选矿厂磨机衬板材质的研究进展

磨机衬板在使用过程中会出现不同程度的磨损，对磨矿效率有重要影响，因此磨机衬板的结构及材质研究成为行业热点。总结了衬板结构、磨损位置、磨矿工艺条件等对磨矿的影响，阐述了目前常见磨机衬板的材质及其应用情况。

目前磨机种类、样式繁多，数量大，如何降低磨机的磨损以及提高磨矿效率成为了热点话题。衬板的结构和材料、磨机填充率、钢球直径和级配等因素，都对磨机的磨损率有着很大的影响。各类磨机的研磨机理相近却又不相同，这就导致磨机衬板的选择有较大区别。例如：大型半磨机衬板尺寸大，研磨介质大，冲击力大，这就需要磨机衬板具有很好的抗冲击性能；而以细磨为主的磨机衬板则更注重耐磨性。因此，在选择衬板时需要注意，在一定的冲击载荷作用下，衬板要始终保持较好的耐磨性。

1 衬板对磨矿的影响

1.1 衬板结构对磨矿的影响

磨机衬板分为条形衬板和单块衬板两种：条形衬板是楔状的压条固定在筒体内部，所需螺栓少，抗压强度大，不可单独拆卸；单块衬板是用螺栓固定在筒体内部，可以单独拆卸，抗压强度小，使用时需要注意螺栓处密封，防止出现漏液的情况。磨机衬板根据提升条形状又可分为 L 形衬板、T 形衬板以及波形衬板 3 种。不同形状的衬板，研磨介质和矿石被提升的高度和分散程度均不同，因此磨矿效果也大不相同。例如 L 形衬板，研磨介质和矿石可以被提升到很高的位置，因此撞击力足，粗碎时效果最好，但巨大的冲击力会使衬板的寿命大幅度降低，并且很容易出现砸空的情况。而T 形衬板可将易磨损的位置加厚，不易磨损的地方减薄，这样既保证了衬板在处理矿石前后质量没有变化，又延长了衬板寿命。

1.2 衬板磨损对磨矿的影响

球磨机在工作时筒体围绕中心轴线旋转，筒体内的矿石和研磨介质受到巨大的摩擦力和离心力作用，当到达高处后受到重力作用泻落，从而产生破碎冲击作用，达到粉碎矿石的目的。磨机内部有钢球等研磨介质、待磨矿石和矿浆，工作环境极其恶劣，工作时矿石以及研磨介质除了直接受到冲击作用以外，由于钢球的滑动和滚动，还同时受到挤压和研磨作用。球磨机相对于半自磨机而言，衬板对物料的提升作用较弱，钢球数量较多，矿石在球磨机中更多的是被研磨，而衬板的磨损也主要是矿石和钢球在研磨时的碰撞导致。

1.3 磨矿工艺条件对磨矿的影响

磨机衬板一方面可以避免矿石和研磨介质直接冲击筒壁，另一方面可以通过改变衬板表面光滑度来控制矿石的研磨粒度。如用于细磨，则使衬板表面坑洼不平，以增大磨机内部的摩擦力，从而使物料和介质有更强大的冲击力；相反，如果用于粗磨，则需将衬板表面做得平滑，以减小磨机内部的摩擦力，达到粗磨的目的。衬板的类型有很多种，选择一套适合的衬板可以大幅度减少矿石对磨机筒壁的不必要撞击，从而延长磨机寿命，提高磨矿效率，可以说衬板对磨机的工作效率起着关键作用。

2 衬板材质的分类及发展

传统衬板材质大体上分为金属衬板、橡胶衬板和磁性衬板三大类。

2.1 金属衬板

在大型磨机大规模投入生产的初期，高锰钢是应用最为广泛的衬板材料。随着科技的不断进步，技术水平的创新，金属衬板得到发展，在材料选取方面也逐渐向多样化发展。其材料种类主要包括高锰钢、高合金白口铸铁以及高碳铬钼钢等等，这些材料的机体组织包括奥氏体、马氏体和贝氏体等。

2.1.1 高锰钢

高锰钢的主要优点是抗磨损，抗强冲击，芯部韧性好；主要缺点是屈服强度低、易断裂，扩散冲击导致衬板发生塑性流变，且导热性差，易析出碳。我国主要通过改变微观晶体结构，加入碳化物等方式实现高锰钢改性。

高锰钢在耐磨性和加工硬化方面有着出色的表现，是应用比较广泛的耐磨材料。大型球磨机应用高锰钢材料衬板能够有效延长其使用寿命。某选矿厂在φ3.2 m 球磨机中使用高锰钢衬板，衬板的寿命达到半年，在 φ 5.5 m 球磨机中使用高锰钢衬板，衬板的寿命更是达到了一年。这主要是因为大型球磨机中钢球与矿石的冲击力较大且转速较慢，使得高锰钢发挥出其显著的加工硬化效果。但高锰钢自身也存在着极大的弊端，因其屈服强度低，当受到巨大的冲击力时，会回弹失效，导致其发生形变。

2.1.2 合金白口铸铁

白口铸铁分为普通白口铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁和高合金白口铸铁 4 种。目前应用最多的是含铬量为 12%～20% 的高铬白口铸铁，因其组织中形成孤立杆状 (Cr，Fe)7C3 型碳化物，使其硬度更高，冲击韧性更强，因此受到材料研究者的青睐，也成为球磨机的筒体衬板材料。高铬白口铸铁冲击韧度通常为 5～7 J/cm2，相对其他材料偏低，因此高铬白口铸铁更适合于 φ2.5 m 以下、对冲击强度要求比较低的小型球磨机筒体衬板。

2.1.3 合金钢

合金钢的主要合金元素包括硅、镍、锰、铬、钼、钨等，综合力学性能好，稳定性强，耐反复冲击且拆卸方便。作为性能较好的耐磨材料，在合金钢中添加不同含量和种类的合金元素，对碳含量进行调整，在不同的热处理工艺下，可获得不同的力学性能。磨机衬板也会采用这种材料，尤其适用于大型磨机衬板。

2.2 橡胶衬板

橡胶衬板由弹性聚合物材料构成，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，安装快捷且隔音消音，质量轻，可以减轻磨机质量，有利于节省电能。缺点是自身较厚，会导致磨矿介质消耗增多，磨机处理能力下降。与合金搭配制成复合型衬板，可用于磨机的端衬板、进出料口衬板。自 20 世纪 60 年代橡胶应用于球磨机衬板，大幅度降低了磨机运行噪声，并且因其有极好的抗腐蚀性，提高了衬板使用寿命。但其也有明显不足，较高的弹性导致在磨矿时会吸收一部分冲击能量，降低了研磨效率。某选矿厂在 φ5.5 m×8.5 m 球磨机中使用橡胶作为筒体衬板，磨矿效率下降了约10%。因此橡胶衬板不适合作为磨机筒体衬板，更适用于细磨作业以及作为进出料口衬板、端衬板等。

2.3 磁性衬板

磁性衬板的外壳是金属，因此能够吸附磁性物质进而形成保护层。保护层分为三层：最内层主要是高铁粉矿等细料，中间层是颗粒比较粗或者是片状的磁性物质，而最外层则是低铬铸球及粗颗粒磁性矿物。当磨机工作时，磁性物质进行极低速移动及旋转，内层细颗粒会更加牢固地嵌在衬板上，外层处于动态平衡，不断损耗也不断补充。理论上磁性衬板可以永久使用，但实际使用时，因金属腐蚀以及保护层之间相互摩擦，也需要在几年后定时更换。目前磁性衬板的使用寿命一般为 8～10 a，相较于普通金属衬板，使用寿命提升了 5～8 倍。磁性衬板具有使用寿命长、安装方便、噪声较小、矿浆不易漏出、维修次数少等优点，已经广泛应用于大型强磁性矿物磨机筒体中。王超等人将球磨机传统金属衬板换成磁性衬板后发现，可以减少研磨介质的填充，使磨机能耗下降。针对弱磁性矿或非磁性矿，使用传统磁性衬板会出现磁性物质吸附不牢靠的问题，导致衬板使用寿命缩短。

新型材质的双金属衬板

而我司（江苏国泰机械制造有限公司）所生产的双金属耐磨复合衬板，通过砂型立浇浇铸工艺，辅以树脂油、固化剂等特种配合砂充箱，定制1：1完整木制（或金属）模具铸造。

规避上述的磨机衬板的缺点，我司（江苏国泰机械制造有限公司）独立研发并生产的双金属耐磨复合衬板，其表面硬度达到HRC58～62，其表面硬度是普通高锰钢金属衬板的2倍及其以上。双金属耐磨衬板整体硬度高，且冲击韧性更强，不会有合金钢衬板易断等缺点；且双金属衬板在球磨机上应用多为波形衬板，不存在橡胶衬板吸能的缺点，能够最大能量反馈给钢球，达到磨矿效率的稳定提升。提升磨机的台式产能的同时，也能够为选矿厂减少停机和维护成本，做到真正的降本增益。在选矿厂磨机的选择上，没有大小的局限性，可以广泛应用于各个类型磨机（格子磨，溢流磨）和大型磨机。

3 结论

在综合分析目前的衬板材质和国内外磨机性能后，结合实际生产情况，得出如下结论：

(1)传统高锰钢适合作为大型球磨机筒体衬板，发挥其自身显著的加工硬化效果，而不适合作为大型半自磨机筒体衬板，但寿命固定且低。

(2) 高铬白口铸铁更适合于 φ2.5 m 以下、对冲击强度要求比较低的小型球磨机筒体衬板，不适用于大型磨机。

(3) 合金钢适用于大型磨机衬板，其中马氏体 Cr-Mo 合金耐磨性较好，珠光体 Cr-Mo 合金冲击韧性高，但合金钢衬板使用到后期容易断裂，造成现场停工。

(4) 橡胶衬板不适合作为磨机筒体衬板，更适用于细磨作业以及作为进出料口衬板、端衬板。

(5) 磁性衬板具有使用寿命长、安装方便、噪声较小、矿浆不易漏出、维修次数少等优点，广泛应用于大型强磁性矿物磨机筒体衬板，磨机选择有局限性。

(6) 双金属耐磨复合衬板的优点在于安装简单，使用寿命长（是传统高锰钢衬板寿命的两倍），不易变形，不会断裂。磨机应用较为广泛，可以适用于各种类型磨机。提高磨机衬板寿命，减少磨机衬板更换次数的同时，也能为选矿现场降本增益。