采礦業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的基石，大到飛機、航母、摩天大廈，小到汽車、手機、電子元件，無一不依賴其提供最基礎(chǔ)的原材料。半自磨機作為采礦業(yè)重要的破碎和研磨設(shè)備，裝機量逐年攀升。耐磨襯板是半自磨機的重要部件，主要作用是提升礦物和研磨介質(zhì)，使其相互摩擦碰撞，從而破碎、磨細(xì)礦物，同時保護(hù)磨機本身免受礦物和研磨介質(zhì)的損害。近30 年來，由于磨機設(shè)計理論和磨機制造技術(shù)不斷進(jìn)步，大型半自磨機得到廣泛應(yīng)用，目前全球最大半自磨機規(guī)格已達(dá)到 φ13.41 m×7.92 m。隨著磨機規(guī)格的不斷增大，為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、降低礦石處理成本，研磨介質(zhì) (主要是各種材質(zhì)的磨球，以鋼球居多) 的尺寸也不斷增大，直徑由 φ70 mm 最大增至φ150 mm，質(zhì)量由 1.41 kg 猛增至 13.87 kg。磨機半徑增大導(dǎo)致線速度增大，φ12.2 m 半自磨機中 φ150 mm鋼球的沖擊力約為 φ5 m 半自磨機中 φ70 mm 鋼球沖擊力的 24 倍。

由于半自磨機內(nèi)部鋼球的拋落受到磨機轉(zhuǎn)速、襯板高度、提升面角等影響，鋼球運行軌跡復(fù)雜，有部分鋼球會直接沖擊筒體襯板。高頻次、高能量沖擊會導(dǎo)致表面材料疲勞，造成襯板超預(yù)期磨損和斷裂，這對襯板的結(jié)構(gòu)強度、材料強韌性和耐磨性提出了更高的要求。近年來，半自磨機襯板的材料和制造工藝進(jìn)步明顯，但仍然難以滿足半自磨機大型化給耐磨襯板帶來的巨大挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，必須持續(xù)提高襯板結(jié)構(gòu)強度并合理選擇襯板材料，以抵抗鋼球巨大沖擊力造成的破壞和襯板的超預(yù)期磨損。筆者結(jié)合多年來的襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和生產(chǎn)制造經(jīng)驗，對半自磨機襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和選材進(jìn)行系統(tǒng)研究和總結(jié)。

1 襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計

依據(jù)提升條在襯板上的位置分布，可以將半自磨機筒體襯板的結(jié)構(gòu)形式分為“丄”形 (“山”形)、“L”形和分體式，如圖 1 所示；也有學(xué)者依據(jù)襯板的整體形狀對襯板結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了細(xì)分，如楔形、波形、平凸形等。無論筒體襯板采用何種結(jié)構(gòu)形式，其目的都是提升物料和保護(hù)筒體。半自磨機的主要作用是破碎，改進(jìn)襯板結(jié)構(gòu)的主要目標(biāo)是增加提升能力、強化破磨效果。襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則是，既要解決磨機襯板頻繁更換帶來的低運轉(zhuǎn)率問題，又要在滿足產(chǎn)能要求條件下使襯板有足夠長的壽命，且容易安裝和拆卸。