球磨机衬板的结构改进

对未进行节能审查或未通过节能审查的项目一律不得审批、核准， 更不得开工建设。否则“要追究直接责
任 人 的 责 任 ”。
有关钢铁、铝、镍、铜、水泥、建筑卫生陶瓷、平板玻璃等 ７ 个行业的能耗标准正面临修订。而这些
行业占据了工业能耗中相当大的比重。再按照旧的标准执行， 势必将引起工业能耗， 特别是全国单位国内
（ １） 波形沟 槽 衬 板 （ 无 螺 栓 衬 板 ） 。 如 图 ２ 所 示 ， 此 时 衬 板 的 表 面 倾 角 α＝１４．３８°， 与 原 有 的 摩擦角 # 合成为牵制系数 Ｋ＝ｔａｎ（α＋γ）， 增大了衬板 的提升能力和分级能力。
理论上干法粉磨时衬板与研磨体之间的摩擦系 数为 ０．４０， γ＝２１．８°， 因此该衬板的牵制系数 Ｋ＝０．７３１， 如表 ２ 所示， 使得衬板的表面倾角稍微增加。
［２］陶 珍 东 ， 郑 少 华 主 编．粉 体 工 程 与 设 备．化 学 工 业 出 版 社 ， ２００３， ０８ ［３］球 磨 机 衬 板 的 磨 损 述 评．戴 少 生 ， 王 忠 和．首 届 全 国 粉 磨 介 质 与 耐
磨材料技术研讨会论文集， １９９２， ０４
（ 责任编辑： 何 彬）
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（ 式 ２）
磨内最大球径为 ｄ， 云南曲靖沾溢水泥厂球磨
机内磨球的最大球径为 ９０ ｍｍ。
（ ２） 热节 Ｒ：
Ｘ＜２＊Ｒｍａｘ
（ 式 ３）
要求衬板耐磨， 就希望 Ｘ 较大， 但当 Ｘ 较大
时， 热节较突出， 以至于产生缩孔缩松等问题， 影
响产品质量和产量， 因此设计时还需考虑铸件热节 的问题。本文在生产中， 选择高铬合金作为耐磨材 料 ， !ｃｒ ＝１０％～１４％ ， ωｃ＝１．８％～２．２％ ， 对 于 高 铬 合 金， 一是高温铸造时， 液体的流动性差， 即铸造性 能差， 衬板热节处易产生部分缩孔， 影响衬板质 量， 降低衬板的使用寿命。经过实验， 我们得到以 下 经 验 ： 当 Ｒ＞５０ ｍｍ 时 ， 铸 件 产 生 了 明 显 的 缩 孔 和缩松现象， 因此 Ｒｍａｘ＝５０ ｍｍ。
衬板的磨损主要有磨料磨损、腐蚀磨损及冲击 断裂， 因此磨机运转时衬板周期地承受研磨体与物 料的冲击和低应力划伤磨损的综合作用。对于水泥 厂我们只需考虑磨料磨损及冲击断裂两个原因。 １．３ 云南曲靖沾益水泥厂的磨机衬板使用情况
云南曲靖沾益水泥厂的水泥熟料粉磨采用了两 台 !２．２ ｍ×７．０ ｍ 球 磨 机 ， 衬 板 采 用 了 阶 梯 衬 板 ， 使用中存在以下问题：
业吨钢综合能耗同比下降 ５．４％， 吨钢可比能耗下降 ７．７％。有色金属、水泥行业单位产品能耗同比分别下
降 ０．８％和 ４．１％。 据 测 算 ， 电 解 铝 行 业 通 过 降 低 吨 铝 综 合 交 流 电 耗 ， 节 电 ４．３ 亿 ｋＷ·ｈ。２００６ 年 １￣６ 月 ，
全国火电机组供电煤耗率同比下降 ６ｇ／ｋＷ·ｈ。工业节能产生的效益十分可观。
正是因为实际的行业能耗技术水平提高， 国家适时调高技术标准成为必然。
生产总值能耗的上升。
中国标准化研究院资源与环境标准化研究所专家指出， 一般行业标准 ５￣１０ 年就需要修订一次， 原因
是由于技术进步很快， 原先的标准已经不合时宜。
前述 ７ 个行业的节能技术标准， 以及能 源 消 耗 定 额 大 都 是 在 １９９２￣１９９８ 年 制 定 的 ， 而 这 些 行 业 的 实
２ 结构改进
２．１ 衬板厚度 （ 考虑冲击断裂的问题）
干法磨机衬板周期地承受磨球与物料的冲击和
低应力划伤的综合作用， 考虑冲击力的作用。钢球
被提升后的重力势能全部转变为对衬板的冲击功，
则轴向衬板单位面积所受冲击功 Ｕ 为：
Ｕ＝
Ｋ·Ｎ·Ｇ·Ｈ Ｆ
（ 式 １）
式中： Ｋ— 集中载荷系数， 考虑双排研磨体重
（ １） 由于磨球与衬板表面的接触为点接触， 因 此噪音较大。
（ ２） 存在研磨死角的问题， 影响粉磨质量， 效 率也受到影响。
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建材发展导向 ２００７年第 ２ 期
应用技术
因此本文考虑将波形衬板、沟槽衬板和阶梯衬 板相结合， 提高带球能力的同时降低研磨体和衬板 的消耗， 降低噪音， 提高磨机产量。
综合短信
国家发改委拟调建材行业标准
近日， 国家发展和改革委员会在印发的固定资产投资项目节能评估和审查指南通知中指出， 对于评估
标准标龄较长， 个别指标落后于当前实际情况的项目， 该委员会 “正在组织有 关 单 位 抓 紧 标 准 的 制 （修）
订 工 作 ”。
此前， 国家发展和改革委员会发布文件指出， 必须认真抓好固定资产投资项目节能评估和审查工作，
衬板形状沿轴向方向具有斜度， 钢球被分级后， 对物 分级衬板
料的粉碎作用较强， 符合物料粉磨过程的要求。
沟槽衬板
该结构钢球配位数大， 粉磨效率较高。
有衬板， 当球磨机回转时， 研磨体由于离心力的作 用， 贴附在磨机筒体内壁的衬板上， 与筒体一起回 转并带到一定的高度， 在重力作用下， 自由抛物线 落下，将筒体内的物料击碎， 有关文献资料表明， 在 磨 机 横 断 面 上 ， 大 约 ５４％ 的 钢 球 被 提 升 起 来 ， 抛射出去； ４６％的钢球则向下滑落的同时， 还产生 滑动和滚动， 使得研磨体、衬板和物料之间发生研 磨作用， 将物料磨细。
球磨机的主要工作部分是一个装在两个大型轴 承上的低速回转筒体 （ １３～３０ ｒ ／ ｍｉｎ） ， 筒体内壁装
表 １ 磨机衬板的结构分类
类型 平衬板
特点 研磨体与衬板为点接触， 同时出现滑动现象， 效率低。
提升能力不足， 如果该磨机转速较高， 研磨体会抛落 压条衬板
到对面的衬板上， 反而加速衬板和研磨体的磨损。
１０ｍｍ， 冲击功 Ｕ 下降 ０．１ｋｇ·ｍ／ｃｍ２。即衬板厚度应
加大。
衬板表面的形状是决定衬板磨耗率的重要因
素。本文选择波形沟槽衬板。一般波形衬板波节上
升部分—波峰高度 ｈ 应等于钢球最大直径， 波谷半
径等于 （ 或稍大于） 最大钢球半径为宜， 而波峰高
度决定衬板厚度， 考虑铸造衬板 （ 波峰高度大） 太
合金作为衬板材料。
表２ 摩擦角 γ＝２１．８° 原阶梯衬板的 Ｋ＝０．３７
衬板的表面倾角 α０＝α＋γ １０．４８°＋２１．８°＝３２．２８°
改进后的衬板的 Ｋ＝０．７３１
１４．３８°＋２１．８°＝３６．１８°
２．４ 结构设计 本文的衬板采用砂型铸造， 针对衬板 （ 无螺栓
衬板） 的波峰位置进行设计， 考虑阶梯衬板的研磨 死角的问题， 取衬板两头厚度相同， 就消除了研磨 死角的问题， 如图 １。
（ ３） 我们在衬板结构形状调整的同时， 采用了 高铬合金， 取代了原高锰钢衬板， 提高了衬板的耐 磨性。 从 ２００３ 年 １０ 月 使 用 至 今 ， 还 没 更 换 衬 板 ， 效果较好， 据厂家说： 还可用几年， 同时停机次数 减少， 生产率也就提高了。
参考文献：
［１］刘 月 秋 、张 冰 编．水 泥 厂 粉 磨 新 技 术 资 料 汇 编［ｃ］．河 南 建 筑 材 料 研 究设计院， １９９３， １２
目前， 云南大部分中小型水泥厂的水泥粉磨主 要是靠球磨机完成的， 小型水泥生产企业主要使用 的 磨 机 为 Ｆ２．４ ｍ 以 下 的 球 磨 机 ， 因 此 进 行 适 当 的 磨机衬板结构调整， 以获得球磨机的节能高产， 无 疑是十分必要的。
１ 目前常用的衬板结构
１．１ 球磨机的衬板结构 衬板的主要作用就是保护筒体和将能量传递给
（ １） 减少了衬板的维修及更换次数， 因而提高 了 粉 磨 效 率 。２００３ 年 以 前 ， 该 厂 的 阶 梯 衬 板 约 １
年必须换一次， 同时原阶梯衬板的连接螺栓经常 断， 维修次数也多。
（ ２） 过去使用的阶梯衬板， 研磨体—钢球与衬 板接触为点接触， 噪音较大。使用我们设计的波形 沟槽衬板， 钢球与衬板为面接触， 同时由于沟槽里 有 粉 磨 的 物 料 ， 起 缓 冲 作 用 ， 可 以 降 低 ５％～６％噪 声。
（ ２） 衬板的 两 头 厚 度 一 致 ， 以 便 消 除 研 磨 死
建材发展导向 ２００７年第 ２ 期
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应用技术
!
图 ２ 改进后衬板
角。我们将衬板前后高差设为零， 在保证原来阶梯 衬板的提升效果的情况下， 提高了衬板的使用效 果， 同时消除了研磨死角的问题。
３ 生产应用情况
经改进研制的衬板， ２００３ 年 １０ 月投入到沾益 水泥厂使用， 与原阶梯衬板相比，有以下优点：
凸棱衬板
介于平衬板和压条衬板之间。
波形衬板
带球能力较凸棱衬板低， 研磨体出现滑动现象， 但能避免将研磨体抛过高的不良现象。
阶梯衬板
虽然阶梯衬板有一定的优点， 但阶梯衬板的阶梯 处为研磨死点， 同时噪音也大。
半球形衬板
提高钢球与衬板的接触面积， 显著降低研磨体与衬板来自百度文库消耗。
小波纹衬板
波峰和节距较小， 属无螺栓衬板。
厚， 一是铸造热节的问题突出， 使得铸造质量下
降， 导致衬板使用过程中开裂， 影响使用寿命； 二
是研磨体提升过高， 降低磨机效率； 三是衬板太
厚， 磨机有效直径减少， 影响磨机的产量， 因此衬
板厚度及波峰高度应与铸造工艺、钢球最大直径相
匹配。
２．２ 波峰高度
波峰高度取值：
（ １） 波峰高度 Ｘ ：
ｄ／２≤Ｘ≤Ｄ
所磨介质， 衬板设计对于延长衬板的寿命及提高工 作效率十分重要， 现有磨机内部结构的优化主要 着眼于选择合适的衬板， 国内外针对磨机衬板的形 状设计作了大量的研究， 取得了不少进展 ， 除了 考虑衬板材料硬度、韧性、研磨体的种类和配球等 合理性因素外， 同时还要考虑衬板的结构。生产中 常用的衬板结构如下表 １ 所示。
０ 前言
球磨机在建材、矿山等行业中是重要的研磨设 备 ， 而 设 备 使 用 过 程 中 ５０％以 上 停 机 的 原 因 是 机 件磨损失效， 消耗较大的是磨机衬板， 我国的磨机 衬 板 使 用 寿 命 只 有 发 达 国 家 的 ２５％左 右 。 据 估 计 磨 机 有 效 作 业 率 增 加 １％， 产 量 可 增 加 ３％， 同 时 还减轻更换零部件的劳动量。因此提高磨机使用效 率首先考虑衬板材料和结构， 延长衬板的使用寿 命。本文主要考虑磨机的衬板结构改进。
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波峰高度
图 １ 优化的波纹衬板 那么波峰高度取值为 ９０ ｍｍ， 即衬板可取的最
大厚度。但是综合考虑了铸造性能等以上因素后，
我们在生产中并没有使波峰高度 ｈ 最大化， 取波峰
高度 ｈ＝８５ ｍｍ。
２．３ 衬板材料选择
衬板材料的选择要求经济合理化， 我们考虑了
耐磨性、冲击韧性同时兼顾经济性， 选择采用高铬
际技术水平到目前已经大大提高。
以钢铁为例， 我国整体的钢铁业技术水平已经与国际差距不大， 少数企业， 甚至已经达到国际先进水
平。例如， 宝钢已经提前 １４ 年实现了我国钢铁工业 ２０２０ 年的节能降耗目标。
而实际的行业能耗技术水平， 与数年前也不可同日而语。例如， ２００６ 年 １￣５ 月， ７６ 家大中型钢铁企
应用技术
球磨机衬板的结构改进
朱黎江 １， 张乃新 ２ ， 李跃武 ３ （ １．２．昆明冶金高等专科学校 材料机械学院， ３． 昆钢龙山矿）
摘 要： 针对云南曲靖沾益水泥厂的水泥熟料粉磨设备—!２．２×７．０ ｍ 球磨机的衬板， 进行结构优 化， 提高衬板的使用效率和寿命。 关键词： 建材设备； 球磨机； 衬板结构； 波形沟槽衬板； 波峰高度
叠冲击的可能， 取 Ｋ＝２；
Ｎ— 约 ３０８ ｍｍ 长度衬板 可 同 时 排 落 冲 击 的 研
磨体数。
Ｇ— 最大研磨体的单重／ｋｇ；
Ｈ— 研磨体最大降落高度／ｍ；
Ｆ— 每块衬板的轴向截面积。
由此可见， 衬板单位面积所受冲击载荷与磨机
直径、衬板轴向长度上可同时排落的钢球数成正
比， 与衬板厚度成反比。如果衬板厚度每增加
奥 地 利 专 家 Ｆ．Ｔ．Ｓｃｈｅｕｃｈｅｒ 系 统 的 研 究 了 磨 机 衬板后， 提出了衬板表面应设计成一定的沟槽形， 但环沟衬板的提球高度较低， 而阶梯衬板又存在研 磨死角， 影响效率。因此本文主要考虑磨机筒体内 衬板的结构优化—研磨与提升的问题， 提高球磨机 的有效作业率， 延长磨机衬板的使用寿命。 １．２ 磨机衬板的破坏因素