格子型球磨机格子板结构分析与优化设计

球磨机是目前市场上应用普遍的粉磨设备，按排矿方式可分为溢流型球磨机、格子型球磨机和周边型球磨机三种类型，其中格子型球磨机因其处理能力强所以应用较为广泛。但是传统格子型球磨机由于格子板结构和中心衬板设计的缺陷，常出现中心衬板掉落、使用寿命短、使生产被迫停止检修等问题，严重影响了选矿厂的正常生产。为此，提出了一种新的格子板结构，并进行结构优化，并对格子板提出了新的材料和工艺要求，解决了传统型格子板容易掉落及使用寿命短等问题。

 

1、格子板的作用

格子板是格子型球磨机的特有部件，它常与簸箕衬板一起组成排矿格，在1段磨矿中格子板控制排料粒度。排料粒度的大小控制不好容易造成1段分级效率不高，溢流跑出的问题，特别是选矿品位逐年降低，要提高产量和降低运行成本，就必须提高磨矿效率，控制好排矿孔的大小。

格子板的主要作用有：①实现磨矿机的强迫排矿（低水平排矿），矿料周转快，过磨轻，有利于提高磨矿能力；②格子板的格子孔宽度向排矿方向逐渐扩大（梯形），可防止矿浆倒流和大块矿粒堵塞；③起筛分作用，阻止大块矿料和磨碎的介质排出。

2、传统型格子板的结构分析

（1）格子板孔排列形式及分析

传统格子孔的排列有同心排列和辐射排列2种方式，见图1。

通过理论分析和实践，总结出格子孔同心排列，矿浆顺格子流动，格子孔磨损严重，矿浆易回流。格子孔辐射排列，矿粒在通过格子板瞬间受离心力作用，顺孔向外移动，容易造成堵塞。这2种格子孔虽然起到了格子板孔的作用，但其缺点对球磨机的排矿效率和使用性能造成严重影响。

（2）传统格子板结构缺点

目前选矿厂大都采用外圈衬板、内圈衬板和中心板的结构。格子板由大小16块组成，中间是一套中心衬板。内圈格子板压在中心衬板上铸造出的5个耳板上，并用螺钉固定在出料部上。首先在矿石和钢球的不断冲击下，中心衬板随磨机旋转并上下窜动，随着磨损的加剧，中心衬板与格子板之间的间隙逐渐增大。其次由于中心衬板受到钢球和物料的冲击磨损，使图中圆圈部位被磨损，固定衬板的螺钉将被一起磨损，钢球自然会撞击到螺钉的尾部，使螺栓内部产生循环应力，导致螺栓松动，甚至有可能断裂，对中心衬板的固定作用产生很大的影响，导致衬板失去支撑而后造成中心衬板脱落。由于此种结构的不合理，经使用发现新安装的格子板掉落，并在使用2～3个月就从大小格子板上、下、左、右缝隙中往外“吐球”，严重时24h要吐3～4t直径30～60mm的钢球。

（3）传统格子板寿命短

球磨机衬板主要承受球体和物料的瞬时冲击力、滑动摩擦力、滚动摩擦力等载荷作用。衬板在复杂作用力下，使寿命降低。衬板属于易耗零件，传统材质为锰钢（ZGMn13），衬板寿命是选矿厂主要成本指标，格子板在使用6个月以后，就开始断裂吐球，但此时衬板仍有一定的厚度可以继续使用，因此造成了衬板在一定程度上的浪费。

3、改进方式及优化设计

（1）格子板孔排列形式改进

通过理论分析，在设计时将格子板孔按倾斜排列，这种排列方式克服了同心排列和辐射排列的缺点。扇形箅孔宽度为7～20mm，一般以7～8mm为宜，矿石可以通过箅孔进入格子板与端盖的空间内，经簸箕板滑落到中空轴出料衬套内，排出机外。改进后格子板孔排列形式见图2。

（2）格子板结构改进

由于传统格子板结构的缺陷，对格子板结构进行了改进，在保证其强度和使用寿命的前提下，将中心衬板去掉，采用延长铸造内圈格子板的方法，将内圈格子板均分成8块扇形衬板。

为了使格子板更好的发挥作用，提高磨矿能力，应在出料部中合理布置格子板，并保证在球磨机运转过程中牢固、不脱落。改进后，去除了原有螺钉，在工作中将螺栓的尾部扁头螺栓位置加深，越过格子衬板平面，若突出结构被磨平，钢球也不会直接撞击到螺栓，避免了螺栓因受到循环应力而松动或断裂。对于较大格子板来说，在较大格子板较宽的一端两侧都加上侧筋，填补了统一长度后留下的空隙。对于小格子板来说，增加格子板孔中心的间距，就相当于加宽两孔间的筋宽。

（3）提高格子板使用寿命及其工艺要求

为提高衬板使用寿命，将衬板材质改为含锰、铬、镍等金属的抗磨白口铁材料，其基体为马氏体并有大量弥散分布硬质点以提高耐磨性。此外，添加了一定的Mo、W、V、和Ni等元素以强化基体。

更换衬板材质后，采用临界热处理得到表面成分有马氏体、奥氏体、渗碳体等金相组织，具有较高抗冲击性、耐磨性和抗高温性。

通过分析以往球磨机衬板更换过程积累的数据和经验，将内圈格子板厚度尺寸由原来的90mm加厚至105mm，中心衬板厚度由原来的85mm加厚至100mm。虽然增加了衬板的重量，但使用寿命可延长了近2个月，节省了维修费用和衬板材料。由于格子板属于长薄、厚度不均铸件，所以铸造时必须考虑如下两方面的问题：①由于衬板表面积很大，浇铸时容易产生掉砂现象，比其他普通铸件浇铸难度大；②由于衬板长，铸造时容易产生变形，铸造时铸件的化学成分、力学性能应符合JB/T6404—92标准中的相关规定。把装螺钉孔位置用样板进行检查，保证螺栓连接自如，不受剪切力。铸件要求在1000～1050℃温度下进行水淬处理和回火处理且不得产生裂纹，热处理水韧处理后硬度为179～228，若超过此规定，则铸件应进行二次热处理。

4、改造效果

据统计，改造后球磨机衬板使用平均寿命由原来的6个月延长到7个半月，两年可节省1套球磨机衬板，节省备件费用约5万元，同时避免了频繁更换衬板，减少了维修费用和衬板材料的浪费，增加了车间单系列72h（维修需按3d计算）的运转时间，可增产铁精粉1100t，创造经济效益达80万元。