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浅析大型磨机衬板使用寿命的影响因素

随着磨机大型化，衬板使用寿命问题变得愈加突出。介绍了影响磨机衬板使用寿命的各种因素，包括磨机类型及规格、磨机转速、物料和磨球填充率、矿石属性、衬板结构及衬板材料等。分析发现，只有综合考虑各种影响因素，才能有效提高大型磨机衬板的使用寿命。

我国铸造耐磨材料经过数十年的快速发展，现已广泛应用于矿山、冶金、建材、电力及化工等行业。据统计，国内钢铁耐磨铸件年消耗350万t以上，预计总需求量年增长5%～10%。由此可以看出，耐磨材料产业具有广阔的发展前景。

近年来，随着富矿的枯竭和金属需求量的增加，需处理的矿石总量逐年增加。为了降低基建投资和生产费用，提高劳动生产率，矿用磨机尤其是自磨机、半自磨机的大型化已成为磨矿设备的主要发展趋势。以美卓、中信重工等为代表的装备企业极大地推动了磨矿设备的大型化发展。自2003年至今，中信重工已成功自主研发世界最大φ12.2m自磨机，以及国内最大φ11m半自磨机和φ7.9m球磨机。

随着磨机大型化和应用领域的多样化，其装配的衬板结构日益大型化、复杂化，衬板服役工况愈发恶劣。磨机衬板主要用来保护磨机筒体，使其避免研磨体和物料的直接冲击。随着市场对磨机衬板的需求量和期望值的持续提高，大型磨机衬板的寿命问题变得愈加突出。笔者根据磨机衬板工业化应用现状，简要介绍影响其使用寿命的相关因素。

1磨机的类型及规格

自磨机是一种兼有破碎和粉磨的磨矿设备，其工作原理是在一定的转速下，作为磨矿介质的物料因受到离心力和摩擦力的作用，被带到一定的高度后在重力的作用下呈泻落或抛落运动状态，产生冲击和磨剥作用，达到粉碎的目的。因物料比重小，抛落后对衬板的冲击力较小，因此自磨机衬板的失效形式多为磨损失效。

半自磨机的工作原理与自磨机基本相同，区别在于除物料自身外，还添加部分磨球用来处理物料自磨时出现的部分顽石。磨球加强了物料及顽石的破碎效果，但同时磨球抛落过程中与衬板碰撞瞬间会产生巨大的冲击力，对磨机衬板造成严重的冲击，尤其在高球荷和低充填率的情况下这种现象更为明显。目前大型半自磨机衬板失效形式主要为断裂和磨损，且使用寿命一般仅为2～6个月。

球磨机与半自磨机的破磨物料方式基本一致。目前磨矿工艺流程中，球磨作业一般设置在半自磨作业之后，进料粒度更细，磨球更小，衬板受到磨球和物料的冲击小，其失效形式主要为磨粒磨损，使用寿命相对较长。大型球磨机衬板使用寿命一般为10～12个月。

磨机规格对衬板寿命也有影响。随着磨机规格的增加，物料或磨球被提升的高度增高，抛落向下的冲击力增强，处理物料的能力增强，衬板的磨损加剧，尤其是半自磨机筒体衬板断裂磨损相当严重。文献[5]指出，采用EDEM仿真模拟技术研究φ10.37m半自磨机发现，半自磨机每转1圈，每块衬板要承受大于6×104N的冲击力449次，最大冲击力达1.31×106N，衬板所受平均冲击能量约4986J，单个介质对衬板的最大冲击能量达820J。由此可见，磨机的规格越大，衬板承受的冲击力越强，断裂风险越高。

2磨机运行工况

当磨机处于试运行期间，磨矿工艺参数处于摸索阶段，给矿量不稳定，磨球的加入时机、频次及加入量也不固定；此外，因停机检修造成磨机反复启动，筒体内物料少，磨球数量突然增加，衬板瞬间遭受巨大冲击，断裂风险增大。实践表明，在磨机试运行期间，衬板断裂严重，而磨损相对较轻，因此通常建议应优先保证磨机内综合充填率，缩小磨球的加入规格、加入量及加入频次，同时适当调整磨机转速，为磨机正常运行积累数据，为衬板优化提供可靠的方向。

当磨机处于正常运行期间，实际工况条件主要包括磨机转速，物料充填率，磨球硬度、尺寸及充填率以及矿石属性等几个方面。

2.1磨机转速

磨机转速对物料的破碎研磨效果影响很大。磨机转速增加，磨球及物料整体的旋转高度上升，抛落点增高且抛落距离增大，磨球的冲击破碎动量增强。随着循环冲击次数的增加，衬板的冲击磨损愈加严重。虽然提高磨机转速可以快速提高磨机的处理能力，但同时常造成衬板断裂而过早失效，有时还伴有磨机“吐球”及漏浆现象，增加了磨机检修及衬板更换频次，影响磨机运转率。生产中需要根据衬板结构及磨球充填率，选择合适的磨机转速。

2.2物料充填率

当磨机转速及磨球充填率稳定时，物料给入量、矿块组成及充填率对磨矿过程起决定性作用，及时掌握物料充填率是磨机稳定生产的关键。物料充填率过高，磨矿的抛落高度差降低，破碎效率下降，磨机工作不稳定，极易产生“涨肚”现象；物料充填率过低，筒体内物料较少，厚度较薄，磨球直接冲击衬板极易造成衬板断裂失效，甚至在螺栓孔处发生漏浆现象，影响设备的正常运转。实践表明，半自磨机综合充填率以25%～30%为宜；物料质量和块度配比基本不变，一般大小块各占50%。只有保持稳定的物料填充率，磨机才能发挥良好的