半自磨机工作参数的优化研究.pdf

中图分类号 旦垒墨墨 U D C 6 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 墨圣墨 密级公珏 半自磨机工作参数的优化研究 O p t i m i z a t i o nR e s e a r c h o nT h eW o r k i n gP a r a m e t e r so f H a l f A u t o g e n o u sT u m b l i n g M i l l 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 副指导教师 杨福新 机械工程 矿山机械 机电工程学院 吴万荣 论文答辩日期垫f 三￡答辩委员会主席庳金鱼堑飞 中南大学 二。一三年五月 万方数据 原创性声明m III I I I II t l l J k l l l l t t t l l U lItlllll t l l l lklll Y 2 6 8 73 0 8 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名 t 乍期 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论 文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复 印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将 本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众 提供信息服务。 储繇赶殛霉难名益盗嘲址让月 万方数据 硕1 j 学位论文摘要 半自磨机工作参数的优化研究 摘要半自磨机技术自2 0 世纪5 0 年代在各地选矿厂得到应用以来， 经历了半个多世纪的发展与改进，已目趋发展成为可靠成熟的技术。冬瓜 山铜矿选矿厂，2 0 0 3 年进口的美国q b 2 8 f t 1 3 f t 即①8 ．5 3 m X3 ．9 6 m 半自磨机，其设计处理量为5 4 2 t ／h 。自2 0 0 4 年l O 月试生产以来，很长时 间未达到设计的性能指标要求，且能耗极高。我们针对钢球的运动进行仿 真分析发现了问题，进而提出解决问题的方法。 在2 0 1 0 年5 月前，半自磨机内钢球运动轨迹不合理，钢球被抛的过 高，从而使钢球不是冲击矿石，而是冲击衬板，导致磨矿效率低，衬板损 坏严重。通过分析半自磨机内介质的运动规律，控制钢球的抛落高度和下 落点，充分利用钢球的冲击动能破碎矿石。 生产初期钢球偏小，磨矿过程是能量转化的过程，而磨矿作用是由钢 球完成的，因此，研究钢球落下时的动能十分重要。钢球落下时冲击矿石 的能量，即是落到终点时的动能。此动能的大小，决定于钢球的质量和落 下时的高度，因此对同一台磨机来讲，适当加大钢球的直径可以提高钢球 的冲击动能，进而提高磨机的处理量。钢球直径由①1 3 0 m m 加大到①2 0 0 m m ； 处理量由不足2 0 0 t ／h 增加到5 4 2 t ／h ，改造的半自磨机经过近半年的生产 运行，生产能力达到了设计要求，钢球衬板磨损情况有改善。 此外，本文还对衬板提升条数量和结构对半自磨机效率的影响进行 了分析，并采用离散元仿真研究得出磨机介质填充率和转速对半自磨机效 率的影响，从而在理论上得出提高半自磨机生产能力的改进措施，对半自 磨机的工程应用提供了参考。 关键词半自磨机，钢球，衬板，冲击破碎，处理量 分类号T D 4 5 3 万方数据 中南入学硕士论文 目录 T h e I m p r o v eo fH a l fA u t o g e n o u sT u m b l i n gM i l lP r o d u c t i o n R e q u i r e m e n t sP r a c t i c ea n dR e s e a r c h A B S T R A C T T h i st h e s i sm a k e sa ni n t r o d u c t i o nt o D o n g g u a s h a nc o p p e r m i n e r a l s e p a r a t i o np l a n t a n d0 2 8 f t x13f th a l f a u t o g e n o u st u m b l i n gm i l l i m p o r t e df r o mA m e r i c ai n2 0 0 3 ．S i n c et h et r i a lp r o d u c t i o nf r o mO c t o r b e r , 2 0 0 4 ， i ti sr a t h e r h i g h e n e r g y - c o n s u m p t i o n a n dC a nn o tm e e tt h ei n t e n d e d r e q u i r e m e n t sf o ral o n gt i m e ．B a s e do ni n v e s t i g a t i o n ，w ef i n do u tp r o b l e m s a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fk i n e m a t i c sa n dd y n a m i c sa t t a c h e dt of r e e f a l lm o t i o n o fs t e e lb a l l si nm i l l ．T h e r e f o r e ，w ea d v a n c es o m er e f o r m a t i o nm e a s u r e st o i n c r e a s ep r o d u c t i o na n dt os a v ee n e r g yb yal a r g em a r g i n ． B e f o r eM a y , 2 010 ，t h em o t i o nt r a c eo fs t e e lb a l l si sr e g u l a r ．C a s t e dt o oh i g h ， s t e e lb a l l si m p a c to nl i n i n gb o a r di n s t e a do fo r e ．T h er e s u l ti st h a tt h eg r i n d i n g e f f i c i e n c yi sl o wa n dt h el i n i n gb o a r di ss e v e r e l yd a m a g e d ．S ot h eb a c kp a r to f t h i st h e s i sw i l lh a v ea na n a l y s i so ft h em o t i o nm e d i u mi nm i l la n ds e e ko u tt h e l a wo fm o t i o n ．T h eh e i g h ta n ds e t t i n gp o i n tw i l lb es t r o n g l yc o n t r o l l e dt om a k e f u l lu s eo fk i n e t i ce n e r g yo fs t e e lb a l l st os m a s ho r e ．T h e o r e t i c a le x p l a n a t i o n a c c o u n t e df o rf u l l p r o d u c t i o no fh a l fa u t o g e n o u st u m b l i n gm i l l w i l lb e p r o v i d e d ． T h es e i z eo fs t e e lb a l l si ss m a l la tt h eb e g i n i n go f p r o d u c t i o n ．T h ep r o c e s s o fg r i n d i n gi sap r o c e s so fe n e r g yt r a n s f o r m a t i o n ．T h er e s e a r c ho ff a l l i n g k i n e t i ce n e r g yo fs t e e lb a l l si sv e r yi m p o r t a n ta sf o rg r i n d i n gi sd o n eb ys t e e l b a l l s ．T h ei m p a c t i n ge n e r g yo fs t e e lb a l l si st h ek i n e t i ce n e r g yw h e nf a l lt o d e s t i n a t i o nw h i c hd e c i d et h eq u a l i t yo fs t e e lb a l l sa n dt h ee i g h tt of a l l ．S oa sf o r t h es a m em i l l ，p r o p e rl a r g e m e n to ft h ed i a m e t e ro fs t e e lb a l lC a ne n h a n c et h e i m p a c t i n ge n e r g yt oi n c r e a s et h ew o r k i n ge f f i c i e n c yo fm i l l ．I ft h ed i a m e t e ri s e n l a r g e df r o mO 130 m mt o0 2 0 0 m m ，w o r k i n gr a t ew i l lb ee n h a n c e df r o m 2 0 0 t ／ht o5 4 2 t ／ha n dr e a c ht h es t a n d t a r da n dp r o d u c t i o n r e q u i r e m e n t s ． I na d d i t i o n ，t h i se s s a ya l s oa n a l y z e dt h ei m p a c to fl i f t i n g s t r i p ’Sa m o u n t a n ds t r u c t u r et os e m i - a u t o g e n o u sm i l l ．W h a t ’Sm o r e ，t h er e s u l to ft h er e s e a r c h o nd i s c r e t ee l e m e n ts i m u l a t i o nr e v e a l e dt h ei m p a c to ft h em e d i af i l lr a t ea n d r o t a t i o nr a t et ot h es e m i a u t o g e n o u sm i l l ’Se f f i c i e n c y ．A sar e s u l t ，t h ea r t i c l e p u tf o r w a r d t h ei m p r o v e m e n tm e a s u r e so f i m p r o v i n gs e m i - a u t o g e n o u sm i l l ’S p r o d u c t i v i t y i nt h e o r ya n dp r o v i d e sar e f e r e n c ef o re n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o no f s e m i a u t o g e n o u sg r i n d i n gm i l l ． I I I 万方数据 中南大学硕士论文目录 K e yw o r d s h a l fa u t o g e n o u st u m b l i n gm i l l ；s t e e lb a l l ；i m p a c ts t a v e ；w o r k e f f i c i e n c y C l a s s i f i c a t i o n T D 4 5 3 I V 万方数据 中南大学硕士论文 目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V l 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 半自磨机的现状及发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 半自磨机的试运行情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．3 论文研究的方法及主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 半自磨机构造及试运行⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 ．1 半自磨机的构造⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 ．2 半自磨机的工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．3 半自磨机的试运行⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．4 存在闻题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 3 半自磨机衬板⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 3 ．1 衬板的发展状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 3 ．1 ．1 衬板的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 3 ．1 ．2 提升条对半自磨机的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 3 ．1 ．3 衬板的材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 3 ．2 衬板受力及失效形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 3 ．2 ．1 半自磨机衬板受力状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 3 ．2 ．2 半自磨机衬板的失效形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 4 钢球运动规律理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 4 ．1 半自磨机的临界转速⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 4 ．2 钢球在半自磨机中的运动状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 4 ．3 半自磨机工作时钢球运动的理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 4 ．3 ．1 钢球的受力与运动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 4 ．3 ．2 钢球运动轨迹分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 4 ．4 钢球工作时的冲击应力特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 4 ．4 ．1 钢球的冲击速度的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 3 ．4 ．2 钢球的冲击功分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 4 ．4 ．3 钢球的冲击角度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 4 ．5 实际过程中半自磨机钢球的运动状态⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 4 ．6 半自磨机中钢球运动规律和落点分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 V 万方数据 中南人学硕士论文目录 4 ．6 ．1 坐标系及相关参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 4 ．6 ．2 物料的质点抛落规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 4 ．6 ．3 物料的滑滚动规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 4 ．6 ．4 物料的运动轨迹⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 4 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 5 钢球冲击破碎理论分析与应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 5 ．1 冲击破碎理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 5 ．1 ．1 冲击破碎能力理论计算公式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 5 ．1 ．2 半自磨机矿石的冲击破碎能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 5 ．1 ．3 钢球冲击破碎能力与钢球直径关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 5 ．1 ．4 矿块破碎次数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 5 ．1 ．5 钢球直径的最佳值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 l 5 ．2 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 6 半自磨机离散元仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 6 ．1 离散元方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 6 ．1 ．1 离散元方法简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 6 ．1 ．2 计算方法概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 6 ．1 ．3 建立接触模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 6 ．1 ．4 颗粒受力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 6 ．1 ．5 颗粒运动参数计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 6 ．2 填充率与转速对半自磨机的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 6 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 7 生产运行调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 7 ．1 试验及试运行生产⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 7 ．1 ．1 半自磨机运行试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 7 ．1 ．2 试运行生产⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 7 ．2 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 8 结束语⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 8 ．1 全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 8 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯．4 5 参考文献⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 V I 万方数据 硕士学位论文l 绪论 1 绪论 1 ．1 半自磨机的现状及发展 上个世纪五十年代半自磨技术问世以来，受到很多争议，已经经历了六十多年的 发展，半自磨技术在实践中不断地改进，已经慢慢被许多技术人员认可和采用，半自 磨技术已经比较成熟，他已经逐渐发展成为一种常规化的工艺技术，设计人员在选矿 厂的设计或者改建上都会采用半自磨技术，采用半白磨技术的选矿厂相比其它选矿厂 工艺流程要简单许多，且工人操作条件也提高了很多，劳动强度也相应有所降低，同 时降低了环境污染。采用半自磨技术式的选矿厂的基础建设费用和选矿成本都大幅降 低，且更容易实现选矿厂的自动化发展。半自磨设备经过几十年的不断改进，已经融 合了电气自动化技术，设备更加完善和先进，操作也更加简便，效率更耐1 ’2 3 | 。 世界上半自磨设备的发展大概朝着五个方面 1 ．流程最佳化传统设备采用三段破碎加球磨的工艺流程，效率不高，现在多采 用半自磨 球磨 S A B C ／A B C 工艺流程； 2 ．规格大型化目前世界上半自磨机直径最大的可以达到1 3 ．4 米，功率最大可 以达到2 8 0 0 0 K W ；在国外一些选矿厂的一条生产线一年的产量高达1 5 0 0 2 0 0 0 万吨； 3 ．设备机械结构和动力传动多样化；如环形电机的应用，即把半自磨机筒体作为 电机转子的驱动形式，这就省去了齿轮、离合器等许多中间环节，使设备的结构更加 精简合理。用滚动轴承代替动压滑动轴承用于磨机主轴承，用静压滑动轴承代替动压 滑动轴承用于半自磨机主轴承等。 4 ．附属设备部件更加先进现代化的半自磨设备中一线高科技的产品被应用，这 些高科技产品的应用成功的解决了一些难题，诸如特大型磨机设备的“空磨”、“涨肚“ 等问题，导致磨矿能耗达到最大。一些新的机械工具和测试仪器也被应用，这些仪器 和工具很大程度降低了工人的劳动强度，促进了生产效率的提高和设备的可靠性； 5 ．设备自动化计算机控制技术和自动化控制技术被应用到半自磨设备，设备设 备控制系统更加先进，操作更加简便。自动化技术的引入也使得生产规模较以前有很 大提高，降低了能源浪费和初期的投资成本，自动化的操作使得设备停机和运行更加 流畅和规范，生产效率也大幅提耐引。 近年来，随着我国基础工业的发展和科研能力的不断提升，矿山设备也在不断发 展，先进的产品不断问世，矿山规模也在朝着大型化方向发展。我国是一个矿产资源 十分丰富的国家，但是我国人口密度大，人均矿藏少，且正值我国发展高速时期，资 源消耗很大，目前一些矿石紧缺，很大程度依赖进口，尤其以铁矿石最为明显，进口 量已达5 0 ％。同时存在的问题是，国内大部分矿产资源矿石品位低，以及国内的矿山机 械设备不够先进，不能很好地处理和综合利用矿产，使得矿产资源利用率不高，造成 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 大量的浪费，随着时间的推移，资源的需求形势会越发严峻，因此，先进的大型磨机 设备越来越受到市场的亲睐，它可以有效地解决低品位矿山的开采问题和成本问题， 大型化的磨机设备直接推动我国矿山产业的变革，从以往劳动密集型到技术型的转变， 不仅仅是节约了选矿成本，同时减小了对环境的破坏和提高了矿产可利用率。大型的 矿用半白磨设备具有高效节能的特点，为了适应现代化的矿山需求，发展自动化的先 进半自磨机已势在必行p 6 7 J 。 铜陵有色金属集团 股份 有限公司冬瓜山铜矿在2 0 0 2 年从美国引进了国内第 一台①2 8 f t 1 3 f t 大型半自磨机，为了促进民族工业的发展壮大，该设备采用了合作 制造的方式，即由中信重工机械股份有限公司和国外设备供应商联合制造此台设备； 此后经过近十年的努力，中信重工机械股份有限公司研发人员不遗余力，研制出自己 的半自磨机设备，大型半自磨先后在云南省昆明钢铁集团大红山铁矿、江铜集团德兴 铜矿、内蒙乌努格土山铜钼矿等大型矿山应用成功，其自磨机设备占有国内很大的市 场，已经不再依赖进口，同时还出口到许多国家。大大缩小了与国际水平的差距，为 中国大型磨矿设备自主设计、生产开创了一个崭新的局面【8 , 9 , 1 0 ] 。 图1 - 1 大型半自磨机 自2 0 0 4 年十月国内第一台大型半自磨机在铜陵冬瓜山铜矿投入生产以来，相继在 云南省昆明钢铁集团大红山铁矿、内蒙乌努格土山铜钼矿、江铜集团德兴铜矿等大型 矿山有一批大型半自磨机投入运行，还有太原钢铁集团公司有三台0 1 2 ．2 x l1 米半自磨 机即将投入运行。表卜1 为中国大型半自磨机的应用 2 万方数据 硕士学位论文l 绪论 1 ．2 半自磨机的试运行情况 随着大型半自磨机在全国各地不断地投入运行，相继出现了一批年产量在4 0 0 万 吨至2 0 0 0 万吨的大型选矿厂，这些选矿厂流程简洁、环保，便于操作，基本都实现了 自动化或半自动化，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率l l 。 各选矿厂通过近十年的运行摸索，半自磨机系统虽然具有以上一系列优点，但也 存在一些问题，主要集中在以下几点 1 、部分矿山由于设计时设备选型所留余量较小，矿山基建过程中矿石取样困难， 所取矿样不具有代表性等因素，导致设备选型偏小，以至于形成长期不能达产的被动 局面；如铜陵冬瓜山铜矿2 0 0 4 年十月投产，直到2 0 1 0 年才达产。其他矿山在设计时 借鉴了冬瓜山的经验，设计时设备选型所留余量较大，以及矿石硬度较冬瓜山偏小等 以因素，虽然达产很快，但生产中电量单耗偏高，造成电能的浪费。 2 、各选矿厂均反映半自磨机衬板使用寿命过短，各地平均寿命均在3 个月左右， 吨矿衬板消耗过高，同时增加了检修时间造成生产的中断1 1 2 , 1 3 j 。 1 ．3 论文研究的方法及主要内容 随着中国经济的不断发展，对能源和原材料的需求日益增加，同时能源和原材料 的短缺也成为制约我国经济发展的瓶颈，近年来节能降耗已成为政府和企业的头等大 事。 由于我国目前对铜、铁、钼等原材料的需求不断增加，全国各地大型矿山相继投 产，大型半自磨机逐步普及，如何提高其处理量，降低电量单耗及衬板的消耗已成为 各个矿山的共同课题，本文将从设备结构组成、工作原理、钢球运动规律理论分析、 钢球抛落理论动态分析，并基于上述理论，以冬瓜山铜矿半自磨机为原型，对其运行 从转速、提升条、钢球直径、混装率等方面实践，对磨机的工况进行分析论证，探讨 提高半自磨机处理量 效率 、提高衬板使用寿命等的方法和途径。 万方数据 硕士学位论文2 半自磨机构造及试运行 2 半自磨机构造及试运行 白磨机是可以同时实现对矿山物料的冲击破碎和磨削两种功能的矿山设备。它以矿 石磨物料自身为介质，通过相互的冲击和磨削作用实现冲击破碎粉碎。半白磨就是在 白磨机中加入一定数量的钢球，磨机的磨矿处理能力可提高1 0 3 0 ％，同样质量为矿石 物料能耗降低1 0 2 0 ％。图2 1 为半自磨机工作原型1 4 】 图2 - 1 半自磨机工作原理 2 ．1 半自磨机的构造 c p 2 8 f t 1 3 f t 半自磨机技术参数见下表【1 5 】 表2 - I ①2 8 f t 1 3 f t 半自磨机技术参数 S h o u l d e r R e g i o n A t t r i t i o n Z o n e 4 万方数据 硕士学位论文 2 半自磨机构造及试运行 半自磨机的结构与国内常用的格子排矿型球磨机类似，在进料端和简体部分装有 耐磨钢衬板，在出料端装有排矿格子板、矿浆提升斗及中心排矿装置。半自磨机结构 如图2 2 和2 3 所示。区别在于其长径比远小于格子排矿型球磨机，显得短而粗。筒 体内部衬板形状也有较大不同，格子排矿型球磨机一般选用波浪形衬板，而半自磨机 筒体选用高、低提升条衬板间隔配置，衬板厚度7 5 r a m ，有效半径R a 4 ．1 8 m ；提升条高 度高2 6 0 m m [ 1 6 ，1 7 ] 。 b 2 - 2 图半自磨机简图 5 万方数据 硕士学位论文2 半自磨机构造及试运行 图2 - 3 半自磨机内部结构图 6 万方数据 硕士学位论文 2 半自磨机构造及试运行 2 ．2 半自磨机的工艺流程 如图2 ．4 所示，半自磨机左端是给料小车，矿石通过给料小车进入半自磨机，在 磨机转动时，矿石和钢球依靠在摩擦力以及筒体内壁衬板高、低提升条的作用下被筒 体的内壁带动，提升到一定的高度，然后落下，依靠钢球和大块矿石的冲击力实现以 破碎为主的磨矿。在此过程中矿石被破碎到2 ．5 毫米以下占总量的8 0 ％．在磨机的排矿 端设置有排矿格子板，格子板上布满宽度为6 0 毫米的长条型排矿孔，破碎后的矿石通 过此孔进入安装在排料端简体上的矿石提升斗，由提升斗提升矿石进入磨机中心排料 系统，然后进入磨机最右端的圆筒筛，经筛分后①1 2 ．5 毫米以下矿石颗粒由渣浆泵泵 池进入下一道工序，①1 2 ．5 毫米以上矿石颗粒由返矿皮带机返回半白磨机再磨，如图 2 ．4 所示【1 8 ，1 9 ，2 0 1 。 原矿≤2 5 0 m m 占1 0 0 ‰ 1 5 0 m m 占5 0 ％ 2 ．3 半自磨机的试运行 图2 - 4 半自磨工艺流程 半自磨机安装调试完毕，经过空负荷试车运行后，于2 0 0 4 年1 0 月进行矿试运行。 在试生产过程中，处理量随钢球直径的增加而增加，但多年来都未达产，衬板碎裂严 重。按时间主要分为以下几个阶段 生产初期 2 0 0 4 年1 0 月至2 0 0 5 年2 月 简体转速按半磨试验磨机的转速 n O ．7 3 n 。，即n , l O ．7 r ／m i n 左右，钢球也按半自磨试验3 3 ．5 3 ．5 配比，装①1 2 5 m m 、 ①l O O m m 、①7 5 m m 钢球l O O t ，装球率9 ．6 ％。实际综合充填率为1 8 ％左右。实际负荷 3 1 0 0 k w 左右，平均处理量1 9 1 t ／h 4 5 8 4 t ／T 。 第二阶段 2 0 0 5 年3 月至2 0 0 6 年2 月 转速加快到全速，等量装①1 3 0 m m 、 ①1 l O m m 、0 9 0 m m 、①7 5 m m 钢球共1 2 0 t ，实际负荷4 1 0 0 k w 左右，实际混合充填率2 2 ％ 7 万方数据 硕士学位论文2 半自磨机构造及试运行 左右。平均处理量2 7 5 t ／h 6 6 0 0 t ／T 。衬板碎裂严重。 第三阶段 2 0 0 6 年3 月～1 0 月 经过换用全套筛孔宽度加大的出料格子板及给 水、给矿等参数优化，负荷4 6 0 0 k w 左右运转，实际混合充填率3 0 ％左右，处理量增加 到3 5 0 t ／h 8 4 0 0 t ／T 左右。钢球对筒体衬板冲击声音强烈，衬板碎裂较严型2 1J 。 白2 0 0 6 年1 1 月4 日，补加①1 5 0 m E 的钢球，负荷仍为4 6 0 0 k w 左右运转，处理量 不断增加，达到4 3 0 t ／h 1 0 3 2 0t ／T 左右。此后至0 8 年底，在此期间钢球球径增加 到①1 8 0 m m ，产量达到4 6 0 t ／h 1 1 1 6 0t ／T 左右。0 9 年至1 0 年5 月钢球球径增加到 ①1 9 0 r a m ，产量达到5 0 0 t ／h 1 2 0 0 0t ／T 左右。钢球对筒体衬板冲击声音强烈，衬板 碎裂状况有所改善，平均寿命接近3 个月。 2 0 1 0 年4 月至今，全部简体衬板改为低提升条衬板，进出料端衬板提升条平均降 低1 ／3 ，钢球球径增加到①2 0 0 m m ，产量达到5 4 2 t ／h 1 3 0 0 0t ／T 左右，实际负荷4 7 5 0 k w 左右，达到设计目标。钢球冲击衬板的声音明显降低，衬板碎裂现象明显好转1 2 2 ，2 3 J 。 各阶段运行情况见下表2 2 表2 - 2 各阶段运行情况统计表 2 ．4 存在问题 在2 0 1 0 年5 月前，磨矿效率低下，衬板损坏严重。因此需要分析半自磨机内介质 的运动情况，弄清半自磨内介质的运动规律。研究半自磨机内钢球的运动轨迹，找到 合适的钢球抛落高度和下落点，从而使钢球冲击矿石，而不是冲击衬板，充分利用钢 球的冲击动能破碎矿石。 磨矿过程是个功能转变的过程，而磨矿作用是由钢球完成的，因此，研究钢球落 下时的动能十分重要。钢球落下时的动能，即半自磨机破碎矿石的能量。此动能的大 小，决定于钢球的质量和落下时的高度。钢球的质量随钢球直径的增大而增加，对同 一台磨机来讲，需要分析不同钢球直径对磨机的处理量的影响。 8 万方数据 硕士学位论文 3 半自磨机衬板 3 半自磨机衬板 3 ．1 衬板的发展状况 半自磨机回转体的进料端盖、出料端盖和圆筒内部都安装有衬板，衬板的主要作 用时防止端盖和筒体的过快磨损。衬板上有联体提升条，其作用是在磨机转动时将磨 球和矿料提升到一定高度。衬板的形状可以控制钢球在筒体内的运动轨迹。在半自磨 机类型相同时，半自磨机衬板的表面形状能直接影响半自磨机的生产能力和半自磨机 的使用性能。直到最近几十年才开始研究衬板对磨矿介质运动形态影响。通过学习许 多学者前面的研究，发现合理设计衬板上提升条的结构可以降低磨球与衬板的相对滑 动量，从而降低衬板的磨损，降低综合能耗。 据统计我国每年耗费的磨球、衬板及各种耐磨材料约在2 0 0 万吨以上，因此适当选 择衬板的材料能有效降低磨矿的成本。 目前国内外对衬板的研究主要集中在结构和材料上改进。 3 ．1 ．1 衬板的结构 链迭澎 a 楔型 蕊陵舀妒 e 阶梯型 燃唪露矽 b 波型 C 平凸型 d 平型 趣矽黑蛾 f 长条型 g 船舵型 图3 ．1 几种常见的衬板结构 合理设计衬板的结构型式不仅能减少筒体等的磨损、传递磨碎矿石能量，还能控制 矿料、钢球在简体内的运动状态。因此，衬板的几何形状直接影响半自磨机的生产能力 和衬板、钢球的消耗。 设计合理的衬板可以把磨矿介质提升到理想的高度，使物料得到足够的磨碎能量。 图3 一l 为几种常见的衬板结构。衬板可分为平滑和不平滑两类。平滑衬板因钢球滑动 较大，磨削作用较强，它宜用于细磨。不平滑衬板可使钢球从较高处落下，并且对钢球和 矿料都有较强的搅动，因而适用于粗磨。 现有半自磨机内部结构的优化主要着眼于选择合适的衬板材料和设计合理的衬板 形状，国内外针对半自磨机衬板的形状设计作了大量的研究，取得了不少进展，除了考 虑衬板材料硬度、韧性、研磨体的种类和球的级配等合理性因素外，同时还要考虑衬板 的结构。 由于磨球的运动决定了磨矿效率，故国内外对磨球的运动状态研究比较多。而衬板 9 万方数据 硕士学位论文 3 半自磨机衬板 结构对磨球运动状态的影响研究较少。 国内金属矿山现在主要使用波形衬板，而这类衬板并没有人提出过严谨、合理的理 论设计依据，所以国内的波形衬板完全是凭经验设计的，由于设计缺乏科学依据，故这 种波形衬板在使用时很难使其发挥最高效率。 在生产当中，除了在细磨机通常使用光滑衬板外，大多数半白磨机使用的衬板带 有提升条， 国内外很多学者在对半自磨机进行研究时通常将衬板简化成提升条 ，其 作用是提高介质的提升力，可以通过改变形状、高度及提升角度，使矿石达到一个最佳 的提升效果。 3 ．1 ．2 提升条对半自磨机的影响 3 ．1 ．2 ．1 ．提升条数量对半自磨机的影响 相关研究表明在一定数量范围内，随着提升条数增多，被提升条提起的矿料也增 多，而且介质被提升的高度明显提高，更多的介质被抛落，落到底脚区，此区的钢球作强 烈的冲击和翻滚。因此半自磨机对介质的提升效果和破碎矿料的效果就越好。 3 ．1 ．2 ．2 ．提升条高度对半自磨机的影响 提升条高度的改变会造成半自磨机有效直径的变化，从而对半自磨机的功率产生 较大的影响。 一般情况下，提升条高度应等于钢球最大直径，波谷半径等于 或稍大于 最大钢 球半径为宜，文中指的提升条高度为波峰高度与波谷高度的差值。过大的提升条高度不 但会导致衬板使用过程中开裂，影响使用寿命，还会减少磨机有效直径，影响磨机的产 量过小的提升条高度将影响介质的提升效果。因此提升条高度应与钢球最大直径相匹 配。 3 ．1 ．2 ．3 提升条形状对半自磨机的影响 合理设计衬板上提升条的曲面具有如下好处 1 能够刚好为磨球提供运动到最佳 脱离点，使其脱离后在底脚区碰撞时有最大的冲击作用，即磨球对矿粒有最好的破碎效 果； 2 减少磨球和衬板之间发生的相对滑动，降低衬板的磨耗。 3 ．1 ．2 ．4 提升条倾角对半自磨机的影响 提升条倾角是影响半自磨机 功率 的重要因素。不同转速下，提升条倾角与半 自磨机功率的关系如图3 2 所示。 转速率为6 0 ％时，功率的变化较小，倾角在1 0 。～2 5 。范围内，功率变化不大， 当倾角继续增加到4 0 。时，功率逐渐降低；转速率为8 0 ％时，提升条倾角由1 0 。增 加到2 5 。，功耗增加，然后随着提升条倾角的