高壓輥磨—球磨流程中球磨機選型方法探討

董節功，張 萌，王亞強，陳 波

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

高壓輥磨機是一種新型節能粉碎設備，近些年來隨著輥面磨損問題逐步得到克服和解決，在礦物加工領域的應用越來越廣泛。高壓輥磨機主要用于礦石的細碎或者超細碎作業，為后續的磨礦和選別作業準備物料，降低了后續球磨機入磨粒度和抗研磨能力，同時也提高了入磨物料的細粒級含量，相當于承擔了一部分原來由球磨機承擔的磨礦任務，因此能降低磨礦比能耗。但是，也正是由于高壓輥磨機輥壓產品中細粒級含量的提高，導致后續球磨機在采用邦德公式計算時，計算的比能耗與實測值出現較大偏差，從而影響此流程中球磨機處理量的計算結果。針對此問題，筆者基于高壓輥磨機閉路流程和開路流程2 個選礦實例，對高壓輥磨—球磨流程中球磨機處理量計算方法進行探討，從而優化球磨機的選型計算方法[1]。

1 球磨機比能耗計算

1.1 高壓輥磨機閉路流程

某選廠 1 原采用常規的三段破碎一閉路+球磨機碎磨礦工藝流程[2-4]。后期對選礦工藝系統進行改造，在原有的三段破碎流程后增加了高壓輥磨機干式篩分閉路流程作為超細碎工藝，以提高碎礦系統破碎比，降低球磨機的入磨粒度。改造后的碎磨礦工藝流程為三段破碎一閉路+高壓輥磨機 (干式篩分閉路) +球磨機。最終在僅增加高壓輥磨機的情況下，將原礦處理能力由 14 400 t/d 提升至 24 000 t/d，處理能力提高了 67%。

該選廠新增加 2 臺由中信重工機械股份有限公司生產的 GM160-140 型高壓輥磨機，磨礦系統仍采用原有的 3 臺球磨機 (包含 2 臺?4.8 m 球磨機和 1臺?3.6 m 球磨機)，球磨機和水力旋流器構成閉路流程，旋流器溢流粒度 -0.074 mm (-200 目) 占 60%。目前整個碎磨礦系統的處理量穩定在 24 000 t/d，單臺?4.8 m 球磨機的新給礦處理量為 406 t/h。

對該選廠原礦和輥壓后礦石取樣進行邦德球磨功指數試驗，原礦的邦德球磨功指數為 13.78 kW·h/t，高壓輥磨機輥壓產品的邦德球磨功指數為 11.84 kW·h/t，由于礦石在輥壓過程中產生了微裂紋，輥壓后礦石的功指數降低了 14%。

流程改造后，在球磨機新給礦輸送帶上取樣進行粒度分析，結果如表 1 所列。

表1 選廠 1 球磨機新給礦粒度分布Tab.1 Size distribution of new feed in processing plant 1

根據該選廠球磨機的處理量、磨機規格及磨機進出料粒度，采用邦德公式計算球磨機磨礦的比能耗，與實測值進行對比，結果如表 2 所列。

表2 選廠 1 ?4.8 m 球磨機比能耗計算值與實測值對比Tab.2 Comparison of calculated specific energy consumption and actual one of ?4.8 m ball mill in processing plant 1

在磨機的小齒輪軸功率為 2 755 kW 時，采用邦德公式計算磨礦的比能耗為 7.70 kW·h/t，磨機的理論處理量為 358 t/h；現場磨機實測比能耗為 6.79 kW·h/t，新給礦實際處理量為 406 t/h。比能耗計算值比實測值高 13.4%，處理量計算值比實測值低 13.4%。

1.2 高壓輥磨機開路流程

某選廠 2 原采用三段破碎一閉路+球磨機碎磨礦工藝流程，原礦處理量為 7 500 t/d。后期引進一臺德國魁伯恩公司生產的 1 500×1 000 高壓輥磨機用于原選礦流程的生產擴建。擴建項目投產后，原礦處理量提高至 10 000～ 11 000 t/d (平均處理量為 10 500 t/d)，產量提高了約 40%。改造后的碎磨礦工藝流程為三段破碎一閉路+高壓輥磨機 (開路流程)+球磨機。高壓輥磨機細碎產品給入原有的 1 臺?5.5 m 球磨機進行磨礦，球磨機與旋流器構成閉路流程，旋流器溢流產品粒度 -0.074 mm 占 60%，單臺?5.5 m 球磨機新給礦處理量為 437.5 t/h。

對該選廠原礦和輥壓后礦石取樣進行邦德球磨功指數試驗，原礦的邦德球磨功指數為 14.46 kW·h/t，高壓輥磨機輥壓產品的邦德球磨功指數為 12.89 kW·h/t，功指數降低了 10.8%。

流程改造后，在球磨機新給礦輸送帶上取樣進行粒度分析，結果如表 3 所列。

表3 選廠 2 球磨機新給礦粒度分布Tab.3 Size distribution of new feed in processing plant 2

采用邦德公式計算球磨機磨礦的比能耗，與實測值進行對比，結果如表 4 所列。

表4 選廠 2 ?5.5 m 球磨機比能耗計算值與實測值對比Tab.4 Comparison of calculated specific energy consumption and actual one of ?5.5 m ball mill in processing plant 2

在磨機的小齒輪軸功率為 3 895 kW 時，采用邦德公式計算磨礦的比能耗為 9.25 kW·h/t，磨機的理論處理量為 421 t/h；現場磨機實測比能耗為 8.9 kW·h/t，新給礦實際處理量為 437.5 t/h。比能耗計算值比實測值高 3.9%，處理量計算值比實測值低 3.9%。

采用邦德公式的 2 個計算實例表明：在高壓輥磨—球磨流程中，球磨機比能耗的計算值較實測值高，處理量的計算值較實測值低；高壓輥磨機閉路流程球磨機比能耗的計算結果偏差更大。

2 邦德公式的修正計算

高壓輥磨機閉路流程中球磨機的計算結果較開路流程的結果偏差大，主要原因是閉路流程中球磨機新給礦中 -0.074 mm (合格粒級) 含量高于開路流程。采用邦德公式計算球磨機時，以新給礦和產品中 80%通過的粒徑值 (即F80和P80) 來代表整個粒度分布，因此，要求新給礦和產品粒度分布曲線必須平行才能使用邦德公式計算。三段破碎產品的粒度分布曲線和球磨機溢流產品粒度分布曲線平行性較好，所以在三段破碎—球磨流程中使用邦德公式計算球磨機比能耗比較準確。但高壓輥磨產品 (尤其是高壓輥磨閉路流程)中細粒級含量明顯增加，球磨機新給礦和產品粒度分布曲線不平行，采用邦德公式計算會導致出現偏差。因此，應對高壓輥磨機輥壓產品，即球磨機新給礦的細粒級含量進行修正，使新給礦粒度分布曲線與球磨機溢流產品粒度曲線平行。修正后球磨機的F80值發生改變，處理量也發生改變。

借助 JKSimMet 軟件對高壓輥磨機輥壓產品的粒度分布曲線進行修正，修正后選廠 1、選廠 2 采用邦德公式的計算值與實測值的對比分別如表 5、6 所列。

表5 選廠 1 ?4.8 m 球磨機修正邦德公式計算值與實測值對比Tab.5 Comparison of specific energy consumption calculated by corrected Bond formula and actual one of ?4.8 m ball mill in processing plant 1

表6 選廠 2 ?5.5 m 球磨機修正邦德公式計算值與實測值對比Tab.6 Comparison of specific energy consumption calculated by corrected Bond formula and actual one of ?5.5 m ball mill in processing plant 2

選廠 1 修正球磨機給礦粒度及磨機新給礦處理量后，在磨機的小齒輪軸功率為 2 755 kW 時，采用邦德公式計算球磨機的比能耗為 6.90 kW·h/t，磨機的理論處理量為 399 t/h；比能耗實測值為 6.79 kW·h/t，處理量實測值為 406 t/h，比能耗計算值比實測值高1.6%。采用球磨機給礦粒度修正方法計算磨機的比能耗和處理量，與實測值都非常接近，計算精確度大大提高。

選廠 2 修正球磨機給礦粒度及磨機新給礦處理量后，在磨機的小齒輪軸功率為 3 895 kW 時，采用邦德公式計算球磨機的磨礦比能耗為 8.75 kW·h/t，磨機的理論處理量為 445 t/h；比能耗實測值為 8.90 kW·h/t，處理量實測值為 437.5 t/h，比能耗計算值比實測值小 1.7%。選廠 2的計算結果也說明，采用球磨機給礦粒度修正方法計算磨機的比能耗和處理量，與實測值都非常接近，計算精確度大大提高。

對于高壓輥磨—球磨流程中的球磨機，采用邦德公式選型計算時，對球磨機的給礦粒度進行修正，按照修正后的F80值和新給礦處理量進行計算，能夠提高球磨機選型計算的精確度。

3 容積法計算

容積法計算的核心是按新生成某一粒級 (一般用-0.074 mm 粒級)的含率來計算磨機單位容積的處理量，然后計算出磨機的處理量。由于容積法在計算磨機處理能力時，是以單位容積 -0.074 mm 粒級的新生成量作為計算的關鍵參數，同時還需要有工業實際生產指標q0(q0指按新生成粒級計算的單位處理量，t/(m3·h))。高壓輥磨流程改造前后最主要的變化是球磨機新給礦粒度變小，F80值發生變化，尤其是給礦中 -0.074 mm的通過量發生了很大的變化。針對-0.074 mm 含量變化大這一點，可使用容積法進行計算[5-6]。容積法計算時，關鍵是要找到一個可依據的q0值作為磨機的計算依據。

(1) 實例 1 選廠 1 在增加高壓輥磨機閉路篩分流程前，采用三段破碎一閉路+球磨流程，單臺?4.8 m 球磨機的處理量為 240 t/h，入磨粒度為 -12 mm，入磨粒度 -0.074 mm 通過量為 5.65%，磨礦產品粒度-0.074 mm 占 62%。結合單臺?4.8 m 球磨機的有效容積 126 m3，得q0=107.3 t/(m3·h)，以該值作為磨機的計算依據。

流程改造后，?4.8 m 球磨機入磨粒度為 -6 mm，入磨粒度 -0.074 mm 通過量為 19.67% (見表 1)，磨礦產品粒度 -0.074 mm 占 60%。結合磨機有效容積，按照容積法公式并對修正系數取值后，擬選用q0=132.1 t/(m3·h)，計算單臺?4.8 m 球磨機的理論處理量為413 t/h，高于實測值 406 t/h 約 1.7%。

(2) 實例 2 選廠 2 在增加高壓輥磨機開路篩分流程前，采用三段破碎一閉路+球磨流程，單臺?5.5 m 球磨機的處理量為 312.5 t/h，入磨粒度為 -18 mm，入磨粒度 -0.074 mm 通過量為 4.0%，磨礦產品粒度-0.074 mm 占 60%。結合單臺?5.5 m 球磨機的有效容積 201 m3，得q0=87.1 t/(m3·h)，以該值作為磨機的計算數據。

流程改造后，?5.5 m 球磨機入磨粒度為 -16 mm，入磨粒度 -0.074 mm 通過量為 10.2% (見表 3)，磨礦產品粒度 -0.074 mm 占 60%。結合磨機有效容積，按照容積法公式并對修正系數取值后，擬選用q0=106 t/(m3·h)，計算單臺?5.5 m 球磨機的理論處理量為 428 t/h，略小于實測值 437.5 t/h，理論值較實測值小 2.2%。

(3) 小結 對比 2 個選廠實例，用容積法進行計算時，球磨機處理量的計算值與實測值都較為接近，高壓輥磨機閉路流程中球磨機的計算結果更接近于實測值，計算精確度大大提高。

4 結論

(1) 采用邦德公式的功耗法是目前球磨機選型的主要方法，但將該方法直接應用于高壓輥磨—球磨流程中球磨機的選型計算時，比能耗計算值較實測值高，且高壓輥磨機產品中 -0.074 mm 含量越高，計算值與實測值的偏差越大，這種情況應引起同行的重視。

(2) 對高壓輥磨—球磨流程中球磨機的選型計算方法進行了初步探討，分析了直接采用邦德公式計算出現偏差的原因，并提出了采用邦德公式計算時修正球磨機給礦粒度和處理量的方法，提高了計算精確度；同時也提出了采用容積法計算球磨機處理量，計算精確度也得到較大提高。

(3) 在對高壓輥磨—球磨流程中球磨機的選型計算時，可以同時采用邦德公式、修正給料粒度的邦德公式和容積法進行計算，互相驗證，以提高選型的計算精度。

(4) 上述兩種方法作為高壓輥磨—球磨流程中球磨機選型計算方法的初步探討，隨著今后此類流程工業運行數據的增多，將逐步對不同的計算方法進行修正和優化，以期能夠更精確地進行高壓輥磨—球磨流程中球磨機的選型計算。