1、 第33卷2005年第4期破磨 Mining & Processing Equipment12論文編號:1001-3954(200504-0012-03球磨機鋼球大小的試驗研究李國保1唐新民21湖南永利化工股份有限公司湖南株州4120042安徽銅陵有色金屬公司銅山銅礦眾所周知,礦石在球磨機中磨碎,主要靠鋼球拋落產生的沖擊破碎力把礦石沖擊破碎和鋼球對礦石作相對滑動和滾動把礦石研磨粉碎。現以銅山礦3.2m×3.1m格子型球磨機為例,在加球量和其它工況相同的狀況下,進行鋼球加大,處理量增加,負荷基本相同的生產試驗,并進行理論探討。1生產試驗實況從2002年4月到年底,銅山礦選廠2臺

2、3.2m×3.1m格子型球磨機進行加大鋼球工業生產試驗。均用銅陵市瑪鋼廠生產的低合金鑄鋼球(密度球=7650kg/m 3。4月初,1#球磨機仍按原設計,以4:3:3比例加100、75、50mm鋼球共47t,平時每小班(即8h補加100mm鋼球360kg;4月底,2#球磨機仍以4:3:3比例,加125、100和75mm鋼球共47t,平時每小班補加125mm 鋼球380kg。入磨礦石混合密度礦=2900kg/m 3,硬度f =913,粒度<20mm占80%左右,磨礦細度<73µm占65%左右,正常運轉到年底。其結果:1#球磨機平均負荷601.7kW,平均處理量42.

3、3t/h;2#球磨機平均負荷602.5kW,平均處理量46.5t/h。加大鋼球的2#球磨機較1#球磨機處理量增加10%,用電單耗下降9%,鋼球單耗下降4%。正常停車檢測,鋼球綜合充填率均為45%左右。將鋼球分別倒出,清理后用篩孔為110、85、60和35mm的4只檢分篩將鋼球分類過磅,結果如表1。表1說明,2#球磨機鋼球加大比率125mm /100mm=1.25與檢分篩比率110/851.29基本相等,且筒體內余存鋼球量基本相等且接近初裝鋼球量。證實兩臺球磨機平時補加的鋼球均消耗掉了,鋼球表層不易磨損。這次半年多的生產試驗,就是以1#球磨機為基準工作狀況,2#球磨機加大鋼球,與1#球磨機工況基

4、本相同(如這兩臺球磨機運轉負荷波動很小且基本相等,入磨礦石性質、粒度基本相同,磨礦溢流濃度及產品細度等操作相同所獲得的增產節能降耗效果。2球磨機鋼球大小與沖擊破碎能力的關系2.1鋼球下落沖擊破碎力與球徑立方成正比現設定某鋼球下落到某礦塊上產生的沖擊力為F =f 沖mU 沖式中f 沖鋼球下落沖擊力系數m 鋼球的質量,kgd 鋼球球徑,mmU 沖鋼球下落沖擊速度,m/s如上所述,銅山礦3.2m×3.1m格子球磨機采用合金鋼筒體襯板,裝鋼球47t,取f 沖=3.5,m =球(d 3/6kg,按上述工況,代入文獻1所述數學模型,計算1#和2#球磨機的平均下落沖擊速度U 沖和沖擊力系數f 沖均

5、相等,則下落沖擊破碎力與球徑立方式正比F 2:F 1=f 沖2m 2U 沖2:f 沖1m 1U 沖1=m 2:m 1=d 23:d 13=(d 2/ d 132.2球磨機沖擊破碎能力與球徑立方成正比按文獻2所述,鋼球下落到礦塊上產生碰撞沖擊。據赫茲理論,它們的接觸半徑r =0.75FR 1R 2(R 1+R 2(1-u 1/ E 1+(1-u 2/ E 21/3式中R 1、R 2,u 1、u 2,E 1、E 2分別為鋼球和礦石的半徑(或粒度的一半、泊松比和彈性模量令X =0.75R 1R 2(R 1+R 2(1-u 1/ E 1+(1-u 2/ E 21/3則r =XF 1/3(1據疲勞積累理

6、論,產生疲勞破碎的條件為N 6=c (2式中c 礦塊疲勞系數,由實驗測得,與礦石性質、粒度等有關礦塊受到的循環應力,即單個鋼球下落產生的沖擊力除以與礦塊的接觸面積,=F /(r 2N 應力循環次數,即某塊礦塊被某一只鋼球(或某種球徑鋼球沖擊而破碎的次數將式(1代入=F /(r 2得=F 1/3/(X 2,代入式(2得F 2N =6X 12c ,除以該礦塊受鋼球沖擊而破碎所經歷的時間t ,就是在該狀況下該鋼球沖擊破碎能力B =F 2f 頻式中f 頻沖擊破碎頻率,Hz若上述試驗1#球磨機只裝100mm鋼球,2#球磨機只裝125mm鋼球,均裝47t,工況相同、單位時間拋落量相等,則球磨機筒體中鋼球的

7、個數和單位時間下落產生沖擊破碎的次數,即鋼球沖擊破碎頻率與球徑立方成反比,f 頻2:f 頻1=d 13:d 23=(d 2/ d 1-3。則球磨機沖擊破碎能力與球徑立方成正比表1作者簡介:李國保,男,1966年生,湖南桃江人,湖南永利化工股份有限公司磷肥廠廠長。第33卷2005年第4期破磨Mining & Processing Equipment 13B 2:B 1=(F 22f 頻2:(F 12f 頻=(F 22:F 12(f 頻2:f 頻1=(d 2/ d 13×2(d 2/ d 1-3=(d 2/ d 131.95。2.3球磨機鋼球沖擊破碎能力修正系數據上所述,均加單種

8、鋼球,2#球磨機較1#加大。1#球磨機鋼球修正系數為基準1,2#球磨機鋼球修正系數為球徑比的立方K a =(d 2/ d 13=(125/100=1.95。實際上各種磨機均初裝幾種鋼球(棒,經長期運轉,磨機中有無數種規格的鋼球(棒,平時不斷補加的大鋼球(棒,均不斷磨損變小,到最后消失。這次加大鋼球試驗,按表1,略小于平時補加的大鋼球球徑,即1#球磨機的85mm和2#球磨機的110mm篩孔檢分篩上的鋼球均占44%以上,其球徑比略大于補加鋼球的球徑比(110:85=1.29大于d 2:d 1=125:100=1.25。但2#球磨機中的鋼球在110mm 篩孔篩上的鋼球20.85t略小于1#球磨機中的

9、鋼球在85mm篩孔篩上的鋼球21.25t,證實上述計算鋼球加大沖擊破碎能力修正系數K a =1.95基本符合實際。考慮鋼球在球磨機中運動復雜性和試驗中2#球磨機有d <35mm鋼球占3%左右沒有加大,取K a =0.70.85(d 2/ d 13,即按1(d 2/ d 11.6及1K a 2.8選取。這次試驗2#球磨機鋼球加大,d 2/ d 1=1.25,鋼球沖擊破碎能力修正系數取K a =1.4,已留有較大余地。3球磨機鋼球大小與磨粉碎能力的關系3.1球磨機研磨粉碎礦石的幾率與鋼球直徑成反比據文獻1所述,球磨機研磨粉碎能力主要是鋼球與礦石作相對滑動和滾動而研磨粉碎礦石。其力度就是其相對

10、滑動和滾動的速度,決定于鋼球(礦石起拋平均速度U 0 和下落平均速度U 2n 的幾何差,U 對=U 0+U 2n (兩者方向基本相反,為計算簡便,絕對值相加。其幾率就是鋼球與礦石作相對滑動和滾動的接觸面積,在同規格球磨機中鋼球種類、配比、數量、球礦比和球礦漿比等相同的狀況下,決定于滑滾動量E =動G (kg/s式中動動態充填率筒體角速度,rad/sG 筒體充滿量,kg球磨機的磨粉碎能力為C =EU 對(kg m s -2。若鋼球球徑相同,工況相同,則磨粉碎能力應相等,C 1=C 2。在工況相同的情況下,其相對滑滾動量中的鋼球質量是相等的,設鋼球球徑由d 1加大為d 2,對應的鋼球個數為n 1和

11、n 2,即n 1球d 13/ b =n 2球d 23/b ,則n 2:n 1=d 13:d 23=(d 2/d 1-3。每個鋼球的表面積比為S 2:S 1=(d 22:(d 12=(d 2/d 12,則鋼球加大,鋼球研磨礦石的幾率即接觸面積與球徑成反比(n 2S 2:(n 1S 1=(d 2/d 1-3(d 2/d 12=(d 2/d 1-13.2球磨機鋼球磨粉碎能力修正系數據上所述,在工況相同的條件下,鋼球加大,決定鋼球對礦石的滑滾動速度大小的U 對不變;鋼球對礦石滑滾動的接觸面積縮小了(與球徑成反比,其接觸面積壓強增加,相應增加了研磨粉碎的能力。例如,小型藥材廠商,用大碾子碾某種藥材,很容

12、易碾碎了;而用小碾子很難碾碎,甚至不可能碾碎。也從側面論證,加大鋼球,除因研磨礦石的滑滾動接觸面積減少,使磨粉碎能力有減小的一面;還有因礦石的接觸面積上壓強的增加,使磨粉碎能力增大的另一面,其壓強比率為2:1=(/6球d 23/(d 22:(/6球d 13/(d 12=d 2:d 1。則鋼球加大修正系數K b =K b 2:K b 1=(n 2S 22:(n 1S 11=(d 2/d 1-1(d 2/d 1=1。說明球磨機鋼球加大,其磨粉碎能力基本不變。考慮鋼球在球磨機運動的復雜性和計算留有余地,當1(d 2/d 11.6,取1K b 0.90。上述試驗,d 2/d 1=1.25,可取K b

13、=0.95,即磨粉碎能力降低5%。4球磨機鋼球加大,處理量增加,單耗降低據文獻1所述,球磨機沖擊破碎能力B =K a QU 沖2(kgm 2s -3,磨粉碎能力C =K b 動G U 對(kg m s -2。它們所對應的球磨機沖擊破碎處理量A 碎=B/B th (t/h球磨機磨粉碎處理量 A 磨=C/C th (t/h式中B th 沖擊破碎能力消耗系數,kg m 2s -3t/hC th 磨粉碎能力消耗系數,kg m s -2h/t它們均與抗疲勞系數c 和邦德功指數一樣,與入磨礦石性質、粒度及產品細度等因素有關,由實驗測得。對于已投入生產的礦山,可由現生產實際為基準求得。如鳳礦3.2m

14、5;3.1m格子型球磨機生產實際,實際鋼球充填率不足40%,處理量25t/h左右。如文獻1中表1,以R a =1.52m、n =18r/min、=25°、動=35%為基準,其鋼球大小修正系數K a =K b =1,拋落量Q =6754kg/s,下落平均沖擊速度U 沖=4.94m/s,實際充填率=38.7%,相對滑滾動速度U 對=4.89m/s,相對滑滾動量E =動G 66800kg/s,則鳳凰山銅礦球磨機的沖擊破碎能力消耗系數為B th 6600kg m 2s -3h/t;磨粉碎能力消耗系數為C th =EU 對/A 磨13100kg m s -2h/t。球磨機在不同的工況下,鋼球加

15、大,其沖擊破碎能力修正系數K a 和磨粉碎能力修正系數K b 對球磨機處理量A 的綜合影響是不相同的,其增產降耗效果也不一樣。4.1鋼球(棒加大效果最佳情況入磨礦石硬度大、粒度大,磨礦產品細度也較大時,球磨機處理量主要決定于沖擊破碎能力。如文獻1所述,銅陵有色公司冬瓜山銅選廠半自磨機,入磨礦石硬度f =1417,粒度<150mm不足50%,產品粒度<12.7mm占100%。其處理量決定于沖擊破碎能力,磨粉碎能力可忽略不計,可按A =A 碎計算,則鋼球加大,增產節能降耗效果顯著。如文中半自磨試驗所用的125mm鋼球,改用200mm鋼球,處理量可增加180%:A 2:A 1=(K a

16、A 碎:A 碎=K a =2.8;工況相同,負荷相等,則用電單耗與處理量成反比q 2:q 1=A 1:A 2=1:K a 。用電單耗就能降低64.3%。(q 1-q 2/q 1=1-1/K a 0.643。如文獻4所述,銅山礦磷肥廠1.8×3m雙倉磨機,實施增加充填率和加大鋼球(棒改造,現已4年多,入磨磷礦石硬度f =711,粒度<35mm 第33卷2005年第4期破磨 Mining & Processing Equipment14占70%左右,磨礦細度<147µm占90%左右,進料倉鋼球由80mm加大為100mm,出料倉鋼棒由35mm×40m

17、m加大為50mm×60mm,實際充填率由35%左右增加到55%左右,實際處理量由33.3t/h增加到6.46.8t/h。按A 2=0.5(K a +K b A 1計算,處理量由3t/h只能增加到5t/h,按A 2=(0.8K a +0.2K b A 1計算才與實際基本相符。4.2鋼球(棒加大效果中等情況入磨礦石硬度及粒度中等,磨礦產品細度適中的一次磨礦的球磨機沖擊破碎能力和磨粉碎能力基本均等,影響球磨機處理量。上述銅山礦加大鋼球試驗,按A 2=(0.4K a +0.6K b A 1=1.13A 1計算,2#球磨機加125mm鋼球較1#球磨機加100mm鋼球,處理量增加13%,基本接近

18、這次試驗實際增加10%左右。4.3鋼球(棒加大增產降耗情況入磨礦石粒度小,磨礦產品細度較小的二段球磨機,加大鋼球(棒也能增產降耗。南京梅山鐵礦的棒-球磨系統,第二段磨的3.2×3.1m格子型球磨機,入磨鐵礦石硬度f =1317,粒度<3mm占100%,現用80、60、40mm鋼球平時補加80mm鋼球,若改用100、80、60mm鋼球,平時補加100mm鋼球,其鋼球球徑比d 2/d 1=100/80=1.25與上述試驗相同,則鋼球沖擊破碎和磨粉碎能力修正系數分別為K a =1.4,K b =0.95。球磨機處理量仍能增加6%以上,A 2=(0.25K a +0.75K b A 1

19、=1.0625A 1。綜上所述,球磨機鋼球加大,均能增加球磨機的處理量和降低用電單耗及鋼球單耗。尤其是對于入磨礦石硬度大、粒度大,磨礦細度較大的工況下,加大鋼球,增產節能降耗效果顯著。現用各種磨機普遍存在充填率少、鋼球(棒小、轉速低的問題,在增加充填率和加快轉速的改造中,加大鋼球(棒更能獲得巨大的經濟效益。現用各種磨機的鋼球(棒加大多少為佳,還有待繼續試驗研究。參考文獻1唐新民.提高磨機處理能力和能源利用率的研究.礦山機械,2003(12周家春,顏景平.磨機的沖擊粉碎能力分析.礦山機械,1999(43夏菊芬.冬瓜山銅選廠初步設計碎磨機流程的選擇與計算.有色金屬(選礦部分,2001(24曹成剛,

20、唐新民.提高1.8m×3m磨機生產能力的研究與實踐.磷肥與復肥,2002(6(收稿日期:2004-04-13(修改稿日期:2004-12-21(上接第7頁受的操作范圍分別為(0.20.35、(0.40.6、(0.60.75和(0.40.8;而為了滿足要求的產品細度,上述過程變量可接受的操作范圍應為(0.250.4、(0.20.5、(0.60.75和(0.40.8,那么,選擇各過程變量的共同區間(0.250.35,(0.40.5kg/min,(0.60.75C.S.和(0.50.8mm則可以作為各變量在該場合的最佳磨礦條件,參見圖2和圖3。4結論用多參數方法研究了濕式球磨機開路磨礦過程變量對凈功耗和磨礦細度的影響,結論如下:(1諸過程變量對磨礦細度影響的重要程度按如下次序遞減:充填量、磨機轉速、給礦量、給礦粒度或分級效率;對凈功耗影響的重要程度則按如下次序遞減:充填量、給礦量、磨機轉速、給礦粒度或分級效率。這意味著,給礦量對磨礦細