大山廠半自磨系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新與改造

方志堅(jiān)

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

自20世紀(jì)50年代北美和南美在工業(yè)上采用半自磨工藝以來(lái)，半自磨技術(shù)便得到迅速發(fā)展［1］，半自磨機(jī)的采用省去了中、細(xì)碎作業(yè)，簡(jiǎn)化了流程，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)成本低，節(jié)省了人工成本，便于管理，生產(chǎn)環(huán)境好，降低了常規(guī)破碎流程中大量的粉塵污染和繁重的維修強(qiáng)度［2］。因此半自磨技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)礦山企業(yè)。

德興銅礦大山選礦廠2.25萬(wàn)t/d的半自磨系統(tǒng)于2010年11月投入使用，半自磨系統(tǒng)采用半自磨+球磨+頑石破碎的SABC流程(如圖1所示):其中主要設(shè)備的 φ10.37×5.19m半自磨機(jī)和φ7.32×10.68m球磨機(jī)采用一對(duì)一用于一段磨礦;半自磨機(jī)的排礦端設(shè)有兩臺(tái)ZKK3675直線振動(dòng)篩(一臺(tái)工作，一臺(tái)備用)進(jìn)行分級(jí)，篩上產(chǎn)物去頑石破碎系統(tǒng)(MP800圓錐破碎機(jī))進(jìn)行破碎，頑石經(jīng)破碎后再次返回到半自磨機(jī)給礦皮帶，篩下產(chǎn)物進(jìn)入旋流器分級(jí)系統(tǒng);旋流器分級(jí)系統(tǒng)為兩組φ838-6旋流器(兩組同時(shí)工作)，其中沉砂顆粒進(jìn)入球磨機(jī)再磨，溢流產(chǎn)品采用自流管路輸送至160m3浮選系列進(jìn)行粗選。

圖1 半自磨系統(tǒng)流程圖

2 運(yùn)行初期存在的一些問(wèn)題

半自磨系統(tǒng)自投產(chǎn)以來(lái)問(wèn)題不斷，運(yùn)行初期每周都要停機(jī)檢修，嚴(yán)重影響半自磨系統(tǒng)的正常運(yùn)行，以下列舉的是半自磨系統(tǒng)一些比較突出的問(wèn)題。

2.1 半自磨機(jī)出料端蓋漏漿、襯板壽命短

出料端蓋原設(shè)計(jì)的是金屬礦漿提升器及金屬蓋板配合安裝(見(jiàn)圖2.1)，運(yùn)行后暴露出以下幾個(gè)主要問(wèn)題:其一因單塊襯板過(guò)重，半自磨機(jī)在工作時(shí)又產(chǎn)生較大的離心力，造成螺栓不能夠完全把緊襯板，導(dǎo)致端蓋螺栓孔漏漿;其二出料端的內(nèi)圈礦漿提升器因單塊襯板過(guò)重(達(dá)1.5T)，運(yùn)行一段時(shí)間后襯板上的螺栓孔會(huì)隨襯板變形而變形，導(dǎo)致螺栓失效，進(jìn)而提升器經(jīng)常性掉落;其三因鑄造襯板的安裝孔尺寸很難保證，加上襯板笨重，造成襯板安裝難度相當(dāng)大。

圖2.1 原設(shè)計(jì)出料端金屬件襯板裝配圖

2.2 半自磨機(jī)進(jìn)料端蓋漏漿嚴(yán)重

進(jìn)料端蓋原設(shè)計(jì)的襯板與提升條為整體鋼襯板，其單塊襯板重量最高達(dá)1.8t(見(jiàn)圖2.2.2)，同樣在半自磨機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)端蓋螺栓孔磨大及漏漿的現(xiàn)象，漏出的礦漿對(duì)大齒輪的安全運(yùn)行存在很大的隱患，而且鋼襯板存在笨重、安裝勞動(dòng)強(qiáng)度大、使用壽命相對(duì)過(guò)短等問(wèn)題。

圖2.2.1 原設(shè)計(jì)進(jìn)料端金屬件襯板裝配圖

圖2.2.2 原設(shè)計(jì)襯板3示意圖

2.3 半自磨機(jī)筒體襯板易斷裂且正常使用壽命短

半自磨系統(tǒng)運(yùn)行初期，因原設(shè)計(jì)襯板長(zhǎng)(最長(zhǎng)達(dá)2360mm)容易變形、重量高(最重達(dá)2077Kg)容易產(chǎn)生鑄造缺陷，生產(chǎn)過(guò)程中鑄件工作面出現(xiàn)多肉(瘤)，安裝面出現(xiàn)縮孔、變形、脹箱，熱處理后氣割澆冒口出現(xiàn)裂紋等鑄造缺陷［3］，造成筒體襯板易碎裂及不耐磨現(xiàn)象，使用壽命低于2200h(圖2.3是半自磨機(jī)使用后的斷裂筒體襯板)，導(dǎo)致半自磨系統(tǒng)每周都要停機(jī)檢查并更換碎裂的襯板，運(yùn)轉(zhuǎn)率極低，這不僅提高了生產(chǎn)成本，而且設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率難以提高，嚴(yán)重制約著半自磨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。

2.4 半自磨機(jī)及球磨機(jī)小齒輪軸承座漏油嚴(yán)重

傳動(dòng)部中的小齒輪軸組由靜壓軸承液壓站供油進(jìn)行稀油潤(rùn)滑，小齒輪轉(zhuǎn)速200r/min，溫度約50-70℃，其軸承座密封原設(shè)計(jì)方式是采用V型密封和迷宮密封組合形式，主要是通過(guò)端面密封與迷宮來(lái)實(shí)現(xiàn)密封目的，迷宮密封起到阻止外部塵埃、顆粒進(jìn)入，與迷宮密封一側(cè)的V型密封起到二次防塵作用，另一側(cè)V型密封則起到主密封作用，但從半自磨系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)一直存在軸承座嚴(yán)重漏油現(xiàn)象(見(jiàn)圖2.4)。

圖2.3 半自磨機(jī)筒體襯板使用情況

圖2.4 半自磨機(jī)及球磨機(jī)軸承座漏油嚴(yán)重

2.5 半自磨6#A大傾角輸送皮帶設(shè)計(jì)不合理

半自磨系統(tǒng)6#A波狀擋邊皮帶是半自磨排出的頑石送往頑石倉(cāng)的提升輸送膠帶，坡度為約75°，提升高度達(dá)25米。投產(chǎn)運(yùn)行后，經(jīng)常出現(xiàn)落礦、皮帶提升斗易磨損磨斷現(xiàn)象。而且皮帶的使用壽命相當(dāng)短，平均1-2個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)皮帶撕裂現(xiàn)象。

3 對(duì)設(shè)備問(wèn)題的改進(jìn)措施

針對(duì)半自磨系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，大山廠從二零一一年年初開(kāi)始逐步整改和完善存在的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)三年多的不懈努力，效果顯著。現(xiàn)大山廠半自磨系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行正常，截止二零一四年九月份半自磨系統(tǒng)臺(tái)效為987噸/小時(shí)、運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)92.7%。下面簡(jiǎn)單介紹大山廠針對(duì)這些問(wèn)題提出的創(chuàng)新性方案以及改造后的效果。

3.1 半自磨機(jī)出料端蓋襯板部分改型

針對(duì)出料端襯板存在的問(wèn)題，經(jīng)分析半自磨機(jī)在運(yùn)行中礦石和鋼球沿端襯工作面法線方向拋出，礦石和鋼球拋落點(diǎn)在筒體上，端襯板主要起研磨作用(碎礦效率可忽略不計(jì))，故而提出采用橡膠復(fù)合端襯板，復(fù)合襯板整體上具有橡膠的高彈形變，同時(shí)也具備良好的動(dòng)態(tài)疲性能，能吸收和逸散固體粒流的沖擊能量，從而緩解沖擊磨損［4］。只要抗撕裂性能達(dá)到使用要求，采用橡膠端襯板替代金屬襯板在技術(shù)上是完全可行的。而且使用金屬襯板，磨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)噪音最高達(dá)110 dB，嚴(yán)重?fù)p害工作人員的身心健康［5］，另外橡膠襯板材質(zhì)為可再生資源，符合國(guó)家提出的環(huán)保低碳要求。

二〇一一年七月將出料端鋼襯板(除格子板，見(jiàn)圖3.1.1)改為橡膠復(fù)合襯板，大大減輕了單塊襯板重量，現(xiàn)基本沒(méi)有出現(xiàn)端蓋漏漿現(xiàn)象;其二復(fù)合襯板是特殊合金鋼板與橡膠模壓成型，這種設(shè)計(jì)結(jié)合了高性能合金鋼、橡膠的最佳特性，既提供了襯板的表面抗沖擊、耐磨損能力，也對(duì)襯板的固定沉頭螺栓起到了良好的保護(hù)作用，至今內(nèi)圈礦漿提升器不僅未出現(xiàn)掉落現(xiàn)象，而且襯板磨損狀況也良好;另外橡膠件是模壓硫化而成，相比鑄造件其外形尺寸及安裝孔位可以得到保證。改造后實(shí)踐證明，此方案充分發(fā)揮了橡膠自身耐磨耐沖擊性，延長(zhǎng)了襯板的使用壽命，也降低了襯板更換勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖3.1.1 出料端改造后的橡膠襯板裝配圖

圖3.1.2 中圈槽板使用后的照片

3.2 半自磨機(jī)進(jìn)料端蓋襯板換型

圖3.2.1 改造后進(jìn)料橡膠襯板件裝配圖

針對(duì)進(jìn)料端蓋漏漿嚴(yán)重現(xiàn)象，根據(jù)出料端襯板成功改造的經(jīng)驗(yàn)，二零一一年年底除中、外圈提升條外其它全部改成橡膠復(fù)合襯板，采用鋼提升條與橡膠襯板配合使用(見(jiàn)圖3.2.2)對(duì)半自磨機(jī)端蓋本體有很好的保護(hù)性作用，而且將原設(shè)計(jì)的三圈改為四圈襯板(見(jiàn)圖3.2.1)，減輕了單件襯板重量(原進(jìn)料端錳鋼襯板總重約85t，改造后的橡膠復(fù)合襯板總重約50t)，不僅解決了端蓋襯板經(jīng)常漏漿的難題，而且磨機(jī)運(yùn)行期間作用在主軸承和小齒輪上的壓力也顯著減少，間接改善齒輪和軸承的使用壽命。經(jīng)試驗(yàn)證明，橡膠復(fù)合襯板對(duì)半自磨機(jī)的生產(chǎn)能力、磨礦效率、產(chǎn)品細(xì)度也沒(méi)有明顯的影響。

圖3.2.2 改造后鋼提升條與橡膠襯板結(jié)構(gòu)圖

3.3 半自磨機(jī)筒體襯板改進(jìn)

針對(duì)筒體襯板經(jīng)常性出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，我廠結(jié)合中信重工利用離散元DEM軟件(見(jiàn)圖3.3.2)模擬半自磨機(jī)的運(yùn)行狀況，得到半自磨機(jī)的磨碎和破碎過(guò)程數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析對(duì)比［6］，提出筒體襯板第一次改型:由原設(shè)計(jì)的44排2列全高波峰襯板改成66排3列(按高—平—高方式)布置的襯板(見(jiàn)圖3.3.1)，即一半的筒體襯板有較高的提升條，另一半筒體襯板提升條高度比襯板基體略高(＜50mm)，兩種襯板間隔排列，減少單塊襯板重量，提高襯板使用率;其次是改變襯板提升條夾角(切線的面角由原設(shè)計(jì)的50°改為60°，見(jiàn)圖3.3.3)，因襯板的凸棱越高對(duì)鋼球物質(zhì)的提升就越高［7］，為將頂部提升角減小使物料落到接近物料趾部，使中間區(qū)域提升角增加，讓更多的物料被提起，避免提升能量浪費(fèi)，以及將提升條高度增加使提升物料增加，間接提高襯板使用壽命。襯板尺寸改小后，鑄造工藝更好控制，有益于提高鑄造質(zhì)量。

二零一二年九月安裝的第一次改型襯板使用壽命得到較大的提高，平均使用壽命達(dá)2600h，甚至襯板斷裂現(xiàn)象得到顯著改善。根據(jù)多次摸索筒體襯板磨損規(guī)律，相繼提出第二、三次筒體襯板改型，合理設(shè)計(jì)襯板結(jié)構(gòu)、改進(jìn)襯板材質(zhì)，控制襯板硬度、提高沖擊韌性，現(xiàn)筒體襯板平均使用壽命可以達(dá)到3000h，襯板斷裂現(xiàn)象明顯減少。

圖3.3.1 襯板改型前與改型后的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3.3.2 襯板結(jié)構(gòu)進(jìn)行DEM模擬

圖3.3.3 改進(jìn)后的筒體襯板截面圖

3.4 半自磨機(jī)及球磨機(jī)小齒輪軸承座油封改造

根據(jù)軸承座漏油現(xiàn)象嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，主要是因?yàn)閂型密封過(guò)盈大，起不到良好的密封效果，特別是在內(nèi)側(cè)V型密封失效后外側(cè)V型密封無(wú)法實(shí)現(xiàn)密封效果。

期間通過(guò)改用剖分雙唇夾布油封形式，采用背靠背形式安裝，但使用效果仍然不穩(wěn)定，時(shí)而泄漏嚴(yán)重。后按照工況條件特殊設(shè)計(jì)一種密封結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3.4)，采用嵌套式油封組合形式，采用同向安裝，加強(qiáng)對(duì)內(nèi)部循環(huán)油的密封，唇口采用特殊設(shè)計(jì)，使密封性能更優(yōu)越，其中防塵防護(hù)唇也可起到一定的防塵防水效果。不僅如此，現(xiàn)場(chǎng)也針對(duì)軸承座將兩處的回油口的高度不一致，將回油管連接到較低的回油口，減少回油最低液位，并重新設(shè)計(jì)剖分密封安裝處的回油口，重新將回油口銑成貫通式回油方式，使漏出的油能再剖分密封處形成回路。目前改造后的軸承座基本無(wú)漏油現(xiàn)象。

圖3.4 半自磨機(jī)及球磨機(jī)軸承座改造后的剖分式密封

3.5 半自磨6#A大傾角輸送帶改造

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)暴露的問(wèn)題，經(jīng)分析是存在設(shè)計(jì)不合理，坡度過(guò)陡，造成提升皮帶運(yùn)行時(shí)抖動(dòng)非常大，進(jìn)而造成料斗內(nèi)的頑石從高處掉落，掉落的頑石經(jīng)常砸壞托輥支架及滾筒，掉落的頑石也在皮帶尾部堆積使皮帶過(guò)流跳停，嚴(yán)重影響安全及正常生產(chǎn)，而且坡度過(guò)大也致使提升斗易破損，皮帶磨損斷裂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自投產(chǎn)一年多來(lái)更換該皮帶就高達(dá)9條多，造成了成本費(fèi)用上升的同時(shí)，也抑制了半自磨運(yùn)轉(zhuǎn)率及生產(chǎn)能力。

后經(jīng)過(guò)多次研究討論、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量計(jì)算，首要條件是減少皮帶提升角度，將皮帶改向輪、壓帶輪、尾輪、尾部拉緊裝置及各自基礎(chǔ)整體往后平移1.2米，皮帶頭部至尾部的托輥支架槽鋼底座根據(jù)調(diào)整角度適當(dāng)提高。

圖3.5 半自磨6#A皮帶改造

經(jīng)改造后，皮帶提升角度由原來(lái)的75度降低到68度(見(jiàn)圖3.5)，同時(shí)對(duì)皮帶頭部的上部、兩側(cè)安裝了擋礦皮，防止皮帶轉(zhuǎn)向彈礦，解決了打滑、跑偏、灑礦等現(xiàn)象，輸送能力也大大得到了提高，延長(zhǎng)了其使用壽命，減少其更換次數(shù)，由9次/年變?yōu)?次/年，同時(shí)穩(wěn)定了頑石破MP800圓錐的給礦，提高了破碎機(jī)的利用效果，進(jìn)而提高了半自磨臺(tái)效約6T/H，為半自磨達(dá)產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

半自磨系統(tǒng)是現(xiàn)代首選破碎磨礦技術(shù)，中國(guó)在未來(lái)十年將是大型半自磨機(jī)的應(yīng)用主要市場(chǎng)。半自磨系統(tǒng)在大山選礦廠投產(chǎn)第一年運(yùn)轉(zhuǎn)率僅為79.6%，經(jīng)過(guò)不斷技術(shù)創(chuàng)新、不斷完善問(wèn)題，第二年運(yùn)轉(zhuǎn)率上升至84.9%，第三年運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)90%，截止2014年9月半自磨系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)再創(chuàng)新高，運(yùn)轉(zhuǎn)率高達(dá)92.7%，運(yùn)轉(zhuǎn)率四年四個(gè)臺(tái)階，達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平。穩(wěn)產(chǎn)達(dá)標(biāo)不再是目標(biāo)，充分發(fā)揮了半自磨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，這將為其它礦山企業(yè)的半自磨系統(tǒng)提供一定的借鑒和參考依據(jù)。

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