥厂φ3.4×11m闭路水泥磨一仓的使用寿命达8年以上，用于辊压机联合粉磨的数十台φ4.2m~φ5m大型水泥磨，使用寿命皆超过15年。

2 改变球磨机衬板外形尺寸和安装方式

2.1 双螺栓孔的长衬板改为单螺栓孔的短衬板

多年前，国内水泥行业的磨机衬板几乎都是双螺栓孔，如果材质是高锰钢时，衬板容易凸起变形、拉断螺栓而提前失效。如果材质是韧性不足的抗磨白口铸铁，衬板容易断裂。双螺栓孔的长衬板从衬板铸造成型的角度来看，双螺栓孔衬板的孔间距250mm，木模缩水约2%，两个砂芯的间距为255mm。衬板凝固成型过程中要强制收缩5mm，必然产生很大的内应力，热处理未必能完全消除，使得衬板埋下了断裂的隐患。所以当双螺栓孔的长衬板改成单螺栓孔的短衬板，凸起变形和断裂的非正常失效基本消除。

半自磨机衬板中有很多采用的高锰钢系列的材质，其由于结构强度以及屈服强度不足，在使用过程中，衬板受到磨球不断冲击后，会造成衬板凸起变形。如果衬板是双螺栓孔设计，两螺栓间的衬板变形应力太大，会造成螺栓的崩断失效。如将其改成单螺栓孔设计，可有效延长其使用寿命。

2.2 无螺栓的镶砌衬板

很多球磨机采用无螺栓镶砌衬板的结构，衬板的固定是依靠相互挤压成整体圆环，利用“拱形”的力学原理研制出来，衬板外圈大，内圈小，在磨球的不断冲击下，衬板结合越来越紧，越不容易掉落。使用镶砌衬板的优点较多：①节省了磨机筒体打孔的费用，也提高了磨机强度；②节省了一套筒体螺栓费用；③衬板的韧性要求大大降低，即使衬板开裂，由于相互挤压在一起，也不容易脱落；④非常适合对螺栓孔漏粉要求高的情况。目前组合自固型（无螺栓）无螺栓镶砌衬板，已大量应用于电力行业的煤磨中，安全可靠，使用寿命长，成本低。

3 改变半自磨机衬板结构的案例

半自磨机的主要功能是破碎和粗磨，用φ120~φ200mm大钢球破碎-300mm大块矿石。理想的状况是：钢球和矿石被提升到恰当的高度抛落，砸在料球的趾部区域，全部动能转化为破碎功和粗磨功，而不是砸到裸露的衬板上。从实际应用情况来看，使用寿命短，凸起变形或断裂的现象层出不穷，仅仅依靠调整化学成分、改变热处理工艺等措施已无能为力。通过改变筒体衬板的结构设计，比如提升条高度、提升条夹角、提升条宽度、基板厚度等，往往会取得意想不到的效果。洛阳矿山机械工程设计研究院通过φ10.37×5.19m半自磨机的磨内钢球与矿石的运动轨迹进行仿真模拟，通过将筒体圆周由33件高提升条衬板和33件矮提升条衬板间隔排列，高提升条的高度不变，矮提升条的高度降至50mm以下，提升条夹角由50°改为60°。钢球的提升高度降低，全部抛落到趾部区域，但不损失破碎能力。改变衬板结构后，磨矿能力未变，杜绝了衬板断裂的现象，使用寿命也延长了一个多月[2]。青海某金矿通过将半自磨机衬板升条高度，有原有的150/80mm，提高至170/100mm，衬板平板部位厚度由70mm减薄至60mm，实现了衬板寿命提高了1500h[3]。

宜春某矿业公司通过对半自磨机筒体衬板进行结构上改造，将原有48块衬板的结构改为72块，将提升条数量较少为36条，提升条高度由原有288mm提升32~320mm，衬板寿命较原有衬板提升50%左右[4]。

4 结语

影响磨机衬板使用寿命的因素有很多，当其他因素不能改变时，通过合理的改变衬板结构，来延长其使用寿命。这在水泥行业普通使用的沟槽衬板，煤磨使用的无螺栓镶砌衬板已得到有效体现。尤其是在使用寿命短的半自磨机衬板上，通过合理的设计衬板结构，能够大幅度提高其寿命。