崔朝澤，王 巖

紫金礦業(yè)集團黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司 黑龍江黑河 164300

目前磨機種類、樣式繁多，數(shù)量大，如何降低磨機的磨損以及提高磨礦效率成為了熱點話題。襯板的結(jié)構(gòu)和材料、磨機填充率、鋼球直徑和級配等因素，都對磨機的磨損率有著很大的影響。陳佳俠等人[1]對于半自磨機沖擊磨損機理開展了一系列研究，研究表明：提高襯板用鋼熔煉質(zhì)量，減少襯板夾雜物，在保證襯板高硬韌性前提下，進一步提高其韌性，是提高半自磨機襯板使用壽命的必要條件和主要路徑。韓春陽等人[2]對某鐵礦選廠的半自磨機筒體襯板進行磨損分析，利用等壽命法改造襯板結(jié)構(gòu)，使用離散元分析和襯板模擬軟件對研磨介質(zhì)和礦石的運動規(guī)律進行模擬，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后襯板平均使用壽命大幅度提高，從 54.2 d 延長至 68.33 d。莊巧玲[3]通過研究襯板的冶煉、鑄造以及熱處理工藝，使得襯板更加實用耐磨。

各類磨機的研磨機理相近卻又不相同，這就導(dǎo)致磨機襯板的選擇有較大區(qū)別。例如：大型半磨機襯板尺寸大，研磨介質(zhì)大，沖擊力大，這就需要磨機襯板具有很好的抗沖擊性能；而以細(xì)磨為主的磨機襯板則更注重耐磨性。因此，在選擇襯板時需要注意，在一定的沖擊載荷作用下，襯板要始終保持較好的耐磨性。

1 襯板對磨礦的影響

1.1 襯板結(jié)構(gòu)對磨礦的影響

磨機襯板分為條形襯板和單塊襯板兩種：條形襯板是楔狀的壓條固定在筒體內(nèi)部，所需螺栓少，抗壓強度大，不可單獨拆卸；單塊襯板是用螺栓固定在筒體內(nèi)部，可以單獨拆卸，抗壓強度小，使用時需要注意螺栓處密封，防止出現(xiàn)漏液的情況。磨機襯板根據(jù)提升條形狀又可分為 L 形襯板、T 形襯板以及波形襯板 3 種。不同形狀的襯板，研磨介質(zhì)和礦石被提升的高度和分散程度均不同，因此磨礦效果也大不相同。例如 L 形襯板，研磨介質(zhì)和礦石可以被提升到很高的位置，因此撞擊力足，粗碎時效果最好，但巨大的沖擊力會使襯板的壽命大幅度降低，并且很容易出現(xiàn)砸空的情況。四川某選礦廠最初使用 T 形襯板，在使用一段時間后發(fā)現(xiàn)襯板出現(xiàn)不對稱磨損，因此改進了 T形襯板結(jié)構(gòu)，將易磨損的位置加厚，不易磨損的地方減薄，這樣既保證了襯板在處理礦石前后質(zhì)量沒有變化，又延長了襯板壽命。

近些年國內(nèi)外學(xué)者對襯板結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化升級，例如孫珊珊等人[4]通過離散元分析和 ANSYS 耦合方法設(shè)計出一種新型結(jié)構(gòu)的波形襯板，在主提升條兩側(cè)增加副提升條，副提升條高度為主提升條的 1/3，優(yōu)化了襯板性能。使用后發(fā)現(xiàn)，新型結(jié)構(gòu)襯板磨損最嚴(yán)重的地方較傳統(tǒng)的波形襯板降低很多，并且對于礦石和研磨介質(zhì)的提升作用也有顯著提高。劉建平[5]采用離散單元法對半自磨機出料端襯板進行升級改造，將原徑向放射狀襯板改造為弧形襯板，使得排料能力大幅度提高，并且延長了襯板壽命。上述襯板改造均實現(xiàn)了在降低襯板磨損的同時，大幅度提高了磨機生產(chǎn)效率，成為未來襯板結(jié)構(gòu)研究的主要方向。

1.2 襯板磨損對磨礦的影響

球磨機在工作時筒體圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)，筒體內(nèi)的礦石和研磨介質(zhì)受到巨大的摩擦力和離心力作用，當(dāng)?shù)竭_高處后受到重力作用瀉落，從而產(chǎn)生破碎沖擊作用，達到粉碎礦石的目的。磨機內(nèi)部有鋼球等研磨介質(zhì)、待磨礦石和礦漿，工作環(huán)境極其惡劣，工作時礦石以及研磨介質(zhì)除了直接受到?jīng)_擊作用以外，由于鋼球的滑動和滾動，還同時受到擠壓和研磨作用。球磨機相對于半自磨機而言，襯板對物料的提升作用較弱，鋼球數(shù)量較多，礦石在球磨機中更多的是被研磨，而襯板的磨損也主要是礦石和鋼球在研磨時的碰撞導(dǎo)致。

潘慶等人[6]使用離散元法模擬襯板的磨損過程，精確找到襯板的磨損位置以及磨損程度，為襯板的改造和提升條分布設(shè)計提供指導(dǎo)，從而實現(xiàn)提高襯板使用壽命的目的。謝卓宏等人[7]提高了提升條的高度，將提升條設(shè)計為非對稱錐面，將襯板平板部分厚度降低 1/7，使得半自磨機碎磨效率得到大幅度提升，同時又降低了襯板磨損。

1.3 磨礦工藝條件對磨礦的影響

磨機襯板一方面可以避免礦石和研磨介質(zhì)直接沖擊筒壁，另一方面可以通過改變襯板表面光滑度來控制礦石的研磨粒度。如用于細(xì)磨，則使襯板表面坑洼不平，以增大磨機內(nèi)部的摩擦力，從而使物料和介質(zhì)有更強大的沖擊力；相反，如果用于粗磨，則需將襯板表面做得平滑，以減小磨機內(nèi)部的摩擦力，達到粗磨的目的。襯板的類型有很多種，選擇一套適合的襯板可以大幅度減少礦石對磨機筒壁的不必要撞擊，從而延長磨機壽命，提高磨礦效率，可以說襯板對磨機的工作效率起著關(guān)鍵作用。

2 襯板材質(zhì)的分類及發(fā)展

襯板材質(zhì)大體上分為金屬襯板、橡膠襯板和磁性襯板三大類。

2.1 金屬襯板

在大型磨機大規(guī)模投入生產(chǎn)的初期，高錳鋼是應(yīng)用最為廣泛的襯板材料。隨著科技的不斷進步，技術(shù)水平的創(chuàng)新，金屬襯板得到發(fā)展，在材料選取方面也逐漸向多樣化發(fā)展。其材料種類主要包括高錳鋼、高合金白口鑄鐵以及高碳鉻鉬鋼等等，這些材料的機體組織包括奧氏體、馬氏體和貝氏體等。

2.1.1 高錳鋼

高錳鋼的主要優(yōu)點是抗磨損，抗強沖擊，芯部韌性好；主要缺點是屈服強度低、易斷裂，擴散沖擊導(dǎo)致襯板發(fā)生塑性流變，且導(dǎo)熱性差，易析出碳。我國主要通過改變微觀晶體結(jié)構(gòu)，加入碳化物等方式實現(xiàn)高錳鋼改性。

高錳鋼在耐磨性和加工硬化方面有著出色的表現(xiàn)，是應(yīng)用比較廣泛的耐磨材料。大型球磨機應(yīng)用高錳鋼材料襯板能夠有效延長其使用壽命。某選礦廠在φ3.2 m 球磨機中使用高錳鋼襯板，襯板的壽命達到半年，在φ5.5 m 球磨機中使用高錳鋼襯板，襯板的壽命更是達到了一年。這主要是因為大型球磨機中鋼球與礦石的沖擊力較大且轉(zhuǎn)速較慢，使得高錳鋼發(fā)揮出其顯著的加工硬化效果。但高錳鋼自身也存在著極大的弊端，因其屈服強度低，當(dāng)受到巨大的沖擊力時，會回彈失效，導(dǎo)致其發(fā)生形變。某選廠曾經(jīng)在φ10.37 m ×5.19 m 半自磨機中嘗試使用超高錳鋼襯板，工作一個月后，高錳鋼襯板發(fā)生嚴(yán)重變形，造成了一定的損失。因此，高錳鋼不宜作為半自磨機的筒體襯板材料，而適用于大型球磨機筒體襯板。對于半自磨機，梁治安采用壓條型鉻鉬鋼作為筒體襯板，其壽命比錳鋼材質(zhì)襯板提高了 106.67%[8]。

2.1.2 合金白口鑄鐵

白口鑄鐵分為普通白口鑄鐵、低合金白口鑄鐵、中合金白口鑄鐵和高合金白口鑄鐵 4 種。目前應(yīng)用最多的是含鉻量為 12%～20% 的高鉻白口鑄鐵，因其組織中形成孤立桿狀 (Cr，F(xiàn)e)7C3型碳化物，使其硬度更高，沖擊韌性更強，因此受到材料研究者的青睞，也成為球磨機的筒體襯板材料。高鉻白口鑄鐵沖擊韌度通常為 5～7 J/cm2，相對其他材料偏低，因此高鉻白口鑄鐵更適合于φ2.5 m 以下、對沖擊強度要求比較低的小型球磨機筒體襯板。

2.1.3 合金鋼

合金鋼的主要合金元素包括硅、鎳、錳、鉻、鉬、鎢等，綜合力學(xué)性能好，穩(wěn)定性強，耐反復(fù)沖擊且拆卸方便。作為性能較好的耐磨材料，在合金鋼中添加不同含量和種類的合金元素，對碳含量進行調(diào)整，在不同的熱處理工藝下，可獲得不同的力學(xué)性能。

磨機襯板也會采用這種材料，尤其適用于大型磨機襯板。其中馬氏體 Cr-Mo 合金耐磨性較好，珠光體 Cr-Mo 合金沖擊韌性高，因此馬氏體 Cr-Mo 合金鋼襯板適用于大型自磨機，珠光體 Cr-Mo 合金鋼襯板適用于大型半自磨機。

2.2 橡膠襯板

橡膠襯板由彈性聚合物材料構(gòu)成，具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，安裝快捷且隔音消音，質(zhì)量輕，可以減輕磨機質(zhì)量，有利于節(jié)省電能[9]。缺點是自身較厚，會導(dǎo)致磨礦介質(zhì)消耗增多，磨機處理能力下降。與合金搭配制成復(fù)合型襯板，可用于磨機的端襯板、進出料口襯板。自 20 世紀(jì) 60 年代橡膠應(yīng)用于球磨機襯板，大幅度降低了磨機運行噪聲，并且因其有極好的抗腐蝕性，提高了襯板使用壽命。但其也有明顯不足，較高的彈性導(dǎo)致在磨礦時會吸收一部分沖擊能量，降低了研磨效率。某選礦廠在φ5.5 m×8.5 m 球磨機中使用橡膠作為筒體襯板，磨礦效率下降了約10%。因此橡膠襯板不適合作為磨機筒體襯板，更適用于細(xì)磨作業(yè)以及作為進出料口襯板、端襯板等。某冶煉廠渣選時采用橡膠襯板作為半自磨機進料端端面襯板和小槽板，并將格子板結(jié)構(gòu)優(yōu)化，增加最外圈 3根肋板的厚度，使磨礦效率和襯板壽命均有提高[10]。姚建超等人[11]發(fā)現(xiàn) KLM 立磨機使用聚氨酯襯板替代傳統(tǒng)的金屬格子襯板，無論是安裝拆卸還是使用壽命均有明顯優(yōu)勢，應(yīng)用效果良好。

2.3 磁性襯板

磁性襯板的外殼是金屬，因此能夠吸附磁性物質(zhì)進而形成保護層。保護層分為三層：最內(nèi)層主要是高鐵粉礦等細(xì)料，中間層是顆粒比較粗或者是片狀的磁性物質(zhì)，而最外層則是低鉻鑄球及粗顆粒磁性礦物。當(dāng)磨機工作時，磁性物質(zhì)進行極低速移動及旋轉(zhuǎn)，內(nèi)層細(xì)顆粒會更加牢固地嵌在襯板上，外層處于動態(tài)平衡，不斷損耗也不斷補充。理論上磁性襯板可以永久使用，但實際使用時，因金屬腐蝕以及保護層之間相互摩擦，也需要在幾年后定時更換。目前磁性襯板的使用壽命一般為 8～10 a，相較于普通金屬襯板，使用壽命提升了 5～8 倍。磁性襯板具有使用壽命長、安裝方便、噪聲較小、礦漿不易漏出、維修次數(shù)少等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大型強磁性礦物磨機筒體中。王超等人[12]將球磨機傳統(tǒng)金屬襯板換成磁性襯板后發(fā)現(xiàn)，可以減少研磨介質(zhì)的填充，使磨機能耗下降。

針對弱磁性礦或非磁性礦，使用傳統(tǒng)磁性襯板會出現(xiàn)磁性物質(zhì)吸附不牢靠的問題，導(dǎo)致襯板使用壽命縮短。北礦機電科技有限責(zé)任公司研發(fā)出 HM 型磁性襯板，對襯板的磁性材料、磁系參數(shù)以及機械結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進，使其具有大極面、小極距、表面磁場強度較高、磁場梯度大等優(yōu)點。目前在弱磁性礦物和非磁性礦物的生產(chǎn)中已經(jīng)開始運用 HM 磁性襯板。某銅礦選廠四段磨礦中的第二、三段磨礦采用 HM 磁性襯板，使用壽命達到 3.5 a，是傳統(tǒng)金屬襯板使用壽命的5 倍。

姜磊等人[13]通過研究橡膠磁性襯板表面對不同材質(zhì)鋼球的吸附力時發(fā)現(xiàn)，橡膠磁性襯板對低鉻合金鋼球的吸附力最大，隨著鋼球中鉻含量增加，吸附力逐漸降低，這說明在采用橡膠磁性襯板時要選擇適合的研磨介質(zhì)。

2.4 橡膠金屬復(fù)合襯板

利用金屬襯板和橡膠襯板的各自優(yōu)勢，近幾年出現(xiàn)了橡膠金屬復(fù)合襯板，即在橡膠襯板上安裝鑲嵌合金件，使礦石沖擊到金屬上，發(fā)揮出金屬高硬度的優(yōu)點，并且大沖擊力被橡膠襯板吸收，可防止襯板變形，使這兩種材質(zhì)的優(yōu)點得以最大程度發(fā)揮。橡膠金屬復(fù)合襯板的優(yōu)點在于安裝簡單，使用壽命長，不易變形，廣泛應(yīng)用于進料端口襯板、出料格子板。

3 結(jié)論

在綜合分析目前的襯板材質(zhì)和國內(nèi)外磨機性能后，結(jié)合實際生產(chǎn)情況，得出如下結(jié)論：

(1) 高錳鋼適合作為大型球磨機筒體襯板，發(fā)揮其自身顯著的加工硬化效果，而不適合作為大型半自磨機筒體襯板。

(2) 高鉻白口鑄鐵更適合于φ2.5 m 以下、對沖擊強度要求比較低的小型球磨機筒體襯板。

(3) 合金鋼適用于大型磨機襯板，其中馬氏體 Cr-Mo 合金耐磨性較好，珠光體 Cr-Mo 合金沖擊韌性高，因此馬氏體 Cr-Mo 合金鋼襯板適用于大型自磨機，珠光體 Cr-Mo 合金鋼襯板適用于大型半自磨機。

(4) 橡膠襯板不適合作為磨機筒體襯板，更適用于細(xì)磨作業(yè)以及作為進出料口襯板、端襯板。

(5) 磁性襯板具有使用壽命長、安裝方便、噪聲較小、礦漿不易漏出、維修次數(shù)少等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于大型強磁性礦物磨機筒體襯板。

(6) 橡膠金屬復(fù)合襯板的優(yōu)點在于安裝簡單，使用壽命長，不易變形，廣泛應(yīng)用于進料端口襯板、出料格子板。