某金矿选矿厂球磨机衬板及分级设备优化改造

杨小慧

(山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿)

引 言

球磨机被广泛应用于采矿行业和建材行业，其利用筒体的转动并配合钢球在筒体内的运动使物料充分与衬板摩擦实现对物料的粉碎[1]，因此球磨机衬板对物料的粉碎起着关键作用。张谦等[2]综述了衬板材质、衬板结构、球磨机充填率、介质配比、矿浆浓度、球磨机处理量等因素对衬板失效的影响，并针对相关因素提出了优化策略。于洪军等[3]利用离散元软件建立了球磨机仿真模型，对球磨机弧形衬板的主要结构参数进了优化研究，使其满足实际作业要求。此外，也有学者对球磨机衬板提升条、衬板材料、安装设计进行了研究[4-10],以提高球磨机的使用性能。

随着处理量的不断增加，如何提升磨矿系统机械设备的性能、工作效率和设备运转率成为一项重要课题。为此，本文对选矿厂磨矿系统主要设备球磨机衬板进行了优化改造，并进一步降低了磨矿系统分级设备的运行成本，提高了磨矿系统的各项工艺指标、设备运转率和金回收率，取得了良好的效果。

1 工程背景

某金矿选矿厂磨浮工段目前在用6套磨矿系统,分别是MQY4561磨矿系统2套，MQG3236、MQG2736、MQY3645、MQY3245磨矿系统各1套，用于粉碎金矿石，处理能力13 000 t/d。

磨矿系统中6台球磨机的进、出料端端盖衬板在设计及初始使用时均采用合金钢衬板，与橡胶衬板相比，其质量较重，安装费时费力。其进、出料端端盖衬板采用等厚设计，使用后发现，在进、出料端端盖衬板磨损严重至无法使用时，其筒体衬板磨损较小，能继续使用较长时间，同时更换势必造成材料的浪费和成本的增加；如果根据进、出料端端盖衬板磨损情况对球磨机衬板分次进行更换，与整体更换相比，需要的停车时间较长，影响球磨机的设备运转率。

2套MQY4561磨矿系统采用一段闭路磨矿分级工艺，使用MQY4561溢流型球磨机作为磨矿设备，使用FX660-GT×4水力旋流器组作为分级设备。一段磨矿分级工艺由于分级粒度粗、矿浆浓度高、分级黏度大等问题，导致水力旋流器分级效率普遍较低，循环负荷高。分级作业水力旋流器组每组4台(2用2备)设备，每2台水力旋流器并联并与1台渣浆泵构成闭路循环。在实际生产中，因2台水力旋流器共用1台渣浆泵给料造成物料分配不均，水力旋流器给料压力不同，造成2台水力旋流器分级效果差异较大，进料压力大的水力旋流器溢流中夹粗现象严重。为降低同组2台水力旋流器之间的分级差异，对其进行优化。此外，选矿厂已投入使用的6台球磨机，每台球磨机需配套2～4台水力旋流器，水力旋流器的大锥、小锥、曲体、中心分配器为易损部件，使用周期短，价格昂贵。

2 球磨机衬板及分级设备优化

2.1 进、出料端端盖衬板材质及结构优化

将6台球磨机的进、出料端端盖衬板由初始时的合金钢衬板改为橡胶衬板，进料端端盖衬板改为钢橡复合衬板，出料端端盖衬板改为橡胶衬板(如图1-a)所示)。结构由整体式改为分体式，分为端盖衬板和提升条两部分(如图1-b)所示)，因提升条不断提升钢球和物料，磨损比较快，而端盖衬板磨损较轻，因此1套端盖衬板可以配 2套提升条使用，节约了生产成本。新衬板的提升条有利于辅助提升钢球，提高球磨机工作效率，并使固定衬板的螺栓数量减少一半，可缩短更换衬板时的停机时间，提高设备运转率。端盖衬板上未被螺栓固定的螺栓孔使用胶塞进行封堵，如图1-b)所示。

图1 改造后进、出料端端盖衬板形状及布置示意图

进、出料端新端盖衬板的提升条材质采用差异化设计，设计更合理。根据经验，进料端端盖衬板比出料端端盖衬板磨损更快、更严重，因此，进料端端盖衬板采用钢橡复合提升条，而出料端端盖衬板采用纯橡胶提升条，有效减轻了衬板的总质量，缩小了进、出料端端盖衬板使用寿命差异。改造后新端盖衬板的质量大幅降低，原合金钢衬板总质量为21 996 kg,现使用的钢橡复合衬板总质量为7 827 kg,衬板总质量减少14 169 kg，减少了约2/3的质量，大大减轻了更换衬板时的劳动强度，提高了检修效率，节约了电能。

2.2 筒体衬板相关参数优化

1)筒体衬板尽量采用等寿命设计原则。筒体衬板在靠近进、出料端的位置较薄，中间部位较厚，如图2所示。根据每台球磨机的情况进行合理调整，例如：进料端第一圈衬板虽然是在进料端，但是因为磨损较轻，因此也设计成较薄的衬板，最终使整个筒体衬板尽量达到同等寿命。经过工业试验，使用效果较好，既节约了成本又不再增加检修时间。

图2 球磨机筒体衬板改造布置方案示意图

2)结合工艺需求，对每台球磨机衬板提出了相应的技术要求：一是根据每台球磨机的工况不同，对筒体衬板的外形尺寸和材质提出了明确要求，以延长筒体衬板的使用寿命；二是在保证使用寿命的前提下，明确限制了球磨机每块衬板的波峰、波谷尺寸最大值，从而限制了衬板总质量，以提高球磨机处理量；三是因衬板厂家与配套附件(碗形垫、橡胶垫圈)厂家不同，常因其尺寸、形状不配套而造成麻烦，现要求由制作衬板的厂家统一提供，这样有利于衬板配套安装使用，减少安装时间和故障停车时间。

2.3 水力旋流器优化

2.3.1 压力监测

在每台水力旋流器的进料短管上安装压力表，可以更直观地观察每台水力旋流器的入料压力，使其入料压力在规定范围内，且同组2台水力旋流器的压力差值不能太大，以保证同组水力旋流器的沉砂嘴等部件同时更换，尽可能减少因部件差异造成的分级差异。

以2#MQY4561球磨机西侧同组2台水力旋流器为例，优化前2台水力旋流器的入料压力和溢流细度差别较大，通过采用上述优化措施，取得了较好的应用效果。同组南台水力旋流器分级压力值保持在0.058～0.059 MPa，北台水力旋流器分级压力值保持在0.060～0.061 MPa(如图3所示)，2台水力旋流器压力最大差值为0.003 MPa，达到了同组南北2台水力旋流器分级压力差值控制在0.015 MPa以下的预期要求。同时，工艺指标也得到了改善，同组2台水力旋流器的浓度差异控制在3 %以内，细度差异控制在5 %以内。

图3 水力旋流器优化前后效果对比

2.3.2 磨损配件修复再利用

通过更换新型高铝陶瓷内衬修复磨损配件，节约成本，延长其使用寿命。对更换下来磨损严重的水力旋流器大锥、小锥、曲体、中心分配器等部件进行修复，卸除原有残余陶瓷片内衬，重新铺贴20 mm 厚的新型高铝陶瓷内衬，修复后的大锥可保证使用8个月(购买的新大锥寿命为6个月)，小锥可保证使用4个月(购买的新小锥寿命为3个月)，曲体和中心分配器可保证使用10个月(购买的新曲体、中心分配器寿命为8个月)。修复水力旋流器部件的成本比购买新部件的成本低，其成本对比如表1所示。

表1 水力旋流器部件修复与购买新部件成本对比

2.4 优化效果

1)通过对球磨机衬板的优化改造，可有效节约电能，并提高处理量0.78 t/h，年可提高处理矿量6 739.2 t。因进、出料端端盖衬板质量减轻，筒体衬板靠近进、出料端薄，按每台球磨机每年平均更换2次衬板计算，每次至少可节约6 h，则磨矿系统每年可减少检修时间12 h。

2)通过对磨矿系统中水力旋流器进行优化，有效改善了各项工艺指标，可减少影响系统工作的维修时间10 h。据相关数据统计，水力旋流器部件修复再利用每年可节约成本40余万元。

3 结 语

球磨机作为粉碎矿石的关键设备，对磨矿系统的工艺指标具有重要影响。为有效提高磨矿设备的设备运转率，降低磨矿系统运行成本，对球磨机衬板材质、衬板厚度、衬板布置结构，以及水力旋流器等进行了优化改造。改造后衬板总质量减少14 169 kg，质量减轻约2/3；球磨机系统处理量提高0.78 t/h，每次节约停机维修时间6 h；同组2台水力旋流器的浓度差异控制在3 %以内，细度差异控制在5 %以内，减少影响系统工作的维修时间10 h；此外，水力旋流器部件修复再利用可节约成本40余万元。