球磨机衬板失效原因分析及改进

赵会琴

（山西中条山机电设备有限公司技术科，山西垣曲 043700）

铜矿峪矿二期工程采用3台φ5.03m×8.5m溢流球磨机，计划年处理矿量600万t。从2011年7月份第一台球磨机投产，到2012年3月份衬板失效拆除，处理矿量106万t，单耗为0.075kg/t（除去不正常工作时间，衬板实际使用时间仅有6个月左右）。通过我们对实际使用工况以及衬板失效原因分析后，对衬板材质和结构进行改进，取得一定的效果，目前衬板使用寿命提高到10个月以上。

1 原衬板的使用情况

铜矿峪矿二期φ5.03m×8.5m溢流球磨机使用衬板材质为ZG42Cr2MnSi2MoRe；硬度检测为HRC48-52；添加钢球直径为φ80mm；原矿入磨粒度为10mm，普氏硬度f为13～14，此硬度物料属中硬矿石。衬板拆除后对其失效形式进行观察分析（见图1）.

图1 衬板的失效形式

1）波峰提升侧磨损严重，而另一侧还有近40mm厚度，磨损不均匀；

2）衬板磨损形态呈严重的犁沟磨损形态。

2 原因分析

1）球磨机衬板的主要作用是保护磨机筒体和带动磨内磨球做泻落运动以冲砸挤压破碎磨内物料。为达到磨球对磨内物料的冲砸研磨功能，要求磨机衬板对磨球必须具有足够的提升及扰动能力。研究表明，在溢流磨中，当磨机筒体衬板波峰和波谷的高度差达到最大磨球直径的60%左右时，磨内磨球运动烈度适中，此时磨机处于最佳工作状态[1]。在我们使用的φ5.03m×8.5m溢流磨中，最大磨球直径为80mm，磨机筒体衬板波峰和波谷的高度差仅为40mm。在此情况下，在磨机运行过程中，衬板很难实现对磨球的有效提升。此时磨内钢球运动烈度下降，由此又导致磨机对物料破碎效率的降低。同时因衬板峰、谷高差不达标，致使磨球与筒体衬板相对滑移运动剧烈，这一问题的存在导致了磨机衬板犁沟磨损现象的发生，该问题的存在，不仅加重了磨机衬板的快速磨损，而且因犁沟底部将会率先被磨穿造成衬板提前报废。

2）在现磨机筒体衬板的设计过程中，设计人员简单地认为磨机衬板的磨损为均匀磨损，因此将衬板背部的空位槽设计为圆弧形空位[2]。而事实工况并非如此。在磨机运行过程中，衬板波峰侧顶部位在提升磨球过程中所受到的反作用力尤为强烈，因此该部位将承受强烈的切削磨损，故而磨损最为严重。衬板背部圆弧形空位槽的设计方案使衬板厚度基本呈均匀形态，波峰侧顶部位的快速磨损将使该部位被首先磨穿导致衬板提前报废。

3）传统的磨机衬板大多选用高锰钢[3]，利用其特有的加工硬化特性来达到其耐磨性的目的。而在研磨工况下，不能使高锰钢充分硬化，一般选用高强韧性耐磨铸钢，一般硬度在HRC45-60之间，该衬板硬度中等偏下，故耐磨性一般。如能提高衬板本体硬度，则衬板的耐磨性提高，使用寿命也会大大提高。

3 改进措施

1）改进衬板材质：采用ZG60SiMnCr2Mo材质冶炼，经退火、淬火、回火三道热处理工序检测。

材质化学成分如表1所示。

表1 材质化学成分（质量分数，%）

表2 热处理后机械性能检测结果

热处理后机械性能检测结果如表2所示。用标准的末端淬火淬透性试验测定淬透性。实验钢经860℃退火，840℃奥氏体化，进行末端淬火实验。末端油淬曲线见图2。实物淬透性使用的φ50mm×100mm+φ100mm×150mm+φ150mm×150mm塔形试样是在5t电弧炉冶炼浇注的，塔形试样随铸件生产热处理，解剖试样硬度见图3mm.可以看出，该钢的硬度内外均匀，淬透性＞150mm.

图2 末端水淬曲线

图3 塔形解剖试样硬度

2）改进衬板波峰、波谷的高度差：原衬板波峰100mm，波谷60mm，高度差为40mm；波峰110mm，波谷55mm，高度差为55mm，加大衬板的提升能力，减轻磨球对衬板的犁沟磨损。

3）改进衬板与筒体接触面结构：原衬板背部空位槽结构为随形波峰、波谷结构，衬板厚度均匀（见图4），改为随形筒体圆弧结构（见图5），增加易磨损部位的厚度，从而增加衬板的使用寿命。

图4 改进前结构

图5 改进后结构

4）改进衬板螺栓把合方向：原衬板螺栓横向把合，螺栓孔宽度120mm，现螺栓孔旋转90°，宽度减少为100mm。衬板长度840mm，带球面积增加（640-600）/840×100%=4.76%（见改进前图6、改进后图7对比）。

图6 螺栓把合方向改进前结构

图7 衬板螺栓把合方向改进后结构

4 改进效果

改进后的衬板在2012年6月10日装机使用，在12月10日停机检查时，发现磨损量仅有15mm左右，并且磨损均匀，还能继续使用在6个月以上。衬板材质和结构改进后使用效果明显，我们为其他两台球磨机也预制了相同的衬板。

[1]李叶青，陈新成.球磨机内研磨体运动轨迹的探讨[J］.水泥，2003（7）：57-58.

[2]严锦武.球磨机衬板的设计要点[J］.机械装备，2007（9）：27-29.

[3]王林和.球磨机衬板材料的选择及其形状改进设计[J］.金属矿山，1996（6）：40-41.