半自磨机筒体衬板磨损分析与研究.pdf

第 48 卷 2020 年第 10 期 破 磨 编辑 翟晓华 41 作者简介潘 庆，男，1980 年生，工程师，主要从事矿山机 械设备研究与设计工作。 自 20 世纪 80 年代以来，伴随着自动化水平的提 高，半自磨 球磨流程逐渐成为应用广泛的磨 矿工艺流程。作为该流程的核心设备，半自磨机不仅 兼有冲击破碎和研磨的特点，而且还能有效处理各种 不同硬度的矿物，且其规格及处理能力也日益增大。 这种大型磨机的作业率往往会在很大程度上影响到整 个矿山的运行成本，因此必须尽量减少磨机的停机时 间[1]。磨机停机的一个重要原因就是对磨损和断裂的 衬板进行更换，据选矿厂统计，衬板更换时间占整个 停机时间的 95。研究衬板的磨损原因，进而对衬板 进行优化，对提高衬板使用寿命、减少停机时间、增 加设备利用率有着重大意义。 影响半自磨机筒体衬板磨损速率的因素有很多， 包括衬板的结构、材料、磨机填充率、钢球直径和级 配等。针对磨机衬板的磨损研究，陈佳侠等人[2]对衬 板的冲击磨损机理进行了研究，得出提高衬板用钢熔 炼质量，减少衬板夹杂物，并在保证衬板高硬韧性前 提下，进一步提高其韧性，将是提高半自磨机衬板使 用寿命的必要条件和主要路径。刘建平等人[3]利用离 散元方法对衬板提升条的排数、面角及高度等进行了 优化，达到了提高衬板使用寿命的目的。已经明确优 化衬板结构可以使衬板使用寿命得到提高，已有的大 半自磨机筒体衬板磨损分析与研究 潘 庆，孟庆霞 江西耐普矿机新材料股份有限公司 江西上饶 334000 摘要衬板是大型自磨机、半自磨机和球磨机的主要耗材，磨损是衬板的主要失效形式，在磨机衬板 的设计阶段，准确评估不同结构衬板的磨损速率及磨损位置对衬板的设计非常重要。以某半自磨机筒 体衬板为模型，采用离散元方法对其磨损情况进行模拟研究，再与大空间激光扫描仪扫描的结果进行 对比分析。离散元模拟结果与大空间扫描仪扫描的外形基本一致，但前后两个阶段的磨损速率不同， 证明衬板结构对其磨损速率起着决定性的作用，同时衬板的材料组织均匀性也会影响磨损速率。该方 法能够相对准确地比较不同结构磨机衬板的寿命，预测衬板的磨损位置，为衬板的结构优化设计提供 理论支撑。 关键词半自磨机；筒体衬板；离散元；磨损；激光扫描 中图分类号TD453 文献标志码B 文章编号1001-3954202010-0041-04 Analysis on wear of drum liner of semi-autogenous grinding mill PAN Qing, MENG Qingxia Jiangxi Naipu Mining Machinery drum liner; discrete element; wear; laser scanning 万方数据 第 48 卷 2020 年第 10 期 编辑 翟晓华 破磨 42 部分研究是基于改变颗粒的落点，从而减少对衬板的 冲击来达到延长衬板使用寿命的目的，对于结构对磨 损的具体影响还鲜有研究。 笔者以江西某选矿厂半自磨机筒体衬板为模型， 采用离散元方法对其磨损情况进行模拟研究，再与大 空间激光扫描仪扫描的结果进行对比分析，验证了模 拟分析的可靠性。该方法可准确地分析不同结构磨机 衬板的寿命及预测衬板的磨损位置，为衬板的结构优 化提供理论支撑。 1 离散元模拟分析 1.1 研究对象 以江西某选矿厂半自磨机衬板为模型，实际上， 一般工业用半自磨机结构大同小异，因此本研究结 果具有一定的泛化参考价值。磨机工况参数如表 1 所 列。衬板采用 33 等分，其中提升条高度为 325 mm， 其结构如图 1、2 所示。由于磨机尺寸比较大，内部 颗粒非常多，故此次研究只截取 0.6 m 的长度进行模 拟分析。 1.2 参数设置 采用 Rocky dem 模拟软件对筒体衬板进行模拟， 总充填率为 25，钢球充填率为 9。为了加快计算 速度采用圆球模型，研磨介质为 φ125 mm 钢球，研 磨 φ200、φ100 和 φ60 mm 3 种矿石，磨损系数为 30 m3/kW h，第 10 s 开始记录磨损，磨损模拟总时间 为 72 s，即总的计算模拟时间为 82 s。 1.3 模拟结果 某一时刻的离散元模拟过程如图 3 所示。提取其 中一块衬板进行分析，如图 4 所示。 提升条磨损量对比如表 2 所列，其中第 2 阶段的 磨损速率为第一阶段的 1.78 倍。 2 筒体衬板磨损激光扫描跟踪 非接触式激光扫描仪在工作过程中无需人工参 表 1 磨机工况参数 Tab. 1 Operating parameters of mill 参数 半自磨机规格 矿石性质 铁矿、铜矿 邦德功指数/kW h t-1 矿石密度/kgm-3 磨机转速/rmin-1 给料粒度 F80/mm 产品粒度 P80/mm 钢球尺寸/mm 钢球充填率/ 总充填率/ 数值 φ10.37 m5.19 m 斑岩矿石 10 12 2.7 10.01 ≤250 10 φ125 8 12 25 图 1 模拟衬板结构示意 Fig. 1 Liner structure in simulation 图 2 单件衬板尺寸 Fig. 2 Size of single liner 图 3 半自磨机离散元模拟过程 Fig. 3 Discrete element simulation process of semi-autogenous grinding mill 图 4 筒体衬板磨损 Fig. 4 Wear of drum liner 表 2 提升条位置 1 处磨损量对比 Tab. 2 Comparison of lifter at position 1 in wear amount 磨损阶段 第 1 阶段 0 36 s 第 2 阶段 36 72 s 磨损量/mm 73.78 130.99 磨损速率/ 1.00 1.78 万方数据 第 48 卷 2020 年第 10 期 破 磨 编辑 翟晓华 43 与，在 15 min 内可自动完成超过 1 000 万点的扫描工 作，误差在3 mm 以内。将得到的点云模型导入计 算机后，与最初的磨机几何模型进行对比和处理，即 可通过彩色云图等方式全面了解衬板磨损等信息[4]。 图 5 所示为半自磨机三维扫描现场，三维扫描仪安装 于三角架上，固定在磨机内。 分别于 2020 年 1 月 19 日、3 月 19 日及 5 月 20 日对该半自磨筒体衬板进行了 3 次扫描。对扫描点云 进行比对处理，如图 6 所示，可观察到各个区域磨损 程度的差异。 通过对扫描数据进行处理，得到提升条使用寿 命周期内截面轮廓变化如图 7 所示。提升条使用分 为 2 个阶段，每个阶段使用时间均为 60 d，2 个阶段 磨损数据如表 3 所列。根据提升条剩余厚度，可以计 算出提升条的磨损速率，提升条第 1 阶段的磨损速率 为 1.48 mm/d，第 2 阶段磨损速率为 2.87 mm/d，第 2 阶段磨损速率是第 1 阶段的 1.97 倍。说明提升条在 使用周期的磨损速率是不均匀的，使用前期和后期磨 损速率差异很大，这与衬板结构及衬板材料内部组织 均匀性都有一定的关系。为了弄清楚各个因素的影响 程度，需要进一步的研究。 3 对比分析 离散元模拟衬板磨损第 1 阶段后的截面形状与 实际使用后的激光扫描轮廓进行对比，如图 8 所示， 其外形轮廓变化基本一致，证明这种模拟方法是可靠 的。 模拟第 1 阶段磨损量为 73.78 mm，第 2 阶段磨 损量为 130.99 mm，第 2 阶段的磨损速率是第 1 阶段 的 1.78 倍，因为模拟中设置材料参数保持不变，所以 这个磨损速率的差异是由结构导致的。实际使用 3D 扫描测量数据，第 1 阶段磨损量为 89 mm，第 2 阶 段为 175 mm，第 2 阶段磨损速率是第 1 阶段的 1.97 倍。衬板实际应用过程中的磨损速率不仅受结构变化 的影响，还受到衬板材料组织不均匀性的影响，所以 图 5 三维扫描仪测量现场 Fig. 5 Measurement scene with 3D scanner 图 7 提升条使用寿命周期内截面轮廓变化 Fig. 7 Variation of cross-section profile during lifespan cycle of lifter 图 8 筒体衬板实际磨损与模拟磨损对比 Fig. 8 Comparison of actual measured wear and simulated wear of drum liner 图 6 筒体扫描云图 3D 比较 Fig. 6 3D comparison of scanned drum contours 表 3 提升条使用过程中的磨损量对比 Tab. 3 Comparison of lifter during service in wear amount 磨损阶段 第 1 阶段 第 2 阶段 磨损量/mm 89 175 磨损速率/ 1.00 1.97 万方数据 第 48 卷 2020 年第 10 期 编辑 翟晓华 破磨 44 在半自磨机衬板应用过程中，提升条的结构变化对其 磨损速率起决定性作用，而材料组织的均匀性也有一 定的影响。 4 结论 通过对半自磨机衬板的实际磨损情况的测量及离 散元法模拟磨损分析，证明使用离散元方法模拟的可 靠性。 1 使用离散元法对衬板的磨损模拟可以预测衬 板的磨损位置，指导衬板的设计，为复合提升条的排 布提供参考，对衬板进行结构优化，提高其使用寿 命。 2 半自磨机筒体提升条使用过程中的磨损速率 是不均匀的，其结构变化起决定性作用，材料组织的 均匀性也有一定的影响。 参 考 文 献 [1] 邹声勇，尹润生．粉磨工艺及设备的发展 [J]．矿山机械， 2004，32969-71. [2] 陈佳侠，张会友，刁晓刚，等．国外某铜矿半自磨机铸钢衬 板失效分析 [J]．铸造，2020，695443-448. [3] 刘建平，姬建钢，陈松战，等．一种半自磨机筒体衬板的优 化设计 [J]．矿山机械，2014，421081-83. [4] 喻 晓，王成伟，赵 魏，等．激光三维扫描技术在矿用磨 机上的应用 [J]．矿山机械，45841-44. □ 收稿日期2020-07-22  半自磨工艺在某钼矿的应用 分析与台效优化 陈 冲1,2，张 旺1,2，谭文才1,2 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 摘要介绍了半自磨碎磨工艺在某钼矿的应用情况，对其在实际生产过程中的问题进行了分析，同 时介绍了生产实践中提高半自磨台效的有效措施，并取得了较好的效果，最后对现存问题进行了展 望分析。 关键词半自磨工艺；碎磨工艺；台效优化 中图分类号TD453 文献标志码B 文章编号1001-3954202010-0044-04 Analysis on application of semi-autogenous grinding process in a molybdenum mine and efficiency improvement CHEN Chong1,2, ZHANG Wang1,2, TAN Wencai1,2 1Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co., Ltd., Luoyang 471039, Henan, China 2State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment, Luoyang 471039, Henan, China AbstractThe paper introduced the application of semi-autogenous grinding comminution process in a molybdenum mine, and analyzed the problems existing during actual production. At the same time, it introduced the effective measures to improve the semi-autogenous grinding efficiency during production practice, and the application of the improvement measures obtained excellent results. Finally, existing problems were analyzed. Key Wordssemi-autogenous grinding process; comminution process; efficiency improvement 众 所周知，碎磨工艺在选矿厂中占据十分重要 的地位，但它却是一个高投资、高能耗、高备 件消耗的工艺。据统计，碎磨过程消耗的能量占整个 作者简介陈 冲，男，1989 年生，硕士，助理工程师，主要 从事选矿工艺及选矿智能化研究工作。 万方数据