某选厂大型自磨机板结物料的判断和处理方法.pdf

第 48 卷 2020 年第 10 期 编辑 翟晓华 破磨 48 某选厂大型自磨机板结物料的 判断和处理方法 李 超1,2，周 洁1,2，夏 霜3 1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039 2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039 3大冶特殊钢股份有限公司 湖北黄石 435001 摘要收集了自磨机启动过程中不同工况下物料的动态安息角，在此基础上分析和验证了将电动机启 动转矩和磨机转动角度关系作为判断物料是否板结的有效依据。针对不同程度的板结，介绍了多次正 常启动、板结物料松动和高压水炮冲洗 3 种有效的处理方式。通过判断板结和处理板结可有效降低板 结对生产运营造成的重大影响，避免对设备造成严重损坏。 关键词自磨机；板结物料；动态安息角；电动机转矩 中图分类号TD453 文献标志码B 文章编号1001-3954202010-0048-04 s to judge and loosen hardened charge inside large autogenous grinding mill in a concentrator LI Chao1,2, ZHOU Jie1,2, XIA Shuang3 1Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co., Ltd., Luoyang 471039, Henan, China 2State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment, Luoyang 471039, Henan, China 3Daye Special Steel Co., Ltd., Huangshi 435001, Hubei, China AbstractThe dynamic repose angle of charge in various operation modes during start-up of autogenous grinding mill was collected, and then the relationship between the start-up torque of the motor and the rotary angle of the mill being as the effective reference to judge if the charge hardened or not was analyzed and verified. In addition, three loosening s such as multiple start-up, loosening of hardened charge and ing with high-pressure water cannon for various hardening degree were introduced. Judging and loosening hardened charge effectively reduced the influence of the hardened charge on production, and avoided serious damage to equipments. Key Wordsautogenous grinding mill; hardened charge; dynamic repose angle; motor torque 自 磨机利用被磨物料自身作为介质，通过相互 冲击和磨削作用实现破碎和粉磨两种功能。在 处理合适的矿石时，使用自磨机非常经济，因为无金 属介质消耗，可降低运营成本，同时衬板使用寿命高 达 6 12 个月，大大提高了设备作业率。 1 物料板结问题 如果自磨机运行时因故障长时间停机，容易导致 磨机内部物料板结。因为自磨机筒体内部细粒级物料 较多，当与适量的水调和时，可形成一种可塑性的胶 体，随着时间的推移，胶体逐渐失去可塑性，变成不 能流动的紧密状态。此后胶体的强度逐渐增加，掺有 不同粒级且密实的物料被它们胶合到一起，变成坚硬 的整体，这类似于混凝土的凝固和硬化的过程[1]。 如果没有专用工具，处理板结的物料将耗时约 1 2 d；如果板结物料没有被发现，磨机启动过程中 从顶部落下，将产生巨大的冲击力，会造成法兰面出 现裂纹 见图 1，筒体变形和法兰裂开[2]，不仅造成 重大设备事故，还会因为高昂的维修费用和设备长时 作者简介李 超，男，1987 年生，硕士，工程师，主要从事 矿用球磨机、半 自 磨机的设计和日常维护、检修及故障诊断 工作。 万方数据 第 48 卷 2020 年第 10 期 破 磨 编辑 翟晓华 49 间停机带来巨大的经济损失。因此，判断物料是否板 结和如何处理板结物料意义重大。笔者介绍了根据现 场不同工况下物料动态安息角来判断板结的理论，并 通过现场实际应用验证了处理板结物料的方法。 2 物料动态安息角 当大量的物料颗粒在旋转的筒体内转动，在一 定的摩擦力下被带到一定高度，当达到动态安息角[3] 后，在重力作用下沿料层表面滚落，并实现动态平 衡。 为了进一步了解现场自磨机内物料在不同工况下 启机时的动态安息角，汇总了近期 6 组磨机启机时的 数据，如表 1 所列。 正常检修情况下停机前磨机磨空时，动态安息 角较小；当事故停机时，充填率高，物料内部细颗粒 多，矿浆浓度较高，动态安息角相对较高。物料板结 均发生在故障停机的情况下，发生板结的时间主要与 停机时物料细粒级的情况有关。现场记录了最短发生 板结的时间约为 0.5 h，严重板结的发生时间是故障停 机后 6 h。磨机内部的物料情况如图 2 所示，转动后表 层大颗粒矿石滑落，漏出了底部大面积的板结细料。 3 板结判断的理论依据 当自磨机启动时，如果没有发生板结，物料被 提升一定高度，达到动态平衡时动力学平衡方程如式 1 所示，在此过程中物料状态示意如图 3 所示。 Md Mf mgRsin α J ε ， 1 式中Md 为电动机输出转矩，Nm；Mf 为中空轴 处的摩擦阻力矩，N m；mgRsinα 为负荷阻力矩， N m；Jε 为启动时的惯性阻力矩，Nm。 在自磨机启动阶段，Mf 为定值，当自磨机由水 平转至约 37 时，磨机由静止加速至 1.5 r/min 后开始 匀速转动，这时磨机的角加速度为 0，则 Jε 为 0。之 后当物料到达动态安息角时，mgRsinα 的数值不随转 角增大而增大，电动机输出转矩将下降或小范围内平 稳波动。如果发生物料板结，mgRsinα 数值随转角继 续增大，电动机输出转矩继续增加。 4 板结判断的实际应用 磨机正常启动过程是从静止到一定角度后，电动 机转矩达到最大值并开始逐渐下降。然而当物料板结 时，磨机转动超过正常范围的动态安息角后，电动机 转矩依然随角度的增加而持续变大，如图 4 所示。 现场自磨机使用环形电动机驱动，系统配有板结 物料监控程序模块，其控制逻辑示意如图 5 所示。当 磨机转至设定的角度时，系统将对实时转矩 M 与启 动过程中不断变化的最大转矩 Mmax 进行比较如果 M Mmax，系统认为存在板结，电动机将调停。同 图 1 板结物料掉落导致法兰面裂纹 Fig. 1 Crack of flange surface due to falling of hardened charge a 水平位置时的内部物料 b 转动后的板结物料 图 2 自磨机内部板结物料 Fig. 2 Hardened charge inside autogenous grinding mill 图 3 启动阶段物料状态 Fig. 3 Charge status during start-up stage 表 1 不同工况下物料的动态安息角 Tab. 1 Dynamic dispose angle of charge in various operation modes 日期 2019 年 5 月 29 日 2019 年 6 月 10 日 2019 年 6 月 19 日 2019 年 6 月 29 日 2019 年 7 月 05 日 2020 年 2 月 05 日 2020 年 4 月 20 日 启机前磨机 状态 事故停机 定修停机 事故停机 事故停机 事故停机 定修停机 定修停机 物料质 量/t 1 530 760 1 505 1 495 1 524 607 788 估计充 填率/ 49 24 48 47 48 19 25 动态安 息角/ 55 36 60 61 54 35 50 停机时 长/h 0.5 24.0 0.5 7.1 0.5 12.0 12.0 万方数据 第 48 卷 2020 年第 10 期 编辑 翟晓华 破磨 50 时，设定的角度应大于正常范围的动态安息角，即使 在物料很少的情况下，这种保护程序控制逻辑也能有 效判断是否存在板结。 图 6 显示了系统检测出板结后调停的过程。在磨 机从水平位置转至 85 之前，转矩值一直增加；当到 达设定的 85 时，该转矩值等于或大于先前记录的最 大转矩，系统认为物料发生板结，电动机调停。 该系统可以及时发现物料板结现象，进而避免因 板结物料掉落冲击对磨机造成损坏，但无法消除板结 的物料。 5 板结物料处理方法 当自磨机内部物料出现板结后，现场一般有 3 种 方法来处理不同程度的板结。 5.1 多次正常启动 该方法适用于轻微板结的情况。正常模式下自 磨机以 1.5 r/min 转速转动约 1 min 后，以系统设定的 速度运行。在正常启动过程中，通过增加自磨机的工 艺水流量，可以使轻微板结物料在提升过程中松动。 在转至设定板结监测角度前，电动机转矩已经开始下 降。如果正常启动 2 次后，板结问题仍未消除，需要 使用板结物料松动功能。 5.2 板结物料松动功能 当物料从平衡位置被提到 85 位置后磨机反向 转动，在降至 35 时，电动机施加一个反向的强力转 矩，使磨机立刻停止转动，物料在惯性力作用下在筒 体内部滑落。如果第一次物料没有滑落，磨机将物料 转到反方向后重复以上过程，最后磨机将自动停在平 衡位置。处理板结物料的整个过程约需 2 min。同时 需注意，当板结物料过多时，可导致电动机过载而无 法正常启动板结物料松动功能。 图 7 显示了 2 次正常启动后均由于触发物料板结 图 4 正常情况和物料板结时电动机启动特性对比 Fig. 4 Comparison of normal operation mode and charge hardening mode in start-up characteristics of motor 图 6 实际板结物料调停发生过程 Fig. 6 Actual halting process at charge hardening 图 5 板结物料监控程序控制逻辑 Fig. 5 Control logic of program of monitoring charge hardening 万方数据 第 48 卷 2020 年第 10 期 破 磨 编辑 翟晓华 51 报警而调停，随后使用了板结物料松动功能，并一次 完成板结物料的松动，然后顺利正常启动。 5.3 高压水炮冲洗方式 当以上方式均无效后，需要用高压水炮将板结物 料冲散。高压水炮需要特殊设计，使喷头尽量靠近进 料口 见图 8，并可以在自磨机筒体圆周方向和轴向 移动，喷头冲洗可覆盖内部大部分区域。 将磨机慢驱一侧约 80 位置，高压水炮对准暴露 的板结物料进行冲洗，如图 9 所示。根据情况将磨机 慢驱另一侧约 80 位置，重复以上操作。在此过程中 图 9 工作中的高压水炮系统 Fig. 9 High-pressure water cannon system in operation 图 8 冲洗板结物料高压水炮系统 Fig. 8 High-pressure water cannon system for ing hardened charge 图 7 启用板结物料松动功能 Fig. 7 Process of enabling hardened charge loosening function 越来越多的板结物料被冲散，反复慢驱也使一部分物 料松动。根据实际操作经验，此种方式耗时约 5 h 即 可消除板结，磨机具备正常启动条件。 6 结论 根据收集的实际数据，现场自磨机启动过程中， 不同工况下动态安息角通常在 35 65 范围内。通 过理论分析和实践证明，利用电动机启动转矩和自磨 机转角关系来判断磨机内部是否出现板结的方法非常 有效。 对于轻微板结一般 2 次以内正常启动均能消除； 较为严重的板结可使用电动机的板结松动功能；当松 动功能失效后，使用高压水炮冲散板结物料也是一种 比较高效的方式。 参 考 文 献 [1] 高琼英．建筑材料 [M]．武汉武汉理工大学出版社，2006 50-52. [2] FRESKO M. How to prevent grinding mill drop charge [EB/OL]. [2019-11-06]. https// www. metso. com/blog/mining/how- to-prevent-grinding-mill-drop-charge. [3] HAMZAH M, Al-HASHEMI B. A review on the angle of repose of granular materials [J]. Powder Technology，2018，330397- 417. □ 收稿日期2020-07-30 万方数据