刘建平

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

磨矿是固体矿物资源高效开发和有效利用的重要环节，矿用磨机是磨矿的核心设备，其作业效率对矿物资源的高效利用意义重大。在矿物加工中，磨机功耗占总能耗的 70% 以上，因此，提高磨机的作业率是矿物加工领域始终追求的目标[1]。磨机的作业率主要取决于磨机的工作参数、关键部件的结构和参数等，其中衬板是保证磨机加工效率的关键零部件。衬板的材料和制造工艺决定了衬板的耐磨性和寿命，其结构参数决定了磨机的性能及磨矿效率。随着磨机大型化，衬板结构对磨机产能的影响越来越大，成为制约磨机效率提升的关键因素[2]。

1 衬板存在问题

目前大型矿用半自磨机的衬板结构如图 1 所示，其主要存在以下问题：

图1 现有半自磨机衬板结构Fig.1 Structure of present liners for SAG mill

（1)矿浆提升器与格子板的提升条均为径向直线形状，当磨机旋转时矿浆被提起，沿着提升器朝磨机中心流动，通过锥形排料口排出磨机外。当矿浆超过排料点时，则会通过格子板孔返流到磨机内部，径向直线形状结构的矿浆提升器排料能力不足，过大的矿浆返流量使得精细矿浆聚集在物料中，极易形成矿浆池，降低磨机效率，同时还会加大对矿浆提升器的磨损，降低矿浆提升器的使用寿命[3-4]。

（2) 外圈矿浆提升器采用单块结构，刚性较差且衬板数量过多，安装拆卸工作量大，衬板螺栓孔均为直线型布置，长短螺栓布置不合理，螺栓受力不均衡，容易松动断裂。

（3) 由于进料端衬板提升条较低，底板没有保护结构，导致进料端衬板寿命较短，更换次数增多，造成停机次数与时间增多，降低了磨机的生产效率[5-6]。

（4) 筒体衬板提升条均为对称结构，当磨机单向旋转时，只能使用一面提升物料，且螺栓孔处没有保护台加以保护，使螺栓在磨机运行过程中极易发生磨损、松动，存在螺栓断裂以及衬板掉落等安全隐患。

（5) 内圈矿浆提升器的提升条均为长提升条，使得矿浆排料口过于狭窄，阻碍了矿浆的顺利排出，导致磨机涨肚，处理量下降。

（6) 出料端排料器圆周方向分为若干块，数量过多，安装拆卸工作量大，效率较低，且提升条长度过长，矿浆对提升条的磨损严重，造成排料器整体寿命较低[7-8]。

2 改进措施与效果

针对以上半自磨机运行中衬板出现的问题，笔者对衬板进行了结构优化，提出弧形排料衬板结构，优化后的衬板总体结构如图 2 所示。

图2 优化后的衬板总体结构Fig.2 Overall structure of optimized liner

（1) 如图 3 所示，将外圈矿浆提升器与格子板的提升条设计为大弧形结构，这样能够更有效地将物料提升至出料口排出，大大减少物料的回流量，避免形成矿浆池，减少矿浆提升器的磨损。对磨机旋转一周径向放射状提升条与大弧形提升条排料量进行离散单元仿真分析 (见图 4)，结果显示弧形提升条的排料能力明显优于径向放射状提升条的排料能力，如图 5 所示。

图3 大弧形提升条的矿浆提升器与格子板结构Fig.3 Structure of slurry lifter and grid plate of largearced lifting bar

图4 径向放射状提升条与大弧形提升条排料能力仿真Fig.4 Simulation of radial lifting bar and large-arced one in discharge ability

图5 排料能力仿真结果对比Fig.5 Comparison of simulation results of discharge capacity

（2) 如图 6 所示，将外圈矿浆提升器设计成二合一结构，刚性加强，衬板数量减少，且将长短螺栓间隔布置，螺栓受力更均衡，可有效防止磨机运行过程中出现的螺栓断裂问题。

图6 优化后的外圈矿浆提升器结构Fig.6 Structure of optimized outer slurry lifter

（3) 如图 7 所示，将进料端内圈衬板、中圈衬板及外圈衬板的提升条提高，并在底板设置可提高强度、保护底板的长条凸台，可有效提高进料端衬板的寿命。

图7 优化后的进料端衬板结构Fig.7 Structure of optimized liner at feeding end

（4) 如图 8 所示，将进料端、中间段及出料端的筒体衬板的提升条截面设计成非对称结构，即将提升条提升物料的一面面角加大，此结构可以配合磨机单向旋转，减少材料浪费。

图8 优化后的非对称衬板结构Fig.8 Structure of optimized asymmetric liner

（5) 如图 9 所示，将内圈矿浆提升器的提升条按照长短交错排布，可扩大排料口的面积，使排料更加顺畅，避免磨机涨肚。

图9 优化后的内圈矿浆提升器结构Fig.9 Structure of optimized inner slurry lifter

（6) 如图 10 所示，将排料器设计成整圆结构，并缩短提升条长度，可使排料器数量大大减少，降低了提升条的磨损，减少了衬板安装拆卸时间，提高了排料器的使用寿命。

图10 优化后的排料器结构Fig.10 Structure of optimized discharger

3 结语

通过离散单元法，将半自磨机出料端衬板由径向放射状结构改为弧形结构，提高了排矿效率，解决了排料能力不足的问题；改进了矿浆提升器的结构，可有效防止螺栓断裂；对进料端衬板、筒体衬板以及排料器进行了结构优化，有效提高了衬板寿命，避免金属材料浪费，减少了衬板安装拆卸时间。通过以上衬板改进措施，达到了磨机生产效率与衬板寿命的同时提高，是衬板结构设计的方向。