15.0 Достижения в исследованиях материалов для футеровки мельниц на горно-обогатительных комбинатах
2026-04-02
Футеровка мельниц подвергается различной степени износа в процессе эксплуатации, что существенно влияет на эффективность измельчения. Поэтому исследования структуры и материалов футеровки мельниц стали актуальной темой в отрасли. В данной статье обобщается влияние структуры футеровки, места износа и условий процесса измельчения на процесс помола, а также описываются материалы и области применения широко используемых футеровок мельниц.
В настоящее время существует множество типов и конструкций мельниц, поэтому снижение износа и повышение эффективности измельчения являются актуальной темой. Такие факторы, как структура и материал футеровки, степень заполнения мельницы, а также диаметр и гранулометрический состав стальных шаров, существенно влияют на скорость износа мельницы. Хотя механизмы измельчения в различных мельницах схожи, они не идентичны, что приводит к значительным различиям в выборе футеровки. Например, крупные полумельницы имеют большие размеры футеровки, крупные измельчающие элементы и высокие ударные нагрузки, что требует футеровки с отличной ударопрочностью; в то время как футеровка мельниц, используемая в основном для тонкого измельчения, в первую очередь должна обладать износостойкостью. Поэтому при выборе футеровки крайне важно обеспечить ее хорошую износостойкость при определенных ударных нагрузках.
1. Влияние футеровки на процесс измельчения
1.1 Влияние структуры футеровки на процесс шлифования
Футеровки мельниц делятся на два типа: ленточные и цельные. Ленточные футеровки представляют собой клиновидные прижимные полосы, закрепленные внутри цилиндра, требуют меньшего количества болтов, обладают высокой прочностью на сжатие, но не могут быть разобраны по отдельности. Цельные футеровки крепятся болтами внутри цилиндра, могут быть разобраны по отдельности, имеют меньшую прочность на сжатие и требуют тщательной герметизации в местах крепления болтов для предотвращения утечек. Футеровки мельниц также можно классифицировать на три типа в зависимости от формы подъемных полос: L-образные, T-образные и гофрированные. Различные формы футеровок приводят к различной высоте и степени дисперсии измельчающей среды и руды, что существенно влияет на эффективность измельчения. Например, с L-образными футеровками измельчающая среда и руда могут подниматься на очень большую высоту, что обеспечивает достаточную силу удара и оптимальную производительность при крупнозернистом дроблении. Однако огромная сила удара может резко сократить срок службы футеровки и легко привести к ее разрушению. В свою очередь , Т-образные футеровки утолщают легко изнашиваемые участки и истончают менее изнашиваемые, обеспечивая неизменность качества футеровки до и после переработки руды, а также продлевая срок ее службы.
1.2 Влияние износа футеровки на шлифование
Во время работы цилиндр шаровой мельницы вращается вокруг своей центральной оси. Руда и мелющие элементы внутри подвергаются огромному трению и центробежной силе. Достигнув высокой точки, они под действием силы тяжести скользят вниз, создавая эффект дробления и удара, измельчая руду. Мельница содержит мелющие элементы, такие как стальные шарики, измельчаемую руду и пульпу. Условия работы чрезвычайно суровые. Во время работы, помимо прямого удара, руда и мелющие элементы также подвергаются сжатию и измельчению из-за скольжения и перекатывания стальных шариков. По сравнению с полуавтогенными мельницами, шаровые мельницы имеют меньший подъемный эффект от футеровки, большее количество стальных шариков, и измельчение руды происходит преимущественно внутри самой мельницы. Износ футеровки в основном вызван столкновениями руды и стальных шариков в процессе измельчения.
1.3 Влияние условий процесса шлифования на процесс шлифования
Футеровка мельницы выполняет две основные функции: во-первых, она предотвращает прямое соударение руды и мелющих тел о стенку мельницы; во-вторых, гладкость поверхности футеровки можно регулировать для контроля размера частиц руды. Для тонкого помола неровная, шероховатая поверхность увеличивает внутреннее трение, что приводит к более сильному ударному воздействию между материалом и мелющими телами. И наоборот, для грубого помола гладкая поверхность уменьшает внутреннее трение, обеспечивая желаемый эффект грубого помола. Существует множество типов футеровок; выбор подходящего комплекта может значительно уменьшить ненужные удары руды о стенку мельницы, тем самым продлевая срок службы мельницы и повышая эффективность помола. Вкратце, футеровка играет решающую роль в эффективности работы мельницы.
2. Классификация и разработка облицовочных материалов
Традиционные материалы для облицовки подразделяются на три основные категории: металлические, резиновые и магнитные облицовки.
2.1 Металлическая облицовка
На ранних этапах крупномасштабного производства мельниц наиболее распространенным материалом для футеровки была высокомарганцевая сталь. Благодаря постоянному технологическому прогрессу и инновациям, металлические футеровки эволюционировали, и выбор материалов постепенно расширялся. К основным типам материалов относятся высокомарганцевая сталь, высоколегированный белый чугун, высокоуглеродистая хромомолибденовая сталь и др., а микроструктура этих материалов включает аустенит, мартенсит и бейнит.
2.1.1 Высокомарганцевая сталь
Главные преимущества высокомарганцевой стали — износостойкость, высокая ударная вязкость и хорошая вязкость сердцевины; её основные недостатки — низкий предел текучести, лёгкое разрушение, пластическая деформация, вызванная рассеянным ударом, плохая теплопроводность и лёгкое осаждение углерода. В нашей стране высокомарганцевую сталь в основном модифицируют путём изменения её микрокристаллической структуры и добавления карбидов.
Высокомарганцевая сталь обладает превосходной износостойкостью и свойствами упрочнения при деформации, что делает ее широко используемым износостойким материалом. Использование футеровок из высокомарганцевой стали в крупных шаровых мельницах позволяет эффективно продлить срок их службы. На горно-обогатительном комбинате футеровки из высокомарганцевой стали были использованы в шаровой мельнице диаметром 3,2 м, обеспечив срок службы футеровки в шесть месяцев; в шаровой мельнице диаметром 5,5 м срок службы футеровки достиг одного года. Это объясняется главным образом значительной силой удара между стальными шарами и рудой в крупных шаровых мельницах и относительно низкой скоростью вращения, что позволяет высокомарганцевой стали проявлять свой замечательный эффект упрочнения при деформации. Однако высокомарганцевая сталь также имеет существенные недостатки. Из-за низкого предела текучести она может пружинить и разрушаться при сильном ударе, что приводит к деформации.
2.1.2 Сплав белого чугуна
Белый чугун подразделяется на четыре типа: обычный белый чугун, низколегированный белый чугун, среднелегированный белый чугун и высоколегированный белый чугун. В настоящее время наиболее широко используется высокохромистый белый чугун с содержанием хрома 12–20%. Благодаря образованию в его микроструктуре изолированных стержнеобразных карбидов типа (Cr,Fe)7C3, он обладает более высокой твердостью и ударной вязкостью, что делает его предпочтительным материаловедением и популярным материалом для футеровок цилиндров шаровых мельниц. Ударная вязкость высокохромистого белого чугуна обычно составляет 5–7 Дж/см², что относительно низко по сравнению с другими материалами. Поэтому высокохромистый белый чугун больше подходит для футеровок небольших цилиндров шаровых мельниц диаметром менее 2,5 м и с более низкими требованиями к ударной вязкости.
2.1.3 Легированная сталь
В качестве основных легирующих элементов в легированной стали используются кремний, никель, марганец, хром, молибден и вольфрам. Она обладает превосходными комплексными механическими свойствами, высокой стабильностью, устойчивостью к многократным ударам и легкостью разборки. Как высокоэффективный износостойкий материал, она позволяет получать различные механические свойства путем добавления различных количеств и типов легирующих элементов и регулирования содержания углерода в различных процессах термической обработки. Этот материал также используется для футеровки мельниц, особенно крупных мельниц.
2.2 Резиновая подкладка
Резиновые футеровки изготавливаются из эластичных полимерных материалов, обладающих превосходной износостойкостью и коррозионной стойкостью. Они быстро устанавливаются, обеспечивают звукоизоляцию и снижение шума, а также имеют малый вес, что уменьшает вес мельницы и экономит энергию. Недостатком является их толщина, что приводит к увеличению расхода мелющей среды и снижению производительности мельницы. Композитные футеровки, изготовленные путем сочетания резины со сплавами, могут использоваться в качестве торцевых и входных/выходных футеровок в мельницах. С 1960-х годов резина используется в футеровках шаровых мельниц, значительно снижая шум при работе мельницы и продлевая срок службы футеровки благодаря своей превосходной коррозионной стойкости. Однако у нее есть и существенные недостатки; ее высокая эластичность приводит к поглощению части энергии удара во время измельчения, снижая эффективность измельчения. На горно-обогатительном комбинате использование резины в качестве цилиндрической футеровки шаровой мельницы размером φ5,5 м × 8,5 м привело к снижению эффективности измельчения примерно на 10%. Поэтому резиновые футеровки не подходят в качестве цилиндрических футеровок мельниц, а больше подходят для тонкого измельчения, а также в качестве входных/выходных и торцевых футеровок.
2.3 Магнитная опорная пластина
Внешняя оболочка магнитной футеровки изготовлена из металла, который притягивает магнитные материалы, образуя защитный слой. Этот защитный слой состоит из трех слоев: самый внутренний слой в основном содержит мелкие материалы, такие как высокожелезистая порошковая руда; средний слой содержит более крупные или чешуйчатые магнитные материалы; и самый внешний слой состоит из низкохромистых литых шариков и крупнозернистых магнитных минералов. Во время работы мельницы магнитные материалы движутся и вращаются с чрезвычайно низкими скоростями. Мелкие частицы во внутреннем слое прочнее закрепляются в футеровке, в то время как внешний слой остается в динамическом равноверии, постоянно пополняя свой расход. Теоретически магнитная футеровка может использоваться неограниченно долго, но на практике из-за коррозии металла и трения между защитными слоями ее необходимо периодически заменять каждые несколько лет. В настоящее время срок службы магнитных футеровок обычно составляет 8–10 лет, что в 5–8 раз дольше, чем у обычных металлических футеровок. Магнитные футеровки обладают такими преимуществами, как длительный срок службы, простота установки, низкий уровень шума, меньшая утечка пульпы и меньшие требования к техническому обслуживанию, и широко используются в цилиндрах крупномасштабных высокоинтенсивных мельниц для измельчения минералов. Ван Чао и др. обнаружили, что замена традиционных металлических футеровок в шаровых мельницах на магнитные футеровки снижает количество необходимой мелющей среды, тем самым уменьшая энергопотребление мельницы. Для слабомагнитных или немагнитных руд использование традиционных магнитных футеровок может привести к проблемам с ненадежной адсорбцией магнитных материалов, что приводит к сокращению срока службы футеровок.
Новый тип биметаллической футеровки
Наша компания (Jiangsu Guotai Machinery Manufacturing Co., Ltd.) производит биметаллические износостойкие композитные футеровки, которые отливаются методом литья в песчаные формы со специальными песчаными заполнителями, содержащими смолу, масло, отвердитель и т. д., и изготовленными на заказ деревянными (или металлическими) формами в масштабе 1:1.
Для преодоления недостатков вышеупомянутых футеровок мельниц наша компания (Jiangsu Guotai Machinery Manufacturing Co., Ltd.) самостоятельно разработала и произвела биметаллические износостойкие композитные футеровки с твердостью поверхности HRC58-62, что более чем в два раза превышает твердость обычных футеровок из высокомарганцевой стали. Биметаллические износостойкие футеровки обладают высокой общей твердостью и большей ударной вязкостью , что позволяет избежать проблем с поломкой, характерных для футеровок из легированной стали. Кроме того, биметаллические футеровки часто используются в шаровых мельницах в качестве гофрированных футеровок, устраняя недостатки резиновых футеровок, связанные с поглощением энергии, и максимизируя обратную связь энергии со стальными шарами, что приводит к стабильному повышению эффективности измельчения. Это не только увеличивает производительность мельницы, но и сокращает время простоя и затраты на техническое обслуживание концентратора, обеспечивая реальное снижение затрат и повышение прибыли. Нет ограничений по размеру при выборе мельниц для концентраторов; они могут широко использоваться в различных типах мельниц (решетчатые мельницы, переливные мельницы) и крупных мельницах.
3. Заключение
После всестороннего анализа существующих материалов для футеровки и производительности прокатных станов как внутри страны, так и за рубежом, а также с учетом фактических условий производства, были сделаны следующие выводы:
(1) Традиционная высокомарганцевая сталь подходит в качестве футеровки для больших цилиндров шаровых мельниц, поскольку позволяет в полной мере использовать ее значительный эффект упрочнения при обработке, но она не подходит в качестве футеровки для больших полуавтогенных цилиндров мельниц , и срок ее службы фиксирован и коротк.
(2) Высокохромистый белый чугун больше подходит для футеровки цилиндров небольших шаровых мельниц диаметром менее 2,5 м и с относительно низкими требованиями к ударной вязкости , но не подходит для крупных мельниц.
(3) Легированная сталь подходит для футеровки крупных мельниц. Среди них мартенситный хромомолибденовый сплав обладает хорошей износостойкостью, а перлитный хромомолибденовый сплав – высокой ударной вязкостью. Однако футеровка из легированной стали склонна к поломке на поздних стадиях эксплуатации, что приводит к остановке производства на месте.
(4) Резиновые футеровки не подходят в качестве футеровок цилиндров мельниц, но больше подходят для операций тонкого измельчения, а также в качестве входных/выходных и торцевых футеровок.
(5) Магнитные футеровки обладают такими преимуществами, как длительный срок службы, простота установки, низкий уровень шума, меньшая утечка пульпы и меньшее количество технического обслуживания. Они широко используются в цилиндрических футеровках крупных мощных магнитных мельниц для минералов , но выбор мельниц ограничен .
(6) Преимуществами биметаллических износостойких композитных футеровок являются простота установки, длительный срок службы ( в два раза дольше, чем у традиционных футеровок из высокомарганцевой стали) , устойчивость к деформации и отсутствие поломок . Они широко используются в мельницах и могут применяться в различных типах мельниц. Увеличение срока службы футеровок мельниц и снижение частоты их замены также снижают затраты и повышают выгоду на предприятии по переработке полезных ископаемых.
