衬板
1. 衬板的作用
    衬板主要用来保护筒体，使筒体免受研磨体和物料的直接冲击和研磨；同时也可利用不同形式的衬板来调整各仓内研磨体的运动状态。
    物料的粉磨过程是：第一仓物料粒度较大，要求研磨体以冲击作用为主，研磨体应呈抛落状态，所以粉磨仓内衬板对研磨体具有较高的提升能力并应具有良好的抗冲击性能；以后各仓内物料粒度依次递减，要使产品粉磨到要求的细度，研磨体应依次增强研磨作用，即研磨体需要产生滚动和滑动，也就是使研磨体呈泻落状态，因此要求衬板具有良好的耐磨性能。由于研磨体的运动状态取决于磨机筒体的转速，而粉磨过程要求各仓内研磨体呈不同的运动状态，这与磨机筒体具有同一转速相矛盾。解决这个矛盾的方法就是利用不同形状表面的衬板，来改变研磨体的运动状态，以适应物料粉磨过程的要求，从而提高粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。
2. 衬板材料
    球磨机衬板大多数用金属材料制造，也有少量用非金属材料制造。由于各仓内研磨体运动状态不同，为适应这种工作状态的要求，制造各仓衬板材料就不同。
    在粉碎仓，研磨体以冲击作用为主，要求衬板应具有抗冲击和耐磨性能。普遍采用高锰钢（ZGMn13）作衬板材料，它具有一定的抗冲击韧性，并且在受到一定的冲击时，它的表面产生冷作硬化，表面变得坚硬耐磨，一般硬度在HB300-350，韧性相当高，冲击值可达700Nm/cm²。但在使用中，容易过早反凸弯曲变形，拉断固定螺栓，造成衬板脱落，使之寿命降低，一般平均寿命在 5000-6000h 。
    高铬铸铁硬度高，耐磨性好，在耐磨材料中居首。高铬铸铁是一种脆性材料，但经过适当的处理，可以制作粗磨仓衬板。
    一般高铬铸铁用于较小冲击工况下，如煤磨衬板和破碎机衬板（抗磨板）等，耐磨性比高锰钢提高 6-8 倍，经济效益很显著。磨机上结构复杂及薄壁大件不宜采用高铬铸铁，如隔仓篦板、磨头衬板等。现在高铬铸铁已发展了四种牌号，为了提高韧性随之出现了高铬铸钢等材料。
    目前耐磨材料还可选用低铬铸铁、42 硅锰铬钼钢、低碳硅锰耐磨合金钢、低合金高强度钢（ZG35SiMn和ZG30CrMnSiMoRe）等。
    在细磨仓，研磨体以研磨为主，所以要求衬板具有良好的耐磨性能。一般多选用耐磨白口铁、冷硬铸铁、中锰稀土球墨铸铁等。
   20世纪70年代初，我国许多湿法原料磨内采用橡胶衬板，取得了良好的效果。橡胶衬板与高锰钢衬板相比，其优点是：质量轻，使安装衬板的劳动强度降低，缩短了检修时间；负荷轻，动力消耗下降，一般可降低10%左右；使用寿命长，提高了磨机的运转率；研磨体消耗降低20%以上；保护筒体免受料浆磨损，延长筒体使用寿命；工业噪音低，改善了操作条件，有利于工人的健康。其缺点是：不耐高温；不宜用在干法磨上；应用在湿法棒球磨的头仓里其抗冲击性能还不够理想。筒体衬板的断面形状，应使橡胶衬板具有最高粉磨效率和处于最低的磨损状况。
    还有一种衬板采用辉绿岩铸石材料，一些水泥厂曾用在磨机末仓，镶砌衬板进行过工业试验，试验结果表明：用于管磨机钢锻仓是完全可以的，使用寿命比自行浇注的白口铁衬板高一倍以上，而费用比白口铁低一半以上。但铸石衬板的镶砌技术和铸石本身的浇注质量还需进一步研究提高。
3. 衬板类型
   磨机衬板有许多类型，为了对它的认识有个全面性，可以按它们所用的部位和它们的材料进行粗略的分类。
  按衬板用在不同部位可分为：筒体衬板、磨头衬板、磨门衬板、特殊衬板。
  按衬板材料可分为；金属衬板、橡胶衬板、石质或铸石衬板、混合衬板。
4. 简体衬板的表面形状
A. 平衬板（图7-25（e））
    平衬板就是等厚度衬板。它是最早出现的最简单的衬板形式，平衬板不论是完全光滑的表面，还是在表面上铸有一些花纹，它对研磨体的作用基本上都是依赖衬板与研磨体之间的静摩擦，这样不可避免地要出现研磨体滑动的现象，因而降低了研磨体的提升高度。但是，也正因为有滑动现象才使研磨体的研磨作用增加。因此，平衬板用于细磨仓较为适宜或者与压条组合成压条衬板（图7-25（a））。
B. 压条衬板（图7-25（a））
    压条衬板是由压条和平衬板组成。压条上有螺栓，通过压条将平衬板固定。

图 7-25 衬板的主要类型
（a）压条衬板；（b）凸棱衬板；（c）波形衬板；
（d）阶梯衬板；（e）平衬板；（f）波纹衬板；（g）半球形衬板
1—压条；2—平衬板
工作时，这种衬板是由平衬板部分与研磨体间的摩擦力和压条侧面对研磨体直接推力的联合作用带动研磨体的，因而使研磨体升得较高，具有较大的冲击能量。所以，压条衬板适合于作第一仓的衬板。因压条衬板是组合件，所以可根据不同的磨损状况进行分别更换，为此可降低钢材消耗。
    压条衬板最大的缺点是提升能力不均匀，压条前侧面附近的研磨体被带得很高，但远离压条的地方又类似于平衬板那样出现局部滑动。当磨机转速过高时，被压条前侧面带得过高的研磨体抛落到对面衬板上而打不着物料，位能白白浪费掉，还加速了衬板与研磨体的磨损。所以，对转速较高的磨机是不适于安装压条衬板。若压条材质不良，会产生压条被砸延鼓起变形、断裂或压条螺栓松动和断裂等。
    压条衬板结构的主要参数是高度、角度和密度。它的高度不应超过本仓最大球的半径，角度为40⁰-45，两道压条之间的距离等于该仓最大球径的三倍最为理想。
C. 凸棱衬板（图7-25（b））
    它是在平衬板上铸成断面为半圆形或梯形的凸棱。凸棱的作用与压条相同，其结构参数与压条衬板相仿。由于凸棱和平衬板是一整体，当凸棱磨损后需更换时，平衬板部分也随之报废。但凸棱衬板较压条衬板具有较大的刚性，因而可以用延展性较大的材料制作。而用这种材料制作压条衬板时，压条将要弯腰弓背，拉断螺栓，而凸棱衬板不会出现这样缺陷。
D. 波形衬板（图7-25(c））
    使凸棱衬板的凸校平缓化就形成了波形衬板。对于一个波节，上升部分对提升研磨体是很有效的，而下降部分却有些不利的作用。这种衬板的带球能力较凸棱衬板显著减少。实际上可能使研磨体产生一些滑动，但能避免将某些研磨体抛起过高的不良现象。这一特点比较适合于棒球磨，因为在棒仓必须注意防止过大的冲击力而损伤衬板。
E.阶梯衬板（图7-25（d））
    平衬板最大的弱点是研磨体与衬板表面摩擦力不足导致研磨体沿其衬板表面滑动。如果使衬板表面与筒体切线方向形成一倾角，则摩擦力增大，可以提高衬板的提升能力。当衬板表面曲线为阿基米德对数螺旋线时，衬板表面曲线各点的切线方向与该点的圆周切线方向的夹角相同。
阿基米德对数螺旋线阶梯衬板增加衬板带球能力的原理如图7-26（a）所示。

图 7-26 阶梯衬板及球在衬板上力的平衡
   阶梯衬板具有特殊的形状，它使钢球与衬板之间不仅有摩擦作用，而且增加了球与衬板之间的粘着力。阶梯衬板表面直接影响到球与衬板的粘着系数。
图 7-26（b）中1—1所示的方向是A点在圆周方向的切线。2—2所示的方向是阶梯衬板工作面在A点的切线方向。A点是球所在的位置，球所受的力如图所示。力在2—2方向投影的合力就是上升力。若上升力用F₁表示，则
F₁=[Pcosβ+ Gcos(α-β)]f+Psinβ-Gsin(α-β)
式中 P ———离心力，P=mα²R；
α———球所在的位置角；
β———阶梯衬板的倾斜角；
f———球与衬板之间的摩擦系数。
很明显，上升力除了在平衬板中已有的摩擦力外，增加了离心力的分力Psinβ，β角越大，此力也愈大。
因此， 角是阶梯衬板设计的关键数据。一般生料磨和水泥磨，β=10⁰。β过小，则提升能力不足，β过大，则提升能力过头，使钢球抛得过远，增加衬板的磨损。
衬板表面曲线是阿基米德对数螺线的一段，它具有下列优点：
a. 对同一球层被提升的高度均匀一致。
b. 衬板表面磨损均匀，即衬板磨损后不致显著地改变其表面形状。
c. 衬板的牵制能力可作用到其他层次的研磨体上，这样，不只减少了衬板与外层研磨体之间的滑动和磨损，而且还防止了不同层次的研磨体之间的滑动和磨损。
由此可见，阶梯衬板适用于磨机的粉碎仓。
F. 半球形衬板（图7-25（g））
应用半球形衬板可以完全避免在衬板上产生环向磨损沟槽，能大大降低研磨体与衬板的金属消耗。半球体的直径应为该仓最大球径的2/3，半球的中心距不大于该仓平均球径的两倍，半球应成三角形排列，以利阻止钢球沿筒体滑动。
G. 小波纹衬板（图7-25（f））
衬板表面具有较小的波峰和节距，并开有锥形孔，这是一种适合于磨机的细磨仓装设的镶砌衬板。
H. 分级衬板（图7-27）

图 7-27 分级衬板铺设示意图
1—磨端盖；2—平衬板；3—磨筒体；4—分级衬板；5—隔仓板
分级衬板是指钢球在磨机轴向能起到分级作用的衬板的总称。
物料在磨内粉碎过程中，其粒度大小是沿磨机轴向不断减小的。从供能合理来说，大颗粒用大球粉磨，小颗粒用小球粉磨是省能的，因此希望磨内钢球能按物料粒度减小的规律自动分级。
分级衬板常用的是锥形分级，按排列形式可分成三种（图7-28）。
图7-28（a）为沿磨机轴向全部为锥形分级衬板，图7-28（b）和图7-28（c）为一平一斜的组合式。

图 7-28 锥形分级衬板的不同排列形式
锥形分级衬板的原理如图 7-29 所示。
衬板斜面反作用于钢球的水平分力 P₀，正比于球径 d 的三次方，而钢球水平运动的阻力F 正比于球径d的二次方。这样，在磨运转一定时间后，大钢球使移向进料端，而小钢球被迫排向出料端，从而达到在轴向按大小分级。
分级衬板的分级作用来源于它的轴向斜面，因此斜角是设计的主要参数，一般斜角θ=10-18。

图 7-29 锥形分级衬板分级原理图
一般分级衬板用于 L/D 较大的情况。
为了避免进料端大球大料堆积过多，可在靠进料端装两排平衬板。为了防止出料端小球或物料堵塞隔仓板篦孔，靠近隔仓板装一圈方向相反的衬板。
分级衬板一般安装在磨机的一、二仓内，因为钢球分级后，对物料的粉碎作用较大。分级衬板除锥面结构外，还有一种螺旋凸棱形式的结构，即在衬板工作面上铸出如图 7-30 所示的斜凸棱，安装后在磨仓内壁形成向出料端送料的内螺旋筒。这种结构在凸校被磨掉前也有一定的分级效果，但凸棱磨损要比衬板快得多。

图 7-30 螺旋凸棱分级衬板
I. 角螺旋衬板（或圆角方形衬板）
改变磨内研磨体运动规律，增加在单位时间内研磨体在磨内循环次数，是提高磨机粉磨效率的途径之一。角螺旋衬板就是改变筒体内壁的结构形式来改变研磨体的运动规律的。角螺旋衬板的类型有两种：一种是直边形角螺旋衬板，如图 7-31 所示；另一种是大弧形角螺旋衬板，如图 7-32 所示。
直边形角螺旋衬板的横断面的四边是直线，四角为圆角，称为直边形或四角螺旋衬板。大弧形角螺旋衬板的横断面是由八个曲面围成的（如图 7-32 所示）。
J.沟槽衬板
球磨机内的研磨体在被提升过程中与筒壁会产生相对运动，即研磨体在衬板上产生滑动，这样长期摩擦，而形成具有一定规律的环向沟槽，这是一种加快磨损的不利现象。而且一部分能量消耗在摩擦上而产生热量，作了无用功。
如果把磨机壁上的这种摩擦功用在物料的粉磨上，那么就充分利用了功耗。对沟槽衬板的形成进行系统研究后得知，如果能采用一定形式的沟槽，则有利于对电机功率的利用。基于这种观点，而导致沟槽衬板的开发。

图 7-31 直边形角螺旋衬板
1—平衬板；2—圆角衬板；3—钢支架

图 7-32 大弧形角螺旋衬板
磨机安装普通衬板时，钢球降落时或贴着筒体上升时的接触为点接触，物料从钢球的两侧挤出，钢球与衬板之间几乎不起研磨作用，如图 7-33 所示。安装沟槽衬板时则钢球与衬板不是点接触，而是圆弧线接触。由于物料不能从沟槽内挤出，在钢球与衬板之间总有一层物料，即外层钢球与衬板之间无金属接触现象存在，因此在沟槽中存在着附加研磨作用，钢球与衬板沟槽的接触包角为 120⁰左右，即每个钢球在 120⁰角的范围内研磨，如图7-34所示。这样就提高了磨机的粉磨能力。
沟槽衬板应设计成与自然磨出的环向沟相同，并且当磨机运转时，最大直径的钢球在衬板上以密集的形式自行组合，构成六边形排列，如图 7-35 所示。在由同样大的钢球分布成六边形的球层中，相邻两列球的间距a与钢球直径d之间存在如下关系：

图 7-33 普通衬板与钢球接触
1—球；2—物料；3—衬板

图 7-34 沟槽衬板与钢球接触
1—球；2—物料；3—衬板
按这样一种分布，在磨机的转动方向上，钢球两侧重叠 60₀，因此球在衬板上的有效接触弧度为 120₀。衬板磨损后的沟槽形状和新衬板的沟槽一样，这就从沟槽结构上保证了沟槽衬板从安装到更换的整个使用期，自始至终可保持最佳粉磨效率不变。
倾斜沟槽衬板：这种衬板表面上加工出倾斜沟槽，如图7-36所示。这一沟槽与多头螺旋相似，其旋向形成向出料端送料的方向。
倾斜沟槽衬板实现了对研磨体产生分级作用，此种衬板应用在磨机的细磨仓内，可进一步提高其粉磨效率。
5. 衬板的规格、排列及固定

图 7-35 钢球在沟槽衬板上分布情况
A. 衬板的规格
确定衬板的规格时，应考虑到便于搬运、装卸和进出磨门。近年来，磨机衬板尺寸已统一，它的宽度为314mm，整块衬板长度为500mm，半块衬板长为250mm，衬板的发展趋势是规格愈来愈小，今后可能发展为现在衬板的一半左右。衬板的平均厚度为50mm，衬板重量在 600N以下为宜。
B. 衬板的排列
衬板排列时，环向缝隙不能贯通，要互相交错如图7-37所示，以防止研磨体残骸及物料对筒体内壁的冲刷作用。为此衬板分为整块和半块两种。考虑到衬板的整形误差，衬板四周都应预留间隙，铸钢件为10mm，铸铁件为5-8mm。
C.衬板的固定
衬板的固定有用螺栓连接和镶砌两种方式。粗磨仓衬板一般都用螺栓固定，螺栓有圆头、方头和椭圆头多种。安装衬板时，要使衬板紧紧贴在筒体内壁上，不得有空隙存在。为了防止料浆或料粉进入冲刷筒体，应在衬板与筒体间装设衬垫。为了防止料浆顺螺栓孔流出，配有带锥形面的垫圈，如图 7-38 所示。在锥形面内填塞麻丝，拧紧螺帽时麻丝被紧紧压在锥形面垫圈内，这样螺栓与简体上螺栓孔之间的间隙即被消除。为了防松，螺栓要求带双螺帽或防松垫圈。
螺栓连接固定的优点是抗冲击，耐振动，比较可靠。其缺点是需要在简体上钻孔，耗费人力、物力消弱了筒体强度，且可能漏料。
为了克服螺栓连接衬板的缺点，近年来，在磨机一、二仓也有采用无螺栓衬板，其结构和安装方法如图 7-39 所示。衬板的两侧边皆带有半圆形销孔，当衬板彼此挤紧时，在销孔内打入楔形销钉。在每圈首尾衬板相接时，其销孔打入一特殊楔形销钉。在衬板和筒体间加有衬垫。

图 7-36 倾斜沟槽衬板

图7-37 衬板铺设图

图 7-38 金属衬板的固定方式
（a）角锥形；（b）圆锥形；（c）椭圆锥形

图 7-39 无螺栓衬板的固定方法
1—楔形销钉；2—特殊楔形销钉；3—衬板；4—磨机筒体；5—衬垫
采用无螺栓固定衬板的前提条件是筒体要有足够的刚度，而且要求内表面光滑、圆整，衬板长、宽公差控制在 1mm 之内，衬板要有足够的强度、平整的外形、均匀的质量和足够的耐磨性。
细磨仓内的小波纹衬板，一般都是互相交错地镶砌在简体内，彼此挤紧时就形成了“拱” 的结构，再加上水泥砂浆的凝结硬化，一般是十分牢固的。为了增加安装的可靠性，在衬板的环向用铁板楔紧。
橡胶衬板的连接方式目前基本上有两种，即挠性连接，如图 7-40 所示；另一种是刚性连接，如图 7-41 所示。

图 7-40 挠性连接装配图
1—橡胶压条；2—橡胶树板；3—T形压板；
4—筒体；5—胶套；6—碟形压盖

图 7-41 刚性连接装配图
1—橡胶衬板；2—连接螺栓；3—简体
挠性连接以橡胶压条1嵌住橡胶衬板2，T 形压板3深埋在橡胶压条之中，压板螺栓穿过筒体4固定。这种连接的优点是充分利用橡胶衬板的弹性；衬板轴向不必留接缝，保护筒体不受研磨体冲刷；压板3深埋在橡胶压条之中，不受研磨体直接冲击和料浆的冲刷，只起连接作用。
刚性连接它的特点是橡胶衬板的形状与尺寸保留了金属衬板的结构形式，直接用螺栓与筒体连接。这种连接的优点是加工容易，安装方便。缺点是螺栓头暴露在外，受研磨体和物料直接冲刷，另外它只能局部压紧衬板，因此在衬板的接缝处极易卡进物料或小颗粒研磨体，这样当衬板受到研磨体冲击，发生弹性变形时，易使连接螺栓松脱，严重时衬板将脱落。
橡胶衬板寿命已接近和超过钢衬板，并且节约电耗，使其下降5%-10%；衬板无环向缝隙，料浆不易冲刷筒体，为此保护了筒体；衬板螺栓不易折断，衬板安装紧密不漏料浆；橡胶衬板轻便，便于检修，操作安全，能减少磨机噪声，改善劳动条件。综上所述，橡胶衬板目前多用在湿法生产原料磨机上。