濕磨球磨機研磨效率的影響因素探究

張順飛

（貴州華錦鋁業有限公司，貴州 貴陽 551405）

0 引言

球磨機作為研磨設備其具有較好的運行穩定性，并且可以適用于濕磨礦石方面的研磨，在冶金化工、建筑材料以及礦業等行業中已經普遍推廣使用。特別是在氧化鋁生產企業研磨礦石到所需要的粒度基本上都是采用濕磨球磨機，或者濕式球磨機+棒磨機，但是都配置有旋流器和研磨體，環節較多，其研磨效率受到多個層面因素影響。球磨機的基本技術特征體現在鋼球在滾筒范圍內呈現低速運轉的狀況，進而實現了破碎與壓裂原礦材料的目標，對于需要磨礦的材料進行必要的粉碎研磨處理。近些年以來，球磨機的機械系統運行使用效率指標正在全面得到優化提升。對球磨機的系統組成結構應當實施必要的整改完善，確保球磨機的操作使用效率指標達到最優，進而節約球磨機系統的運行成本。

1 球磨機的研磨效率常見影響因素

1.1 磨礦給料性質

在磨礦作業的開展實施中，能夠影響到磨礦運行過程的關鍵要素就是原礦韌性程度、礦料硬度、礦石結構缺陷、解離程度等各項機械力學指標。礦石是否表現為良好的可磨程度，直接取決于以上的各項指標要素。因此對于具有較小可研磨程度的礦料而言，通常表現為較低的電能消耗、較小的襯板、研磨機與鋼球磨損消耗等級程度。與之相反，具有較差可磨性能的礦石材料就會導致較多的電能損耗，同時還會比較容易產生襯板磨損等不良后果。技術人員對于邦德功指數應當用于測試礦石的研磨容易程度，因此對于具有較小指數特征的礦石材料來講，處于研磨狀態中的礦石做功就會明顯表現為較低的程度。礦石在鋼球（球磨機的內側結構）空間范圍內，礦物破碎的整個過程都具有隨機性，那么決定了多數礦石在球磨機中都表現為較低的破碎運動效率指數。在多數的情況下，球磨機可以達到6%～9%的礦石機械粉碎實施效率標準。因此能夠確定為，影響球磨機程度最為明顯的應當是入磨粒度參數。磨礦材料的細度指標如果要達到合格的標準，則客觀上需要較長的磨礦操作實施時間，并且還會產生總量較大的電量消耗以及能源消耗[1]。

1.2 磨礦濃度

對于球磨機的系統結構而言，機械運行效率的關鍵影響要素體現在礦石研磨的濃度。因為在多數的情況下，礦石漿液的比重指標、礦石漿液的流動性指標、鋼球附著礦石粒子的緊密程度等都會直接決定于磨礦濃度。具有較低磨礦濃度指標參數的礦石研磨實施過程一般來講呈現較快的漿液流動速度，并且鋼球的附近區域不會附著過多的礦石材料。由此可見，存在以上影響因素將會造成物料無法受到鋼球機械系統的研磨沖擊，無法達到優質的礦石排列粒度指標，客觀上降低了磨礦操作效率。與之相反，具有較高磨礦濃度參數指標的鋼球附近區域就會粘附很多的礦石粒子，然而同時也會表現為較慢的礦石漿液流動頻率速度特征，過度粉碎的礦石物料就會明顯降低研磨機械系統的運行效率指標。由此可見，磨礦濃度必須要達到最優的數據指標程度，選廠工作人員需要密切關注于物料屬性特征以及礦料的給料粒度。

1.3 機械轉速率

在球磨機的正常運行中，轉速指標直接決定了球磨機的系統運行經濟效益。達到最大數據指標的機械裝置轉速將會導致最大限度的研磨產能與機械運行功耗，前提在于固定礦料的填充率，如下圖所示。對于有用的機械運行功耗而言，最大數據指標的機械運行速度與機械功耗都會直接導致最大限度的礦物研磨產能。通過實施以上的判斷分析，能夠得知拋物線降落狀態下的機械球體負荷應當保證達到最大的高度，進而有效確保了正常的機械系統運轉。

例如，處于最大下放鋼球高度狀態的球轉速率應當達到65%～75%，那么決定了研磨產能提升以及機械轉速提升二者并不具備直接的聯系。對于85%的最高機械旋轉速率而言，通常表現為減小的鋼球下放高度，導致了筒體側壁以及鋼球頻繁相互摩擦與撞擊，消耗了過多的機械運行能量。

技術人員如果要確保實現預期的最佳球磨機運行使用效能指標，那么關鍵性的技術工藝改進手段就要體現在匹配各項有關的機械性能參數。例如對于轉速率與充填率來講，球磨機的良好研磨處理效能將會取決于以上的兩項關鍵要素。此外，技術人員目前仍然在著眼于深入探索機械功耗、機械運動狀態、機械轉速率與礦粉充填率的各項數據指標內在聯系，如圖1 所示。

圖1 機械轉速與機械功率的關系曲線

1.4 鋼球運動形態

研磨效率不僅取決于機械系統本身的旋轉運動速率，同時也取決于加入筒體內部的鋼球數目總量。對于加入筒體中的現有鋼球直徑配比數據如果沒有進行嚴格準確的控制限定，或者在筒體空間結構中加入了過多的鋼球，那么快速進入筒體范圍內的鋼球就會出現停滯與卡頓的情形，嚴重影響到機械研磨操作的效率提高[2]。近些年，大批研發人員對智能化的鋼球運動形態控制模式展開深入探索，通過實施技術研發得到了PLC 模式下的鋼球運動形態自動控制系統模塊。鋼球的運動軌跡如圖2 所示。

圖2 鋼球的運動軌跡

2 球磨機的研磨效率提升優化措施

2.1 設定轉速率最佳限度

球磨機的機械轉速率應當被限定在最佳的指標范圍內，機械轉速率如果超出了最大限度，那么反而不利于球磨機研磨效率達到最優，球磨機的最佳機械轉速率應當進行合理的界定，確保達到最佳機械轉速率，這個主要是設計階段或設備制造階段要確定好。技術人員如果設定為0.75～0.85 的臨界機械運轉速度指標，那么通常可以保證達到降落研磨介質的較高距離程度[3]。

2.2 改進結構

鋼棒或者鋼球的研磨介質只有依靠于球磨機的筒體機械結構才能發揮自身功能，因此體現了合理優化鋼球筒體機械結構的必要性。

筒體材料最好設定為具備較高強度金屬材料，并且金屬材料必須達到可焊接性以及良好的塑性程度標準。在目前的現狀下，應當優先考慮選取16Mn 類型鋼材或者A3 的結構鋼。

具有保護筒體結構功能的襯板能夠防止劇烈的摩擦沖擊作用力產生，進而達到了妥善保護筒體結構的目標。對于襯板如果確定為不同的外觀形狀結構，那么可以達到適當改變系統原有摩擦系數的效果。在研磨物料的整個操作環節中，研磨物體的原有結構形態應當得到合理的控制，確保實現了促進磨礦產能提升、避免研磨體與襯板出現過度損耗、優化磨礦運行效率的宗旨目的。

例如，近些年以來，技術人員開始嘗試對于球磨機采用耐磨性的內襯（有機高分子材料制作）。具有較大容積以及較小厚度的上述新型材料更加易于反彈，避免了能量完全被筒體吸收。此外，具有較長使用年限特征的橡膠材料內襯也可達到較好的耐高溫與耐磨系數指標。因此，橡膠作為內襯的機械結構比較適宜運用于降低系統的運行電量消耗，以及研磨粒徑較大的礦物填料。

2.3 鋼球的填充率與裝載量

磨機中現有的介質（礦料）充填率也就是磨機被礦料填滿的容積，對于上述容積應當視為有效的機械系統容積。對于固定機械轉速的情況而言，鋼球如果受到較小的機械填充率指標影響，那么通常表現為球體隨意滑動的后果。但是如果設定了過大的機械填充率指標，那么鋼球降落的正常運行軌跡將會被打破，造成了降低研磨運行效率的不良后果發生。因此可見，對于機械裝填率必須保證達到最優的數據標準，保證符合最基本的磨礦產物細度。通過嚴格控制填充率，也可達到節約系統運行電耗以及促進磨礦產能提升的目標。濕式磨礦的情況下，溢流型球磨機最好的填充率為40%，棒磨機為35%。

對于過多的裝填量而言，系統運行能耗將會受到較為明顯的損失，導致頻繁表現為碰撞研磨礦料的現象。同時，以上狀況也會明顯降低現有的球磨運行效率。在提升研磨介質的過程中，損耗系統能量的數目比例較高。因此，較少的裝填礦料總量比較容易造成較低的粉磨運行效率，客觀上也減小了粉磨面積、充填物料與磨礦介質之間的摩擦運動頻率。

鋼球填充率如果要達到最優的程度標準，那么必須視情況調整改變目前現有的機械規格型號、物料性能指標、筒體內部的組成結構等。對于填充率應當保證達到預期的良好程度標準，實時改變以上的各項機械參數。研磨礦料的面積、礦料沖擊的頻率次數、裝載研磨礦料的總量都會明顯取決于充填鋼球體積。以上各項因素對于消耗的系統功率、物料本身產生的沖擊效應以及提升介質物料的高度也會產生不可忽視的實踐影響。

磨機裝球量可按式（1）計算。

式中：Gra———研磨介質裝載量，t；ρs——研磨介質松散密度，t/m3；φ——研磨介質充填率，%。

研磨介質空隙率υk=0.38～0.42，被粉碎物料質量約占研磨介質質量的14%左右。

球磨機現有的機械運轉速度將會直接決定于裝填礦料的總量，對于較高旋轉運動速度的球磨機系統而言，應當確保控制在較小的裝填礦料總量范圍。

2.4 鋼球的磨損與補充

級配參數指標對于鋼球的系統運行效率將會產生非常明顯影響，那么決定了技術人員務必重視鋼球可能會受到磨損的各項影響要素。對于具有較少物料存儲量或者空轉的磨機系統而言，通常就會表現為很快的鋼球裝置磨損速度。對于物料如果能適當填充于現有的磨礦機，即可降低磨損鋼球的概率。然而不宜將過多的礦粉加入筒體內部，否則就會明顯降低正常的礦粉研磨機械運行效率。通常來講，達到較高機械旋轉運動速度的磨機系統將會頻繁損耗鋼球，或者填充過多礦物的研磨裝置內部鋼球也會過度磨損。

定期加球的作法如下。

（1）在一定時期內，統計出磨機鋼球每噸礦石的平均消耗量，然后按此制定加球周期的計劃。

（2）根據磨機功率表或電流表的讀數對定期加球的重量或周期作臨時調整。

（3）對于研磨的礦料介質在加入球磨機的基礎上，確保達到多次的球磨機裝置運行次數。在這之后，確保達到朝上的加料口方位角度，停止機械運行，對于加料蓋進行開啟操作。技術人員對于加料口的現有高度應當借助鋼卷尺來進行確定，確保達到上述的機械運行指標。每隔一定時間，應當判斷系統預設的高度數值是否吻合真實高度數值，然后對于缺失的研磨礦料介質進行必要的補充操作處理。在大修周期到來時，應當倒出球磨機裝置中現有的介質，對于細碎礦料進行全面的剔除操作處理，然后對于研磨介質進行級配的劃分操作處理。

3 結語

經過分析可見，球磨機的機械研磨運行效率主要受到機械轉速率、鋼球的運動形態、鋼球體積與補加量等要素影響。在目前開展實施的化工生產以及工程項目建設實踐領域中，機械系統的操作使用人員針對球磨機應當進行自動化的操作控制，通過實時調整與控制的技術方法手段來保證球磨機的平穩安全運行。為了提升球磨機的機械運行研磨效率，那么現階段的關鍵整改技術方案應當包含設定機械轉速率的最佳限度、改進鋼球筒體的結構、合理控制鋼球體積與數目等。