球磨機功率試驗與磨礦效率分析

球磨機功率試驗與磨礦效率分析

研磨是一項能耗和成本高的工作。磨礦用配套的負荷和磨損規(guī)律的研究對提高磨礦效率、減少磨礦能量和成本具有重要意義。對于磨礦功耗的計算,人們提出了許多理論或經驗計算公式,但這些公式都存在準確性和適用范圍的問題。同時,這些公式都只涉及介質充填率和磨機轉速率兩個工作參數,而沒有考慮球料比和磨礦濃度因素的影響,這與實際存在一定的距離。因此,本文對添加礦石后磨機功率的變化規(guī)律進行了探討,特別是對濕磨時球料比和磨礦濃度對磨機功率的影響進行了系統(tǒng)研究。本文中涉及到的磨礦工作參數有介質充填率、磨礦濃度、球料比和磨礦效率。球料比是物料堆體積與球荷靜止時的空隙體積之比,它表示物料量與球荷量的相對比例;磨礦效率是○/305mm×305mm中心傳動式球磨機磨礦1min新生成-0.075mm粒級的產量,kg。在磨礦過程中,如果磨機中物料量過多,或者說球料比過大,則會因磨不碎,而出現“脹肚”現象,磨礦效率大大降低。但如果物料量過少,介質之間的相互摩擦碰撞機會增大,這樣不僅使能量無謂損失,造成磨礦效率降低,而且使鋼球和磨機襯板磨損較快,成本提高。這說明磨機存在適宜的介質充填率、球料比和磨礦濃度問題。1磨礦介質配比實驗采用○/305mm×305mm中心傳動式球磨機,其有效直徑和長度均為305mm,光滑內襯,有效體積為0.0223m3。磨礦介質在充填率為45%時的配比見表1,實測鋼球的堆密度為4.806t/m3。介質的配比與生產球磨機的介質配比相近,這樣可以排除鋼球配比的影響。磨機的輸入功率(即電機的輸出功率)由功率表直接取值,其精度為0.5級,它由磨機空載輸入功率、有功功率和附加功率組成。1.1球磨機輸入功率球水比是水在介質靜止時占介質空隙的比例。建立球水比與有功功率的關系就是研究不同介質充填率條件下,充水率對有功功率的影響。具體試驗結果如圖1。球磨機空載時的電機輸出功率為198W,在不同介質充填率和球水比時球磨機的輸入功率(電機輸出功率)可用下式表示:N=N空+N有+N附(1)式中N空表示空載時磨機輸入功率;N有表示磨機起粉碎作用所消耗的功率;N附表示由于磨機加入載荷后增大了支承軸與軸襯間的摩擦力而引起的附加功率。研究發(fā)現,N附數值很小,可以從磨機輸入功率中忽略。從圖1可知,磨機中添加水后,有功功率變化幅度不大,說明球水比對有功功率的影響是非常有限的。1.2球料比a加物料時磨機最大的功介質充填率和球料比是影響球磨機(干磨)有功功率的重要因素。圖2示出了在一定的球料比條件下,介質充填率與有功功率的關系。在介質充填率為20%～50%內,受球料比增加的影響,球荷空隙被充填,從而提高了介質視密度,使磨機載荷增加(即有功功率增加)。同時球料比的增加又使磨機載荷的有效中心距減少,使磨機的有功功率降低。磨機為克服內球料載荷轉矩所需的功率為:N有=Gkaω[1+εkφG(ρG/ρk)](2)Ν有=Gkaω[1+εkφG(ρG/ρk)](2)式中Gk,ρk,εk分別為球荷的質量、密度和空隙率;φG,ρG,ω,a分別為球料比、物料密度、磨機轉動角速度和載荷有效重心距。不加物料時,φG=0,有功功率為Gkaω;添加物料后,有功功率增加了一項εkφG(ρG/ρk),則有功功率增大。但磨機在運轉過程中,物料在徑向分布是不均勻的,物料由于受離心力作用而通過球荷空隙向磨機周壁移動;當達到平衡時,大量的試驗結果發(fā)現,磨機內物料主要分布在筒體外側,這種物料襯墊作用導致球荷的重心向中心移動,使載荷的有效中心距減少,降低了磨機的有功功率。1.3礦漿粘度的影響在冶金、有色、非金屬和黃金等行業(yè)普遍采用濕式磨礦,因此,研究濕磨時磨機的內部參數與有功功率之間的關系,具有重要的現實意義。圖3和圖4示出了球磨機介質充填率、球料比、磨礦濃度與有功功率的關系。在濕磨條件下,球磨機有功功率與干磨時不同,除受介質充填率、球料比和轉速影響外,還受磨礦礦漿濃度的影響。礦漿對磨機功率的影響主要表現為3個方面:1)當磨機中有一定量的礦漿時,礦漿的浮升作用及其阻力作用改變了介質間相互沖擊和摩擦作用的強度。礦漿的浮升作用降低了磨機的功耗,但礦漿粘度對旋轉介質的阻力作用使磨機的功耗提高。2)介質的空隙中充填了礦漿,從而增加了介質的松散密度,這等于增加了旋轉的介質-物料混合體的質量,進而增加了磨機的功耗。3)礦漿中固體顆粒的存在改變了介質與介質、介質與磨機筒體之間直接作用的摩擦力,而摩擦力的降低減少了功耗。試驗中發(fā)現,當磨礦濃度為90%時,球磨機低介質充填率獲得了較大的有功功率,而較高介質充填率(30%～45%)時其有功功率反而變小。產生這種現象的原因是,在較大的磨礦濃度時,礦漿粘性大,流動性差,極容易粘在介質(鋼球)表面和磨機內壁上,這樣會產生兩種效果:①礦漿不僅粘在鋼球上,同時在磨機內壁上形成薄薄的一層,當介質充填率小時,磨機內壁的薄礦漿層基本不影響鋼球的重心,使磨機的有功功率增加,有利于提高磨礦效率;②隨著介質充填率和球料比的提高,礦漿的絕對量增加,它除了粘在鋼球表面外,在磨機內壁上形成的礦漿也層越來越厚,致使部分小直徑的鋼球與礦漿一樣粘在磨機的內壁上,導致介質的重心向軸心方向移動,運動的介質相對減少,有功功率下降,同時也降低磨礦效率,這時很容易造成球磨機“脹肚”現象。從圖3、圖4還可以得出,隨著介質充填率的提高,出現有功功率最高點位置逐漸向磨礦濃度低的方向移動。2磨礦操作條件磨礦效率受多方面的因素影響:①受礦石性質的影響,不同的礦石具有不同的可磨性,這就決定了對不同的礦石,磨礦系統(tǒng)應有不同的產量和磨礦效率;②受磨機結構方面的影響,不同類型、不同規(guī)格的磨機其性能是不同的;③受磨礦介質充填率、球料比、磨礦濃度、返砂比和磨機轉速等因素的影響。然而,生產中對于某礦山的礦石性質和磨機結構及磨機轉速一般是相對穩(wěn)定的,因此,合理選擇磨礦工作參數是提高磨機生產率的關鍵。本文研究了磨礦濃度、介質充填率、球料比與有功功率及磨礦效率的關系,得出如下結論:1)磨礦濃度為90%時,合理的球料比范圍為0.56～0.84,介質充填率為25%～35%。在此條件下,不僅磨礦效率高,而且有功功率大。其主要原因是,濕磨時磨礦濃度高,礦漿易粘在介質表面,但球料比和介質充填率增加后,磨機內物料的相對量增加,在磨機內壁上形成物料層變厚,減少了介質有效重心距,從而降低了有功功率和磨礦效率。2)磨礦濃度為80%時,合理的球料比范圍為0.56～1.12,介質充填率為30%～40%。隨著磨礦濃度的降低,與磨礦效率和有功功率適宜的球料比和介質充填率值都有所增加。其原因是,磨礦濃度從90%降到80%,礦漿的流動性明顯改善,從而避免了在磨機內壁形成物料層,使有功功率提高,磨礦效率改善。3)磨礦濃度為70%時,適宜于磨礦效率和有功功率的球料比范圍為0.56～1.12,介質充填率為35%～40%。這種現象是磨礦濃度為80%時的繼續(xù),但過低的磨礦濃度將提高礦漿的體積量,而且使物料在磨機中的停留時間縮短,從而惡化磨礦效率。以上分析表明,合理的磨礦操作條件可改善磨礦效率。另外,磨礦效率與有功功率具有明顯的對應關系,磨礦效率出現最佳的區(qū)域與磨機有功功率最大的區(qū)域是相吻合的。所以,在磨礦系統(tǒng)影響參數多,且難以有效地檢測的情況下,磨機有功功率是判斷磨礦效率的重要參數之一,同時也可通過這一參數對球磨機系統(tǒng)的生產過程進行有效控制。3磨機無功功率是判定磨礦效率的重要參數之一通過對球磨機充水率、球料比、介質充填率和磨礦濃度與有功功率和磨礦效率相互關系的系統(tǒng)研究,揭示了球磨機內部參數(球料比、介質充填率、和磨礦濃度)與外部參數(有功功率、磨礦效率)之間的關系。在高磨礦濃度生產時,應采用較低的介質充填率和球料比,有利于改善磨礦