中型溢流型球磨机筒体衬板形状及安装技术优化实践

范保建 佐太东 庞玉明 刘国民

摘要：包头鑫达矿业公司选冶厂通过改变球磨机筒体个别衬板形状，避免了球磨机衬板使用后期，球磨机内磨矿介质及矿浆对球磨机衬板夹角位置筒体的冲蚀，减少了球磨机筒体的磨损。利用小型卷扬机实现了安全快速地更换球磨机筒体衬板的目的，更换时间缩短了30 h左右，可供其他中型溢流型球磨机更换衬板参考借鉴。

关键词：溢流型;球磨机;筒体衬板;小型卷扬机;衬板尺寸;衬板安装技术

中图分类号：TD453文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）07-0059-04doi：10.11792/hj20210712

引 言

内蒙古包头鑫达黄金矿业有限责任公司（下称“包头鑫达矿业公司”）位于内蒙古自治区包头市以西，隶属包头市九原区阿嘎如泰苏木乡，集地质勘查、采矿、选矿、冶炼于一体，是一家综合性现代化矿业公司，主要产品为黄金，副产品为白银。包头鑫达矿业公司前身为包头市哈德门金矿，始建于1989年，1992年正式投产。2000年5月，哈德门金矿进行联营改制，由中国黄金集团有限公司控股82 %，九原区国有资产管理办公室持股18 %，共同组建了包头鑫达矿业公司，公司下设7个分矿，1个选冶厂，9个管理部室公司，目前在册人数593人，其中七矿183人，选冶厂138人。

包头鑫达矿业公司选矿工艺为全泥氰化炭浆法，矿石处理能力3 000 t/d，磨矿工艺为两段两闭路磨矿，最终产品细度-0.074 mm占90 %以上，磨矿产品浓度20 %左右。采用的磨矿设备主要有MQY4.27 m×6.5 m溢流型球磨机。

1 工程背景

球磨机适用于粉磨各种矿石及其他物料，被广泛用于选矿、建材及化工等行业，可分为干式和湿式2种磨矿方式。根据排矿方式不同，可分为格子型和溢流型2种。包头鑫达矿业公司选冶厂磨浸车间工艺流程见图1。

包头鑫达矿业公司选冶厂采用的MQY4.27 m×6.5 m溢流型球磨机由水平的筒体、进出料空心轴及磨头等部分组成。筒体为长的圆筒，筒内装有磨矿介质，筒体为钢板制造，钢制衬板与筒体固定，磨矿介质一般为钢制圆球，也可用钢段，并按不同直径和一定比例装入筒体中。磨矿介质可根据研磨物料的粒度加以选择，物料由球磨机进料端空心轴装入筒体内。

球磨机的工作原理是利用筒体转动，并按照作业的实际需要，将钢球提升到一定的高度后以抛物线下落，冲击筒内的物料，从而使物料和衬板充分摩擦[1]。

磨矿作业在球磨机筒体内进行，磨矿介质随筒体的旋转被带到一定高度后，磨矿介质由于自重而下落，装在筒体内的矿石受到磨矿介质猛烈的冲击力;另一方面由于磨矿介質在筒体内沿筒体轴心公转与自转，在磨矿介质之间及其与筒体接触区又产生对矿石的挤压和磨剥力，从而将矿石磨碎。当筒体旋转时将球磨机钢球（磨矿介质）带起并升到一定高度，由于钢球本身的重力作用，最后沿一定的轨道下落。在区域内的钢球受到2种力的作用：一是旋转时自切线方向施于钢球的作用力;一是与钢球直径相对称一面而与上述作用力相反的力，这个作用力的产生是由于钢球本身自重而向下滑动所引起的。上述2种作用力对钢球会形成一对力偶，由于钢球是被挤压在筒体与相邻钢球的中间，所以力偶会使钢球之间存在大小不等的摩擦力，钢球随筒体轴心作公转运动时在区域内自上向下抛落，在区域里对筒体内的矿石产生强大的冲击作用，将矿石破碎。在球磨机筒体内矿石主要受磨剥力、冲击力及挤压力的作用而被磨碎，这个过程中球磨机衬板起到保护筒体不受钢球磨损的作用。

包头鑫达矿业公司选冶厂一段球磨机筒体衬板使用的是锰钢衬板，衬板平均使用周期6个月。经过多年的观察发现，由于筒体衬板形状及组装方式的原因，筒体每4块衬板中间形成一个拼接角，该位置随着球磨机旋转时钢球、矿石及水的冲蚀，磨损速度最快，长时间后球磨机筒体沿拼接角处形成一道道垂直筒体的横向磨损条，靠近给料端一侧比较严重，个别位置因衬板质量磨损深度已超5 cm。

2021年第7期/第42卷  机电与自动控制机电与自动控制  黄 金

2 筒体衬板形状优化

目前，球磨机筒体衬板有等厚、波形、凸形（压条式）和角形等几种形状[2]。传统筒体衬板形状见图2，每一排7块衬板，共28排，合计196块衬板。每个衬板有2个螺栓孔，通过螺栓将衬板固定到球磨机筒体上。为了便于衬板安装，衬板左右及上下都有1 cm左右的缝隙。随着筒体旋转，垂直筒体方向的拼接角基本连成一条环形直线，在球磨机内介质钢球、矿石、碱性水的冲蚀作用下，筒体衬板拼接角的位置磨损最为严重，基本最先磨损。久而久之，环形缝隙经过物料冲刷，磨损会越来越大，致使物料直达筒体内表面，磨损球磨机筒体内表面。一旦球磨机筒体磨损量超过筒体厚度的一定比例，球磨机筒体就有变形甚至开裂的危险，后果十分严重。

为尽可能降低衬板模具等的改变，采用的优化方案为：一是优化所有衬板位于衬板中间位置的上下2个吊装孔，使之便于吊装使用;二是改变少量的筒体衬板形状，使衬板拼接角位置错开，使之无法形成一条完整的环形直线，从而加强对筒体已磨损面的保护，并减少对筒体内表面的再次磨损。

衬板形状优化见图3，将28排衬板中14排的两段衬板分成2小块，利用交叉安装的方式，将衬板的拼接角打断，使其不能连成一个整体的环形直线，极大程度减少持续流动带来的摩擦力对球磨机衬板及筒体的冲蚀作用。

第一批改造衬板于2021年1月拆除，使用寿命8个月，较之前延长2个月。衬板表面磨损均匀，未出现之前排矿端磨损轻、给料端磨损重的现象，球磨机筒体未见二次磨损，衬板拼接角处磨损均匀（见图4），未出现提前损坏现象，改造取得非常好的效果。

3 筒体衬板安装技术优化

3.1 优化背景

包头鑫达矿业公司采用不倒钢球的方法更换筒体衬板，更换步骤主要分为以下2步：

1）旧衬板拆除及运输。将旧衬板固定螺栓拆除，人工将衬板从筒体上拆除，并运输至筒体之外。

2）新衬板吊装及安装。利用桥式起重机将新衬板吊运至球磨机中，人工抬运衬板将其与筒体贴合，然后安装螺栓固定。

更换衬板各工序用时见表1。其中，用时较长的部分主要是新、旧衬板的吊装、运输及安装;另外，多数作业需要人工完成，人工劳动强度较大，安全风险高。

更换过程中，一块新衬板的质量为260 kg左右，使用到期的旧衬板质量约为100 kg。旧衬板主要靠人工从球磨机排矿口抬出，新衬板使用天车从球磨机检修口吊入球磨机内部，因检修口空间较小，每次只能吊装1块，而且1个吊装孔不能完成所有衬板的吊装，需要不停地对球磨机进行转动，利用2个吊装孔完成衬板的吊运，耗时长且危险性大。

在安装筒体衬板时，由4人用钎杆抬起，一端插入筒体螺丝孔中，然后人工抬起另一端，使衬板紧贴至筒体，这样更换一次需要56 h，工作效率低，而且工人3班作業，劳动强度非常大，发生机械伤害、砸伤事故也较多。

随着球磨机向大型化方向发展，机械化换衬板是选矿厂提高生产效率的有效途径[3]。大型球磨机检修更换衬板采用机械手作业的较多，但机械手对于中型球磨机来讲，不管是工作空间，还是使用成本都不合适，因此中型球磨机更换衬板采用人工作业的较多，机械化程度普遍不高。过去的7年里，从人工安装到机械卷扬机安装，从人工搬运衬板到轨道运输，在技术人员的不断创新探索下，更换衬板用时从56 h逐步减少。

3.2 安装技术

3.2.1 衬板运输

新、旧衬板的运输用时占整个更换筒体衬板作业时间的三分之一左右。因此，包头鑫达矿业公司专门制作了运输工具及吊装工具，以缩短调运用时。

运输工具有轨道及平板小车。平板小车设计将厚5 mm的铁板切割成60 cm×40 cm，下方焊接4个钢制滚轮，左右焊接铁片作为拉拽固定。轨道按照平板小车滚轮设计的运输通道，由槽钢及角铁焊接制成，方便平板小车在轨道上来回滑动。轨道长5 m左右。

吊装工具主要有卷扬机。卷扬机为用卷筒缠绕钢丝绳（链条）提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称绞车。卷扬机可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机、电动卷扬机及液压卷扬机3种，以电动卷扬机为主，其可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。

包头鑫达矿业公司采用220 V小型移动式卷扬机及小型龙门架，卷扬机可实现上下调运及左右移动，起重量500 kg。龙门架为卷扬机的轨道。另外，还有调运衬板的“X”型吊装夹具，专门用于旧衬板调运。新衬板吊装采用2条等长吊装钩。

旧衬板运出筒体流程：平板小车轨道从球磨机排矿口放置进入筒体内部，外部留1.5 m吊装预留区，工人将旧衬板放置在平板小车上，通过轨道运输至筒体外部，利用“X”型吊装夹具从旧衬板2个螺栓口挂住衬板，利用卷扬机调运至外侧装车，单块衬板用时1 min左右。

新衬板运进筒体内部流程：平板小车轨道从球磨机排矿口放置进入筒体内部，外部留1.5 m吊装预留区，卷扬机利用吊装钩将提前放置在固定位置的衬板提起，沿龙门架移动至轨道小车处，将衬板放置在轨道小车上，运输至筒体内部，单块衬板用时1 min左右。

3.2.2 衬板安装

新衬板安装使用的工具主要有卷扬机、卷扬轨道。卷扬轨道根据球磨机筒体长度特制，两侧有螺栓固定孔，通过两道螺栓将其与筒体固定在一起，220 V小型卷扬机通过卡槽固定在轨道上，可左右滑动。卷扬钢丝绳粗8 mm。

单块衬板安装流程见图5。首先，将轨道用螺栓固定在筒体⑤的位置，卷扬机安装在轨道上，启动球磨机慢转，准备安装的衬板在①的位置，从①最右侧该块衬板开始安装。此时，筒体内部钢球基本为平面。

新衬板由小型卷扬机调运至平板小车，通过轨道运输至筒体内部，筒体轨道上的卷扬机移动至⑤的最右侧，将钢丝绳从筒体右侧第二个螺栓孔塞入筒体内部，挂钩挂住新衬板吊装孔，钢丝绳进入螺栓孔位置有防撕裂设置，收紧卷扬机钢丝绳，将衬板由排矿口处拉至吊装孔处，此时钢丝绳垂直，卷扬机控制器在筒体内部，便于观察现场情况。缓慢收紧钢丝绳，将衬板提升至合适位置，此时安装人员将钎杆通过衬板螺栓孔插入筒体螺栓孔处，将螺栓孔对齐，轻微用力使衬板贴紧筒壁，扶好衬板，抽出一根钎杆，安装螺栓，以同样的方式安装另一根螺栓，筒体外侧人员安装胶垫、铁垫及螺母，最后用气动扳手将螺母固定。螺母固定后，松卷扬钢丝绳。一般情况下同时安装最右侧①、② 2排衬板，安装完成后，将钢丝绳拔出，移动卷扬机，将钢丝绳从右数第4个螺栓孔塞入筒体，继续第三、四块衬板安装。衬板安装示意图见图6。

①、②2排衬板安装完成后，使球磨机慢转，将卷扬机轨道向安装的反方向移动两排，继续安装第③、④2排衬板，直至最后3排时，1次安装1排衬板，最后1排衬板用卷扬机拉至合适位置后，拆除轨道，人工安装最后7块衬板。

最近的一次衬板安装用时统计：螺母拆除用时1.5 h，螺栓拆除用时1.3 h，旧衬板拆除并运出筒体用时12.0 h，衬板安装固定用时11.4 h，完成全套衬板的安装共计用时26.2 h。

3.3 应用效果

1）新、旧衬板运输采用轨道小车及卷扬机，提高了新、旧衬板运输的速度，降低了人工搬运衬板的劳动强度，降低了检修人员的安全风险。

2）新衬板调运采用移动式卷扬机，可以实现衬板上下左右4个方向的移动，极大缩短了使用桥式起重机吊运衬板的时间，速度更快，更省时省力。

3）利用卷扬机钢丝绳的拉力实现衬板在筒体内部的移动，减少了检修人员，降低了检修人员的劳动强度和安全风险。

4）利用卷扬机提升衬板至相应高度，人工移动衬板使螺栓孔重合，极大程度降低了人工抬运衬板的劳动强度，同时减少了抬运衬板过程中重物砸伤等伤害事故的发生。

5）球磨机筒体衬板形状优化后，筒体锰钢衬板的磨损比较均匀，未出现夹角磨损过快的现象，筒体锰钢衬板的使用寿命平均延长2个月，每年可节省大量的衬板费用。

6）球磨机筒体衬板安装技术可以有效缩短更换衬板时间，每年可减少维修时间44.7 h左右，可多处理矿石量6 500 t左右，可多产黄金9 kg，可为企业创造经济效益300余万元。

4 结 论

1）球磨机筒体衬板形状及安装技术优化设计，避免了球磨机衬板使用后期球磨机内磨矿介质及矿浆对球磨機衬板夹角位置筒体的冲蚀，减少了球磨机筒体的磨损，延长衬板的使用寿命1～2个月，之后在更换衬板的过程中未发现筒体磨损面再次加深的现象，为企业节省筒体维修费用数10万元。

2）球磨机筒体衬板安装技术可以有效减少更换衬板所需人员数量，减少人员在搬运、安装衬板过程中产生的危险，降低作业安全风险，提高作业环境的安全性。

3）更换衬板过程中大量使用小型机械，降低工人劳动强度，降低作业安全风险，是企业机械化生产的重要方向和目标。

4）球磨机筒体衬板形状及安装技术优化对于使用中型球磨机的企业具有很好的适用性，受球磨机空间及使用成本限制，无法使用机械手更换衬板的情况下，使用中型溢流型球磨机的企业在更换衬板的过程中应尽可能使用小型机械。

[参 考 文 献]

[1] 岳建国，岳卫国，王廷勇.球磨机衬板磨损分析及对策研究[J].山东工业技术，2017（4）：215.

[2] 唐新民，吴照银.球磨机筒体衬板形状的理论探讨[J].矿山机械，2005（1）：20-22.

[3] 杨溢，耿洪臣.大型磨机换衬板机械手研究现状[J].矿山机械，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