摘 要：本文介绍球磨机衬板的功能，阐述了衬板的磨损机理、材料选择、结构形式，以及安装等技术要点。
关键词：球磨机；衬板；高锰钢；筒体
中图分类号：C35 文献标识码： A
绪 论
球磨机是冶金、选矿、建材、化工、发电、陶瓷等工业部门的各种粉体材料制备的重要设备。球磨机筒体的内表面，一般都装有各种表面形状的衬板。
衬板是球磨机的主要易损件，其使用成本约为产品销售价的2% ～3%，衬板的性能和使用寿命是用户极为关心的技术经济指标之一，衬板的材料选择、结构形式、安装要点等是球磨机设计人员关注的产品设计关键点。
1 衬板的功能
1. 1 保护筒体与增强筒体刚度
筒体是球磨机价值较大的重要部件，筒体内安装衬板后，筒体不会直接承受磨矿介质和被磨物料的冲击和研磨，从而保护了筒体，延长了筒体和整个设备的使用寿命。磨机衬板与筒体紧密地结合在一起，还起到了增强筒体刚度的作用[1]。
在筒体回转过程中，借助于衬板表面的特殊形状与摩擦力，将球体提升到一定的高度，赋予其一定的位能和抛落动能，使它们产生符合粉磨工艺要求的“圆弧-抛物线”运动轨迹，冲击和研磨物料。衬板的工作表面形状不同则具有不同的提升磨擦系数，对球体将产生不同的牵制能力；衬板工作表面的状态与排列方式的不同，将直接影响到磨矿机粉磨效率的高低。
1. 3 自动分级球体
自动分级衬板如角螺旋衬板、锥面分级衬板等，可使筒体内不同级配的研磨体，沿磨机轴向，按磨矿粒度的变化合理地正向分级，从而使各种不同直径的研磨体在粉碎相应粒径物料的过程中，发挥出最大的功能。换言之，自动分级衬板能使同一粉磨仓内较大的钢球集合在该仓进料端，以粉碎较大的料块，同时使较小的钢球集合在该仓排料端，以粉碎较小的料块。
2 衬板磨损机理与衬板材料的选择
2. 1 衬板材料的基本要求
降低衬板磨损率主要有两个途径：一是改善磨矿工艺，二是选择与处理好衬板材料。衬板材料选择的基本要求可概括为：在一定的冲击载荷作用下具有较高的耐磨性。
包括以下3个方面：
（1）衬板整体上硬度、组成、结构均匀。
（2）具有较高的冲击疲劳持久性，能抵抗一定强度的冲击。
（3）具有较低的磨损率，使用过程中不变形、不破碎[1]。
2. 2 衬板磨损机理及主要影响因素
磨机衬板主要承受球体和物料的瞬时冲击力、滑动摩擦力、滚动摩擦力等载荷作用。对于干法磨机来讲，衬板磨损主要是受到多次重复的冲击载荷而出现疲劳破坏。在粉磨仓内以凿削磨料的磨损为主，研磨和冲刷磨料的磨损为辅；在细磨仓内则相反。对于湿法磨机来讲，除上述磨损之外，占主导地位的是磨蚀磨损。
三菱公司的研究认为：衬板磨损率与球体的冲击能的大小成正比，而球体的冲击能又与筒体直径成正比，即衬板的磨损率与筒体直径成正比（dM /dt=1.5D）[1]。生产实践表明，衬板的磨损率与生产工艺布置、衬板结构形式、磨机操作、球体填充率等许多因素有关。此外，衬板硬度与物料硬度之比值，也直接影响到衬板磨损率。
通常衬板材料可按下以经验公式选择：
Hu>0.8Ha
（1）
式中：Hu―――衬板材料硬度； Ha―――物料硬度。
衬板材料的硬度越高，其耐磨性也越好，因此，提高磨机衬板使用寿命往往从提高材料的硬度方面着手。
2. 3 衬板的常用材料
（2）低铬合金铸钢：与传统的高锰钢相比，低铬合金铸钢对冲击的敏感度低，衬板不会因受到冲击而变形，可以有效地保护筒体，因而常用于大型磨机的粗磨仓衬板。
（3）高铬合金铸钢衬板：可用于大、中、小型磨机的粗、细磨仓，尤其适用于高铬钢球的磨机。
（4）高铬合金铸铁衬板：具备相当于耐磨白口铸铁的较高原始硬度，又有一定的韧性，在较低的冲击力下具有较高的耐磨性，相对于其他材料而言具有较高的性价比。
一般来讲，磨机的仓室不同，衬板材质的机械性能也应不同。粗磨仓衬板的硬度通常稍低于钢球的硬度，材料应具有较高的冲击强度和较低的硬度。细磨仓的要求则相反，材料应具有较高的硬度和较低的冲击强度。由于细磨仓物料粒径及球体尺寸较小，因而所受到的冲击小，通常细磨仓衬板的寿命可达粗磨仓衬板寿命的两倍左右。
3 衬板分类和结构形式
磨机的衬板种类很多，按安装部位可分为端（磨头）衬板、筒体衬板、磨门衬板；按联接方式可分为有螺栓孔衬板、无螺栓孔（镶嵌式）衬板；按功能可分为普通衬板、分级衬板等；按表面形状可分为阶梯衬板、凸棱衬板、半球形衬板、沟槽衬板、波形衬板、平衬板等；也可按上述衬板的材质分类。下面以阶梯衬板与平衬板为例进行对比说明。
（1）阶梯衬板：具有较高的提升能力，同时其对同一层球体的提升高度均匀一致，从而使衬板表面磨损均匀一致，换言之，衬板磨损之后并未明显改变形状。阶梯衬板广泛应用在磨机的粗磨仓内，其薄端应与磨机的转动方向一致。
（2）平衬板：不论是完全光滑的或是刻有棱形花纹的工作表面，平衬板对球体的提升作用，基本上是依靠其与球体之间的静摩擦力。湿法磨机静摩擦系数为0. 35，干法磨机为0. 4，由于静摩擦系数比实际需要的小得多，也就不可避免地会出现两者的相对滑动现象，致使衬板提升高度降低，衬板及球体的磨损增大。细磨仓内的物料一般以研磨为主，衬板提升能力可以相应小一些，甚至希望球体与衬板之间有一定的相对滑动，以增强对物料的研磨和摩擦。因此平衬板非常适用于细磨仓。另外，采用高转速操作制度的磨机也必须使用光滑的平衬板。 4 衬板的排列及其安装
4. 1 衬板的排列方式
衬板的排列应与筒体钢板的拼焊统一考虑。由于焊缝附近有较大的应力集中与凸起，不便于衬板固定，衬板螺栓孔的中心与焊缝中心的距离应满足S≥2.5d（d为螺栓孔直径）；螺栓孔应根据衬板尺寸等距开设、纵横成行。衬板的排列原则为：环（周）向缝隙不能贯通，必须互相错开，防止球体碎屑和物料（尤其是湿法料浆）对筒体内壁沿周向直接地冲刷，致使筒体内壁产生环向沟槽。衬板四周的预留间隙为8～10 mm，单块衬板的制造偏差为3～4 mm。
4. 2 衬板的安装方式
衬板与筒体的固定方法有两种：螺栓联接和无螺栓联接。无螺栓联接一般用于细磨仓，如镶嵌小波纹衬板。螺栓联接的优点是牢固可靠、抗冲击、耐振动，缺点是筒体上要钻有一定数量的螺栓孔，因而削弱了筒体的强度。其设计原则是：在保证强度的前提下尽可能减少螺栓个数，尤其是减少环（周）向联接螺栓的个数；每块衬板最好用两个螺栓固定，防止一个螺栓断裂时衬板掉落；为防止螺栓受到冲击后出现松动，一般采用细牙螺纹，同时还要采取双螺母加弹簧垫片等防松措施。目前，磨机广泛采用椭圆锥形孔衬板及相应形状的椭圆头螺栓联接（见图1），为便于制造，锥顶角为一常数（如60°），安装时用锥形垫圈（又称碗形垫圈）将缠绕在螺栓杆上的浸过铅油（或漆）的麻丝包容压紧。为防止湿法磨机的漏浆现象发生，可在衬板与筒体之间垫一薄层橡胶板，这样不仅可避免漏浆，又降低了磨机运转的噪声。
图1 衬板的螺栓联接
5 衬板设计的注意事项和技术要求
5. 1 衬板设计的主要注意事项
（1）衬板不宜过重，每块质量最好在60 kg以下，以减轻安装的劳动强度。
（2）衬板的周向块数Z应按100 mm的倍数取值，周向圆弧尺寸既不宜过大，也不宜过小。目前，国内统一的周向尺寸为314 mm。
（3）衬板轴向长度名义尺寸按50 mm的整数倍选取；周向与轴向尺寸取值应以安装拆卸时能从人孔方便地出入为原则；同时还要考虑螺栓孔不宜开得太多，以免削弱筒体的强度。轴向长度为500 mm左右，半块长为250 mm左右。
（4）衬板平均厚度为40～50 mm，对于细磨仓，其衬板厚度还可取得小一些，以增大磨机的有效容积。
（5）由于铸件本身几何形状的偏差，同时也为冲击变形留有余地，衬板四周应留有8～10 mm的间隙，名义尺寸减去预留间隙则为衬板的实际尺寸。
（7）衬板工作表面曲线的选择，应以促进粉磨、制造容易、便于更换、磨损少为原则，同时应尽可能减少衬板种类，以减少木模种类，降低制造成本。
5. 2 衬板的主要工艺技术要求
以ZGMn13衬板为例，说明如下：
（1）铸件材料应符合国标中有关ZGMn13的规定。
（2）铸件不得有影响机械强度的缺陷如夹渣、缩孔、气孔等。
（4）衬板周边凸起量≯1. 5 mm，如果超过此规定，则应用砂轮磨平，以免影响镶砌的牢固性。
（5）所有未注明的铸造圆角均为R5 mm。
结 论
衬板的主要作用就是保护筒体和将能量传递给所磨介质， 衬板设计对于延长衬板的寿命及提高工作效率十分重要。
对于磨机内部结构的优化主要着眼于选择合适的衬板， 国内外针对磨机衬板的形状设计作了大量的研究， 取得了不少进展 ， 除了考虑衬板材料硬度、韧性、研磨体的种类和配球等合理性因素外， 同时还要考虑衬板的结构，因此对于不同用途的磨机选择设计合理的衬板，对企业降低生产成本、提高生产率有着非常重要的意义。