提高半自磨系統運轉效率的生產實踐

瞿安輝，陳建文

（江西銅業集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

大山選礦廠2.25萬t/d半自磨選礦系統是江銅集團德興銅礦13萬t/d擴能項目的重點工程，由恩菲設計院設計，于2010年底建成投產，是當時國內最大規模的半自磨系統。該系統采用半自磨+球磨+頑石破碎的SABC流程，半自磨機和球磨機為一對一的配置。半自磨機規格為∮10.37m×5.19m，采用雙同步電機進行驅動；球磨機為一臺∮7.32m×10.68m溢流型球磨機，也采用雙同步電機進行驅動；頑石破碎采用1臺MP800型圓錐破碎機；系統總裝機容量為25300kW。設備簡圖如圖1 所示。

半自磨系統運轉效率通常用處理能力（單位時間內的處理量Q）和設備運轉的運轉率（也稱作業率r）來表示。通常兩者的乘積越大，系統的運轉效率就越高。因此對一個正常生產的半自磨系統來說，一方面要提高半自磨系統的處理能力，另一方面則要提高系統的運轉率。

圖1 大山選礦廠半自磨系統設備形象圖

半自磨系統的處理能力通常用單位時間內半自磨系統處理的原礦量重量來表示(以萬t/a、t/d或t/h為表示單位)。大山半自磨系統的設計處理能力是22500t/d，換算成小時處理量是937.5t/h，換算成年處理能力則是740萬t/a。影響半自磨系統的處理能力的因素主要有磨機的規格、礦石性質、工序參數以及操作條件等［1］。

半自磨系統運轉率是衡量半自磨系統運轉好壞的另一個關鍵指標，就是半自磨系統的運轉時間與日歷時間相比的百分數來表示，通常以年為單位來計算。一般來說，半自磨系統設計的運轉率以90%為標準；實際運轉過程中達到90%即為達到設計水平［2］。受系統環節多、相互影響大、半自磨機襯板使用周期較短等因素影響，較大直徑的半自磨系統的運轉率普遍不高，目前國內正在運行的半自磨系統運轉率普遍在85%到90%之間［3］。國際上因自動控制水平高、制造業發達、半自磨運行時間長等因素，系統運轉率比國內平均水平要高一些，普遍在92%左右。

大山半自磨系統投產以來為應對給礦性質、設備狀況等因素的變化而做的優化與調整一直在持續進行，主要從工藝參數調整和設備性能優化方面入手，使半自磨系統的運行更加平穩、高效，系統操作與維護變得更簡單、便利，從而達到增強適應性、提高處理能力和設備運轉率的目的。

2 采選一體化和合理配礦

大型礦山因采礦順序分階段的特性，會引起給礦性質（尤其是礦石硬度、粒度）的波動，進而導致SABC磨礦流程的瓶頸會在半自磨機、球磨機之間來回移動。大山半自磨的給礦來自銅廠和富家塢兩個采區，兩個采區的礦石組分基本相同，但因兩個采區的距離長、面積大、臺階多，所以半自磨系統給礦的變化比較大。半自磨系統對給礦性質的波動非常敏感，遠比常規碎磨系統來得快且劇烈。因此采用采選一體化優化策略管理和控制礦石性質的波動，把給礦的硬度和粒度控制在可接受的穩定的范圍以及在生產過程中合理配礦對半自磨系統的運行顯得尤為重要。

（1）采礦場采取“增爆增破”與“多碎少磨”相結合的方法，適當提高炸藥單耗，強化爆破作業，減小爆破塊度；粗碎作業由于來料粒度的降低可以調小排礦口，降低粗碎產品也就是半自磨給礦的粒度。

（2） 對兩個采區的礦點出礦情況進行月度預報，編制出礦點的礦性月度預報。對兩個采區的各個出礦點進行取樣，并做磨礦作業的小試，形成試驗報告。采礦場針對各個礦點出礦的差異進行合理調配，基本可以做到軟硬適中、粗細搭配。選廠針對礦點月報采取應對措施，編寫工藝操作標準指導實際生產。

（3）大山選礦廠的粗礦堆同時給半自磨系統與6.75萬t常規系統供礦，生產中可利用粗細顆粒從鋼芯膠帶拋出產生的偏析現象和3臺鐵板、8臺振動給礦機的開停實現對半自磨給礦進行合理配礦，可以實現半自磨給礦在一段較長的時間內的均衡穩定。

3 磨機襯板優化

磨機襯板是指包含筒體襯板、進出料端襯板以及礦漿提升器等一系列在磨機運轉過程中保護磨機筒體及進出料端蓋及中空軸的部件，對磨機乃至整個半自磨系統的正常運轉起到無法替代、至關重要的作用。半自磨機襯板（尤其是筒體襯板）的使用壽命是制約系統運轉率提高的關鍵因素。磨機襯板優化的工作主要圍繞延長襯板使用壽命、滿足工藝要求、各磨損部件使用周期基本一致（或倍數關系）、減少更換時間等幾個主要目標來完成。

3.1 筒體襯板

（1）將原有初裝的66塊隨機襯板由大變小到198塊襯板，大幅減少了運轉初期出現的“碎裂、斷裂”現象，減輕了單塊襯板重量，降低了檢修作業的勞動強度，縮短了換襯板的時間。整套襯板的更換時間由最開始的近7天縮短到兩天半左右［4］。

（2）摸清磨損規律，采取“易磨處加強、加厚”的原則對襯板結構進行改進；改進每塊襯板在筒體圓周方向的角度，避免出現“礦漿回流”現象；根據磨損規律和使用狀況對襯板厚度和波峰高度以及面角進行適當的改動。

（3）同時試用了多個生產廠家的筒體襯板，考查了不同材質、相同結構筒體襯板的試用情況。

（4） 對磨機襯板進行了單波峰改雙波峰的優化，磨機襯板的使用壽命由6～8個月提高到近14～16個月。

3.2 進出料端襯板

（1）將原有的粗大、笨重的高錳鋼襯板(與端蓋筒體接觸的)替換成帶有合金鋼骨架的橡膠復合襯板，基本杜絕了端蓋漏漿的現象，減輕了筒體運轉部件的重量，降低了檢修的勞動強度。

（2）進料端蓋襯板由原有整塊的形式改為提升條與橡膠平板分開的形式，解決了提升條部分磨損過大而平板部分磨損較小而造成周期不一致的矛盾。

（3）根據礦石性質變化和頑石量產生的變化情況對出料端格子板的開孔形式和開孔率進行優化，以滿足生產工藝方面的要求。

4 振動篩的優化

（1）大山半自磨初步設計時未考慮加裝寬度為1.5m的磁力弧除鐵裝置，故加裝磁力弧后，半自磨出料箱的位置往前移動了1.5m，故原有的3675振動篩入料位置也隨之往前移了，破壞了振動篩原有的動平衡，導致2臺直線振動篩故障頻發；同時因投產初期采礦位置較高，原礦含泥多呈弱酸性，對篩子的主體架構產生了較嚴重的腐蝕作用。2012年對2#振動篩進行了換型改造，由原有的3675型直線振動篩改成了3661型直線振動篩，并對原有的篩框結構進行了襯膠等耐磨、耐腐蝕處理。

（2）篩網也由鋼絲篩網、聚氨酯篩網改成橡膠篩，增加了篩孔面積，提高了篩分效率；同時2臺篩網的篩孔也由原來的25m×12cm改成了一大一小（10×25，8×20），以適應不同礦石性質的需要［5］。

5 頑石破碎的優化

隨著采掘位置的逐步下潛，半自磨處理的原礦也變得越來越硬，增大頑石量使“多碎少磨”的理念在半自磨系統中體現成為一種必然現象。大山半自磨系統經過多次優化與改造后，頑石量從最開始的50t/h增加到了近250t/h。

（1）改進原有運輸皮帶的運輸方式，2011年將原有的6#A、6#B波狀擋邊皮帶的傾角由75°改成了70°；2017年底又將原有的波狀擋邊皮帶直接改成了2條普通膠帶運輸機和1個轉運漏斗的運輸裝置；加大了頑石運輸能力，使頑石破碎機多做功成為可能。

（2）為避免或減少頑石破碎機出現“過鐵”等破碎“非破碎物”的現象，大山半自磨對頑石破碎機的給礦除鐵系統進行了多次優化與改造，在原有2臺永磁帶式除鐵器的基礎上增加了寬度為1.5m的磁力磁力弧除鐵裝置和3臺電磁盤式除鐵器，基本杜絕了破碎機的“過鐵”現象。

6 旋流器參數的優化

對半自磨系統來說，磨到合適粒級的礦石顆粒能否及時被分級出來進入到后序作業是半自磨系統效率高低、過粉碎現象嚴重與否的關鍵因素，因此分級設備的優化（通常是水力旋流器）顯得至關重要。

經多次試驗優化，最終確定Krebs838旋流器的最優工藝參數為：沉砂嘴146mm， 使用gMAX33旋流器溢流管,內徑13.5英寸、溢流管插入深度490mm，工作壓力控制在0.45～0.55kPa之間。分級效率在63%到65%左右。

7 自動控制系統的優化

半自磨磨礦作業的生產操作遠比常規碎磨作業的生產操作來得復雜和富有挑戰性。其最大的原因就是半自磨磨礦作業具有工藝參數變化的極高敏感性；換句話說，在半自磨磨礦回路中，任何一個方面的工藝參數的微小變化都會給整個磨礦作業帶來較大的波動（甚至導致系統停礦、停機）。而且工藝參數之間還會相互影響、擾動，嚴重影響系統的穩定性。

2015年大山選礦廠與北京礦冶研究總院組成開發團隊，共同開展了“半自磨優化控制技術”的研究工作以半自磨機的生產控制為核心，通過對大量的生產過程數據的分析處理，研究了半自磨機的操作變量（給礦量、給水量）與表征變量（軸壓、功率、筒體振動特征值）、輸出變量（頑石產生量、產品濃細度）的相關性，在吸收生產操作經驗和管理經驗等經驗知識的基礎上提取構建了半自磨機優化控制規則庫，開發了相應的專家控制軟件并投入工業運行，較為成功地實現了半自磨機生產的智能控制。投用的統計數據表明，與人工控制時相比，優化控制投用后半自磨機的平均臺效從投用前的963.60t/h提高到1015.24t/h，提高了51 t/h。

8 磨礦介質的優化

半自磨機的磨礦介質通常包含鋼球和大塊礦石。球磨機的磨礦介質只特指鋼球。磨礦介質的特性也是磨礦流程中的一個重要參數，通常指磨礦介質的大小、材質與介質充填率。

（1）大山半自磨最初使用標準的直徑125mm的鍛球，后為應對難磨礦石做過一個月添加直徑140mm的鍛球的工業試驗（2011年11月份），當月的小時處理量由之前的908.7t/h提高到了986.3t/h，提高了77.6t/h。2012年開始遇到難磨礦石會適當添加直徑140mm的鍛球。

（2）根據給礦性質與運行狀況適當調整半自磨機的鋼球充填率，保持在8%～12%之間。

（3）球磨機的介質由原有的直徑80mm鑄球改為直徑70mm鑄球，改善了磨礦產品粒度組成。2019年開始做鋼球配比試驗，試用直徑60mm鑄球和直徑50mm鑄球組合添加［6］。

9 效果

經過一系列的調整與優化，降低了系統生產所需的各種消耗，提高了系統處理能力與設備運轉率。消耗對比表見表1（數據采用的是2012年與近三年平均值）；歷年來的生產情況統計表見表2。

表1 半自磨主要消耗與成本對比表

表2 大山半自磨系統生產情況統計表

10 結語

（1）大山半自磨系統自投產以來進行的工藝參數與設備性能方面的一系列優化措施，增強了半自磨系統對礦性波動的適應性，提高了半自磨系統的運轉效率，也較大幅度地降低了半自磨系統的各種消耗，達到了增產節能降耗的目的。

（2）采選一體化和合理配礦、磨機襯板優化等工藝參數與設備性能方面的優化措施針對性強，效果明顯，適用性廣，對國內同類型的選礦廠有較強的指導和推廣意義。