高壓輥磨—球磨流程中球磨機(jī)選型方法探討

董節(jié)功，張 萌，王亞強(qiáng)，陳 波

1洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 471039

高壓輥磨機(jī)是一種新型節(jié)能粉碎設(shè)備，近些年來隨著輥面磨損問題逐步得到克服和解決，在礦物加工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。高壓輥磨機(jī)主要用于礦石的細(xì)碎或者超細(xì)碎作業(yè)，為后續(xù)的磨礦和選別作業(yè)準(zhǔn)備物料，降低了后續(xù)球磨機(jī)入磨粒度和抗研磨能力，同時(shí)也提高了入磨物料的細(xì)粒級(jí)含量，相當(dāng)于承擔(dān)了一部分原來由球磨機(jī)承擔(dān)的磨礦任務(wù)，因此能降低磨礦比能耗。但是，也正是由于高壓輥磨機(jī)輥壓產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)含量的提高，導(dǎo)致后續(xù)球磨機(jī)在采用邦德公式計(jì)算時(shí)，計(jì)算的比能耗與實(shí)測(cè)值出現(xiàn)較大偏差，從而影響此流程中球磨機(jī)處理量的計(jì)算結(jié)果。針對(duì)此問題，筆者基于高壓輥磨機(jī)閉路流程和開路流程2 個(gè)選礦實(shí)例，對(duì)高壓輥磨—球磨流程中球磨機(jī)處理量計(jì)算方法進(jìn)行探討，從而優(yōu)化球磨機(jī)的選型計(jì)算方法[1]。

1 球磨機(jī)比能耗計(jì)算

1.1 高壓輥磨機(jī)閉路流程

某選廠 1 原采用常規(guī)的三段破碎一閉路+球磨機(jī)碎磨礦工藝流程[2-4]。后期對(duì)選礦工藝系統(tǒng)進(jìn)行改造，在原有的三段破碎流程后增加了高壓輥磨機(jī)干式篩分閉路流程作為超細(xì)碎工藝，以提高碎礦系統(tǒng)破碎比，降低球磨機(jī)的入磨粒度。改造后的碎磨礦工藝流程為三段破碎一閉路+高壓輥磨機(jī) (干式篩分閉路) +球磨機(jī)。最終在僅增加高壓輥磨機(jī)的情況下，將原礦處理能力由 14 400 t/d 提升至 24 000 t/d，處理能力提高了 67%。

該選廠新增加 2 臺(tái)由中信重工機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的 GM160-140 型高壓輥磨機(jī)，磨礦系統(tǒng)仍采用原有的 3 臺(tái)球磨機(jī) (包含 2 臺(tái)?4.8 m 球磨機(jī)和 1臺(tái)?3.6 m 球磨機(jī))，球磨機(jī)和水力旋流器構(gòu)成閉路流程，旋流器溢流粒度 -0.074 mm (-200 目) 占 60%。目前整個(gè)碎磨礦系統(tǒng)的處理量穩(wěn)定在 24 000 t/d，單臺(tái)?4.8 m 球磨機(jī)的新給礦處理量為 406 t/h。

對(duì)該選廠原礦和輥壓后礦石取樣進(jìn)行邦德球磨功指數(shù)試驗(yàn)，原礦的邦德球磨功指數(shù)為 13.78 kW·h/t，高壓輥磨機(jī)輥壓產(chǎn)品的邦德球磨功指數(shù)為 11.84 kW·h/t，由于礦石在輥壓過程中產(chǎn)生了微裂紋，輥壓后礦石的功指數(shù)降低了 14%。

流程改造后，在球磨機(jī)新給礦輸送帶上取樣進(jìn)行粒度分析，結(jié)果如表 1 所列。

表1 選廠 1 球磨機(jī)新給礦粒度分布Tab.1 Size distribution of new feed in processing plant 1

根據(jù)該選廠球磨機(jī)的處理量、磨機(jī)規(guī)格及磨機(jī)進(jìn)出料粒度，采用邦德公式計(jì)算球磨機(jī)磨礦的比能耗，與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表 2 所列。

表2 選廠 1 ?4.8 m 球磨機(jī)比能耗計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比Tab.2 Comparison of calculated specific energy consumption and actual one of ?4.8 m ball mill in processing plant 1

在磨機(jī)的小齒輪軸功率為 2 755 kW 時(shí)，采用邦德公式計(jì)算磨礦的比能耗為 7.70 kW·h/t，磨機(jī)的理論處理量為 358 t/h；現(xiàn)場磨機(jī)實(shí)測(cè)比能耗為 6.79 kW·h/t，新給礦實(shí)際處理量為 406 t/h。比能耗計(jì)算值比實(shí)測(cè)值高 13.4%，處理量計(jì)算值比實(shí)測(cè)值低 13.4%。

1.2 高壓輥磨機(jī)開路流程

某選廠 2 原采用三段破碎一閉路+球磨機(jī)碎磨礦工藝流程，原礦處理量為 7 500 t/d。后期引進(jìn)一臺(tái)德國魁伯恩公司生產(chǎn)的 1 500×1 000 高壓輥磨機(jī)用于原選礦流程的生產(chǎn)擴(kuò)建。擴(kuò)建項(xiàng)目投產(chǎn)后，原礦處理量提高至 10 000～ 11 000 t/d (平均處理量為 10 500 t/d)，產(chǎn)量提高了約 40%。改造后的碎磨礦工藝流程為三段破碎一閉路+高壓輥磨機(jī) (開路流程)+球磨機(jī)。高壓輥磨機(jī)細(xì)碎產(chǎn)品給入原有的 1 臺(tái)?5.5 m 球磨機(jī)進(jìn)行磨礦，球磨機(jī)與旋流器構(gòu)成閉路流程，旋流器溢流產(chǎn)品粒度 -0.074 mm 占 60%，單臺(tái)?5.5 m 球磨機(jī)新給礦處理量為 437.5 t/h。

對(duì)該選廠原礦和輥壓后礦石取樣進(jìn)行邦德球磨功指數(shù)試驗(yàn)，原礦的邦德球磨功指數(shù)為 14.46 kW·h/t，高壓輥磨機(jī)輥壓產(chǎn)品的邦德球磨功指數(shù)為 12.89 kW·h/t，功指數(shù)降低了 10.8%。

流程改造后，在球磨機(jī)新給礦輸送帶上取樣進(jìn)行粒度分析，結(jié)果如表 3 所列。

表3 選廠 2 球磨機(jī)新給礦粒度分布Tab.3 Size distribution of new feed in processing plant 2

采用邦德公式計(jì)算球磨機(jī)磨礦的比能耗，與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表 4 所列。

表4 選廠 2 ?5.5 m 球磨機(jī)比能耗計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比Tab.4 Comparison of calculated specific energy consumption and actual one of ?5.5 m ball mill in processing plant 2

在磨機(jī)的小齒輪軸功率為 3 895 kW 時(shí)，采用邦德公式計(jì)算磨礦的比能耗為 9.25 kW·h/t，磨機(jī)的理論處理量為 421 t/h；現(xiàn)場磨機(jī)實(shí)測(cè)比能耗為 8.9 kW·h/t，新給礦實(shí)際處理量為 437.5 t/h。比能耗計(jì)算值比實(shí)測(cè)值高 3.9%，處理量計(jì)算值比實(shí)測(cè)值低 3.9%。

采用邦德公式的 2 個(gè)計(jì)算實(shí)例表明：在高壓輥磨—球磨流程中，球磨機(jī)比能耗的計(jì)算值較實(shí)測(cè)值高，處理量的計(jì)算值較實(shí)測(cè)值低；高壓輥磨機(jī)閉路流程球磨機(jī)比能耗的計(jì)算結(jié)果偏差更大。

2 邦德公式的修正計(jì)算

高壓輥磨機(jī)閉路流程中球磨機(jī)的計(jì)算結(jié)果較開路流程的結(jié)果偏差大，主要原因是閉路流程中球磨機(jī)新給礦中 -0.074 mm (合格粒級(jí)) 含量高于開路流程。采用邦德公式計(jì)算球磨機(jī)時(shí)，以新給礦和產(chǎn)品中 80%通過的粒徑值 (即F80和P80) 來代表整個(gè)粒度分布，因此，要求新給礦和產(chǎn)品粒度分布曲線必須平行才能使用邦德公式計(jì)算。三段破碎產(chǎn)品的粒度分布曲線和球磨機(jī)溢流產(chǎn)品粒度分布曲線平行性較好，所以在三段破碎—球磨流程中使用邦德公式計(jì)算球磨機(jī)比能耗比較準(zhǔn)確。但高壓輥磨產(chǎn)品 (尤其是高壓輥磨閉路流程)中細(xì)粒級(jí)含量明顯增加，球磨機(jī)新給礦和產(chǎn)品粒度分布曲線不平行，采用邦德公式計(jì)算會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)偏差。因此，應(yīng)對(duì)高壓輥磨機(jī)輥壓產(chǎn)品，即球磨機(jī)新給礦的細(xì)粒級(jí)含量進(jìn)行修正，使新給礦粒度分布曲線與球磨機(jī)溢流產(chǎn)品粒度曲線平行。修正后球磨機(jī)的F80值發(fā)生改變，處理量也發(fā)生改變。

借助 JKSimMet 軟件對(duì)高壓輥磨機(jī)輥壓產(chǎn)品的粒度分布曲線進(jìn)行修正，修正后選廠 1、選廠 2 采用邦德公式的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比分別如表 5、6 所列。

表5 選廠 1 ?4.8 m 球磨機(jī)修正邦德公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比Tab.5 Comparison of specific energy consumption calculated by corrected Bond formula and actual one of ?4.8 m ball mill in processing plant 1

表6 選廠 2 ?5.5 m 球磨機(jī)修正邦德公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比Tab.6 Comparison of specific energy consumption calculated by corrected Bond formula and actual one of ?5.5 m ball mill in processing plant 2

選廠 1 修正球磨機(jī)給礦粒度及磨機(jī)新給礦處理量后，在磨機(jī)的小齒輪軸功率為 2 755 kW 時(shí)，采用邦德公式計(jì)算球磨機(jī)的比能耗為 6.90 kW·h/t，磨機(jī)的理論處理量為 399 t/h；比能耗實(shí)測(cè)值為 6.79 kW·h/t，處理量實(shí)測(cè)值為 406 t/h，比能耗計(jì)算值比實(shí)測(cè)值高1.6%。采用球磨機(jī)給礦粒度修正方法計(jì)算磨機(jī)的比能耗和處理量，與實(shí)測(cè)值都非常接近，計(jì)算精確度大大提高。

選廠 2 修正球磨機(jī)給礦粒度及磨機(jī)新給礦處理量后，在磨機(jī)的小齒輪軸功率為 3 895 kW 時(shí)，采用邦德公式計(jì)算球磨機(jī)的磨礦比能耗為 8.75 kW·h/t，磨機(jī)的理論處理量為 445 t/h；比能耗實(shí)測(cè)值為 8.90 kW·h/t，處理量實(shí)測(cè)值為 437.5 t/h，比能耗計(jì)算值比實(shí)測(cè)值小 1.7%。選廠 2的計(jì)算結(jié)果也說明，采用球磨機(jī)給礦粒度修正方法計(jì)算磨機(jī)的比能耗和處理量，與實(shí)測(cè)值都非常接近，計(jì)算精確度大大提高。

對(duì)于高壓輥磨—球磨流程中的球磨機(jī)，采用邦德公式選型計(jì)算時(shí)，對(duì)球磨機(jī)的給礦粒度進(jìn)行修正，按照修正后的F80值和新給礦處理量進(jìn)行計(jì)算，能夠提高球磨機(jī)選型計(jì)算的精確度。

3 容積法計(jì)算

容積法計(jì)算的核心是按新生成某一粒級(jí) (一般用-0.074 mm 粒級(jí))的含率來計(jì)算磨機(jī)單位容積的處理量，然后計(jì)算出磨機(jī)的處理量。由于容積法在計(jì)算磨機(jī)處理能力時(shí)，是以單位容積 -0.074 mm 粒級(jí)的新生成量作為計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)還需要有工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)q0(q0指按新生成粒級(jí)計(jì)算的單位處理量，t/(m3·h))。高壓輥磨流程改造前后最主要的變化是球磨機(jī)新給礦粒度變小，F(xiàn)80值發(fā)生變化，尤其是給礦中 -0.074 mm的通過量發(fā)生了很大的變化。針對(duì)-0.074 mm 含量變化大這一點(diǎn)，可使用容積法進(jìn)行計(jì)算[5-6]。容積法計(jì)算時(shí)，關(guān)鍵是要找到一個(gè)可依據(jù)的q0值作為磨機(jī)的計(jì)算依據(jù)。

(1) 實(shí)例 1 選廠 1 在增加高壓輥磨機(jī)閉路篩分流程前，采用三段破碎一閉路+球磨流程，單臺(tái)?4.8 m 球磨機(jī)的處理量為 240 t/h，入磨粒度為 -12 mm，入磨粒度 -0.074 mm 通過量為 5.65%，磨礦產(chǎn)品粒度-0.074 mm 占 62%。結(jié)合單臺(tái)?4.8 m 球磨機(jī)的有效容積 126 m3，得q0=107.3 t/(m3·h)，以該值作為磨機(jī)的計(jì)算依據(jù)。

流程改造后，?4.8 m 球磨機(jī)入磨粒度為 -6 mm，入磨粒度 -0.074 mm 通過量為 19.67% (見表 1)，磨礦產(chǎn)品粒度 -0.074 mm 占 60%。結(jié)合磨機(jī)有效容積，按照容積法公式并對(duì)修正系數(shù)取值后，擬選用q0=132.1 t/(m3·h)，計(jì)算單臺(tái)?4.8 m 球磨機(jī)的理論處理量為413 t/h，高于實(shí)測(cè)值 406 t/h 約 1.7%。

(2) 實(shí)例 2 選廠 2 在增加高壓輥磨機(jī)開路篩分流程前，采用三段破碎一閉路+球磨流程，單臺(tái)?5.5 m 球磨機(jī)的處理量為 312.5 t/h，入磨粒度為 -18 mm，入磨粒度 -0.074 mm 通過量為 4.0%，磨礦產(chǎn)品粒度-0.074 mm 占 60%。結(jié)合單臺(tái)?5.5 m 球磨機(jī)的有效容積 201 m3，得q0=87.1 t/(m3·h)，以該值作為磨機(jī)的計(jì)算數(shù)據(jù)。

流程改造后，?5.5 m 球磨機(jī)入磨粒度為 -16 mm，入磨粒度 -0.074 mm 通過量為 10.2% (見表 3)，磨礦產(chǎn)品粒度 -0.074 mm 占 60%。結(jié)合磨機(jī)有效容積，按照容積法公式并對(duì)修正系數(shù)取值后，擬選用q0=106 t/(m3·h)，計(jì)算單臺(tái)?5.5 m 球磨機(jī)的理論處理量為 428 t/h，略小于實(shí)測(cè)值 437.5 t/h，理論值較實(shí)測(cè)值小 2.2%。

(3) 小結(jié) 對(duì)比 2 個(gè)選廠實(shí)例，用容積法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，球磨機(jī)處理量的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值都較為接近，高壓輥磨機(jī)閉路流程中球磨機(jī)的計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)測(cè)值，計(jì)算精確度大大提高。

4 結(jié)論

(1) 采用邦德公式的功耗法是目前球磨機(jī)選型的主要方法，但將該方法直接應(yīng)用于高壓輥磨—球磨流程中球磨機(jī)的選型計(jì)算時(shí)，比能耗計(jì)算值較實(shí)測(cè)值高，且高壓輥磨機(jī)產(chǎn)品中 -0.074 mm 含量越高，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的偏差越大，這種情況應(yīng)引起同行的重視。

(2) 對(duì)高壓輥磨—球磨流程中球磨機(jī)的選型計(jì)算方法進(jìn)行了初步探討，分析了直接采用邦德公式計(jì)算出現(xiàn)偏差的原因，并提出了采用邦德公式計(jì)算時(shí)修正球磨機(jī)給礦粒度和處理量的方法，提高了計(jì)算精確度；同時(shí)也提出了采用容積法計(jì)算球磨機(jī)處理量，計(jì)算精確度也得到較大提高。

(3) 在對(duì)高壓輥磨—球磨流程中球磨機(jī)的選型計(jì)算時(shí)，可以同時(shí)采用邦德公式、修正給料粒度的邦德公式和容積法進(jìn)行計(jì)算，互相驗(yàn)證，以提高選型的計(jì)算精度。

(4) 上述兩種方法作為高壓輥磨—球磨流程中球磨機(jī)選型計(jì)算方法的初步探討，隨著今后此類流程工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)的增多，將逐步對(duì)不同的計(jì)算方法進(jìn)行修正和優(yōu)化，以期能夠更精確地進(jìn)行高壓輥磨—球磨流程中球磨機(jī)的選型計(jì)算。