濕磨球磨機(jī)研磨效率的影響因素探究

張順飛

（貴州華錦鋁業(yè)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 551405）

0 引言

球磨機(jī)作為研磨設(shè)備其具有較好的運(yùn)行穩(wěn)定性，并且可以適用于濕磨礦石方面的研磨，在冶金化工、建筑材料以及礦業(yè)等行業(yè)中已經(jīng)普遍推廣使用。特別是在氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)研磨礦石到所需要的粒度基本上都是采用濕磨球磨機(jī)，或者濕式球磨機(jī)+棒磨機(jī)，但是都配置有旋流器和研磨體，環(huán)節(jié)較多，其研磨效率受到多個(gè)層面因素影響。球磨機(jī)的基本技術(shù)特征體現(xiàn)在鋼球在滾筒范圍內(nèi)呈現(xiàn)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了破碎與壓裂原礦材料的目標(biāo)，對(duì)于需要磨礦的材料進(jìn)行必要的粉碎研磨處理。近些年以來，球磨機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行使用效率指標(biāo)正在全面得到優(yōu)化提升。對(duì)球磨機(jī)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)實(shí)施必要的整改完善，確保球磨機(jī)的操作使用效率指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，進(jìn)而節(jié)約球磨機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

1 球磨機(jī)的研磨效率常見影響因素

1.1 磨礦給料性質(zhì)

在磨礦作業(yè)的開展實(shí)施中，能夠影響到磨礦運(yùn)行過程的關(guān)鍵要素就是原礦韌性程度、礦料硬度、礦石結(jié)構(gòu)缺陷、解離程度等各項(xiàng)機(jī)械力學(xué)指標(biāo)。礦石是否表現(xiàn)為良好的可磨程度，直接取決于以上的各項(xiàng)指標(biāo)要素。因此對(duì)于具有較小可研磨程度的礦料而言，通常表現(xiàn)為較低的電能消耗、較小的襯板、研磨機(jī)與鋼球磨損消耗等級(jí)程度。與之相反，具有較差可磨性能的礦石材料就會(huì)導(dǎo)致較多的電能損耗，同時(shí)還會(huì)比較容易產(chǎn)生襯板磨損等不良后果。技術(shù)人員對(duì)于邦德功指數(shù)應(yīng)當(dāng)用于測(cè)試礦石的研磨容易程度，因此對(duì)于具有較小指數(shù)特征的礦石材料來講，處于研磨狀態(tài)中的礦石做功就會(huì)明顯表現(xiàn)為較低的程度。礦石在鋼球（球磨機(jī)的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)）空間范圍內(nèi)，礦物破碎的整個(gè)過程都具有隨機(jī)性，那么決定了多數(shù)礦石在球磨機(jī)中都表現(xiàn)為較低的破碎運(yùn)動(dòng)效率指數(shù)。在多數(shù)的情況下，球磨機(jī)可以達(dá)到6%～9%的礦石機(jī)械粉碎實(shí)施效率標(biāo)準(zhǔn)。因此能夠確定為，影響球磨機(jī)程度最為明顯的應(yīng)當(dāng)是入磨粒度參數(shù)。磨礦材料的細(xì)度指標(biāo)如果要達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)，則客觀上需要較長(zhǎng)的磨礦操作實(shí)施時(shí)間，并且還會(huì)產(chǎn)生總量較大的電量消耗以及能源消耗[1]。

1.2 磨礦濃度

對(duì)于球磨機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，機(jī)械運(yùn)行效率的關(guān)鍵影響要素體現(xiàn)在礦石研磨的濃度。因?yàn)樵诙鄶?shù)的情況下，礦石漿液的比重指標(biāo)、礦石漿液的流動(dòng)性指標(biāo)、鋼球附著礦石粒子的緊密程度等都會(huì)直接決定于磨礦濃度。具有較低磨礦濃度指標(biāo)參數(shù)的礦石研磨實(shí)施過程一般來講呈現(xiàn)較快的漿液流動(dòng)速度，并且鋼球的附近區(qū)域不會(huì)附著過多的礦石材料。由此可見，存在以上影響因素將會(huì)造成物料無法受到鋼球機(jī)械系統(tǒng)的研磨沖擊，無法達(dá)到優(yōu)質(zhì)的礦石排列粒度指標(biāo)，客觀上降低了磨礦操作效率。與之相反，具有較高磨礦濃度參數(shù)指標(biāo)的鋼球附近區(qū)域就會(huì)粘附很多的礦石粒子，然而同時(shí)也會(huì)表現(xiàn)為較慢的礦石漿液流動(dòng)頻率速度特征，過度粉碎的礦石物料就會(huì)明顯降低研磨機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行效率指標(biāo)。由此可見，磨礦濃度必須要達(dá)到最優(yōu)的數(shù)據(jù)指標(biāo)程度，選廠工作人員需要密切關(guān)注于物料屬性特征以及礦料的給料粒度。

1.3 機(jī)械轉(zhuǎn)速率

在球磨機(jī)的正常運(yùn)行中，轉(zhuǎn)速指標(biāo)直接決定了球磨機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。達(dá)到最大數(shù)據(jù)指標(biāo)的機(jī)械裝置轉(zhuǎn)速將會(huì)導(dǎo)致最大限度的研磨產(chǎn)能與機(jī)械運(yùn)行功耗，前提在于固定礦料的填充率，如下圖所示。對(duì)于有用的機(jī)械運(yùn)行功耗而言，最大數(shù)據(jù)指標(biāo)的機(jī)械運(yùn)行速度與機(jī)械功耗都會(huì)直接導(dǎo)致最大限度的礦物研磨產(chǎn)能。通過實(shí)施以上的判斷分析，能夠得知拋物線降落狀態(tài)下的機(jī)械球體負(fù)荷應(yīng)當(dāng)保證達(dá)到最大的高度，進(jìn)而有效確保了正常的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

例如，處于最大下放鋼球高度狀態(tài)的球轉(zhuǎn)速率應(yīng)當(dāng)達(dá)到65%～75%，那么決定了研磨產(chǎn)能提升以及機(jī)械轉(zhuǎn)速提升二者并不具備直接的聯(lián)系。對(duì)于85%的最高機(jī)械旋轉(zhuǎn)速率而言，通常表現(xiàn)為減小的鋼球下放高度，導(dǎo)致了筒體側(cè)壁以及鋼球頻繁相互摩擦與撞擊，消耗了過多的機(jī)械運(yùn)行能量。

技術(shù)人員如果要確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期的最佳球磨機(jī)運(yùn)行使用效能指標(biāo)，那么關(guān)鍵性的技術(shù)工藝改進(jìn)手段就要體現(xiàn)在匹配各項(xiàng)有關(guān)的機(jī)械性能參數(shù)。例如對(duì)于轉(zhuǎn)速率與充填率來講，球磨機(jī)的良好研磨處理效能將會(huì)取決于以上的兩項(xiàng)關(guān)鍵要素。此外，技術(shù)人員目前仍然在著眼于深入探索機(jī)械功耗、機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、機(jī)械轉(zhuǎn)速率與礦粉充填率的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)內(nèi)在聯(lián)系，如圖1 所示。

圖1 機(jī)械轉(zhuǎn)速與機(jī)械功率的關(guān)系曲線

1.4 鋼球運(yùn)動(dòng)形態(tài)

研磨效率不僅取決于機(jī)械系統(tǒng)本身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速率，同時(shí)也取決于加入筒體內(nèi)部的鋼球數(shù)目總量。對(duì)于加入筒體中的現(xiàn)有鋼球直徑配比數(shù)據(jù)如果沒有進(jìn)行嚴(yán)格準(zhǔn)確的控制限定，或者在筒體空間結(jié)構(gòu)中加入了過多的鋼球，那么快速進(jìn)入筒體范圍內(nèi)的鋼球就會(huì)出現(xiàn)停滯與卡頓的情形，嚴(yán)重影響到機(jī)械研磨操作的效率提高[2]。近些年，大批研發(fā)人員對(duì)智能化的鋼球運(yùn)動(dòng)形態(tài)控制模式展開深入探索，通過實(shí)施技術(shù)研發(fā)得到了PLC 模式下的鋼球運(yùn)動(dòng)形態(tài)自動(dòng)控制系統(tǒng)模塊。鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2 所示。

圖2 鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡

2 球磨機(jī)的研磨效率提升優(yōu)化措施

2.1 設(shè)定轉(zhuǎn)速率最佳限度

球磨機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速率應(yīng)當(dāng)被限定在最佳的指標(biāo)范圍內(nèi)，機(jī)械轉(zhuǎn)速率如果超出了最大限度，那么反而不利于球磨機(jī)研磨效率達(dá)到最優(yōu)，球磨機(jī)的最佳機(jī)械轉(zhuǎn)速率應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合理的界定，確保達(dá)到最佳機(jī)械轉(zhuǎn)速率，這個(gè)主要是設(shè)計(jì)階段或設(shè)備制造階段要確定好。技術(shù)人員如果設(shè)定為0.75～0.85 的臨界機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度指標(biāo)，那么通?？梢员ＷC達(dá)到降落研磨介質(zhì)的較高距離程度[3]。

2.2 改進(jìn)結(jié)構(gòu)

鋼棒或者鋼球的研磨介質(zhì)只有依靠于球磨機(jī)的筒體機(jī)械結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮自身功能，因此體現(xiàn)了合理優(yōu)化鋼球筒體機(jī)械結(jié)構(gòu)的必要性。

筒體材料最好設(shè)定為具備較高強(qiáng)度金屬材料，并且金屬材料必須達(dá)到可焊接性以及良好的塑性程度標(biāo)準(zhǔn)。在目前的現(xiàn)狀下，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮選取16Mn 類型鋼材或者A3 的結(jié)構(gòu)鋼。

具有保護(hù)筒體結(jié)構(gòu)功能的襯板能夠防止劇烈的摩擦沖擊作用力產(chǎn)生，進(jìn)而達(dá)到了妥善保護(hù)筒體結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。對(duì)于襯板如果確定為不同的外觀形狀結(jié)構(gòu)，那么可以達(dá)到適當(dāng)改變系統(tǒng)原有摩擦系數(shù)的效果。在研磨物料的整個(gè)操作環(huán)節(jié)中，研磨物體的原有結(jié)構(gòu)形態(tài)應(yīng)當(dāng)?shù)玫胶侠淼目刂?，確保實(shí)現(xiàn)了促進(jìn)磨礦產(chǎn)能提升、避免研磨體與襯板出現(xiàn)過度損耗、優(yōu)化磨礦運(yùn)行效率的宗旨目的。

例如，近些年以來，技術(shù)人員開始嘗試對(duì)于球磨機(jī)采用耐磨性的內(nèi)襯（有機(jī)高分子材料制作）。具有較大容積以及較小厚度的上述新型材料更加易于反彈，避免了能量完全被筒體吸收。此外，具有較長(zhǎng)使用年限特征的橡膠材料內(nèi)襯也可達(dá)到較好的耐高溫與耐磨系數(shù)指標(biāo)。因此，橡膠作為內(nèi)襯的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較適宜運(yùn)用于降低系統(tǒng)的運(yùn)行電量消耗，以及研磨粒徑較大的礦物填料。

2.3 鋼球的填充率與裝載量

磨機(jī)中現(xiàn)有的介質(zhì)（礦料）充填率也就是磨機(jī)被礦料填滿的容積，對(duì)于上述容積應(yīng)當(dāng)視為有效的機(jī)械系統(tǒng)容積。對(duì)于固定機(jī)械轉(zhuǎn)速的情況而言，鋼球如果受到較小的機(jī)械填充率指標(biāo)影響，那么通常表現(xiàn)為球體隨意滑動(dòng)的后果。但是如果設(shè)定了過大的機(jī)械填充率指標(biāo)，那么鋼球降落的正常運(yùn)行軌跡將會(huì)被打破，造成了降低研磨運(yùn)行效率的不良后果發(fā)生。因此可見，對(duì)于機(jī)械裝填率必須保證達(dá)到最優(yōu)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，保證符合最基本的磨礦產(chǎn)物細(xì)度。通過嚴(yán)格控制填充率，也可達(dá)到節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行電耗以及促進(jìn)磨礦產(chǎn)能提升的目標(biāo)。濕式磨礦的情況下，溢流型球磨機(jī)最好的填充率為40%，棒磨機(jī)為35%。

對(duì)于過多的裝填量而言，系統(tǒng)運(yùn)行能耗將會(huì)受到較為明顯的損失，導(dǎo)致頻繁表現(xiàn)為碰撞研磨礦料的現(xiàn)象。同時(shí)，以上狀況也會(huì)明顯降低現(xiàn)有的球磨運(yùn)行效率。在提升研磨介質(zhì)的過程中，損耗系統(tǒng)能量的數(shù)目比例較高。因此，較少的裝填礦料總量比較容易造成較低的粉磨運(yùn)行效率，客觀上也減小了粉磨面積、充填物料與磨礦介質(zhì)之間的摩擦運(yùn)動(dòng)頻率。

鋼球填充率如果要達(dá)到最優(yōu)的程度標(biāo)準(zhǔn)，那么必須視情況調(diào)整改變目前現(xiàn)有的機(jī)械規(guī)格型號(hào)、物料性能指標(biāo)、筒體內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)等。對(duì)于填充率應(yīng)當(dāng)保證達(dá)到預(yù)期的良好程度標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)改變以上的各項(xiàng)機(jī)械參數(shù)。研磨礦料的面積、礦料沖擊的頻率次數(shù)、裝載研磨礦料的總量都會(huì)明顯取決于充填鋼球體積。以上各項(xiàng)因素對(duì)于消耗的系統(tǒng)功率、物料本身產(chǎn)生的沖擊效應(yīng)以及提升介質(zhì)物料的高度也會(huì)產(chǎn)生不可忽視的實(shí)踐影響。

磨機(jī)裝球量可按式（1）計(jì)算。

式中：Gra———研磨介質(zhì)裝載量，t；ρs——研磨介質(zhì)松散密度，t/m3；φ——研磨介質(zhì)充填率，%。

研磨介質(zhì)空隙率υk=0.38～0.42，被粉碎物料質(zhì)量約占研磨介質(zhì)質(zhì)量的14%左右。

球磨機(jī)現(xiàn)有的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度將會(huì)直接決定于裝填礦料的總量，對(duì)于較高旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度的球磨機(jī)系統(tǒng)而言，應(yīng)當(dāng)確保控制在較小的裝填礦料總量范圍。

2.4 鋼球的磨損與補(bǔ)充

級(jí)配參數(shù)指標(biāo)對(duì)于鋼球的系統(tǒng)運(yùn)行效率將會(huì)產(chǎn)生非常明顯影響，那么決定了技術(shù)人員務(wù)必重視鋼球可能會(huì)受到磨損的各項(xiàng)影響要素。對(duì)于具有較少物料存儲(chǔ)量或者空轉(zhuǎn)的磨機(jī)系統(tǒng)而言，通常就會(huì)表現(xiàn)為很快的鋼球裝置磨損速度。對(duì)于物料如果能適當(dāng)填充于現(xiàn)有的磨礦機(jī)，即可降低磨損鋼球的概率。然而不宜將過多的礦粉加入筒體內(nèi)部，否則就會(huì)明顯降低正常的礦粉研磨機(jī)械運(yùn)行效率。通常來講，達(dá)到較高機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度的磨機(jī)系統(tǒng)將會(huì)頻繁損耗鋼球，或者填充過多礦物的研磨裝置內(nèi)部鋼球也會(huì)過度磨損。

定期加球的作法如下。

（1）在一定時(shí)期內(nèi)，統(tǒng)計(jì)出磨機(jī)鋼球每噸礦石的平均消耗量，然后按此制定加球周期的計(jì)劃。

（2）根據(jù)磨機(jī)功率表或電流表的讀數(shù)對(duì)定期加球的重量或周期作臨時(shí)調(diào)整。

（3）對(duì)于研磨的礦料介質(zhì)在加入球磨機(jī)的基礎(chǔ)上，確保達(dá)到多次的球磨機(jī)裝置運(yùn)行次數(shù)。在這之后，確保達(dá)到朝上的加料口方位角度，停止機(jī)械運(yùn)行，對(duì)于加料蓋進(jìn)行開啟操作。技術(shù)人員對(duì)于加料口的現(xiàn)有高度應(yīng)當(dāng)借助鋼卷尺來進(jìn)行確定，確保達(dá)到上述的機(jī)械運(yùn)行指標(biāo)。每隔一定時(shí)間，應(yīng)當(dāng)判斷系統(tǒng)預(yù)設(shè)的高度數(shù)值是否吻合真實(shí)高度數(shù)值，然后對(duì)于缺失的研磨礦料介質(zhì)進(jìn)行必要的補(bǔ)充操作處理。在大修周期到來時(shí)，應(yīng)當(dāng)?shù)钩銮蚰C(jī)裝置中現(xiàn)有的介質(zhì)，對(duì)于細(xì)碎礦料進(jìn)行全面的剔除操作處理，然后對(duì)于研磨介質(zhì)進(jìn)行級(jí)配的劃分操作處理。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過分析可見，球磨機(jī)的機(jī)械研磨運(yùn)行效率主要受到機(jī)械轉(zhuǎn)速率、鋼球的運(yùn)動(dòng)形態(tài)、鋼球體積與補(bǔ)加量等要素影響。在目前開展實(shí)施的化工生產(chǎn)以及工程項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐領(lǐng)域中，機(jī)械系統(tǒng)的操作使用人員針對(duì)球磨機(jī)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)化的操作控制，通過實(shí)時(shí)調(diào)整與控制的技術(shù)方法手段來保證球磨機(jī)的平穩(wěn)安全運(yùn)行。為了提升球磨機(jī)的機(jī)械運(yùn)行研磨效率，那么現(xiàn)階段的關(guān)鍵整改技術(shù)方案應(yīng)當(dāng)包含設(shè)定機(jī)械轉(zhuǎn)速率的最佳限度、改進(jìn)鋼球筒體的結(jié)構(gòu)、合理控制鋼球體積與數(shù)目等。