我國是一個(gè)資源大國，鐵礦石開采量居世界前列，每年大約為2.5億t。襯板是磨機(jī)的主要消耗部件，一般高錳鋼襯板在一段磨機(jī)上使用壽命為6～10個(gè)月，在二段磨機(jī)上使用壽命為10～18個(gè)月。各礦山選礦廠用于處理鐵礦石的球磨機(jī)有上千臺，這些磨機(jī)每年就消耗襯板5萬t以上，耗費(fèi)資金約2.5億元。
    磁性襯板是靠磁力在襯板工作面吸附一層磁性物質(zhì)，形成保護(hù)層，減少襯板工作面與運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)和物料直接接觸，從而達(dá)到減輕磨損，延長襯板壽命的目的。
    北京礦冶研究總院擁有全國最大的磁性材料研究中心和生產(chǎn)基地，具有雄厚的技術(shù)力量，于1987年開始磁性襯板的研究，橡膠一金屬磁性襯板于1992年通過原中國有色金屬工業(yè)總公司組織的技術(shù)鑒定；1997年又與包鋼選礦廠合作，為其六系列二次Ø3. 6m×6.Om溢流型球磨機(jī)研制了HM型大型磨機(jī)全套磁性襯板（包括簡體襯板和端襯板），通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的技術(shù)鑒定。
1、國內(nèi)外概況
    在20世紀(jì)70年代，挪威和美國就有人提出了用磁性襯板保護(hù)球磨機(jī)簡體和溜槽的建議。1980年瑞典Skega公司橡膠襯板的創(chuàng)始人Bertil Brandt在專利中提出了8種較實(shí)用的磁性襯板結(jié)構(gòu)。1983年1月，加拿大的第十五屆選礦會(huì)議上介紹了磁性磨機(jī)襯板在諾蘭達(dá)礦山有限公司Home選礦廠的試驗(yàn)和應(yīng)用情況。20世紀(jì)90年代初期開始在加拿大、美國、北歐、南美洲、非洲等一些國家和地區(qū)推廣應(yīng)用磁性襯板。
    國內(nèi)對磁性襯板的研制始于80年代末。除北1988年開始研制磁性襯板，1993年通過技術(shù)鑒定，長沙礦冶研究院和鞍山礦山設(shè)計(jì)院等單位也進(jìn)行過此類研究。據(jù)資料介紹，這些單位的磁性襯板大多只能成功應(yīng)用于磨機(jī)簡體，而且限于Ø3.2m以下的中小型二段球磨機(jī)。北京礦冶研究總院為包鋼選礦廠Ø3. 6m×6.0m溢流型球磨機(jī)研制的HM型全套磁性襯板的成功應(yīng)用，使磁性襯板取得了很大進(jìn)展。該磁性襯板不僅是國內(nèi)最大規(guī)格的球磨機(jī)磁性襯板，而且首次實(shí)現(xiàn)了大型磨機(jī)襯板的全部磁性化。
    磁性襯板的結(jié)構(gòu)分為兩種形式：一是利用電磁鐵的磁力保護(hù)原有的襯板；二是利用磁性材料制成襯板，使簡體內(nèi)壁產(chǎn)生一種自動(dòng)再生的動(dòng)態(tài)保護(hù)層，目前成功應(yīng)用的磁性襯板大都是這種結(jié)構(gòu)。
2 、HM型大型磨機(jī)磁性襯板的研制
    磁性襯板由磁系、保護(hù)磁系的外殼以及聯(lián)結(jié)其兩者的彈性粘膠劑構(gòu)成。磁系的設(shè)計(jì)是磁性襯板研制成功的關(guān)鍵，需著重從構(gòu)成磁系的材料特性、磁系結(jié)構(gòu)及其表現(xiàn)的磁場特性這三個(gè)方面進(jìn)行研究。
    大型球磨機(jī)磁性端襯板在國內(nèi)還沒有成功應(yīng)用的報(bào)道，主要原因是其受力方向與簡體襯板有較大不同。簡體襯板在工作中受到的沖力的法向分力較大，相對來說在簡體上的吸附和對保護(hù)層的吸附都較牢固。而端襯板在工作中受到的沖力的切向分力較大，因此相對來說在端蓋上的吸附和對保護(hù)層的吸附牢固性都較差。通過研究分析，我們根據(jù)已有的簡體襯板方面的經(jīng)驗(yàn)，采取了一些特殊的措施，使端襯板能夠成功地應(yīng)用于大型磨機(jī)上。
2.1磁系材料特性
    磁系材料特性的好壞對襯板的性能有直接的影響，按照磁性襯板的使用條件，應(yīng)選用硬磁材料。目前比較通用的硬磁材料有合金磁鐵和陶瓷磁鐵兩種。這兩種材料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。從經(jīng)濟(jì)因素和磁性襯板的使用條件綜合考慮，并考慮到我院在磁性材料方面的優(yōu)勢，決定采用我院按照獨(dú)有的先進(jìn)配方和工藝生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)陶瓷磁鐵，其剩磁B，可以達(dá)到0.4T，矯頑力Hab為230kA/m。
    通過對襯板和保護(hù)層的重量以及負(fù)荷沖擊力的
估算，確定所需要的磁力大小。根據(jù)磁力計(jì)算公式    F= 39.882S式中：F-磁力(kN)；
    S-接觸面積( f112)；
    B-磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)。
    可以確定磁極的磁感強(qiáng)度，從而可以確定磁極的尺寸。
    磁極的尺寸與磁極表面磁場強(qiáng)度和磁場作用深度有直接關(guān)系。磁極底邊比一定時(shí)，隨著磁極厚度的增加，其表面的平均磁場強(qiáng)度增高，其沿厚度方向的磁阻也增大，用于克服磁阻所消耗的磁通量隨之增加，因此當(dāng)磁極厚度增加到一定值時(shí)，磁極表面的平均磁場強(qiáng)度增加幅度越來越小，圖1為我們實(shí)測的永磁體厚度與其表面磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線。

2.2磁系結(jié)構(gòu)
    磁極在組成磁系后，其表面的場強(qiáng)和作用深度與組成磁系后的極數(shù)、極性、極距、極隙和磁系寬度等參數(shù)有關(guān)。
    根據(jù)襯板表面吸附的保護(hù)層的厚度要求，磁系表面不僅要有足夠的磁場強(qiáng)度，還要有適宜的磁場作用深度。極距的變化對磁系的磁場強(qiáng)度和磁場作用深度都有影響。永磁磁系沿磁極對稱面上的磁場強(qiáng)度變化規(guī)律可以用以下公式表示：

    從上式看出，當(dāng)極距L較小時(shí)，磁場梯度大，反之磁場梯度小，圖2為實(shí)測的不同極距時(shí)磁場強(qiáng)度沿極面中心垂直方向的變化曲線。

    在以上研究的基礎(chǔ)上，最終確定了多極布置、較小的磁極距、較高的磁場強(qiáng)度、較高的磁場梯度的開放磁系。
2.3磁場特性
    該磁系所表現(xiàn)的磁場特性為：單塊襯板安裝到簡體后，由于磁路磁阻和磁通分布得到改善，并能形成封閉的磁路，襯板表面的磁場強(qiáng)度得到進(jìn)一步增強(qiáng)；極距較小，磁場梯度大，磁極表面磁場吸力大，離開極面不遠(yuǎn)，磁場強(qiáng)度下降較多，從而使襯板表面吸附的保護(hù)層更穩(wěn)定而又不會(huì)太厚；襯板N、S極的交替排列方式和寬極系的設(shè)計(jì)，使襯板表面的磁場強(qiáng)度分布呈均勻的自然波形，有利于保護(hù)層的穩(wěn)定和磨機(jī)的工作條件改善；襯板表面吸附的保護(hù)層內(nèi)部被二次磁化并相互形成封閉磁路，也有利于保護(hù)層的穩(wěn)定，而在保護(hù)層表面的磁場強(qiáng)度幾乎為零，因此不會(huì)對被磨物料造成磁化作用而影響分級。使整個(gè)襯板的磁場特性符合襯板的工況要求。
3、生產(chǎn)應(yīng)用與考察
3.1原礦性質(zhì)
    包鋼（集團(tuán)）公司選礦廠是一大型鐵一稀土選礦廠，始建于1958年，現(xiàn)已建成8個(gè)選礦系列，年處理礦石能力1100萬t以上。包鋼選礦廠原礦來自白云鄂博礦，該礦屬沉積變質(zhì)一高溫?zé)嵋航淮�大型鐵一稀土多金屬共生礦床，質(zhì)量密度為3.7 t/m3，體積密度為2.3 t／m3，普氏硬度為8~ 12，鐵品位為32.0%，原礦中磁鐵礦占50%～51%。磁鐵礦屬強(qiáng)磁性礦物，比磁化率為6300～12000m3/kg，其存在為磁性襯板的成功應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。
3.2生產(chǎn)應(yīng)用與考察結(jié)果
3.2.1  磨損量考察和壽命分析
    包鋼選廠六系列二次Ø3.6m×6.Om溢流型球磨機(jī)安裝全套HM型磁性襯板（包括簡體襯板和端襯板），運(yùn)行效果令人滿意。圖3為安裝磁性襯板的穴系列二次球磨機(jī)，圖4為球磨機(jī)內(nèi)部的照片，可以看出襯板表面的吸附保護(hù)層非常均勻牢固。
    磁性襯板應(yīng)用過程中，多次利用停車機(jī)會(huì)進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)磨損情況比較理想，磨損速度與預(yù)想的襯板壽命基本一致。磨損規(guī)律為，凸出的筋板、棱角處首先磨損，端襯板較筒體襯板磨損快，排礦端襯板較給礦端襯板磨損快，就簡體襯板而言排礦端較給礦端磨損快。
    2001年12月3日，我們對該磁性襯板磨損情況進(jìn)行了實(shí)測。將襯板表面的保護(hù)層沿磨機(jī)軸向從筒體襯板到端襯板刮開一個(gè)帶狀區(qū)域，測量簡體襯板的磨損量并由此估算，簡體襯板的整個(gè)使用壽命將超過6年的設(shè)計(jì)值。
    端襯板較筒體襯板磨損量稍大，磨損規(guī)律是，內(nèi)圈和外圈襯板磨損較少，中間的襯板磨損較多，這表明大部分介質(zhì)和物料在這個(gè)區(qū)域運(yùn)動(dòng)，并對相應(yīng)的端襯板部分造成較大磨損。
3.2.2磁性襯板對球磨機(jī)處理量的影響
    六系列二次球磨機(jī)安裝磁性襯板前后的處理量對比見表1。七系列二次球磨機(jī)使用的是高錳鋼襯板，六、七系列二次球磨機(jī)處理量對比見表2。

表1    使用磁性襯板前后的處理量對比
    由表1、表2可見，縱向?qū)Ρ群蜋M向?qū)Ρ冉Y(jié)果都表明，六系列二次球磨機(jī)安裝磁性襯板后磨機(jī)處理量略有提高�？v向?qū)Ρ忍幚砹刻岣?5 .5t/h．橫向?qū)Ρ忍幚砹刻岣?.1t/h，考慮縱向?qū)Ρ忍幚淼V石的性質(zhì)和粒度會(huì)有變化，所以以橫向?qū)Ρ忍岣吡繛闇?zhǔn)，提高率為3.16%。
3.2.3磁性襯板對磨機(jī)作業(yè)率的影響
    包鋼選礦廠統(tǒng)計(jì)，在相同情況下，使用高錳鋼襯板每年用于安裝維修的時(shí)間為238h，而使用磁性襯板除了用于安裝需要24h外，在其整個(gè)使用周期里不需維護(hù)，即平均每年僅需4h，則使用磁性襯板每年節(jié)約時(shí)間為234h，可提高磨機(jī)作業(yè)率3.14%。
3.2.4使用磁性襯板對球磨機(jī)磨礦粒度、磁選精礦
    品位、回收率的影響表3六、七系列二次球磨機(jī)磨礦粒度（／%  - 75μm）

    表3中看出，六系列二次球磨機(jī)安裝磁性襯板后，不但不影響磨礦粒度，而且與七系列相比，反而使磨礦粒度有所降低。
    從表4中看出，六系列與七系列的磁選精礦品位和回收率基本一致，說明安裝磁性襯板對磁選精礦品位和回收率的指標(biāo)沒有不良影響。
3.2.5五、六系列二次球磨機(jī)生產(chǎn)指標(biāo)的考察
    為了系統(tǒng)進(jìn)行磁性襯板生產(chǎn)指標(biāo)與高錳鋼襯板的比較。選礦廠于2001年8月對處理磁鐵礦的五、六兩個(gè)系列磨礦流程進(jìn)行考察，兩個(gè)系列處理礦石性質(zhì)、磨礦分級設(shè)備和流程完全相同，其中五系列二次Ø3.6m×6.0m球磨機(jī)為高錳鋼襯板，六系列二次Ø3.6m×6.0m球磨機(jī)為北京礦冶研究總院研制的HM型大型磨機(jī)磁性襯板。取樣考察結(jié)果與應(yīng)用數(shù)據(jù)基本一致。
4、結(jié)語
    1.HM型大型磨機(jī)磁性襯板采用先進(jìn)的材料，通過科學(xué)的磁系和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功地應(yīng)用于包鋼選礦廠Ø3.6m×6.0m溢流型球磨機(jī)上，這是目前成功應(yīng)用的最大規(guī)格的全套磨機(jī)磁性襯板。
    2．襯板壽命預(yù)計(jì)為6年以上，可達(dá)到高錳鋼襯板的4～6倍。
    3．不需維護(hù)，提高磨機(jī)作業(yè)率3 .14%。
    4．磁性襯板較高錳鋼襯板薄，可增大磨機(jī)容積，提高磨機(jī)處理能力3 .16%。
    5．對磨礦產(chǎn)品粒度、磁選精礦品位和回收率沒有不良影響。
    6．磁性襯板還具有重量輕、節(jié)電、單塊尺寸小、安裝方便、噪音低、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省磨機(jī)操作成本等優(yōu)點(diǎn)，每系列每年就可為包鋼選廠增加經(jīng)濟(jì)效益117.8萬元。
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