(1) بطانات مسطحة

يُطلق مصطلح «البطانات المسطحة» على كل من البطانات ذات سطح العمل المسطح أو تلك التي تحتوي على أنماط مصبوبة. كما يُشار إلى تلك التي تحتوي على أنماط مصبوبة باسم البطانات المسطحة المزخرفة. توفر البطانات المسطحة احتكاكًا منخفضًا لوسائط الطحن، مما يجعل الوسائط تنزلق بشكل أكبر على سطحها، وبالتالي تعزز عملية الاحتكاك (الطحن) على المادة. وعادةً ما تُستخدم بالاقتران مع البطانات المموجة في حجرة الطحن الدقيق.

(2) المموج البطانات

تتميز البطانات المموجة بسطح عمل على شكل موجات. يُطلق على البطانة التي تحتوي على قمة موجة واحدة فقط اسم البطانة المموجة أحادية الموجة أو ذات الموجة الكبيرة؛ أما البطانة التي تحتوي على قمتين فتُسمى البطانة المموجة مزدوجة الموجة أو ذات الموجة المتوسطة؛ أما البطانة التي تحتوي على قمم متعددة فتُسمى البطانة المموجة ذات الموجة الصغيرة أو ببساطة البطانة المموجة. يكون ارتفاع رفع الكرات في البطانات أحادية الموجة وثنائية الموجة أقل من ارتفاع رفع الكرات في البطانات ذات قضبان الرفع. عندما يكون قمة الموجة في الجانب الصاعد، فإنها ترفع الكرات لأعلى؛ وعندما تكون في الجانب الهابط، فإنها تدفع الكرات لأسفل، مما يجعلها مناسبة لحجرة القضبان في مطاحن القضبان. تتميز البطانات المموجة ذات الموجات الصغيرة بقمم ومسافات بين القمم صغيرة، مع ارتفاع رفع منخفض، مما يجعلها مناسبة لحجرات الطحن الدقيق ومطاحن الفحم.

(3) مضلع البطانات

البطانات المضلعة هي بطانات مسطحة مزودة بضلع نصف دائري أو شبه منحرف مصبوب على سطح العمل. تعمل الأضلاع على رفع وسائط الطحن، مما يمنحها تأثيرًا أقوى. تُستخدم هذه البطانات في الحجرة الأولى، لكنها غير مناسبة للمطاحن القضيبية أو الحجرة القضيبية في المطاحن القضيبية-الكروية. ونظرًا لأن الأضلاع تتآكل بسهولة، فإن إنتاج المطحنة يصبح غير مستقر، ولذلك يتم استبدال البطانات المضلعة تدريجيًا بالبطانات المتدرجة.

(4) قضيب الرفع البطانات

تتكون بطانات قضبان الرفع من بطانة مسطحة وقضبان رفع. تحتوي القضبان على فتحات للمسامير، وتمر المسامير عبر هذه الفتحات لتثبيت القضبان والبطانة (التي لا تحتوي على فتحات) على الجدار الداخلي للغلاف. تبرز القضبان فوق سطح البطانة، مما يزيد من تأثير الرفع على وسائط الطحن ويمنحها قوة صدم وطحن أكبر. وهي مناسبة للحجرة الأولى، خاصةً عندما تكون المواد المُغذية خشنة وصلبة. في الحجرات المزودة ببطانات قضبان الرفع، يكون التآكل على كل من الكرات والبطانات أكثر حدة، ولا يُنصح باستخدامها في المطاحن ذات السرعة الدورانية العالية.

(5) البطانات المتدرجة

تتميز البطانات المتدرجة، التي تُعرف أيضًا باسم بطانات دفة السفينة، بسطح عمل مائل. وبعد تركيبها، تشكل هذه البطانات عدة درجات، وهي مناسبة لحجرة الرأس في مصانع الأنابيب. وتعمل هذه البطانات على زيادة قوة الدفع على وسائط الطحن. وهي توفر ارتفاع رفع موحدًا للكرات في نفس الطبقة؛ ولها تأثير تقييدي قوي على الكرات، مما يمنع الانزلاق والتآكل بين الطبقات المختلفة من وسائط الطحن، ويقلل من الانزلاق والتآكل بين الوسائط الخارجية والبطانات. بالإضافة إلى ذلك، يتآكل سطح البطانة بشكل متساوٍ ولا يكون التغير في الشكل بعد التآكل واضحًا. يواجه الطرف الرقيق للبطانة المتدرجة اتجاه الدوران أثناء تشغيل المطحنة.

(6) البطانات نصف الكروية

تتميز البطانات نصف الكروية بوجود نتوءات على شكل نصف كرة على سطح العمل، مرتبة بنمط متداخل (مثلثي). وهي تمنع الكرات من الانزلاق على طول الغلاف وتحد من تشكل الأخاديد الحلقية الناتجة عن التآكل، مما يقلل من استهلاك كل من وسائط الطحن والبطانات. وهي مناسبة لحجرات التكسير.

(7) بطانات التصنيف المخروطية

تشكل البطانات التصنيفية المخروطية، التي تُعرف أيضًا باسم البطانات التصنيفية المتدحرجة، غرفة طحن مخروطية مقسمة إلى أجزاء على طول الحجرة بعد تركيبها. ويكون ظل زاوية الميل لهذه البطانات أكبر من أو يساوي معامل الاحتكاك الدوراني المكافئ للكرات. وتحت تأثير الميل، تتدحرج الكرات نحو رأس المطحنة على طول السطح المخروطي، وكلما زاد قطر الكرة، زاد تدحرجها إلى الأمام، مما يحقق تصنيفًا إيجابيًا للكرات الفولاذية. وتشمل الأنواع الشائعة البطانة التصنيفية المخروطية من نوع كارمان، والبطانة التصنيفية المخروطية من نوع شليجلتون، والبطانة التصنيفية المخروطية من نوع FLS. يتميز النوع الأول بسطح عمل مخروطي مسطح، بينما يجمع النوع الثاني بين سطح مخروطي مسطح وسطح مخروطي مقوس، أما النوع الأخير فيتكون من بطانتين مسطحتين وبطانة تصنيف مخروطية من نوع كارمان.

يمكن استخدام هذا النوع من البطانات في المطاحن ذات الدائرة المفتوحة وكذلك ذات الدائرة المغلقة؛ وفي مطاحن المواد الخام وكذلك مطاحن الأسمنت؛ وفي العمليات الجافة وكذلك العمليات الرطبة؛ ولتصنيف الكرات الفولاذية وكذلك الوسائط المختلطة المكونة من الكرات والأسطوانات. وعادةً ما تُستخدم هذه البطانات فقط في حجرة الطحن الدقيق للمطاحن متوسطة الطول. وفي المطحنة متوسطة الطول ذات نسبة L/D الصغيرة، عند اعتماد عملية التكسير المسبق وتقليل حجم جسيمات التغذية d₈₀ إلى حوالي 3 مم، تصبح المطحنة بأكملها فعليًا حجرة طحن دقيق. في هذه الحالة، يمكن إزالة الحاجز الوسيط وتركيب بطانات التصنيف المخروطية في جميع أنحاء المطحنة بأكملها لزيادة الحجم الفعال وتقليل مقاومة التهوية، مما يؤدي إلى زيادة الإنتاج بشكل أكبر. وفقًا للتقارير المنشورة، بعد تركيب البطانات التصنيفية المخروطية في المطاحن الأنبوبية، يزداد الإنتاج بمقدار 5%–15% بينما تظل دقة المنتج دون تغيير جوهري، وينخفض استهلاك الطاقة للوحدة بمقدار 10%–18%. عيوب البطانات التصنيفية المخروطية: انخفاض الحجم الفعال للمطحنة؛ ودقة زاوية ميل المخروط عالية (تؤثر أخطاء الزاوية على أداء التصنيف)، مما يجعل التصنيع صعبًا؛ كما أن التركيب يمثل مشكلة إلى حد ما.

(8) بطانات لولبية زاوية

تُستخدم البطانات الحلزونية الزاوية، التي تُعرف أيضًا باسم بطانات CZ، في الغالب في الحجرة الثانية. وبعد تركيبها، تشكل سطحًا مربعًا مدببًا بأربع زوايا مستديرة داخل الحجرة، ولذلك تُسمى أيضًا بالبطانات المربعة ذات الزوايا المستديرة. تكون الزوايا المربعة المستديرة للحلقات المتجاورة متباعدة بزاوية بالنسبة لبعضها البعض، وتشكل زاوية حلزونية معينة محوريًا (تتراوح عادةً بين 12° و22.5° لمطاحن الأسمنت، وحوالي 36° لإنتاج الأسمنت عالي الجودة). اتجاه دوران البطانات معاكس لاتجاه دوران غلاف المطحنة. وبالتالي، على طول المطحنة بالكامل، تشكل حجرة الطحن حلزونة مستمرة ذات أربع دورات. تتمتع الأسطح الحلزونية عند الزوايا المربعة المستديرة بتأثير إمساك قوي على الكرات الصغيرة، مما يدفعها نحو طرف التفريغ؛ وفي الوقت نفسه، تدفع قوة الدفع الناتجة عن زاوية الحلزون الكرات الكبيرة نحو طرف التغذية. ولذلك، تحقق هذه البطانة تصنيفًا إيجابيًا جيدًا للكرات، بل وأفضل من البطانات التصنيفية المخروطية.

لوحظت الآثار التالية بعد تركيب هذا البطانة:

① يتغير نصف قطر الدوران لكل طبقة من الكرات بشكل فوري، مما يؤدي إلى تباينات في ارتفاع السقوط ونقطة السقوط والطاقة الحركية عند الاصطدام للكرات الموجودة في نفس الطبقة، وبالتالي تعزيز عملية الخلط والتغلغل بين الوسائط والمواد.

② تؤدي الاختلافات في سرعات دوران وسقوط الكرات والمواد إلى حدوث احتكاك شديد بين أسطح “الستارة المكونة من الكرات والمواد” في البطانات المتجاورة.

③ تؤدي قوة الدفع الصادرة عن الأسطح الحلزونية الداخلية إلى توليد تيارات دوامية محورية محلية في مناطق الكرات الواقعة ضمن نفس نطاق القطر، مما يعزز عملية الطحن.

④ يوفر تصنيفًا إيجابيًا جيدًا للكرات. ويتم تقليل الإفراط في الطحن بشكل ملحوظ (وهو ما يلاحظ بشكل خاص في المطاحن ذات الدائرة المفتوحة)؛ كما يصبح تشغيل المطحنة أكثر استقرارًا؛ ويتم إطالة العمر التشغيلي لنظام النقل.

بعد تركيب هذا البطانة، ينخفض الحجم الفعلي للحجرة بمقدار 10%–15% مقارنةً بالبطانات العادية. وهي تعمل بشكل جيد عمومًا في المطاحن الكبيرة (التي يزيد قطرها عن φ3m). يُعد تركيب هذه البطانة وإزالتها أمرًا صعبًا. عند استخدام هذه البطانة، يجب تقليل كمية الكرات بشكل مناسب وزيادة متوسط قطر الكرات في الحجرة الأولى؛ كما يجب التحكم بدقة في نسبة الرطوبة في المواد المُغذية.

(9) بطانات التصنيف الزائدية

تجمع بطانات الفرز الزائدية بين مزايا كل من بطانات الفرز والبطانات المتدرجة. وهي تشبه بطانات التصنيف محوريًا، مما يتيح التصنيف المنطقي للكرات الفولاذية على طول المحور. وعندما تتدحرج الكرات وتنزلق على طول السطح المنحني للبطانة، وبسبب اختلاف مستويات الطاقة بين الكرات الكبيرة والصغيرة، يتم دفع الكرات الأصغر حجمًا محوريًا نحو ذيل المطحنة، مما يحقق التصنيف التلقائي للكرات. يشكل السطح المنحني خطًا حلزونيًا متقطعًا داخل المطحنة، مما يؤدي إلى دفع المواد نحو ذيل المطحنة، وبالتالي تسريع تدفق المواد وتقليل الإفراط في الطحن بشكل فعال. من الناحية المحيطية، تتميز البطانة بتصميم متدرج مع ميل رفع معين، مما يضمن عدم اصطدام الكرات المتساقطة بالبطانات المكشوفة، وبالتالي تقليل تلف البطانة وتآكلها. بالمقارنة مع البطانات العادية، توفر هذه البطانة حوالي 10% من الطاقة.

(10) بطانات ذات أخاديد لولبية

تتميز البطانات ذات الأخاديد الحلزونية بأسطح عمل مخددة بزاوية ميل (أقل من 12°). وبعد التركيب، يشبه سطح حجرة الطحن حلزونة متواصلة متعددة اللفات (حيث يكون اتجاه الحلزونة مطابقًا لاتجاه دوران المطحنة). وتُستخدم هذه البطانات في حجرات الطحن الدقيق، حيث تجمع بين وظيفة البطانات المحززة والقدرة على تحقيق تصنيف محوري منطقي للكرات الفولاذية.

(11) بطانات التصنيف المدمجة

داخل الحجرة نفسها، يتم الجمع بين عدة أنواع من البطانات التي تتميز بمعاملات رفع/احتكاك مختلفة على أسطحها العاملة، بحيث ينخفض متوسط معامل الرفع/الاحتكاك لكل حلقة تدريجيًّا على طول اتجاه تدفق المادة. ويحقق ذلك الغرض المتمثل في تقليل قدرة البطانة على التقييد والرفع باتجاه طرف التفريغ، ودفع الكرات الأكبر حجمًا نحو منطقة الطاقة العالية، وتحقيق التصنيف التلقائي لوسائط الطحن. في ألمانيا (المعروفة سابقًا باسم جمهورية ألمانيا الاتحادية)، تم دمج بطانات قضبان الرفع ذات ارتفاعات القضبان المختلفة لتشكيل بطانات تصنيف، مما أدى إلى زيادة إنتاج المطحنة بمقدار 5%–10%. وتضمنت هذه الممارسة ترتيب قضبان الرفع في حجرة الطحن الخشن في خمسة صفوف: الصف الأول – ارتفاع القضيب 55 مم (16 قضيبًا)، والصف الثاني – 45 مم (16 قضيبًا)، الصف الثالث – 45 مم (8 قضبان)، والصف الرابع – 30 مم (8 قضبان)، والصف الخامس – 30 مم (4 قضبان)، والصف السادس عبارة عن بطانات مسطحة بدون قضبان. قامت مصنع Huaxin للأسمنت بترتيب البطانات المتدرجة والبطانات المسطحة بنمط متناوب بحيث تنخفض الطاقة المنقولة من البطانات إلى الكرات على طول اتجاه تدفق المواد، مما يزيل التصنيف العكسي للكرات، مع زيادة الإنتاج بمقدار 4%–7% وتقليل استهلاك كل من البطانات والكرات.

(12) بطانات تصنيف على شكل حلزون مزدوج

بطانات التصنيف ذات الشكل الحلزوني المزدوج هي بطانات متعددة الأضلاع ذات زوايا مستديرة، مزودة بأضلاع مائلة مرتبة بكثافات مختلفة. ويتم ترتيب كل من الملامح المتعددة الأضلاع ذات الزوايا المستديرة والأضلاع المائلة في نمط حلزوني مزدوج محوريًّا، مع انخفاض كثافة الأضلاع على طول اتجاه تدفق المادة. تنقل هذه البطانات مستويات مختلفة من الطاقة عبر سطح البطانة، كما تولد دفعًا محوريًا ناتجًا عن زاوية اللولب للبطانات والأضلاع. وهذا يتيح الفرز الإيجابي للكرات الفولاذية في حجرة الكرات الفولاذية، والفرز الإيجابي للكرات في حجرة الكرات، والفرز الإيجابي للوسائط المختلطة في حجرة مدمجة للكرات والكرات الفولاذية. أظهرت التجارب التي أُجريت على مطاحن أنبوبية بقطر φ2.2 م وما دونه زيادة في الإنتاج تتراوح بين 5% و15%، وانخفاضًا في استهلاك الطاقة يتراوح بين 8% و15%. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن هذه البطانات مرتبة بالتناوب على طول المطحنة، يتم تفريغ الحمولة بالتناوب، مما يعزز عملية القص بين الأسطوانات الفولاذية والمواد، ويحسن دقة المنتج بشكل ملحوظ مع بقاء الإنتاج دون تغيير.

(13) البطانات المحززة

تحتوي البطانات المحززة على عدة أخاديد على سطح العمل لكل بطانة على حدة. وبعد تركيبها، تشكل هذه الأخاديد أخاديدًا محيطية، ولذلك تُعرف أيضًا باسم البطانات ذات الأخاديد الحلقية.

صُممت الأخاديد الموجودة في البطانات المخددة بحيث تسمح للكرات الفولاذية بالترتيب في شكل سداسي على سطح البطانة. وفي ظل هذا الشكل من الترتيب، تتمتع الكرات بعدد تنسيق أعلى وكثافة أكبر، مما يؤدي إلى زيادة احتمالية حدوث تصادمات فعالة بين الكرات. بالإضافة إلى ذلك، يتغير التلامس بين الكرات والبطانات من تلامس نقطي (كما هو الحال مع البطانات المسطحة أو المرتفعة) إلى تلامس خطي بزاوية 120 درجة، مما يزيد بشكل كبير من مساحة الطحن. في ظل ظروف التلامس هذه، لا تتناثر المادة الموجودة بين الكرات والبطانات بسهولة كما هو الحال مع البطانات المسطحة أو المرتفعة، بل تشكل بدلاً من ذلك طبقة مادية لا تنفصل بسهولة، مما يسمح بالطحن الكامل داخل الأخاديد، وبالتالي تحقيق كفاءة طحن عالية.

تتخذ البطانات المحززة ثلاثة أشكال: الحزوز الحلقية، والحزوز الحلزونية، والبطانات المنشطة. ووفقًا لظروف تشغيل المطحنة، يمكنها تحقيق تصنيف عقلاني للكرات وتحسين أداء الطحن.

ومن المزايا الإضافية لاستخدام البطانات المحززة ما يلي:

① تبلغ زاوية انفصال وسائط الطحن على البطانات المموجة 55 درجة، بينما تبلغ 60 درجة على البطانات المحززة. ونظرًا لزيادة زاوية الفصل، ينخفض عزم دوران المطحنة؛ وبالاقتران مع حقيقة أن البطانات المحززة أخف وزنًا بحوالي 10% من البطانات العادية، تنخفض الطاقة المطلوبة للمطحنة بنحو 20%.

② توجد دائمًا طبقة من المادة بين الكرات والبطانات، وبالتالي لا تتلامس الكرات مباشرةً مع البطانات. ولا يقتصر الأمر على انخفاض معدلات تآكل كل من الكرات والبطانات بشكل كبير فحسب، بل إن ضوضاء الطحن تنخفض أيضًا بشكل ملحوظ، كما أن الحرارة المتولدة أثناء الطحن أقل بمقدار 6%–7% مقارنةً بالبطانات العادية.

③ نظرًا لأن زاوية انفصال الكرات على البطانات المحززة أكبر، ولأن البطانات لا تزيد من سرعة رمي الكرات، فإن الكرات عند سقوطها تهبط في منطقة الحافة دون أن تصطدم مباشرةً بالبطانات العارية. وبالتالي، تقل احتمالية تعرض بطانات الغلاف والمسامير للكسر، وتقل أعمال الصيانة، كما تنخفض ضوضاء التشغيل ودرجات حرارة الطحن.

④ تتآكل الأخاديد بشكل متساوٍ في جميع الأجزاء، لذا يظل شكل الأخاديد دون تغيير طوال العمر التشغيلي الكامل بدءًا من التركيب وحتى الاستبدال. ونتيجة لذلك، لا تتدهور كفاءة الطحن والسحق بسبب تآكل البطانة.

⑤ يكون ارتفاع رفع وسائط الطحن على البطانات المحززة أقل وأكثر اتساقًا مقارنةً بالبطانات المتدرجة أو المضلعة. ونتيجة لذلك، يتحول مركز ثقل الحمل نحو الوسط، مما يقلل من قوة الدفع، واهتزاز المطحنة، والتلف الذي يلحق بتروس ناقل الحركة.

⑥ في المطاحن الصغيرة، بعد تآكل البطانات المحززة، يزداد القطر الداخلي الفعلي بشكل ملحوظ. وعند هذه المرحلة، يمكن أن تؤدي الزيادة المناسبة في حمل وسائط الطحن إلى تعزيز إنتاجية المطحنة.

⑦ أنواع أقل من البطانات، ووزن أخف، وتركيب سهل – يمكن تثبيتها بمسامير أو عن طريق الإحكام. بفضل العوامل المذكورة أعلاه، يمكن أن يؤدي تركيب البطانات المحززة إلى زيادة الإنتاج بنسبة 7%–20%، وخفض استهلاك الطاقة بنسبة 8%–20%، وخفض استهلاك الكرات بنسبة 15%–40%، وإطالة عمر البطانة إلى ما يقارب ثلاثة أضعاف، وخفض مستوى الضوضاء بمقدار 4–6 ديسيبل.

شروط استخدام البطانات المحززة:

① يجب استخدام الكرات كوسائط طحن في الحجرة. في المطاحن ذات الدائرة المغلقة، يمكن تجهيز كل حجرة ببطانات محززة؛ أما في المطاحن ذات الدائرة المفتوحة المكونة من حجرتين، فلا يتم تركيب البطانات المحززة عادةً إلا في الحجرة الأولى.

② عادةً ما تكون مادة البطانات المحززة عبارة عن حديد زهر عالي الكروم، أو فولاذ سبيكي متوسط الكربون، أو حديد زهر منخفض الكروم، أو مواد أخرى عالية الصلابة ومقاومة للتآكل، وذلك اعتمادًا على قطر المطحنة ونوع الحجرة. أما بالنسبة للمطاحن الأكبر حجمًا، فيجب أن تتمتع البطانات الموجودة في حجرة الطحن الخشن بصلابة أعلى.

③ تُظهر البطانات المحززة أداءً أفضل عند السرعات العالية للطاحونة.

④ يجب أن يكون إجمالي محتوى الرطوبة في المواد المُغذية للمطحنة أقل من 2% لتجنب التصاق المواد في الأخاديد.

⑤ يجب ألا يتجاوز قطر d₈₀ للمادة الخام 20 مم.

⑥ يتم تصميم أبعاد الأخدود وفقًا لقطر أكبر الكرات. ولإبراز تأثير الأخدود، يُنصح باستخدام كرات أكبر وتجنب التدرج متعدد المراحل في حجم الكرات. وقد تحولت محطة الأسمنت التابعة لمصنع تشنغتشو للألمنيوم من التدرج الكروي ذي الأربع مراحل إلى نظام ذي مرحلتين باستخدام كرات كبيرة يبلغ قطر كل منها 50%؛ كما اعتمدت محطة تشانغلو للأسمنت نظامًا ذي مرحلتين باستخدام كرات صغيرة لملء الفجوات بين الكرات الأكبر حجمًا – وقد حققت كلتا المحطتين نتائج جيدة. عند استخدام كرات صغيرة لملء الفجوات بين الكرات الكبيرة، يكون قطر الكرة الصغيرة d₁ = 0.414d (حيث d هو قطر الكرة الكبيرة، ملم). يجب أن تكون كمية الكرات الصغيرة 4%–5% من إجمالي كمية الكرات في ذلك الحجرة.