铁矿石球磨机衬板干湿磨摩擦磨损机理研究.pdf

5 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．0 2 ．0 1 3 铁矿石球磨机衬板干湿磨摩擦磨损机理研究 倪旭1 ，一，彭玉兴1 ，一，朱真才1 ，2 ，邹声勇3 ，李同清1 ，一，尹自信1 ’2 1 ．中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 ；2 ．江苏省矿山机电装备重点实验室， 江苏徐州2 2 1 1 1 6 ；3 ．洛阳矿山机械工程设计研究院，河南洛阳4 7 1 0 3 9 摘要为掌握铁矿石球磨机简体内衬板摩擦磨损机理，设计了铁矿石球磨机衬板一磨球摩擦磨损试验台，在此试验台 上进行衬板与磨球闯的摩擦磨损试验，以Z G M n l 3 衬板试样为研究对象，探究干湿磨时不同磨损工况下衬板与磨球摩擦系数、 摩擦接触温升及磨损率变化规律，结果表明压力对摩擦系数、温升和磨损率的影响大于转速；磨球与衬板间的摩擦系数随载 荷形增大而减小，有矿粉颗粒干磨摩擦系数达0 ．5 9 ，矿浆湿磨时仅为0 ．2 5 ；无矿粉于磨情况下温升较小，最高温升仅4 ．3 ℃， 温升速率随磨程s 的增长呈现先快后慢的趋势；磨损率随载荷形的增大而急剧增大，矿粉的加入会使表面犁沟变宽且分布无 序，矿浆的加入阻隔了磨损，使表面纹理不明显。 关键词球磨机；干磨；湿磨；衬板；磨损 中图分类号T D 9 2 1 ．4 ；T H l l 7 ．1文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 0 2 - 0 0 5 2 - 0 8 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nA b r a s i o nM e c h a n i s mo fL i n e rf o rI r o nO r e B a l lM i l lu n d e rD r yo rW e tW o r k i n gC o n d i t i o n N lX 0 ”，P E N GY u x i n g 卜2 ，Z H UZ h e n c a i l 。2 ，Z O US h e n g y o n g j ，L IT o n g q i n g 卜2 ，Y I NZ i x i n r 2 J ．S c h o o lo f M e c h a t r o n i cE n g i n e e r i n g ，C h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g T e c h n o l o g y ，X u z h o uJ i a n g s u2 2 1 1 1 6 ，C h i n a ； 2 ．J i a n g s uK e yL a b o r a t o r yo fM i n eM e c h a n i c a la n dE l e c t r i c a lE q u i p m e n t ，X u z h o uJ i a n g s u2 2 1 1 1 6 ，C h i n a ； 3 ．L u o y a n gM i n i n gM a c h i n e r yI n s t i t u t eo fE n g i n e e r i n gD e s i g na n dR e s e a r c h ，L u o y a n gH e n a n4 7 1 0 3 9 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt ou n d e r s t a n dt h ea b r a s i o nm e c h a n i s mo fl i n e ri nt h ei r o no r eb a l lm i l l ，at e s tr i gf o rl i n e r g r i n d i n gb a l lf r i c t i o na n dw e a rw a sd e s i g n e d ．As e r i e s o ff r i c t i o n w e a rt e s t sw e r ec o n d u c t e d ，a n dt h ef r i c t i o n c o e f f i c i e n tu n d e rd i f f e r e n tl o a d sa n dd i f f e r e n to p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，t h et e m p e r a t u r er i s e c h a n g er u l e a tt h et o u c h p o i n ta n dt h ec h a n g er u l eo fw e a rr a t ew e r es t u d i e db yt a k i n gt h el i n e rs a m p l e Z G M n l3 a ss t u d yo b j e c t ．T h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r e s s u r ep l a y sam o r ei m p o r t a n tr o l ei na f f e c t i n gt h ep r o c e s so fw e a r ，a n dt h ec o e f f i c i e n to f f r i c t i o nd e c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gl o a d W ，w h i c hi s u pt o0 ．5 9w i t ho r ep o w d e rb e i n ga d d e da n d0 ．2 5w i t hs l u r r y ； T h et e m p e r a t u r er i s ei sl o wi nt h ec o n d i t i o no fw e a rw i t hn oo r ep o w d e r ，t h eh i g h e s tt e m p e r a t u r ei so n l y4 ．3 。C ，t h e t e m p e r a t u r er i s ei n c r e a s e dq u i c k l yw i t hi n c r e a s i n gl o a d W a tt h eb e g i n n i n g ，a n dt h e nt h es p e e ds l o w e dd o w n ；T h e w e a rr a t eo ft h el i n e ri n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gl o a d W ，a d d i n gi r o no r ep o w d e rt ot h et o u c hp o i n tc a u s e dg r e a t e r f u r r o wa n dm a d et h et e x t u r em o r ei r r e g u l a r ，a d d i n gi r o no r es l u r r yc a u s e ds m a l l e rw e a rv o l u m ea n di n c o n s p i c u o u s t e x t u r e ． K e yw o r d s b a l lm i l l ；d r yg r i n d i n g ；w e tg r i n d i n g ；l i n e r ；w e a r 铁矿石球磨机依靠钢球对铁矿石的冲击和研磨 来完成对铁矿石的破碎作业。铁矿石进入球磨机简 体，筒体内壁设有衬板，钢球被筒体带到一定高度后 下落，撞击矿石，以实现对物料的破碎和研磨。根据 内部运动特征，将球磨机筒体内部划分为四个区域 抛落区、泻落区、研磨区和破碎区，其中衬板的磨损 发生在研磨区和破碎区，在研磨区衬板承受由磨球 和磨料构成的高应力磨料磨损。在矿粉或矿浆共同 作用下钢球和衬板磨损严重，磨损后衬板将改变钢 球动力学特征，进而严重降低球磨效率。目前，选矿 基金项目国家自然科学基金资助 5 1 4 7 5 4 5 8 ；长江学者和创新团队发展计划资助 I R T l 2 9 2 收稿日期2 0 1 6 - 0 8 1 9修回日期2 0 1 7 - 0 1 1 9 作者简介倪旭 1 9 9 2 - ，男，江苏徐州人，硕士研究生。 万方数据 2 0 1 7 年第2 期倪旭等铁矿石球磨机衬板干湿磨摩擦磨损机理研究 5 3 行业普遍使用高锰钢衬板，使用周期仅6 ～1 2 个月， 全国金属矿山选矿厂每年衬板消耗达8 万t 以上。 因此，有必要开展铁矿石球磨机衬板多体磨损机理 研究，为铁矿石球磨机衬板材料和衬板结构设计提 供基础数据。 球磨机中衬板是球磨机内部多体摩擦磨损的组 成部分，摩擦磨损会使衬板的外观形状改变，甚至产 生裂纹发展至断裂损坏，影响对球磨机中介质的提 升能力。为此，国内外学者展开了相关研究王越 等。1J 针对单系列磨矿流程处理能力由1 5k t ／d 增加 到了1 9k t ／d ，磨矿细度降低较多，为了达到设计的磨 矿产品细度指标一7 4 m 占6 1 ％，进行了钢球级配 小型试验研究、原矿不同粒级的浮选试验研究。段 希祥等2 ’n 指出了目前磨矿过程针对性不强而使磨 矿低效率高消耗，并总结了国内外强化磨矿针对性 的各种途径。王继生等1 4J 结合介质的运动轨迹，以 有用功率最大为目标计算出在球磨机适宜转速率范 围和磨矿效率最大时的3 种衬板形状，并对碰撞能 量的分布进行了分析。P O W E L L 等’5 研究了不同衬 板形状对磨矿效率的影响，并数值模拟了颗粒动态 研磨过程。章桥新等。6o 通过分析计算衬板磨损量， 建立了近似计算衬板寿命的模型，并通过模型表达 式得出影响衬板磨损量的主要因素。俞章法等分 析了大型球磨机筒体衬板的磨损状况，并用离散元 法对衬板表面颗粒运动进行了计算，综合分析了衬 板磨损原因，对衬板进行了综合改进。w uMSP 等8 I 模拟了湿磨状态下落球对衬板的冲击摩擦作 用，建立了湿磨工况中，衬板受磨球冲击摩擦作用的 模型，并应用于金属磁性衬板上。L ITQ 等p 1 追踪 了钢球和衬板问冲击过程中的恢复系数和能量耗 散，并与转速率建立了联系。许世娇等。1 0o 采用高能 球磨法制备了不同体积分数的碳纳米管 C N T 与铝 粉的混合粉末，用粉末冶金工艺制备了C N T ／A 1 复合 材料。F E L L A HM 等1 。研究了高能球磨时间对 d 。A 1 ，O 、纳米结构粉末的结构演化及形态学变化的 影响，并总结了相关变化规律。于斌斌等‘12 。采用连 续回转运动的G C r l 5 轴承钢球带动悬浮液中的金刚 石颗粒对试样进行球磨，通过对“圆环状”磨痕内外 圈直径的测量，并利用提出的单位磨损率概念评价 其耐磨性。C O Z Z ARC 孓”o 进行了微观磨料磨损试 验，通过对磨损过程中产生的微小磨坑分析微观磨 料摩擦磨损情况，并分析了表面涂层材料在摩擦磨 损过程中的磨损机理的演化过程。综上，上述研究 主要是对衬板外形的优化、寿命分析及微球磨镀层 性能研究，还未涉及铁矿石球磨机衬板干湿磨摩擦 磨损机理的研究。 因此，本论文创新设计了铁矿石球磨机衬板～ 磨球摩擦磨损试验台，模拟球磨机干、湿磨工况，探 究衬板在铁矿石球磨机运行中的磨损机理，对提高 衬板耐磨性和使用寿命提供重要理论依据。 1试验原理 图1 所示为铁矿石球磨机衬板一磨球摩擦磨损 试验台，电机4 驱动磨球2 旋转，衬板试样5 夹持在 基座6 上，调节丝杆9 调节基座与磨球相对位置，滚 珠丝杠1 0 调节衬板与磨球之间的接触正压力，下料 漏斗3 将矿粉和矿浆施加在衬板与磨球的摩擦接触 面之间。 图1衬板一磨球摩擦磨损试验台 F i g ．1 T e s tr i go fw e a rb e t w e e nl i n e ra n db a l l 1 一红外热像仪；2 一磨球；3 一下料漏斗；4 一磨球驱动电机； 5 一衬板试样；6 一基座；7 一法向力传感器；8 一摩擦力传感器 9 一调节螺杆；1 0 一滚珠丝杠；1 l 一滚珠丝杠驱动电机 通过摩擦力传感器8 测量摩擦力F 、通过法向压 力传感器7 测量正压力P ，可得摩擦系数弘 F 肛2 万 本文以直径10 0 0m m 球磨机 磨球直径2 5 m m 为研究对象 图2 ，其工作转速n 。为3 4r ／r a i n ， 球磨机中研磨区最内层磨球半径尺。为2 1 6 ．3m m ，其 值可通过公式 2 计算 R ．掣 2 n ； 球磨机运动原理见图2 。 万方数据 5 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 一分区线 图2 球磨机运动原理图 F i g ．2P r i n c i p l eo fm o t i o no fab a l lm i l l 根据文献引，可推断得到在与戈轴正方向顺时 针夹角为1 5 0 。处，球磨机研磨区内单个磨球所受正 压力P P 苣[ 印 R ；一磺 ∞z 氅警 g c o s 0 一号 ] d O 3 式中d 为计算单个磨球时对应的圆心角 6 ．5 1 0 叫r a d ；尺，为研磨区最外层磨球运转半径 5 0 0 m m ；￡为所截取球磨机轴向长度 2 5m m ；P 为磨 球密度 7 ．8 5 1 0 “k s ／m m 3 ；0 为相关位置与戈轴 10 0 ．9 O ．8 O ．7 辍0 ．6 鬟0 s 斟0 ．4 O - 3 0 ．2 0 ．1 O ．0 正方向的顺时针夹角；0 9 为球磨机的角速度 3 ．5 6 r a c [ ／s 。将上述参数带人式 3 可得正压力为8 2 ．4 7 N ；由于研磨区内磨球与衬板间的相对滑移速度远小 于筒壁线速度，故将试验参数设定为表1 所示，试验 材料如表2 所示。 表1摩擦试验参数 T a b l e1T e s tv a r i a b l e s 磨球转速∥ ，．m i n - 总磨程s ／法向 P ／摩擦面环境 1 5 2 0r a i n ，3 0 1 0m i n 5 0 6m i n ， 2 35 6 2 1 0 0 fx 3m i n 署瓣 表2试验材料参数 T a b l e2P a r a m e t e r so ft e s tm a t e r i a l 材料属性 衬板 磨球 矿粉 矿浆 高锰钢 Z G M n l 3 轴承钢 G C r l 5 铁矿石精粉 6 0 0t x m 铁矿石精粉加水 配比1 1 在图2 中，按内部介质运动特征给球磨机筒体 分区。其中，A E D C 区为工作介质的研磨区，E D 区 为泻落区，A B D E 区为抛落区，D B C 区为破碎区，在 A B 区中无介质存在。另外，为研究压力P 与转速n 对摩擦磨损的耦合作用，定义载荷形 W P n ，与 压力和转速都成正比 用于对试验进行分析研究。 1 ．O O ．9 O ．8 O ．7 籁0 ．6 溪0 s 龄o ．4 O ．3 0 ．2 Ol 0 ．0 磨程／n 1磨程／m a 8 0N 压力下的摩擦系数曲线 b 5 0r ／m i n 转速下的摩擦系数曲线 图3 无矿粉干磨摩擦系数随P 、n 变化曲线 F i g ．3 C u r v eo fd r yg r i n d i n gw i t h o u tp o w d e rw i t ht h ec h a n g eo fPa n dn 2 试验结果与讨论 2 ．1 衬板摩擦系数与P 、n 及形的关系 1 无矿粉颗粒干磨 图3 所示为无矿粉干磨的情况下摩擦系数变化 曲线。由图3 可知，在无矿粉颗粒干磨的情况下，衬 板与磨球之间的摩擦系数在参数P 、n 和形改变的 情况下变化量较小，各条曲线分布较为集中。由图 3 a 可知摩擦系数稳定时是在0 ．4 0 ．5 变化且随 转速的增大而降低，转速为1 5r ／m i n 时摩擦系数最 大达0 ．5 ，摩擦系数在1 5 和3 0r ／m i n 下分布较为平 稳，在5 0 和1 0 0r ／m i n 下摩擦系数先增加后保持稳 定，其对应磨程转折点分别为1 0 、7m ；摩擦系数随载 荷的增大而降低 图3 b ，摩擦系数在2 0 和4 0N 万方数据 2 0 1 7 年第2 期倪旭等铁矿石球磨机衬板干湿磨摩擦磨损机理研究 5 5 下分布较平稳 0 ．4 0 ～0 ．5 0 ，在8 0 和1 2 0N 下摩擦 系数先增大后保持平稳，其对应的摩擦转折点分别 为1 0 和5m 。 为了综合分析载荷和速度对摩擦系数的影响规 律，选取试验参数 表3 ，取表中对角线上四组形值 作为试验参数。 表3形值分布 T a b l e3D i s t f i b l 】t i n nn f 形 转速／ r r a i n 。1 2 0N 4 0N 8 0N1 2 0N 1 5 2 0 3 0 4 0 5 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 5 3 0 5 0 l o o 无矿粉干磨摩擦系数随形变化曲线见图4 。从 图4 可看出摩擦系数随着形值增加而逐渐减小，磨 程在1 6 ．6m 之后摩擦系数比较稳定，摩擦系数变化 幅度仅在0 ．1 左右。 籁 垛 辎 雠 图4 无矿粉干磨摩擦系数随形变化曲线 F i g ．4 C u r v eo fd r yg r i n d i n gw i t h o u tp o w d e r w i t ht h ec h a n g eo fW 2 有矿粉颗粒干磨 有矿粉干磨摩擦系数曲线见图5 。图5 所示，在 有矿粉颗粒加入的情况下，磨损面的磨摩擦系数的 变化更为显著，分布更为离散。如图5 a 、5 b ，随 着转速和法向力的增加，摩擦系数均下降，降幅分别 _ _ --一- 一‘ l Ii { o ．1 8 藕 vv _ V7T v v v {蛹 辎 - 1 5d m i n 】 避 3 0 d m i n “ 5 0 9 m i n 籁 惴 辎 封 1 ．0 r 一⋯⋯一一～⋯～⋯⋯一、 O ．9 } ． - - - -- ．、i ’ ’ ’ ． 。j o ．2 3 ‘ ‘1 ▲ ‘ ‘‘ ‘ T _ ，， T 。iTir 一一I - 2 0N 4 0N 8 0N v 1 2 0N 一』一．L 一L 一J 7 ‘- l 51 01 52 02 5 磨程／m b 5 0r ／r a i n 转速下的摩擦系数曲线 } _ r ． ．．． ． ll l l- 。。 。 0 ．2 4 } 一▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲‘ } ‘∥；一，f 。。t v’7 卜_ - 3 0 0N r ／m i n r 12 0 0 N r ／m i n r40 0 0 N “m i n } _ V 1 2 0 0 0N r ／m i n } l L ，，，．』一一．．．．．J 一．o t ⋯．- - - - J ．．．，L _ 一L ．十J 051 01 52 02 5 磨程／m c 不同w 值下的摩擦系数曲线 图5 有矿粉干磨摩擦系数曲线 F i g ．5 F r i c t i o nc o e f f i c i e n tc u r v eo fd r yg r i n d i n gw i t ho r ep a n i c l e 为0 ．1 8 和0 ．2 3 ，分布均较为平稳，但二者相比较，受 法向力影响的曲线更加离散；图5 C 为形变化时摩 擦系数的变化情况，其数值依然取表2 中对角线上 的四组矽值。随着形值的增加，摩擦系数有着减小 的趋势，降幅为0 ．2 4 。 2 ．2 干磨与湿磨工况摩擦系数的差异性分析 铁矿石球磨机在湿磨工况下，筒体内的矿浆会 将覆盖于磨球和衬板的摩擦接触面。本文在磨球与 0 9 8 7 6 5 4 3 2 ●0 ●0 O 0 O 0 0 0 O O 0 纂垛瓤龄 O 雒乩 O O O O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O l O O O O 0 O 0 0 0 O 万方数据 5 6 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 衬板试样摩擦接触面滴入配制的铁矿石粉末矿浆， 模拟球磨机湿磨工况。 图6 所示为三种工况下摩擦系数变化曲线，三 种工况下摩擦系数比较平稳，有矿粉干磨摩擦系数 最大，摩擦系数达0 ．5 9 ，无矿粉干磨情况下摩擦系数 达0 ．4 5 ；矿浆湿磨时的摩擦系数最小，摩擦系数仅为 0 ．2 5 ，不到有矿粉干磨时的一半。 1 ．0 0 ．9 O 8 0 ．7 巅0 ．6 懿 0 ．3 0 - 2 0 ．1 O ．0 图65 0r ／m i n 及8 0N 条件下的摩擦系数曲线 F i g ．6 F r i c t i o nc o e f f i c i e n tC H I V eu n d e rt h e c o n d i t i o no f5 0r ／r a i na n d8 0N 2 ．3 磨损温升分析 伴随着磨球与衬板之间的摩擦磨损，接触面温 升会改变接触表面物料物理化学性能，进而影响其 摩擦磨损性能。考虑矿粉和矿浆对接触表面的覆 盖，本文分析干磨过程中接触表面无介质时的温升 情况，结果见图7 。由图7 可知，不同工况下温升较 小，最高温升仅4 ．3 ℃；温升随磨程的增长呈现先快 后慢的趋势。如图7 a 和7 b 所示，温升随转速和 载荷的增大而增大，在低速 1 5r ／m i n 和低压力 2 0 N 时，摩擦温升仅为0 ．7 ℃和0 ．2 。C ；在转速3 0r ／ m i n 时和压力8 0N 以上时，温升明显增高；当转速从 5 0r ／m i n 增大到1 0 0r ／m i n 时，温升升高了0 ．7o C ，而 压力从8 0N 增大到1 2 0N 时，温升却增加了1 ．2 。C ， 表明压力对温升影响大于转速。如图7 c 所示，形 值在3 0 0Nr ／r a i n 时温升接近0 ．随着形值增大，温 升速率在磨程初期急剧增大，但在磨程后期温升速 率放缓。 2 ．4 衬板试样磨损率及磨损机理分析 试验过程中磨球与衬板试样问的摩擦会在衬板 上形成小磨坑，通过工业显微镜观测磨坑内凹弧面， 分析获得磨球与衬板试样问的磨损机制。磨损产生 的磨坑体积可以根据R u t h e r f o MKL 等“ 给出的公 式 4 汁算，公式中b 是磨坑直径 若磨坑为类椭圆 形，则b 为长轴与短轴的平均值 ，只是磨球直径。 3 r 一⋯⋯一一一。一j 5 1 5r ／r a i n 4 『．。3 0 r／mi50 “ 3 ．5 ℃ 4r／imn 一| ‘ ，3 ；3 T Lo 争31 0 叫““，≤每勰薹i 鐾”o ∥。‘”2 。6 ℃．蒌2 1L 。’0．7℃ 1 蕃。．．- ．。．一_ ．．。。。 o b ≠廿1 吲1 o 。3 0 0 N r ／m i n 4 } 一 12 0 0 N r ／m i n I ‘40 0 0 N r ／m i n v 巴，l V 1 20 0 0 N r ／m i n ， 柬 赠 z1 辎2 f 。； 2 0 N 4．0。C40N ’，，； 8 0N ．t’’ t1 2 0N ，，2 ．8 1 2 T V ▲ IT ▲▲▲▲▲ V 1 1 ．0 ℃ 。j 薹。上一，量 磨程／“ f b 5 0r ／r a i n 下温升变化曲线 4 ．3 ℃1 v V’ -v v 7 避 ● ▲ 1 | ‘ ．’ o ．5 。C 。} 一；峥盖一皆一。≯菇二二羡 磨程／m c 不同w 下温升变化曲线 图7 温升变化曲线 万方数据 2 0 1 7 年第2 期倪旭等铁矿石球磨机衬板干湿磨摩擦磨损机理研究 5 7 y 1 T R 一篆 4 根据K u s a n oY 的理论口8 I ，磨损率k 可用公式 5 计算。 五2 办 5 对于磨损的评估使用磨损率k ，将公式 4 代人 公式 5 ，可以得到计算磨损率k 后 6 4 R 一2 S o P R 一丽b E 6 在无矿粉干磨的工况下，为获得磨坑尺寸b ，使 用游标卡尺测量每个磨坑的长轴和短轴 图8 。利 用公式 6 计算磨损率如表4 所示。 表4磨损率 T a b l e4 W e a rr a t e ／ 1 0 “m m 2 N 一 根据表4 所获得数据，取每列平均值，做不同法 6 ．3 7 5 2 5 5 ．0 4 9 溱 2 04 08 01 2 0 法向压力／N a 不同法向压力下的磨损率变化 吕 j 荸 b 槲 辎 墩 8 1 - 图8 磨坑尺寸 测量方法 F i g ．8 C r a t e rd i m e n s i o nm e a s u r i n g 向压力的磨损率变化直方图 图9 a ；取每行平均 值，做不同磨球转速下的磨损率变化直方图 图9 b ；为对比不同形下磨损率的变化规律，取表4 对称轴上的数据作直方图 图9 e 。 如图9 ，磨损率随着法向压力转速及载荷值的增 加均呈现增大的趋势，即载荷的值越大，磨球与衬板 试样之间的磨损越剧烈，与上述磨损温升分析相对 应。在法向压力变化时，磨损率变化幅度为4 ．0 0 9 1 0 ‘8m m 2 ／N ；在转速变化的情况下，磨损率变化幅度 为0 ．8 0 9X1 0 出m m 2 ／N ，所以压力对磨损率的影响更 为明显。 旨 j 手 占 一 、一 樽 辎 岱 磨球转速／ r r a i n ‘1 b 不同磨球转速下的磨损率变化 5 ．1 2 2 闲 除’淄 3 0 012 0 0 40 0 01 20 0 0 载荷／ N r m i n 。 c 不同w 值下的磨损率变化 图9 磨损率变化直方图 F i g ．9 W e a rr a t eh i s t o g r a m 7 6 5 4 3 2 1 O 一龟mI乏。6【一静辎巡 i网愁戮瀚～熏 7 6 5 4 3 2 1 O 万方数据 5 8 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 为分析三种不同工况条件下的磨损机理，通过 工业显微镜检测磨坑大小、形状特点及磨坑表面犁 沟分布情况，并进行对比研究。 在磨球转速为5 0r ／m i n 、法向压力为8 0N 条件 下，衬板在无矿粉干磨、有矿粉干磨及矿浆湿磨条件 下的磨损形貌如图1 0 所示。对比图1 0 a 、1 0 b 易发现在无矿粉干磨的情况下，存在点蚀、剥落的情 况，且发牛点蚀剥落的区域较为集中；而在有矿粉颗 粒干磨的情况下，点蚀分布较广。铁矿石球磨机中 的磨损类型多为高应力磨料磨损，容易造成点蚀、剥 落，在1 0 a 图中，应力作用集中于标记位置；而在 图l O b 中，在有磨料加入时，磨料在两个工作表面 间相互挤压和摩擦，磨料被不断破碎成越来越小的 碎片，总载荷可能较低而局部应力却很高，从而点 蚀、剥落分布较为分散。 图1 0 在5 0 ∥7 r a i n 、8 0 、时三种工况下的磨损形貌 F i g ．1 0 W e a rm o r p h o l o g yu n d e rt h ec o n d i t i o no f5 0r ／m i na n d8 0N 犁沟的形状及分布图1 0 a 和1 0 b 中犁沟的 形状及分布，可以发现无矿粉颗粒干磨情况下，磨损 所产生的犁沟较细密且分布规整，磨损表面无较大 的凹坑；而在有矿粉颗粒干磨的情况下，磨损所形成 的犁沟较宽，分布较为松散，且有较多的凹坑及点 蚀，这是由于矿粉颗粒起到了磨料的作用，衬板试样 基体被其擦伤、切削、材料被挤压变形而推移到磨粒 运动路径的两侧，从而形成较宽大且无规则的犁沟。 在矿浆湿磨的条件下，衬板的磨损形貌如图1 0 e 所示，磨坑较小，且表面形貌改变也并不大，犁沟纹 理并不明显，磨损很轻微，其原因是由于矿浆在摩擦 过程中起到了润滑的作用，在摩擦面形成缓冲介质 万方数据 2 0 1 7 年第2 期倪旭等铁矿石球磨机衬板干湿磨摩擦磨损机理研究 5 9 并减小磨损。 对比图1 0 a 和1 0 b ，有矿粉干磨的磨坑比无 矿粉干磨的磨坑小，矿粉起到了缓冲作用。结合摩 擦系数的分析，在有矿粉干磨条件下，摩擦系数的数 值和变化幅度均增大，是因为在有矿粉颗粒加入的 情况下摩擦面有矿粉颗粒存在，颗粒在磨球与衬板 相对滑移过程中，会嵌入衬板试样表面形成较大的 犁沟，也可能会在摩擦面发生滚动，使摩擦更为剧 烈。即矿粉既有缓冲磨损作用，其颗粒也会参与进 摩擦磨损中，形成磨料磨损。 对比图l O b 和1 0 C ，矿浆湿磨的磨坑比有矿 粉干磨的磨坑小，即矿粉和矿浆均有缓冲磨损的作 用，且矿浆兼具缓冲和润滑效果，明显得减弱了磨 损。 3结论 1 磨球与衬板间的摩擦系数随载荷增大而减 小，压力对摩擦系数的影响大于转速，有矿粉干磨会 使摩擦系数变化范围较大，可达0 ．5 9 ，矿浆湿磨时的 摩擦系数仅为0 ．2 5 。 2 无矿粉干磨情况下温升较小，在低速 1 5 r ／m i n 和低压力 2 0N 时，摩擦温升仅为0 ．7 ℃和 0 ．2 ℃，最高温升仅4 ．3 ℃，温升速率随磨程的增长 呈现先快后慢的趋势，压力对温升影响大于转速。 3 磨损率随载荷的增大而急剧增大，压力对磨 损率的影响更为明显，矿粉的加入会使表面犁沟变 宽且分布无序，矿浆的加入阻隔了磨损，使表面纹理 不明显。 参考文献 [ I ] 王越，杨世亮，邵爽，等．大型球磨机钢球配比试验 研究与工业应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 6 3 6 3 - 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