周宏波

(中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

隨著金屬礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高，國家對(duì)高耗能企業(yè)“節(jié)能減排”方針政策落實(shí)的逐步加大，以及礦山企業(yè)面臨礦石日益“貧、細(xì)、雜”，多元素共生礦較多，嵌布粒度較細(xì)，所含組分復(fù)雜等現(xiàn)狀，高壓輥磨機(jī)做為21世紀(jì)一種高效的節(jié)能粉碎設(shè)備，正在被越來越多的國內(nèi)大、中型金屬礦山企業(yè)認(rèn)可［1-2］。

1 高壓輥磨機(jī)的粉碎原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 高壓輥磨機(jī)的粉碎原理

高壓輥磨機(jī)是基于“集合體粉碎”原理的高效粉碎設(shè)備，實(shí)施的是料層(或料床)準(zhǔn)靜壓粉碎，它利用層壓破碎原理使物料在被擠壓過程中顆粒表面和顆粒內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋、坍散、疏松，使輥磨產(chǎn)品的邦德功指數(shù)可大幅降低，提高物料的可磨性。高壓輥磨機(jī)工作原理見圖1，粉碎作用機(jī)制見圖2。

圖1 高壓輥磨機(jī)工作原理示意

1.2 高壓輥磨機(jī)的特點(diǎn)

高壓輥磨機(jī)做為金屬礦山行業(yè)內(nèi)破碎設(shè)備的“新寵”，在各種類型的礦石破碎及其工藝應(yīng)用中，其突出的特點(diǎn)越來越被人們所公認(rèn)。

圖2 高壓輥磨機(jī)粉碎原理作用機(jī)制

1.2.1 高壓輥磨機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)新型輥套取代整體磨輥，可更換的鑲套式結(jié)構(gòu)，降低了維護(hù)成本，可針對(duì)不同性質(zhì)的礦石，選擇合適的耐磨輥面形式和花紋形式(可選擇堆焊輥面的一字型花紋、菱形硬質(zhì)點(diǎn)花紋、柱釘形式的輥面等)。

(2)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“恒壓力”柔性操作，替代了以前“恒輥縫”剛性操作模式。在提供強(qiáng)大壓力的同時(shí)，具有很強(qiáng)的緩沖能力，在意外通過異物或鐵塊時(shí)，可有效地保護(hù)高壓輥磨機(jī)不受損傷。

(3)輥套及減速機(jī)、萬向節(jié)等主要傳動(dòng)裝置的維護(hù)操作簡單、方便。

(4)主要配套件已經(jīng)國產(chǎn)化，解除了用戶配套件供應(yīng)的后顧之憂，又滿足了工藝性能及設(shè)備可靠性的要求。

1.2.2 高壓輥磨機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)

(1)高壓輥磨機(jī)做為一種成熟、高效的破碎設(shè)備得到了有效快速的推廣，設(shè)備作業(yè)率高且設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，工程設(shè)計(jì)中可以采用與球磨機(jī)一樣的作業(yè)率，設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于處理粒級(jí)范圍較寬的礦石及含水含泥較高的礦石，都能進(jìn)行有效的處理加工。

(2)做為一種新型節(jié)能設(shè)備，很好的體現(xiàn)了“多碎少磨、能丟早丟”原則;可改善礦石的邦德功指數(shù)，提高礦石的可磨性，使后續(xù)各段工序的指標(biāo)得到明顯改善。

(3)從工程設(shè)計(jì)的角度上看，高壓輥磨機(jī)的參與，使得工藝流程趨于簡單、完善，在工藝流程中承擔(dān)的角色更多，可以做為第3段細(xì)碎設(shè)備取代破碎比較小的細(xì)碎破碎機(jī)，也可以做為第4段超細(xì)碎設(shè)備承擔(dān)磨礦部分角色，減少磨礦能耗。

(4)高壓輥磨機(jī)是一種環(huán)境友好型設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行在相對(duì)封閉的系統(tǒng)，設(shè)備數(shù)量少，防塵點(diǎn)少，除塵簡單。

2 高壓輥磨機(jī)的設(shè)備選型

2.1 高壓輥磨機(jī)的能力計(jì)算

高壓輥磨機(jī)的設(shè)備選擇，應(yīng)該由設(shè)計(jì)單位在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇，試驗(yàn)單位在報(bào)告中應(yīng)該對(duì)物料粉碎試驗(yàn)中各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)及探索，包括顆粒床壓載粉碎試驗(yàn)、輥面磨損試驗(yàn) 、壓餅強(qiáng)度試驗(yàn)、產(chǎn)物的球磨功指數(shù)試驗(yàn)(或其他形式的磨礦試驗(yàn))及產(chǎn)物的后續(xù)選礦試驗(yàn)等相關(guān)內(nèi)容。

不同的礦山，礦石類型等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也不盡相同，需要綜合考慮各種給礦條件下的高壓輥磨機(jī)通過量的影響因素，主要包括礦石的給礦粒度、礦石硬度、礦石的密度及產(chǎn)品的粒度要求。

高壓輥磨機(jī)通過量的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為:

式中，Q為高壓輥磨機(jī)通過量，t/h;r為擠壓料餅的容重，一般按礦石密度的85%計(jì)，t/m3;s為擠壓料餅的厚度，m;B為高壓輥磨機(jī)輥?zhàn)訉挾龋琺;V為高壓輥磨機(jī)輥面的線速度，m/s。

2.2 高壓輥磨機(jī)的電機(jī)功率計(jì)算

設(shè)計(jì)中，一般由單位功耗值來進(jìn)行計(jì)算，而單位功耗值也是由試驗(yàn)進(jìn)行確定的，高壓輥磨機(jī)單臺(tái)電機(jī)功率計(jì)算公式為:

式中，P為選擇的高壓輥磨機(jī)單臺(tái)電機(jī)功率，kW;P為高壓輥磨機(jī)計(jì)算處理能力，t/h;q為高壓輥磨機(jī)單機(jī)功耗，kWh/t。

2.3 設(shè)備選型中需要注意的問題

高壓輥磨機(jī)在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，除按上述公式計(jì)算確定能力和功率外，還應(yīng)從工藝設(shè)計(jì)影響因素考慮設(shè)備的選型和修正，確保設(shè)備選型與生產(chǎn)能力相匹配［3］。

(1)高壓輥磨機(jī)的給料粒度一般應(yīng)該為輥磨機(jī)直徑的2.8% ～3%;但是國內(nèi)現(xiàn)行的大多數(shù)選礦廠來看，較成熟的做法是將高壓輥磨機(jī)做為第4段超細(xì)碎代替部分4段磨礦，建議給料粒度控制在20～35 mm，從而確保料層的有效擠壓，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的破碎效果。

(2)根據(jù)高壓輥磨機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，金屬礦山所使用的輥面為碳化物－鑄釘結(jié)構(gòu)，為使鑄釘間形成有效墊層以保護(hù)鑄釘，應(yīng)該設(shè)計(jì)全粒級(jí)級(jí)別給礦。

(3)使用高壓輥磨工藝需要考慮邊料效應(yīng)的影響，輥?zhàn)娱L度越小，邊緣效應(yīng)越大，建議選型考慮寬徑比較大的輥磨機(jī)

(4)高壓輥磨機(jī)的磨損件為輥體，輥面線速度為重要影響因素之一，國內(nèi)一般不超過1.6 m/s，設(shè)備選型時(shí)可考慮變頻電機(jī)來調(diào)整輥面線速度，保持穩(wěn)定生產(chǎn)。

3 高壓輥磨工藝在烏海德晟千里山設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

烏海德晟千里山冶金爐料有限公司隸屬內(nèi)蒙古德晟實(shí)業(yè)集團(tuán)，是自治區(qū)列為“雙百億工程”重點(diǎn)培育的大型骨干企業(yè)，設(shè)計(jì)的千里山選礦廠為鋼鐵配套的選礦廠。礦山開采方式為露天開采，供礦能力為400萬t/a。礦石經(jīng)汽車運(yùn)至選礦廠并直接卸入粗碎給礦倉內(nèi)。

3.1 礦石性質(zhì)分析

礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，礦石鐵物相分析結(jié)果見表2。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

由表1可知，礦石屬酸性貧鐵礦石，需要選礦排除的造渣組分主要是SiO2，其次是Al2O3，并含有一定量的CaO、MgO;礦樣中有害雜質(zhì)硫較低，磷含量略高。

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果 %

由表2可知，該礦石中磁性鐵含量占全鐵的59.70%，赤、褐鐵礦含量為25.97%;選礦須剔除的不溶鐵(主要為硅酸鐵)含量為1.72%，占全鐵的9.67%;同時(shí)還有部分菱鐵礦和硫化鐵。

3.2 選礦工藝試驗(yàn)研究

3.2.1 選礦試驗(yàn)

千里山選礦廠試驗(yàn)推薦的選別流程為階段碎礦—階段干式拋尾—階段磨礦—階段選別—粗精再磨再選，其全流程試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 全流程試驗(yàn)結(jié)果 %

由表3可知，采用階段碎礦—階段干式拋尾—階段磨礦—階段選別—粗精再磨再選流程，可獲得鐵品位為64.12%，鐵回收率為36.64%的鐵精礦。

3.2.2 高壓輥磨試驗(yàn)

高壓輥在不同給礦粒度下，循環(huán)負(fù)荷不同。進(jìn)行給料粒度分別為20～0 mm、15～0 mm和產(chǎn)品粒度分別為3～0 mm、2～0 mm和1～0 mm的高壓輥磨閉路試驗(yàn)［4］，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同給礦粒度和不同排礦粒度的高壓輥磨閉路試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，當(dāng)給礦粒度為20～0 mm，產(chǎn)品粒度為2～0 mm時(shí)，循環(huán)負(fù)荷為104.60%，可以作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3 設(shè)計(jì)流程的確定

根據(jù)高壓輥磨試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)確定采用3段1閉路破碎—高壓輥磨—濕式篩分—濕式預(yù)磁選工藝。

3.3.1 破碎流程的確定

根據(jù)采出礦石粒度和入選粒度要求，設(shè)計(jì)采用3段1閉路破碎篩分、篩下產(chǎn)品干選流程。最終破碎系統(tǒng)工藝流程見圖3。

3.3.2 磨選流程的確定

根據(jù)千里山鐵礦礦石性質(zhì)，依據(jù)試驗(yàn)室小型試驗(yàn)及高壓輥磨選礦試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)推薦的磨選流程為高壓輥磨—濕式閉路篩分、篩下產(chǎn)品濕式預(yù)磁選—2段磨礦的階段磨礦、階段選別流程。最終磨選工藝流程見圖4。

圖3 千里山選廠破碎系統(tǒng)工藝流程

圖4 千里山選廠磨選工藝流程

3.4 設(shè)計(jì)工藝主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)工藝主要技術(shù)指標(biāo)見表5。

表5 設(shè)計(jì)工藝主要技術(shù)指標(biāo)

3.5 高壓輥磨及在工藝流程配置中的特點(diǎn)

千里山工程選用1臺(tái)CLM200-120型高壓輥磨機(jī)，為成都利君實(shí)業(yè)股份有限公司的設(shè)備。

(1)高壓輥磨機(jī)的工藝流程應(yīng)通過高壓輥磨試驗(yàn)和選礦工藝試驗(yàn)相結(jié)合來確定，千里山工程礦石為典型的超貧磁鐵礦，采用3段1閉路破碎—高壓輥磨—濕式篩分—濕式預(yù)磁選工藝流程可大量的進(jìn)行磨前拋尾，降低磨礦成本，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

(2)選取高壓輥磨機(jī)的工作制度與球磨機(jī)一樣，在輥磨機(jī)前后均設(shè)有緩沖礦倉，緩沖時(shí)間可根據(jù)具體的工藝布置進(jìn)行選擇，該工程設(shè)計(jì)高壓輥磨前倉儲(chǔ)礦時(shí)間為12 h，高壓輥磨后倉儲(chǔ)礦時(shí)間為24 h，緩沖礦倉有高架式和地面式兩種，該工程設(shè)計(jì)為地面式。

(3)高壓輥磨機(jī)的恒壓穩(wěn)流倉是設(shè)備為擠滿、穩(wěn)定給礦而設(shè)置的，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮儲(chǔ)料時(shí)間、倉的安裝及檢修更換等問題，穩(wěn)壓倉與高壓輥磨機(jī)連接處應(yīng)設(shè)有閥門裝置且為軟連接。

(4)根據(jù)處理礦石的性質(zhì)(主要是礦石的硬度及含水率)，應(yīng)考慮高壓輥磨機(jī)物料排礦打散的問題，以便后續(xù)作業(yè)能正常生產(chǎn)。

(5)高壓輥磨機(jī)的設(shè)備檢修應(yīng)該考慮更換輥套時(shí)的最大重量，國內(nèi)的高壓輥磨機(jī)都為新型的鑲套式結(jié)構(gòu)，更換簡單，節(jié)省時(shí)間，可降低維護(hù)成本。

(6)當(dāng)設(shè)計(jì)中選用2臺(tái)及2臺(tái)以上高壓輥磨設(shè)備時(shí)，需要考慮與之前后配套給礦設(shè)備的選型及配置，保證高壓輥磨機(jī)的正常、獨(dú)立工作，確保流程中處理量的平均分配，從而最大限度的發(fā)揮高壓輥磨機(jī)的作用。

4 結(jié)語

高壓輥磨機(jī)以其合理的粉碎原理、高效節(jié)能的的粉碎性能、良好的粉碎效果及在結(jié)構(gòu)、材料和性能上的不斷改進(jìn)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。高壓輥磨工藝已經(jīng)成為新建或改擴(kuò)建金屬礦山選礦廠的重要考慮方案。千里山選礦廠的建設(shè)對(duì)我國多達(dá)數(shù)百億噸超貧磁鐵礦資源的開發(fā)利用具有一定的示范作用。

［1］羅主平，劉建華.高壓輥磨機(jī)在我國金屬礦山的應(yīng)用與前景展望［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2009(3):14-18.

［2］葛新建.高壓輥磨工藝在我國冶金礦山的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2009(9):1-5.

［3］王世標(biāo).高壓輥磨機(jī)在金屬礦山的應(yīng)用與設(shè)備選型［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2014(8):37-39.

［4］熊焰來，張永龍，許瑞超，等.高壓輥磨機(jī)技術(shù)及其在鐵礦的應(yīng)用［C］∥2011年中國礦業(yè)科技大會(huì)論文集.馬鞍山:金屬礦山雜志社，2011(6):380-383.