球磨机衬板的设计要点

球磨机衬板的设计要点

作者：王宾武张立秋

来源：《中国科技博览》2016年第06期

[摘要]通过对球磨机衬板功能、衬板的磨损原理介绍。阐述球磨机衬板的材料选择、结构设计及安装等技术要点。

[关键词]球磨机；衬板；新材料；结构设计：安装要求

中图分类号：TQ051.91 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0026-01

球磨机广泛应用于冶金、选矿等领域。球磨机的衬板是主要易损件，按2003年的水泥产量推算，实际消耗量近10万吨。由此可见衬板的性能、寿命成为了用户最为关心的经济技术指标之一，衬板的结构形式及材料的选择等是产品设计的要点。

1 球磨机衬板工作条件分析

1.1衬板的磨损分析

球磨机衬板的主要作用为保护磨机筒体，并利用衬板表面的特殊结构，将钢球提升到一定的高度，赋予其一定的动能，形成“抛落式”运动轨迹，对物料进行研磨和粉碎，所以衬板的主要失效形式为小能量多次冲击下造成的磨料磨损。在工作状态，大直径的钢球分布在靠近筒体侧，泄落过程中大部分砸在物料的床底部，只有小部分砸在衬板上，由于物料的缓冲作用以及物料与钢球在运动中的相互撞击改变了钢球的运行轨迹，造成泄落点偏离，下降高度降低，因而减缓了钢球对衬板的一次冲击，提高了冲击率。

球磨机的有效直径大于冲击点直径，通过分析可以确定筒体内钢球撞击到衬板前需经多次撞击折落，所以衬板所受到的冲击远小于（衬板的厚度按有效直径的计）垂直下落物体所产生的冲击能。国外的研究认为：衬板磨损率与钢球的冲击能大小成正比，而钢球的冲击能又与筒体的直径成正比，因此衬板的磨损率与筒体直径成正比：

通过以上分析及大量的生产实践表明：衬板的磨损率与生产工艺设置、衬板结构形式、钢球的充填率、磨机操作方式等许多因素有关。

1.2 衬板的分类和安装

球磨机的衬板种类各异，按连接方式可分为镶嵌式衬板、螺栓连接衬板；按安装位置可分为筒体衬板、端衬板、人孔衬板；按表面形状可分为阶梯形衬板、球形衬板、平衬板、沟槽衬板、波浪形衬板等。

筒体衬板多以凸棱形的外表面结构形式为主，该结构形式提升能力较高，并且对同一层球体的提升高度均匀，从而达到衬板表面的磨损较均匀。不论是完全光滑的或是刻有花纹的工作表面，平衬板对钢球的提升作用，基本都是依靠钢球与钢球之间的静摩擦力。湿式磨机的静摩擦系数为，干式磨机为，由于静摩擦系数比实际的需要小很多，从而出现相对滑动现象，致使提升高度降低。

安装质量对高硬度衬板的可靠性同样起着极其重要的作用。通常衬板与筒体的固定方式有两种：螺栓联接和无螺栓联接（镶嵌式）。无螺栓联接大多用于干式磨机，优点是：减少筒体的钻孔数量，有利于保护筒体强度。缺点是：衬板铸造尺寸要求比较严格。螺栓联接的应用较广泛，优点是：牢固可靠、抗冲击、耐振动，缺点是：筒体钻孔数量较多，从而削弱了筒体的强度。其设计原则是：以保证强度为前提，尽可能的减少把合螺栓数量。

2 衬板的常用材料及主要失效形式的分析

2.1 衬板的常用材料

（1）高锰钢：高锰钢（）的化学成分中的含量为，原始表面硬度，在磨机运转过程中，受到钢球及物料的冲击后产生硬化作用，表面硬度可增加到以上。对于大型磨机，高锰钢衬板常常由于受到剧烈的冲击而产生变形，造成衬板本身及筒体受到损伤，因而高锰钢衬板易在中、小型磨机中使用。

（2）低铬合金铸钢：该材质衬板对冲击的敏感度低，衬板不会因受到冲击而变形，可有效地保护筒体，适合用于大型磨机。

（3）高铬合金铸钢：应用广泛，尤其适用于高铬铸球为研磨介质的磨机。

（4）高铬合金铸铁：具备相当于白口铸铁的较高原始硬度，又有一定的韧性，冲击力较低时具有较高的耐磨性，并且具有较高的性价比。

（5）橡胶衬板：近年橡胶衬板的应用较多，其适用于粉磨特殊物料的磨机。

2.2 新材料的应用

目前，随着金属材料领域的不断发展，应经出现了几种新材料衬板并且应用于工业化生产中，比如：典钢铁奥克隆德有限公司生产的HARDOX400系列耐磨性钢板，不但具有高耐磨性，而且该材质可进行机械加工及焊接作业。双金复层耐磨钢板采用明弧自保护全自动堆焊工艺，在普通钢板或不锈钢板表面堆焊复合一层具有高硬度、高耐磨性的高合金耐磨层，该耐磨钢板具有双金属性能，即工作层的高耐磨性和基体层的高塑韧性。

2.3 衬板失效形式及分析

断裂失效：衬板因受到钢球和物料的较大冲击，特别是目前磨机大型化的发展形势下，冲击作用又被增大。

凸起变形：在工作中衬板受到钢球和物料不断的冲击产生相变，使体积增大，同时还有由于材料的延展产生的塑性变形，而衬板的周边尺寸受磨机外形尺寸的限制，没有伸缩空间使衬板凸起，可造成把合螺栓断裂，衬板脱落等现象。

磨损失效：磨损时磨机衬板失效的主要形式，即使衬板材料具备冲击硬化效果，但硬化层还是很薄，在钢球和物料的反复作用下，被挤压变形隆起的金属及受大块磨料的反复冲击，硬化层很容易开裂或脱落。

3.结语

（1）球磨机衬板直接受到较大冲击的几率很小，使用具有一定强韧性的高硬度、高耐磨性的材料是安全可靠的。

（2）选材时要考虑不同直径磨机所承受的冲击和磨损条件不同分别考虑。

（3）高锰钢衬板在中、小型球磨机的衬板应用中，能很好的发挥冲击硬化作用。

（4）大型磨机的衬板选用铬合金铸钢较安全可靠，且性价比较高。

参考文献

[1] 周恩浦. 粉碎机械的理论与应用. 中南大学出版社， 2004年.P231-319

作者简介：王宾武（1969-），男，籍贯辽宁省沈阳市，助理工程师，目前担任中国有色（沈阳）冶金机械有限公司冶矿事业部经理职务，主要从事生产、技术、质量管理工作。