1、某鐵礦石立式攪拌磨與球磨磨礦能耗對比研究仝麗娟1, 2, ,楊紀昌1, 2，姬建鋼1，2，潘衛寧1, 2，王亞珍1, 2，孫小陣1, 21洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 4710392礦山重型裝備國家重點實驗室（中信重工機械股份有限公司）河南洛陽 471039摘要：立式攪拌磨機通常用來作為粗精礦再磨或者原礦細磨設備，本文利用立式螺旋攪拌磨試驗機對某鐵礦石進行磨礦試驗研究，同時與滾筒球磨機磨礦效果進行了對比，以研究立式螺旋攪拌磨及滾筒球磨機對該鐵礦石的磨礦效果。研究顯示，在適應的粒度范圍內，立式攪拌磨與球磨都具有各自的優勢，都能夠達到更加高效節能的磨礦效果。關鍵詞：鐵礦石；立式

2、攪拌磨；球磨; 磨礦效果。Study On the Energy Consumption of Vertical Stirring Mill and Ball Mill for an Iron Ore Tong Lijuan 1, 2, Yang Jichang1, 2, Ji Jiangang1, 2, Pan Weining1, 2,Wang Yazhen1, 2,Sun Xiaozhen1, 21State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment, Luoyang 4710392Louyang Mining Machinery Engineeri

3、ng Design Institute Co.,Ltd., Luoyang 471039Abstract: Vertical stirring mill is usually used as a grinding equipment for concentrate or fine grated ore. In this paper, the grindind energy consumption of vertical stirr mill was compared with a drum ball mill, to find the grinding effect difference of

4、 theirs for the same iron ore. Research shows that vertical stirring mill and ball mill have their impactful advantages, adapt to the range of particle size, to be able to achieve more efficient energy saving grinding effect.Key wods: Iron ore Vertical stirring mill Ball mill Grinding effect引言立式螺旋攪拌

5、磨機是一種高效的磨礦設備，在鐵礦、有色金屬礦山都有應用。通常作為細磨設備，主要進行粗精礦再磨或者超細粉磨。立式螺旋攪拌磨機結構是一種外部筒體垂直安裝1，內部裝有螺旋攪拌裝置的磨礦設備，螺旋攪拌器通過攪拌使筒體內部的研磨介質和物料一起上下循環運動，同時研磨介質與物料之間產生沖擊和剪切的作用，對物料產生研磨效果。物料一般從筒體的下部入料管泵送給入或從上部入料管泵送給入，通過研磨介質的磨剝剪切作用被高效磨細，粗細不同的顆粒在外力和重力的共同作用下產生分離，細粒級物料不斷上升直至在筒體上部溢出，粗粒級物料則留在筒體中繼續被研磨直至達到合格的溢流細度。通常立式攪拌磨機與水力旋流器組成回路進行工作2。滾筒

6、式球磨機是通過筒體轉動帶動研磨介質和物料進行拋落和瀉落運動達到對物料的磨礦效果。本文中利用球磨機和立式螺旋攪拌磨機對某鐵礦石樣品進行了各種細度要求的磨礦試驗，以對比二者針對不同磨礦細度要求的磨礦效率，分析其各自的磨礦適宜性。1試驗設備和試驗樣品的制備1.1試驗設備試驗設備主要包括：實驗室顎式破碎機；BOND標準球磨功指數試驗機；中信重工CSM-2.2立式螺旋攪拌磨試驗系統；200標準篩振篩機以及粒度分析儀器設備。1.2試驗樣品制備磨礦入料樣品：利用實驗室顎式破碎機將部分代表性鐵礦樣品破碎至-1mm，再經過混勻、縮分，制備出Levin試驗和立式攪拌磨磨礦試驗所需的物料。Bond功指數試驗樣品：利

7、用實驗室顎式破碎機將其余部分代表性鐵礦樣品破碎至-3.35mm，用于Bond球磨功指數的試驗測定。1.3試驗樣品分析將-1mm的磨礦入料樣品進行粒度篩分分析，考察其磨礦初始粒度組成情況。如圖1。圖1磨礦試驗樣品粒度雙對數分布曲線Fig1 Double Logarithmic Distribution Curve for Grinding Test Sample Size經過分析計算，磨礦產品入料最大粒度為1mm，F80（80%產品通過的粒徑）值為724m。2試驗結果2.1立式攪拌磨機磨礦試驗結果本次試驗采用的是中信重工實驗室CSM-2.2立式攪拌磨機，磨機參數為：磨機有效容積115L；驅動電機

8、2.2kW；280mm螺旋攪拌器。磨礦條件為：磨礦料漿固含55%，磨礦介質為8mm的鋼球。該試驗中的功耗是利用KTR扭矩轉速測試儀測量并計算得出。試驗中將-1mm樣品縮分為5份平行樣，每份約30kg。分別利用立式攪拌磨進行批次磨礦試驗，每次試驗磨礦時間分別為：10min、20min、30min、40min、60min，記錄每次磨礦攪拌磨扭矩，并計算磨礦噸功耗。最后對磨礦一定時間結束后的卸磨產品烘干取樣，進行粒度篩分分析，并找到相應的P80，匯總后，繪制產品P80和噸功耗的變化曲線，該立式攪拌磨試驗屬于開路濕法磨礦試驗。圖2產品P80與磨礦噸功耗的變化關系圖Fig2 Diagram of Pro

9、duct P80 and The Power Consumption 根據圖2分析可知，隨著磨礦時間的變化，磨礦噸功耗不斷提高的情況下，磨礦產品的粒度逐漸變細，P80越來越小。當噸功耗達到20kWh/t時，產品P80達到37m，功耗繼續增大，產品細度變化將越來越輕微，直至噸功耗達到35.5kWh/t時，產品細度P80達到25m，之后隨著噸功耗增大，產品細度將基本不再變化。2.2 Levin試驗研究Levin試驗是J. LEVIN在1989年1月所發表的關于“Bond標準可模型試驗研究和細粒級物料的標準可模型試驗研究”的論文中提出的3。J. LEVIN認為，Bond功指數均使用-3.35mm的物

10、料，由于Bond球磨機的操作條件是特定的，認為Bond球磨機的每一轉能耗等效于實際選廠磨機特定的比能耗，因此J. LEVIN將Bond球磨機的每轉等效能耗設定為B值，通過大量的實驗室試驗和現場數據采集，推斷B值是個接近特定值的常數，所以利用Bond球磨機對礦石進行磨礦的輸入能耗可以通過B值和磨機磨礦轉數的乘積計算。本論文中應用Levin試驗對某鐵礦石進行了球磨試驗研究，用于與立式攪拌磨的磨礦能耗進行對比。該磨礦試驗屬于干法開路批次磨礦。試驗方法如下：（1） 制取一定量的磨礦樣品，加入Bond球磨機中進行碎磨試驗；（2） 首先粉磨一定轉數后，停機取樣并進行粒度分析，之后將剩余樣品加入球磨機繼續粉

11、磨特定轉數后，再次取樣粒度分析，如此再依次粉磨兩次不同的轉數，同樣每次都取樣進行粒度分析。（3） 計算不同轉數時的球磨機能耗，并與相應的產品粒度進行分析，繪制相關變化曲線。在磨機輸入能耗分別約為5kWh/t、10kWh/t、20kWh/t、40kWh/t和78kWh/t時，磨礦得到磨礦產品進行粒度篩分分析，繪制能耗和產品粒度的關系曲線，分析二者的變化關系。圖3 Levin試驗噸功耗與產品P80變化關系圖Fig2 Diagram of Product P80 and the Power Consumption in Levin Test通過對Levin試驗結果的分析，隨著磨機轉數的增多，磨機的輸

12、入能耗增大，磨礦產品粒度逐漸變細，當輸入能耗達到40kWh/t時，產品P80為38m，當磨礦能耗繼續增大，產品細度變化越來越微弱，直至噸功耗增大為78kWh/t，產品P80減小為26m，之后再隨著磨礦噸功耗的輸入，產品細度基本不會再發生變化。2.3 Bond球磨功指數試驗Bond球磨功指數是Bond對裂縫學說的數學表達，是表征某種礦石可磨度的一個參數4。本試驗是按照標準Bond球磨功指數試驗流程進行的。將某鐵礦石樣品分別進行了以150m、106m、75m、45m和38m方孔篩為試驗篩孔的球磨功指數試驗，并測得其相應的F80、P80以及Gbp，根據式1計算對應的功指數Wib（kWh/t）： 式1

13、式中：F80-入料中80%通過的篩孔尺寸（m）；P80-產品中80%通過的篩孔尺寸（m）；P1-試驗篩孔尺寸（m）；Gbp-球磨機每轉新生成的試驗篩孔一下的物料量（g）。磨礦樣品的Bond球磨功指數試驗結果以及功指數的計算結果如表1所示：表1 Bond球磨功指數試驗結果Tab1 Bond Ball Mill Work Index Test Results 序號參 數試驗編號1#2#3#4#5#1P1(m)1501067545382F80(m)196519651965196519653P80(m)118876337274Gbp(g/r)1.4391.1720.9980.6680.5225Wib(

14、kWh/t)16.5417.4017.5920.0521.31當試驗測得Bond功指數之后，按照Bond標準公式2計算球磨磨礦的噸功耗W（kWh/t）。 式2式中：F-入料粒度，入料中80%通過的篩孔尺寸（m）；P-產品粒度，產品中80%通過的篩孔尺寸（m）；3試驗結果計算與分析3.1立式攪拌磨試驗結果分析計算根據立式攪拌磨試驗結果，計算立式攪拌磨對該鐵礦石的磨礦噸功耗。立式攪拌磨試驗屬于濕法開路磨礦，因此試驗中測定的噸功耗即為其磨礦噸功耗，因此立式攪拌磨磨礦入料為-1mm，F80為724m，磨礦產品P80分別為314m、110m、70m、30m、27m、25m時的磨礦噸功耗見表2所示：表2立

15、式攪拌磨磨礦噸功耗Tab2 Spcial Power Consumption of Vertical stirring mill磨礦入料粒度(m)噸功耗(kWh/t)F80(m)P80(m)-10006.637243149.6011012.567020.123724.802735.50253.2 Bond球磨功指數試驗結果分析計算利用Bond球磨功指數計算磨礦噸功耗是根據Bond公式2計算的。由于根據Bond功指數所計算的磨礦噸功耗屬于濕法閉路磨礦能耗，因此為了與Levin試驗和立式攪拌磨開路試驗對比，選擇了1.2的開路球磨系數，因此根據公式3計算得到球磨濕法開路磨礦的球磨噸功耗。 式3根據表

16、1中的功指數，計算磨礦入料為-1mm，F80為724m，P80分別為118m、87m、63m、37m、27m時的球磨噸功耗，計算結果見表3。此時計算的球磨噸功耗可直接與立式攪拌磨磨礦能耗進行對比。表3 依據Bond球磨功指數計算的球磨噸功耗Tab3 Spcial Power Consumption of Ball mill According to Bond Ball Mill Work Index磨礦入料粒度(m)噸功耗（kWh/t）F80(m)P80(m)-100010.91 72411814.65 8718.78 6330.64 3739.71 273.3 Levin試驗結果分析計算Le

17、vin試驗的磨礦噸功耗是根據Levin試驗的理論的B值和磨機轉數計算的，其計算結果就相當于球磨的磨礦噸功耗，但是由于Levin試驗屬于干法磨礦，要與立式攪拌磨和球磨功指數計算的噸功耗進行對比，需要考慮干式磨礦系數，此時選擇干式磨礦系數為1.3，則根據Levin試驗計算結果如表4所示。表4依據 Levin試驗結果計算的球磨噸功耗Tab4 Spcial Power Consumption of Ball mill According to Levin Test磨礦入料粒度(m)噸功耗（kWh/t）F80(m)P80(m)-10003.74 7242987.49 16314.97 7329.94 3

18、959.88 263.4試驗結果分析根據立式攪拌磨試驗結果、Bond球磨功指數結果以及Levin試驗結果計算的磨礦噸功耗以及產品粒度，繪制功耗&產品粒度的變化曲線如圖4所示，攪拌磨曲線代表濕法攪拌磨開路磨礦，levin試驗和BOND功指數曲線代表濕法球磨開路磨礦，二者基本重合，可用于比較攪拌磨和球磨磨礦功效對比。圖4 功耗&粒度變化曲線Fig4 Change Curve of Power Consumption & Size （圖中粒度為產品P80，為磨礦產品80%通過的粒徑）由圖4分析可知，該鐵礦石在磨礦產品粒度接近105m時，攪拌磨與球磨的功耗一致。產品粒度大于10

19、5m時，球磨的磨礦能耗相比于攪拌磨更低，此時使用球磨進行磨礦更節能。而產品粒度小于105m時，攪拌磨的磨礦能耗相比于球磨更低，此時使用攪拌磨進行磨礦更加節能。4結論（1）磨礦試驗結果表明，對于該鐵礦石的磨礦，立式攪拌磨可以在一定的粒級范圍可明顯發揮其效能優勢。立式攪拌磨機是通過內部螺旋攪拌器的旋轉，帶動磨礦介質和物料進行運功，運動方式包括多維循環運動和自轉運動5,磨機物料在磨礦介質的重壓力和螺旋旋轉的擠壓力下產生剝磨、擦洗等作用，使得物料產生磨細效果。其中只有很少量的沖擊作用在物料上，所以立式攪拌磨更加適用于細磨。因此，該鐵礦石磨礦產品P80小于105m時，立式攪拌磨的磨礦效果則更加明顯，能夠充分發揮其碎磨效果。（2）球磨磨礦試驗結果表明，對于該鐵礦石的磨礦，輸入一