前言

高压辊磨机近年来作为一种新型高效粉碎设备, 在粉碎界引起了广泛的兴趣和关注。特别是1985年通过大工业生产的应用, 取得了很好的技术指标和经济效益, 许多国家迅速地进行推广应用。其优越性主要表现在显著降低粉碎能耗, 大幅度提高系统处理能力, 大量节约磨损钢耗, 简化工艺流程, 适应能力强等。目前这种设备正由水泥工业向金属矿山移植, 1986年南非投产了∅2.8×0.5米的高压辊磨机用来处理金属矿石, 作为粗磨达到了250吨/小时的产量。据西德报道, 应用高压辊磨机处理的金矿石, 由于微细裂纹的大量存在, 使浸出效率大大提高。1984年西德克劳斯坦尔大学对拉美茨伯尔克矿石进行研究, 结果证实, 这种方法比常规球磨系统在同样的给矿和排矿条件下, 节能达25%以上。为了探索高压辊磨机对矿石粉碎的基本规律, 发展具有我国特色的高压辊磨技术, 本研究以凡口铅锌矿石为对象进行了大量的工作, 证明金属矿石不但可以应用该种技术, 而且该技术的推广应用, 将给金属矿山带来很大的经济效益和社会效益。

一、 高压辊磨机工作原理

细碎和细磨均属于料层粉碎范畴, 消耗能量多, 作用效率低。传统的球磨机内粉碎能分布频谱宽, 一部份能量难于被磨料吸收, 不能利用于粉碎过程; 球磨物料的受力和移动是一个随机过程, 对粉碎要求难于适应, 且受力类型复杂, 不便于选择有效应力种类, 物料处于自由松散状态, 受力过程中消耗大量摩擦能耗。如果选择粉碎效率高的压应力作为粉碎的主要应力, 并使压力粉碎过程符合料层粉碎规律, 即开始时压力较小, 使物料充分密实互相挤紧传递应力, 当压力进一步上升时, 使应力值达到物料颗粒的强度值之后, 颗粒就会产生大量的破碎事件。应用区域约束, 控制物料有规律地迅速通过应力区, 使机械能有效地转变为粉碎能, 物料遭到粉碎或产生大量微细裂纹, 就必将降低粉碎能耗, 提高作用效率。高压辊磨机正是基于上述思想发展起来的一种新设备, 其工作原理见图 1。它的主要特点是利用料层粉碎规律, 约束物料进入压力区, 使颗粒之间相互传力; 产生密实-粉碎-结团过程。在粉碎过程中表现出一定的压缩化, 形成孔隙率低的料坯产品, 在料坯中形成了大量的细粒颗粒和大量的微细裂纹, 使用相应的工艺流程, 获得所需的合格产品, 达到高产低耗的目的。

二、 试料和试验设备

试样取自凡口铅锌矿, 为第一段球磨机的给矿, 经适当处理后作为试料。

试验使用辊磨机规格, 辊径为200毫米, 辊子宽度为75毫米, 由弹簧提供所需的工作压力, 给料使用专制漏斗, 驱动用一台YCT-180-44型调速电机, 可在0～300转/分范围内进行无级调速。在操作时调节适应物料特性所需应力, 使高压辊磨机进入工作状态, 待运行稳定后, 进行试验取样并记录测试参数, 包括取样时间、压力、转速和功率等等。变更操作参数, 便可进行系列试验。

用来进行对比试验的球磨机型号规格为XMT-63型, ∅200×200毫米, 选用最佳工作条件, 转速率为0.74, 钢球充填率为0.45, 磨料充填系数为1.0左右, 选用∅20毫米的钢球。试料装入磨机后, 启动运转, 测量所需功率, 达到规定时间, 将试料清出处理。

筛分分析采用干式和湿式联合作业。干式作业采用XSB-70B型∅200标准振筛机, 湿式作业采用XSDZ-80型电磁振筛仪, 筛子为∅200毫米泰勒标准筛。

三、 试验结果

为研究高压辊磨机处理矿石的基本规律, 进行了多系列试验, 现将有关主要影响因素及结果规律分述如下。

1. 压力的影响

高压辊磨机采用大强度的压应力进行料层粉碎, 能使颗粒间相互紧密接触, 有效地传递力的作用, 使机械能转变为粉碎能的效率提高, 因此压力强度是影响生产过程的主要因素。图 2为压力P与产品中细粒级产率f、处理单位物料能耗W_M^✱和产生单位质量细粒级物料能耗W_M的关系。从图 2中可以看出, 处理单位物料的能耗随着压力的增大而增大; 而产品中细粒级产率曲线却具有变化的曲率, 在一定范围内细粒级产率增长快, 随着压力不断增加, 细粒级产率增长越来越小, 这是料层粉碎的基本特征所决定了的; 单位质量细粒级, 如-200目能耗曲线出现一个低谷, 说明磨机处理某种矿石, 在合理的压力强度下, 产物能耗存在一个适当的区域, 在该区间内, 能量消耗最小, 这种合适的压力强度是优化操作的主要依据。

2. 转速的影响

转速主要影响给料的速率, 图 3为试验所测量的结果。适当提高转速, 设备的处理能力迅速增大, 但超过某一转速后, 产量增加的趋势越来越小, 因此存在一个临界速度或临界转速的问题。

设备的体积处理量V与重量处理量M之间的关系, 可以用物料堆比重δ₀联系起来。

而重量产量取决于辊子的工作长度L、辊子间隙宽度S、物料在辊隙中的运动速度U_S和产品料饼比重δ₀

引入料层粉碎的压缩特性参η。

则V=η(S/D)(U_S/V)(VLD)

其中D为辊子直径, V为辊面线速度, 并且一般Vs/V=1, 因此设备的处理能力与辊子的线速度或转速成正比关系, 但是这种关系只存在于临界线速度Vc>V的情况下, 当Vc＜V时, 上述关系不复存在。这也说明V与Vs之间未必完全有等量关系, 在V＜Vc时, V=Vs, 反之V>Vc时, V>Vs成立。

此外辊面线速度对产品能耗和细粒级产率也存在一定的影响。

3. 含水量的影响

辊磨机不仅可以加工干式物料, 同样也可以处理含有水份的湿式物料。在金属矿石的粉碎加工过程中, 矿石含有一定的水份是不可避免的。试验过程证实:在加入体积含水量ϕv为10%时, 设备处理能力同转速之间的关系与图 3所体现的规律是一致的, 但湿式与干式的能力比, 显得稍低一些。在试验中即使加入ϕv>50%以上的水份, 设备仍能正常工作, 产品料饼仍然处于致密状态, 水份多从边界溢出。在考察产物中-200目含量同压力之间的关系时, 湿式与干式的变化规律是相似的, 并且在同一压力条件下, 湿式产品的-200目产率总是比干式物料产品为高, 而在ϕv为10%时, 产品中-200目的含量较为理想, 同时也带来单位能耗较干式为低的好处。

4. 给料粒度范围

高压辊磨机的给料是在重力与摩擦力联合作用下进入应力区的, 这显然与给料粒度有关, 合适的粒度才能顺利地进入应力区进行粉碎。试验采用了窄级别和混合粒级的考察, 安排了多组试验。试验结果证实, 在该设备条件下, 6.0～7.9、7.9～9.4、9.4～11.2毫米级别的颗粒, 均能正常工作, 当使用11.2～12.5毫米级别时, 则发生困难。值得指出的是, 较粗物料中加入较细粒级能改善给料情况。

图 4为1.0～7.9毫米级别中6.0～7.9毫米不同含量在不同排矿口所表现出的产量规律, 四组曲线从上至下排矿口依次为1.35、1.22、0.75、0.40毫米。由图 4可知, 粗级别含量增加, 产量是变化的, 增加幅度很大时, 使产量有所下降, 同时还表现出功耗增加。而配比在某一范围时是比较适宜的。因此, 一定规格的设备所能处理的粒度范围, 或一定加工粒度所需的设备规格都具有相应的制约性。

5. 工艺流程

使用高压辊磨机的流程可以分为三种, 即开路预磨、闭路终磨和混合流程。开路预磨的特点是使物料在辊磨机中产生一定的细粒级和物料中产生大量微细裂纹的料饼给入球磨机, 进行分散和终磨, 能大幅度地提高系统的生产能力。而闭路终磨则将料饼分散分级后重新返回辊磨机, 使产品的能量消耗大大下降。此时同样可以使用球磨机或其他设备, 但此时球磨的目的是分散分级, 而不是进一步粉碎:因此停留时间短, 物科通过快, 不合格产品再送入辊磨机中进行闭路循环。混合流程则具有较大的灵活性, 返回的不合格产品部份进入辊磨机, 部份进入球磨机, 根据需要进行任意调节, 它基本上综合了上述两种流程的优越性, 在生产调节中灵活体现, 既使开路预磨的提高产量得到发挥, 又使闭路终磨的节能效果充分表现, 对于矿石性质波动和设备负荷的均衡给予了很大的变动余地。

6. 节能效果

为了比较辊磨与球磨的粉碎能耗, 在试验中进行了对比。对比试料为-4.7毫米(-4目), 堆比重为2.04克/厘米³。用球磨机进行间断磨矿试验, 选取不同时间间隔, 得到球磨产品粒度组成随磨矿时间的变化关系, 用产生-200目粒级的产率和比能耗作指标来考察。图 5说明-200目产率与球磨时间的关系。利用图中规律能方便地进行能耗对比。

高压辊磨机产生的-200目单位质量所消耗的能量按下式计算:

式中E为高压辊磨机的比能耗;

P为功率消耗;

m为产量;

f为产品中-200目产率。

为达到与辊磨机相同的-200目产率的球磨必须的磨矿时间, 可以从图 5中查出。球磨产生的-200目单位质量所消耗的能量由下式决定:

式中E'为球磨的比能耗;

P'为球磨功率消耗;

t为磨矿时间;

W为装料量;

f'为球磨产品中的-200目产率。

选取产生相同-200目产率的E和E'比较, 应用高压辊磨比传统的球磨节省能耗, 不同操作条件下节能效果不同。当工作参数选取得当时, 节能效果可达24%。

四、 结论

应用高压辊磨机粉碎矿石的试验通过各种主要影响因素和作用效果的探讨, 可以得出下列结论:1.用高压辊磨机处理矿石是可行的, 能适应现场条件, 达到生产要求。2。要达到理想的粉碎效果, 适应矿石的物料待性, 各参数之间应有良好的匹配。3。试验证实, 节能效果达24%, 并带来产量的提高。应用该项技术, 将会获得很大的经济效益和社会效益。4.应该在实际生产中开展应用尝试。

参考文献略