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选冶工厂球磨机设计的几个问题 3 瞿仁静 昆明冶金研究院,云南 昆明 650031 摘 要根据球磨机的不同用途,分析其使用特点,结合生产实践,论述了球磨机工作参 数的计算及确定,以及操作运转的合理性。并针对球磨机的噪声污染特性,提出了切实可行的 治理措施。 关键词球磨机;工作参数;噪声治理 中图分类号 TD453 文献标识码 B 文章编号 1004-2660 200001-0021-04 1 概述 在选矿冶金行业,经常需要磨碎作业。 如选矿工业中金属矿经过磨碎,使矿石中各 成分彼此分离,进行选别;有色金属湿法冶 金焙砂、烟尘粉磨;烟化炉处理炉渣所需粉 煤燃料的生产等,常用到球磨机。经球磨机 磨碎后,如产品细度不够,各矿石成分之间 未能达到单位分离,选别指标就不高;焙砂 的表面积不够,会降低焙砂的浸出率,延长 浸出时间;粉煤粒度不均,会影响粉煤的输 送,增加烟化炉耗煤量,降低烟化炉的床能 率。但是,如果磨碎的粒度过细,又恶化了 矿石选别过程、焙砂浸出过程及粉煤生产操 作环境。球磨机造价高、功耗大、操作费用 昂贵,设计时根据不同的物料性质、磨碎粒 度要求和操作条件,选择合理的工作参数, 采取措施减弱球磨机的噪声污染,对于控制 企业投资,保证产品质量,提高操作运转的 合理性,指导生产维修,保障工人身体健 康,保证安全生产都有很大的意义。 2 球磨机参数选择 211 转速 球磨机工作时,研磨球磨介由于离 心力的作用贴在筒体内壁上,与筒体一道回 转,被带到一定的高度后自由落下将物料击 碎,并靠钢球与球磨机内壁的研磨作用使物 料产生静强度或疲劳积累破碎。当筒体转速 过低时,不足以将磨介带到一定高度,因而 磨介下落时的动能小,冲击力小;若筒体回 转速度过大,离心力大,磨介紧贴着球磨机 内壁与机体一起回转,不发生冲击研磨作 用。正确地确定转速,可以提高球磨机的工 作效率。 球磨机的工作转速用下列经验公式计算 n0176～0188 4213 D 1 式中 n 球磨机工作转速,r/min; D 球磨机内壁直径,m。 上式是以钢球抛射高度为最大的条件导 出来的计算式。转速率为76,是仅考虑 最外层球处于最理想的工作状态;转速率为 88,则是考虑全部球荷处于适宜的工作状 态,但未考虑给料粒度、湿法磨碎时矿浆浓 度、衬板形式及磨损等因素。 粉煤球磨机衬板光滑,球磨机转速增 加,使一部分磨介抛射至对面筒壁上,导致 3 收稿日期1999-05-26 第27卷 第1期 有色金属设计 Vol.27No.1 2000 NONFERROUS METALS DESIGN 2000 衬板磨损大,上升区磨介对筒体的压力和研 磨作用都将减小,降低球磨机生产量。按生 产实践经验,实际转速率取0165～0178。一 般情况下,筒体直径大、进料粒度大、矿浆 浓度大、使用橡胶衬板时转速率取上限;筒 体直径小、进料粒度小、矿浆浓度小、使用 锰钢衬板时转速率取下限。 212 球磨机装球量 球磨机装球量的多少,对磨碎效率有很 大的影响。装球少,磨矿效率低;装球过 多,内层球运动时产生干涉,破坏了球的正 常循环,磨矿效率也要降低。 球磨机装球重量计算式为 Grμπ 4 D2L2 式中 G 球磨机钢球装球量,t; r 球的松散重度,t/m 3 ,锻钢球 为415～418,铸钢球为4135～ 4165; μ 钢球充填系数; D 球磨机筒体内径,m; L 球磨机筒体长度,m。 充填系数并不是单纯随着转速增大而增 大,磨介必须在球磨机内保持“抛落式”工 作状态。经生产实践证明,湿法磨碎时,格 子型球磨机的充填率为40～50,溢流 型为40;干法磨碎时,物料混入磨介之 间使之膨胀,其充填率为28～35。生 产中,发现加入钢球球磨机电流不再上升, 同步电机出现“失步”现象,表明充填率大 于所需数目;如果产品粒度增大,精矿品位 下降,则表明充填率偏小。正确选择充填率 是保证作业技术指标和经济效益的重要手 段。 213 球磨机的生产率及功率 在实际生产中,影响球磨机生产率的因 素很多,有球磨机转速、直径、长度、磨介 尺寸、充填率、给料及产品粒度、矿浆浓度 等。 对于同类型和规格的球磨机,如果它们 的给料及产品粒度相同,就可用台时处理量 来评价它们的工作质量。但对于不同类型和 规格的球磨机,则采用单位有效容积每小时 处理物料的数量来表示其生产能力。 在设计时,按球磨机的单位有效容积在 单位时间内所生成的计算粒级-01074mm -200目的数量来表示, 即按新生成计 算级别的生产率计算。计算式为 q Q b2-b1 V 3 式中 q 按新生成-200目粒级计算的 球磨机单位容积生产率,t/ m 3 h ; Q 球磨机的给料量,t/h; V 球磨机的有效容积,m 3 ; b1 物 料 中-200目 粒 级 的 含 量,; b2 产 品 中-200目 粒 级 的 含 量,。 设计中,正确计算球磨机装机功率是必 须的。装机功率过大,提高设备成本,降低 电机运行中的功率因数,增加功耗;装机功 率小,球磨机达不到规定的装球量,降低生 产率,影响产量。常采用列文松公式计算球 磨机所需功率。 N GRn 2720 1 Rn2 3300 4 式中 N 球磨机所需电动机安装功率, kW; G 球磨机钢球装球量,kg; R 球磨机筒体内半径,m; n 球磨机工作转速,r/min。 我院利用上式计算陈官冶炼厂湿法车间 焙砂球磨机、赫章铅锌矿粉煤球磨机、都龙 锡锌矿选矿球磨机所需功率,其误差小于 10。多年生产实践证明各项生产指标达到 了设计值,保证了设备的正常运行。 22有色金属设计 第27卷 214 磨介尺寸 根据工厂生产经验,最初装球时,球磨 机内的磨介是由4种尺寸的钢球组成,钢球 尺寸对磨碎的效率影响较大。较大粒度的给 料需要直径大的冲击作用和研磨作用大的钢 球来粉碎,较小粒度的给料用小直径钢球粉 碎较为有利。物料的磨碎过程是个力学过程, 要使破碎行为发生,必须使钢球的打击力大 于物料的抗破坏能力。因此,应根据物料的 破坏能力选择打击力,确定钢球尺寸。 首先用诺克斯洛德公式计算最大钢球直 径 DB FαWi CKm S D 5 式中 DB 钢球直径,mm; D 球磨机筒体内径,cm; Fd 最大给料粒度,mm; S 物料密度,t/m 3; Wi 物料功指数,kWh/t; C 球磨机转速率,; Km 修正系数,湿式溢流型球磨 机为350,湿式格子型球磨机 为330,干式格子型球磨机为 335。 其余3种钢球直径根据给料的粒度组 成,将已达到的细粒扣除不计,把剩余的粒 级换算成百分率,分为4组,根据5式 计算出各种粒级的给料需要的钢球直径,使 各种直径的钢球所占的重量百分率大致等于 该粒级物料所占的重量百分率,便可计算出 各直径钢球的重量。 利用此式修正赫章铅锌矿粉煤球磨机球 径,使球耗下降了20,电耗下降了8, 新生-200目生产率提高40,表明球径精 确化计算为企业带来明显的经济效益。 由于球荷磨损,需要定期补加钢球。小 直径钢球可由大球磨损而得,补加时只需补 加两种大钢球,更换周期计算式为 t 1213 K 3- n D 13- n -D23- n 6 式中 t 更换周期,h; K 物料粒级比例系数; n 2～3; D1 磨损前钢球直径,mm; D2 磨损后钢球直径,mm。 为了避免小钢球集中于载荷的中央,形 成一个不起磨碎作用的区域,球磨机连续运 转3个月后,当钢球磨损至直径小于筒体直 径的1/80时,应停机将筒体内旧钢球全部 倒出,清除小球及废旧铁块、金属杂物,称 出剩余钢球的重量,并按组别数量添加新 球。 3 球磨机噪声控制 球磨机的噪声是由于钢球与筒壁以及被 加工物料之间相互撞击而产生的机械性噪 声。离球磨机1m处噪声高达110dBA,噪 声频谱宽,对人体危害大。控制球磨机噪声 传播方法因球磨机用途不同而异。首先是为 操作者提供防护头盔、耳罩、耳塞等,作为 操作者巡视设备运行的一种短暂的防护措 施,更主要的是对设备进行噪声治理。 311 筒体消声法 湿法冶金球磨机一般安装于大型厂房 如浸出车间底层侧端,操作场地清洁安 静,球磨机噪声影响整个车间及相邻车间的 操作环境,破坏操作气氛,可对球磨机筒体 进行隔振、吸声、阻尼等综合治理措施。 调浆球磨机筒体内衬可用抗磨损、耐腐 蚀的橡胶内衬代替锰钢衬板。由于橡胶弹性 高,在承受钢球冲击时可以变形,减少筒体 受力,对于焙砂类软物料,橡胶衬板寿命比 锰钢衬板高2～3倍,降低噪声10～20dBA。 在球磨机外壁涂刷5～10mm厚的5号 沥青掺石棉绒,以重量比为5∶2的比例配制 而成沥青阻尼浆。由于阻尼浆的内损耗和内 摩擦大,使相当部分的金属板振动能量转变 32第1期 瞿仁静选冶工厂球磨机设计的几个问题 成热能而被消耗掉,减弱了筒壁振动,降低 了噪声辐射。 在阻尼浆外层衬贴50～80mm厚的吸声 材料,如超细玻璃棉、毛毡、矿渣棉、泡沫 海棉等,用14 镀锌铁丝网固定,8 镀锌铁 丝沿筒体圆周方向间隔200mm捆扎,防止 吸声材料在筒体转动时松动,脱离筒体,降 低吸声效果。 吸声材料外壁覆以5mm厚的工业用硫 化橡胶板,外包1mm厚的镀锌薄钢板或金 属铝板,按间距100～200mm用自攻螺钉上 紧连接,或用卡箍把它们压在筒体表面上, 既美观大方,又起到单层隔声作用。 我院采用这种方法处理陈官冶炼厂调浆 球磨机后,可降低噪声30dBA以上,减弱 了噪声对操作环境的污染。 312 整机隔离法 选矿车间主厂房磨碎分级操作平台宽 畅,通风、排气条件好,球磨机上方无其它 设备及管道,可用隔声罩来阻隔和衰减球磨 机所传出的噪声。 隔声罩是按球磨机筒体结构外形尺寸制 作的大型全密封式消声密封罩。密封罩外层 为1～3mm钢板,钢板外表面涂刷1～3倍 于钢板厚的阻尼浆,内表面间隔400mm 400mm,焊M12100螺栓;中层为20～ 30mm厚的吸声材料,用粘结剂敷于钢板内 层;里层为14 镀锌铁丝网,并与外壳用螺 栓固定。密封罩上设油孔、通风孔、进排气 孔、检修门等装置。开孔处加设套管,管内 填充吸声材料。密封罩与地面之间衬垫橡 胶、毛毡等弹性材料,避免振动由地面传给 隔声罩,而致使罩体成为噪声辐射源。 我院采用隔声罩处理小西板选矿厂球磨 机,降低噪声30dBA以上,对控制噪声污 染取得了理想的效果。 313 隔声操作室 粉煤车间应布置在工厂下风向较偏僻处, 由于球磨机处理煤块不能采用橡胶内衬,加 上操作环境差,粉尘污染大,不宜采用整机 隔离法,可用筒体吸声法对球磨机噪声进行 控制,并在大厂房内设置隔声操作室,将操 作者与噪声源隔开,改善工人操作条件。 隔声操作室应正对球磨机设于厂房另一 侧墙,便于观察和操作。根据操作定员确定 操作室面积,按建筑规范确定屋面标高。墙 体为360mm厚墙,内墙面25面积及顶棚 75面积敷以50mm厚900900的吸声块, 表面用塑料花纹板或石膏板装饰,以吸收混 响声。观察窗为双层不等厚玻璃,两层玻璃 之间间隙为100mm,与机房相通的门采用隔 声门。门缝、窗缝用橡胶等材料压缝,与框 交接处制成企口状。这样进行隔声、吸声处 理后,隔声量可达40dBA以上,为操作工 人提供了一个安静的操作、休息空间。 4 结语 球磨机是选冶企业常用的重型设备,功 率大、自重大、装球量大,设计选型时确定 合理的工作参数对提高选别指标及产品合格 率、降低生产成本是至关重要的;合理确定 磨介尺寸,是企业节能降耗管理的一个重要 措施,并对设备维修起到积极的指导作用; 采用合理的布置、恰当的吸声、隔声、阻尼 等手段降低噪声危害,是保护操作环境,保 证工人身体健康,保证安全生产的基础。 参考文献 1 任德树.粉碎筛分原理与设备.北京冶金工业出版 社,1984. 2 环保工作者实用手册编写组.环保工作者实用手 册.北京冶金工业出版社,1987. 3 化工厂机械手册编写委员会.化工厂机械手册.北 京化学工业出版社,1989. 42有色金属设计 第27卷