工程论文发表衬板结构对磨矿产品粒度的影响研究
衬板是用来保护筒体，使筒体免受研磨体和物料直接冲击和磨擦，同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。本文主要针对衬板结构对磨矿产品粒度的影响进行了一些研究，文章是一篇工程论文发表范文。
摘要： 对两种高度三种面角共六种不同型式衬板进行磨矿实验，分析研究衬板结构对磨矿效果的影响情况。研究结果表明：对于高度一定的衬板提升条，存在一个最佳的面角，在此最佳面角的作用下，磨机的磨矿效果最佳，对于实验中两种高度衬板，最佳面角均为?兹=70°;衬板高度越大，所能提升的介质层数越多，但衬板高度过大时，则会降低磨矿效果，对于面角相同的衬板，存在一个最佳的衬板高度，实验中最佳衬板高度为H=20mm。
Abstract： This paper carries out the grinding experiments on six types of liners which have two kinds of heights and three kinds of face angles， analyze and researches the effect of grinding by the structure of liners. The research results show the follows： firstly， there is an optimum face angle when the height of liner is certain， and the grinding effect is best， then the optimum face of two kinds of heights of liners is 70°; secondly， the greater height of liners， the more the medium layer we can improve， but if the height of liner exceeds a certain value， the grinding effect is reduced. It has an optimum height of liners for the same face angle of liners， the optimum in erperiments is 20mm.
关键词： 球磨机,衬板结构,衬板面角,产品粒度
Key words： ball mill;the structure of liner;the face angle of liner;the size of product
0 引言
通过对介质运动的研究表明衬板的设计对研磨介质的能量传输具有很大的影响，衬板结构的改变可以引起高达40%的产品生产率[1]，当衬板的结构设计合理时，可使研磨效率达到最大，此时的能量消耗也最小。
论文通过?准600×400mm型球磨机实验机来分析研究衬板结构对磨机研磨状况的影响，提出如何通过改善衬板设计来提高磨矿效率及衬板寿命。
衬板形状是影响球磨机磨矿效率的一个重要因素，当使用平滑衬板时，钢球滚动与滑动作用较强，钢球不易被提升到较高的位置，因此钢球不能对矿物形成较大打击效果。相反，当使用非平滑衬板时，由于非平滑衬板表面存在一定的角度(面角)，能将介质提升到更高的位置，增大了介质在磨机中的势能，同时也减少了介质的滑动，对矿物具有较大的冲击作用。所以，平滑衬板一般适用于细磨，而非平滑衬板适用于粗磨。一般球磨机磨矿溢流细度要求越粗，则对筒体衬板的不平滑性要求就越高，相反，如果磨矿溢流细度要求很细，则筒体衬板的不平滑性要求则越低。即衬板提升条的表面形状与磨矿产品细度要求之间存在着一定的相对应关系[2]。
本论文将研究衬板结构对产品粒度的具体影响状况，并分析如何通过改善衬板表面结构来获得较佳的磨矿效率。
1 粉磨效率的评价标准
粉磨过程中产品细度、磨机产量及能耗等均与粉磨速度有关，通常粉磨速率越大，则对应的的磨机产量则越大。一般选择物料的某一组粒度等级的粉磨效率作为评价的指标。
在选矿厂设计上，通常用-200目(-75?滋m)的含量来说明矿料的细度[3]，因此我们选定75?滋m为粉磨效率的评价等级，来研究不同衬板结构时200目粒度的筛下累积产率(负累积产率)变化情况，分析衬板结构对磨矿效率的影响。
2 实验参数及方法
论文将衬板高度H=20mm的衬板定义为H20型衬板，同理，将高度H=30mm的衬板定义为H30型衬板。本次球磨机规格为?准600×400mm，实验参数设置见表1所示。
实验中采用的提升条面角分别为50°、70°和90°，论文规定衬板的型号按“高度×宽度×面角”来表示，所以六种型式衬板结构及型号见表2和图1所示。
实验用被磨物料为砾石，密度为2.89g/cm3，磨矿时间为60min。根据表1中参数进行实验，对实验所得数据进行曲线拟合分析，并研究衬板结构对磨矿产品粒度的影响。
3 H20衬板结构与粉磨效率的实验研究
3.1 H20型衬板不同面角时的粉磨效率实验
20×20型三种不同衬板-200目产品产率变化曲线如图2所示。由图2可知，三条曲线变化趋势基本相同，在磨矿初期，-200目产品增加速率较快，当磨矿到达一定的时间后，200目以下产品的增加速度逐渐变慢，并基本达到一稳定值不变。
从图2可看出， 20×20×50°型衬板的-200目产品累计产率增加速率转折点为35min，而20×20×90°型衬板到达该转折点的时间为50min，20×20×70°型衬板在60min磨矿时间内，-200目产品累计产率基本上一直处于线性增加阶段。所以比较而言，20×20×70°型衬板其磨矿得到-200目以下产品的能力最高。 比较磨矿到达-200目产品累计产率增加速率转折点时的产率大小，发现20×20×70°型衬板最大，20×20×50°衬板次之，20×20×90°型衬板最低。
3.2 H30型衬板不同面角时的粉磨效率实验
30×30型三种不同衬板-200目产品产率变化曲线如图3所示。由图3可知，H30型衬板-200目产品产率具有相同的变化趋。
从图3可看出， 30×30×50°型和 30×30×90°型衬板的-200目产品累计产率增加速率转折点均为55min，而30×30×70°型衬板在60min磨矿时间内尚未出现速率转折。
比较磨矿达到-200目产品累计产率增加速率转折点时的产率大小，30×30×70°型衬板最大，30×30×50°衬板次之，30×30×90°型衬板最低。产率值大小分布和型衬板相似。
4 实验结果分析与讨论
4.1 衬板高度对磨矿效率的影响分析
提升条高度一般根据介质半径的奇数倍选取，通常提升条高度采用1到3倍磨料或介质的平均半径[4]。本次实验所采用球径为?准20mm，?准30mm和?准40mm，球径配比采用个数相等法，因此介质的平均半径=15mm，同时考虑到对?准40mm介质能产生较好的提升效果，所以实验中采用的衬板高度分别为H=20mm和H=30mm。
图4为六种衬板磨矿60min时-200目产品产率曲线。由图可知，磨矿时间相同时20×20，型衬板磨矿所得-200目产品质量均大于30×30型衬板。观察60min时各类型衬板-200目产品产率值，可知面角相同时，20×20型衬板-200目产品累计产率的值高于30×30型衬板。由此可知，20×20型磨矿效率优于30×30型。
分析原因，有以下几点：一是由于较大的衬板高度减小了筒体内的有效容积，从而减小了介质有效工作空间，使磨机效率降低;二是当衬板高度较大时，在筒体与衬板的接触区域会形成了研磨死角区域，使得大量介质与矿料贮藏在该区域而无法参与磨矿工作，从而降低了磨矿效率。根据实验结果， H=20mm型衬板的磨矿效果优于H=30mm型衬板。
4.2 衬板面角对磨矿效率的影响分析
具有一定形状和角度的衬板能够减少磨球与衬板的相对滑动，而且当衬板的角度选择合理时，能为磨球提供最佳的脱离点，使介质脱离后在底脚区碰撞时有最大的冲击作用，即介质对矿粒有最好的破碎效果。
所以衬板存在一个最佳的面角，在这个面角最佳衬板作用下可使介质从一个最佳的脱离点抛落。从前节分析已知无论对于20×20型衬板或30×30型衬板，其最佳的面角均为70°，面角过大或过小都不能使介质运动达到最佳状态，因此也不能对矿料产生最好的破碎效果。
根据球磨机筒体内介质运动形态划分介质运动区域如图5，图中实线部分为介质的泻落运动区，虚影线部分属于介质的抛落运动区，靠近球磨机中心的部分为肾形蠕动区，在肾型区钢球仅作蠕动，磨矿作用微弱。抛落运动区域外部的月牙形部分属于空白区，此区域是属于钢球未到达之处，不存在磨矿作用[5]。实际工矿中，介质对物料的有效作用主要靠对物料区域的碰撞，因此介质冲击作用的大小用磨球碰撞时垂直方向所具有的动能来衡量，亦即用作自由落体运动时介质下落高度H来衡量。
据此衡量标准，当介质在转动筒体及衬板的作用下开始发生抛落运动的瞬间，介质的初速度将沿与衬板接触面的法线方向，随后在自身重力的作用下作自由落体。因此在相同的抛落高度时，衬板面角的大小决定了介质抛落运动的轨迹及介质在筒体里的最终落点。而不同的介质落点则会对筒体内矿料产生强度不同的磨矿作用。由图5可知，当面角?兹=50°时，介质的抛落轨迹为O1A1A，落点A刚好处于抛落区与肾型区的交汇处，介质从脱离点O1到落点A的竖直距离较短，即介质下落高度H较小，所以对矿料的冲击作用较小，磨矿效率较低。当面角?兹=70°时，介质的抛落轨迹为O1B1B，介质落点B处于介质抛落运动的中间区域，当介质在此处落下时，介质下落高度H较大，能够对物料产生较大的冲击作用，磨矿效率较高。当面角?兹=90°时，介质的抛落轨迹为O1C1C，落点为C，C点处在介质抛落运动的最外层，虽然落点为C的介质下落高度较大，但在重复多次的运动过程中，有一部分介质会撞击在筒体壁或衬板上，使介质动能不能得到有效利用，从而降低了球磨机的磨矿效率。
以上是以单个介质为研究对象，针对不同面角衬板时介质在筒体内的运动轨迹所作的理论分析。在实际的磨矿过程中，对于三种不同面角的衬板而言，介质运动轨迹都存在如图5中的三种情况，但衬板面角不同时，处于不同运动轨迹状态的介质总量有所不同，所以对磨机效率的影响也是不相同。在衬板面角?兹=70°时的磨矿过程中，沿轨迹O1B1B下落的介质较多，所以磨矿效率较高。当衬板面角?兹=50°时，沿轨O1A1A迹下落的介质较多，但由于介质下落高度H较小所以介质对物料的冲击作用小于前者，因此磨矿作用也小于前者。当?兹=90°时，由于较多的介质沿轨迹O1C1C下落，使得介质所具有的较大动能以与筒体壁和介质的碰撞和磨损的形式所消耗掉，而不能产生有效的磨矿作用，所以，此时的磨机效果低于前两种面角的衬板。
4.3 最佳衬板面角拟合求解
分别拟合求取20×20型和30×30型不同面角衬板在60min磨矿过程中-200目产品产率变化如图6和图7所示。
观察图6、图7，随着时间的进行，不同面角衬板磨矿过程中-200目产品产率变化趋势相同，开始曲线陡峭，表明-200目产品产率增加速度较大，随着磨矿的进行，曲线逐渐变平，磨矿速度减慢。除衬板面角大小其他参数相同的条件下，通过观察磨矿结束时-200目产品产率值可发现，该值有一个最大值，表明衬板面角存在一个最优值。在一定的磨矿时间内，在这个面角最优衬板作用下可以得到-200目产品产率最大值，说明在该衬板的作用下，可以得到最佳的磨矿效率。本实验得到的最佳衬板面角为?兹=70°。 5 结论
论文通过对衬板高度H=20mm和H=30mm且分别对应面角?兹=50°、?兹=70°和?兹=90°的六种衬板类型进行了磨矿实验。在本次实验条件及确定参数下，经研究分析得出以下几点结论。
①-200目产品累计产率在磨矿初期增加较快，随着磨矿的进行，其增加的速度逐渐变慢，并保持某一恒定值。
②对于一定高度的衬板提升条，存在一个最佳的面角，并在此最佳面角的作用下，磨机的磨矿效果最佳。对于本次实验的两种高度衬板，最佳面角均为?兹=70°。
③衬板高度越大，所能提升的介质层数越多，但当衬板高度过大时，则在衬板与筒体的接触区域形成研磨死角区，减少了参与磨矿工作的介质与矿料，降低了磨矿效果。所以对于同一衬板面角时，存在一个最佳的高度。本次实验最佳的高度为H=20mm。
参考文献：
[1]Powell， M.S.， The effect of liner design upon the charge motion in a rotary mill. Master dissertation， University of Cape Town， (1988).
[2]李国宗，球磨机筒体衬板形状对磨矿生产率影响的探讨[J].铜业工程，2001(4)：65-66.
[3]李启衡，碎矿与磨矿[M].北京：冶金工业出版社，1980.
[4]孙军锋.衬板提升条对磨机有用功率的影响研究[J].矿山机械，2009，21：56-59.
[5]史国军.基于三维离散元的球磨机介质工作参数研究[D].昆明：昆明理工大学，2008.
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