马钢南山矿业公司东山车间选矿厂于1972年12月建成投产，年处理原矿100万t，采用2台MZS5518湿式自磨机和2台MQY2700×3600球磨机构成2个系列的二段闭路半自磨磨矿工艺，即原矿经自磨机粗磨后通过格子板进入圆筒筛，筛上粗粒级自返回自磨机再磨，筛下细粒级由中强场磁选机甩尾后进入球磨机细磨。该磨矿工艺在基建期和处理中硬以下矿石的前期生产中显示了流程简单、基建投资低、金属消耗量小、生产费用低等优点，但是随着生产的进展，由于深部矿石变硬并贫化，造成自磨机处理量逐渐下降、烧轴瓦事故频繁，严重影响了自磨机的利用效率和生产成本。为此，马钢南山矿业公司东山车间成立攻关小组，与相关厂家一道，在不改变自磨机安装尺寸的基础上，于2007年年底对1#自磨机进行了技术改造。经半年多运行，证明改造效果显著。
一、MZS5518湿式自磨机的结构
MZS5518湿式自磨机是上世纪70年代的产品，由筒体、端盖、衬板、排矿部、给矿部、轴承部、传动部和润滑系统等组成，见图1。
图1 MZS5518湿式自磨机结构
1－给矿漏斗；2，11－轴颈衬套；3－主轴承；4－给矿钩头铁；
5－给矿扇形板；6－提升衬板；7－筒体；8－排料压条；
9－格子板；10－大齿圈；12－圆筒筛；13－联轴器
通过深入分析自磨机原理、传动方式及造成自磨机生产能力下降和频繁烧轴瓦的原因，决定对自磨机衬板和主轴承进行改造。
二、自磨机衬板的改造
为了提高自磨机的处理能力，马钢南山矿业公司东山车间和辽宁鞍山矿达机械制造有限公司一起对1#自磨机的衬板进行了改造。
（一）筒体衬板和进料衬板的改造
MZS5518湿式自磨机的衬板包括进料衬板48块、排料衬板36块、筒体衬板48块，卸料槽18块。筒体衬板在自磨机运转过程中主要起到提升矿石，改变矿石运动轨迹和运动状态的作用，对自磨机的处理能力有很大影响。这次改造将原筒体衬板提升板的高度H由80mm提高到180mm，并增加了高度h为80mm的低提升板，同时将衬板的厚度由原来的70mm增加到100mm，形成了图2所示具有高－低－高新型几何形式的筒体衬板。这种衬板的优点在于：高提升板具有更高的提升矿石的能力，可增加矿石的冲击力；低提升板对矿石具有缓冲作用，并有助于形成矿石自衬层，从而延长衬板的使用周期。
图2 新型高－低－高几何形式筒体衬板
此外，将进料衬板也增加了高度为120mm的提升筋，目的是使矿石很快从受压状态转为张力状态而形成矿石瀑落区，从而加速矿石的粉碎。
（二）排料衬板的改造
自磨机是低料位高浓度运行，而改造前，自磨机排矿端存在死区，因此当粉矿和黄泥矿较多时，物料不能及时排出，影响自磨机的处理能力。为此，将原来的18块排料衬板增改成了带有高度为120mm的提升筋的18块卸料槽和18块格子板。这样，排矿端死区变成了格子孔，在原中水平排矿的基础上增加了低水平排矿面积，使总排矿面积扩大了30.40%；而提升筋的作用，则是提升沉于排矿端底部未能磨细的矿石，使其得到再磨。
增大排矿面积后，应排物料的排出速度加快，对粉矿和黄泥矿的效果更加明显，而且有利于防止磨机“涨肚”，自磨机处理能力显著提高。
三、自磨机主轴承的改造
MZS5518湿式自磨机原主轴承是滑动轴承，即巴氏合金瓦座，其进料端内径为2000mm、宽为440mm，排料端内径为2000mm、宽为420mm，工作参数为径向力1862kN、轴向力93.1kN、工作转速16.5r/min。该滑动轴承由供油量为50L/min的稀油润滑站集中供油，装置易漏油，且易进水或矿浆，造成机油变质或机油压力低，因而频繁发生烧瓦事故，经常需刮瓦或更换瓦座，修理时间长，劳动强度大。为此，马钢南山矿业公司东山车间与北京金发工贸公司一起，本着原轴承座的安装空间不变，仅改变轴承的类型及安装方式来满足实际生产需要的原则，开发研制了一种专用滚动轴承。
（一）轴承形式
1、轴承座
将原来可球面滑动的敞开式瓦座改为固定式上下轴承座（见图3），其底座孔和中心高不变，且进、排料端采用相同的轴承座。
图3 轴承座
2、出料端（固定端）轴承
采用部分式单列球面滚子轴承（见图4）。该轴承的特点是能够承受较大的径向力和一定的轴向力，可自动调心。在同一条件的安装空间内，单列球面滚动轴承的额定动载荷最大，疲劳寿命最长。
图4 出料端轴承
3、进料端（自由端）轴承
采用整体式单列球面滚子轴承（见图5）。该轴承具有与出料端轴承相同的特点。
图5 进料端轴承
4、轴承保持架结构
轴承保持架座和保持架盖带限制滚动体运动方向的兜孔，保持架座、保持架盖通过相邻两滚动体之间的支柱（见图6）相联接为一体。这种结构可避免以往采用支柱穿过滚动体中心的中心支柱式结构时，容易因滚动体与支柱撞击而造成支柱断裂，致使轴承损坏的弊病。
图6 轴承支柱位置示意
（二）轴承的安装
安装出料端部分式单列球面滚子轴承时，在轴承的外圈与轴承座端盖之间增加2个固定轴承外圈的半圆环，使轴承外圈的半圆环，使轴承外圈固定；紧定套固定在中空轴上，轴承内圈与紧定套通过轴承内圈环及内六角螺钉锁紧。
安装进料端整体式单列球面滚子轴承时，紧定套固定在中空轴上，轴承内圈与紧定套通过锥面过盈配合。
（三）轴承基本额定寿命计算
根据GB/T6391－2003，轴承基本额定寿命的计算公式为
式中，n为轴承转速，对于被改造的MZS5518湿式自磨机，n＝16.5r/min；Cr为轴承径向基本额定动载荷，对于本轴承，Cr＝9600kN；Pr为轴承径向当量动载荷，根据具体情况按一定方法求得；k为与轴承类型有关的指数，对于本轴承，k＝10/3。
在正常工作条件下，考虑安装误差、自磨机在实际工作时可能发生的物料堆积以及其它偶然因素引起的冲击作用，可求得Pr＝2723.0kN，则
L10h＝67366.4h＝7.7a
在工作条件较为恶劣的条件下（如同时发生振动，冲击等），可求得Pr＝3630.9kN，则
L10h＝25815.9h＝2.9a
计算结果表明，即使在较为恶劣的工作条件下，轴承也都达到近3a的使用寿命，因此完全可以满足马钢南山矿业公司东山车间选矿厂MZS5518自磨机现有工作条件的要求。
四、改造效果
马钢南山矿业公司东山车间选矿厂1#MZS5518自磨机完成衬板和主轴承的改造后，经过2008年前6个月的运转，取得了以下显著效果。
（一）处理能力提高
表1是2008年前6个月1#、2#（未改）自磨机处理能力的生产统计结果，可以看出，经过改造的1#自磨机平均处理能力为70.00t/h，而未改造的2#自磨机平均处理能力仅为60t/h，1#自磨机处理能力较2#自磨机提高10.00t/h，提高幅度达16.67%。这意味着1#系列每年可多处理原矿7.78万t，多生产品位为65%的铁精矿粉3.29万t，即使按马钢内部价620元/t计算，也折合人民币2039.8万元，扣除铁精矿粉生产成本250元/t，年效益可达1217.3万元。
表1 2008年上半年自磨机处理能力生产统计结果 t/h
|
月份 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
平均 |
|
1#自磨机
2#自磨机 |
69.38
59.37 |
69.59
59.61 |
69.84
59.82 |
69.79
59.75 |
71.01
61.02 |
70.39
60.48 |
70.00
60.00 |
（二）衬板使用寿命延长
改造后，1#自磨机衬板的使用寿命达到原来的1.5倍，衬板消耗由0.19kg/t下降到0.12kg/t。按1个系列年处理50万t矿石、目前衬板价格为1万元/t计算，每年可节约衬板消耗35t，价值35万元。
（三）节电
在相同给矿量条件下，1#自磨机原来使用滑动轴瓦时电机电流为65A，改用滚动轴承后，电机电流下降为55A，电流下降率为15.38%，实际消耗功率减少103.8kW，同时还省去了功率为5.5kW的供油泵（利用率80%）。因此，按年生产340d、电价为0.418元/（kW·h）计算，改造后，1#自磨机每小时节约用电量103.8＋5.5×0.8＝108.2kW·h，年节约用电量88.3万kW·h，年节省电费36.9万元。
（四）节油
1#自磨机主轴承改造后，去掉了稀油泵站，2个主轴承每月只需加20kg价格为15元/kg的二硫化钼锂基润滑脂即可，且启动阻力小，而改造前每月要消耗价格为11元/kg的抗磨液压油100kg。因此，1#自磨机改造后，可年节省油费（100×11－20×15）×12＝9600元。
综合以上各项，1#自磨机改造后，每年可至少多创造直接经济效益1290.1万元，同时由于自磨机改造后故障率降低，还减少了维修时间和维修费用，降低了工人劳动强度，而改造费用仅150万元左右，可见改造所带来的效益非常显著。
五、结语
马钢南山矿业公司东山车间选矿厂1#MZS5518自磨机经过衬板和主轴承改造，获得了处理能力提高、衬板使用寿命延长、节电、节油及设备故障率降低等显著效果，每年可多创造至少1290.1万元的直接经济效益，若对2#MZS5518自磨机也进行同样的改造，则产生的效益将更加巨大。
虽然1#自磨机的改造是成功的，但还存在着制造、安装难度大的问题，应进一步优化设计和施工方案，在以后的技改中改进。
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