吳 錫，唐新民，王維君，童 禎

（1.安徽省銅陵學(xué)院機(jī)械工程系，安徽 銅陵 244000；2.銅陵有色銅山礦業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000；3.安徽銅冠機(jī)械股份有限公司，安徽 銅陵 244061）

銅山礦破磨生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)

吳 錫1，唐新民2，王維君3，童 禎2

（1.安徽省銅陵學(xué)院機(jī)械工程系，安徽 銅陵 244000；2.銅陵有色銅山礦業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000；3.安徽銅冠機(jī)械股份有限公司，安徽 銅陵 244061）

文章簡(jiǎn)述了將銅山礦常規(guī)三段一閉路破碎加球磨方案，改造為新型φ3.2m×3.6m溢流球磨機(jī)、其轉(zhuǎn)速加快到23.8r/min、鋼球加大到φ240mm、單臺(tái)完成銅山礦破磨生產(chǎn)任務(wù)的方案，并用“四維破磨理論”論證產(chǎn)品粒度達(dá)標(biāo)和處理量達(dá)產(chǎn)。與常規(guī)破磨方案相比，不僅工程總投資大大節(jié)省，而且通過(guò)節(jié)能降耗大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。

半自(球)磨機(jī)；破粉碎比；流程設(shè)計(jì)

銅陵有色銅山礦現(xiàn)用破粉碎生產(chǎn)流程設(shè)備，自1959年投入使用以來(lái)，基本上未進(jìn)行更新改造，陳舊老化嚴(yán)重。目前碎礦產(chǎn)品粒度＜20mm占80%左右，磨礦產(chǎn)品粒度＜0.073mm占60%左右，處理量900t/d×2=1 800t/d左右，不能滿足今后生產(chǎn)要求。設(shè)計(jì)部門提出常規(guī)和半自磨加球磨的兩個(gè)方案，筆者用“四維破磨”理論[1]，提出的新型球磨方案較常規(guī)方案更好地完成破磨生產(chǎn)任務(wù)。

1 原始數(shù)據(jù)及破磨設(shè)計(jì)方案

1.1 原始數(shù)據(jù)

銅山礦的原礦性質(zhì)，與冬瓜山銅礦和安慶銅礦相似；礦石硬度系數(shù)15左右，原礦含泥3%左右。銅山礦與冬瓜山銅礦一樣，粗碎在井下，提運(yùn)到地表粗礦倉(cāng)礦石粒度＜250mm占100%，＜150mm占60%以上。磨礦產(chǎn)品粒度＜0.073mm占75%以上，與天馬山礦相似。

破粉碎生產(chǎn)流程和設(shè)備的能源利用率高低，可用它們的破粉碎效果比值(破粉碎比與單位能耗之比)大小來(lái)判定[2]。目前冬瓜山礦半自磨機(jī)破粉碎效果比值110t/kW·h以上，安慶銅礦常規(guī)閉路碎礦生產(chǎn)流程的破粉碎效果比值只有5t/kW·h左右[3,4]。說(shuō)明半自磨機(jī)替代閉路碎礦生產(chǎn)流程不僅可行而且可節(jié)能降耗。

1.2 銅山礦常規(guī)破磨方案

(1)碎礦生產(chǎn)流程。

粗碎在井下，采用500mm×1200mm鄂式破碎機(jī)，粗碎后礦石粒度＜250mm占100%，＜150mm占60%以上；提運(yùn)到地表300m3的粗礦倉(cāng)。由1號(hào)1m皮帶機(jī)送入φ2.1m標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)中碎，再由2號(hào)1m皮帶機(jī)送入φ2.2m短頭圓錐破碎機(jī)細(xì)碎。再由3號(hào)1m皮帶機(jī)送入1.5×3m振動(dòng)篩分級(jí)，篩上粒度＞13mm礦石，由1號(hào)650mm皮帶機(jī)送回細(xì)碎機(jī)；篩下粒度＜13mm占90%以上的礦粒為碎礦產(chǎn)品，分別由2號(hào)和3號(hào)650mm皮帶機(jī)送入容積為300m3的1#和2#細(xì)礦倉(cāng)中，中細(xì)二段破碎的破粉碎比150∶10=15，處理量150t/h，用電單耗3.5kW·h/t，破粉碎效果比值為4.3t/(kW·h)。

(2)磨礦生產(chǎn)流程。

由4#和5#的650mm皮帶機(jī)，把細(xì)礦倉(cāng)礦石分別送入1#和2#φ3.2m×3.6m溢流球磨機(jī)，均配φ2.4mm雙螺旋分級(jí)機(jī)和φ500mm旋流器二級(jí)分級(jí)，磨礦產(chǎn)品粒度＜0.073mm占75%以上，＜0.06mm占60%以上，破粉碎比167，處理量100t/h，磨礦單耗16kW·h/t，磨礦生產(chǎn)流程設(shè)備的破粉碎效果比值10.5t/(kW·h)。

常規(guī)三段一閉路破磨生產(chǎn)流程總的破粉碎比為2 500；單耗19.5kW·h/t，破粉碎效果總比值為128t/(kW·h)。

1.3 銅山礦半自磨加球磨方案

把粗礦倉(cāng)的礦石，由1m皮帶機(jī)送入φ4.8m×1.8m格子型半自磨機(jī)(鋼球加大到φ180mm，裝球率15%以上，實(shí)際混合充填率45%左右)，破碎后礦石溜入1.2m×2.5m雙層振動(dòng)篩分級(jí)，上層篩上礦石粒度＞12mm占100% ，由650mm皮帶機(jī)送回半自磨機(jī)；中底二層礦石(漿)為半自磨產(chǎn)品，粒度＜12mm占100%，＜0.5mm占60%以上；半自磨機(jī)破粉碎比為300，處理量100t/h以上，用電單耗5kW·h/t，破粉碎效果比值為60t/kW·h。其中層礦石粒度＜12mm且＞2mm由10″管螺旋輸送機(jī)送入φ3.2m×3.6m溢流球磨機(jī)(大鋼球φ100mm以上，裝球率30%，實(shí)際混合充填率35%以上)；振動(dòng)篩底層礦漿和球磨機(jī)排礦漿，混合流入φ2.4m雙螺旋分級(jí)機(jī)分級(jí)，粗粒沉沙流入球磨機(jī)，溢流由砂泵送入φ500mm旋流器分級(jí)，粗粒沉沙入磨，細(xì)粒溢流為磨礦產(chǎn)品粒度＜0.073mm占75%以上，＜0.06mm占60%以上?；窘鉀Q球磨機(jī)磨礦效果很差的問(wèn)題，破粉碎比0.5÷0.06=8.3，處理量60×2t/h以上，磨礦單耗6kW·h/t。球磨機(jī)破粉碎效果比值仍只有1.4t/(kW·h)；破磨單耗為11kW·h/t，破粉碎效果總比值為(150÷0.06)÷(5+6)=227t/(kW·h)，為常規(guī)方案的227÷128=177%。

2 半自磨機(jī)過(guò)粉碎分析和改造

半自磨機(jī)的產(chǎn)品過(guò)粉碎，實(shí)際替代了球磨機(jī)完成破粉碎生產(chǎn)任務(wù)。證實(shí)半自磨機(jī)不僅可替代多臺(tái)破碎機(jī)，完成碎礦任務(wù)；而且可替代球磨機(jī)，完成磨礦任務(wù)。

2.1 半自磨機(jī)產(chǎn)品過(guò)粉碎分析

冬瓜山銅礦半自磨機(jī)，自2004年投入使用以來(lái)，產(chǎn)品過(guò)粉碎現(xiàn)象嚴(yán)重[5]。據(jù)2007年11月17日現(xiàn)場(chǎng)考察，半自磨機(jī)實(shí)際替代球磨機(jī)完成了破粉碎比為26.7的磨粉碎任務(wù)。若采取強(qiáng)化半自磨機(jī)產(chǎn)品的過(guò)粉碎和分級(jí)措施，產(chǎn)品粒度＜0.073mm的含量由32%增加到65%和75%以上；把500t/h中的粒度＜2mm且＞0.073mm各粒級(jí)(按處理量與平均粒度成反比)換算為粒度＜0.073mm(平均粒度取0.035mm)的礦粒，使產(chǎn)品粒度＜0.073mm的含量分別增加到65%以上(以67%算)和75%以上(以77%算)，處理量分別由500t/h減少為361t/h和278t/h。

2.2 改造半自磨機(jī)單臺(tái)完成破磨生產(chǎn)任務(wù)

進(jìn)一步把格子型半自磨機(jī)改造為新型φ8.53×3.96m溢流半自磨機(jī)[5-7]，鋼球加大到φ240mm，裝球率12%以上，實(shí)際混合充填率50%左右，全速11.6r/min運(yùn)轉(zhuǎn)；排礦漿粒度＜0.073mm占65%以上，經(jīng)φ600mm旋流器分級(jí)的產(chǎn)品粒度＜0.073mm的占75%以上。產(chǎn)品粒度＜0.073mm占65%以上，半自磨機(jī)的處理量由361t/h增加到728t/h；產(chǎn)品粒度＜0.073mm占75%以上，處理量由278t/h增加到728÷361×278=561t/h，用電單耗6.5kW·h/t，破粉碎效果比值高達(dá)385t/(kW·h)。冬瓜山銅礦半自磨機(jī)改為新型φ8.53m×3.96m溢流半自磨機(jī)和加大鋼球，確保產(chǎn)品粒度達(dá)標(biāo)和處理量達(dá)產(chǎn)。破磨用電單耗由目前20kW·h/t下降到6.5kW·h/t左右。

3 新型φ3.2m×3.6m溢流球磨機(jī)方案

按上述分析，冬瓜山銅礦新型φ8.53m×3.96m溢流半自磨機(jī)，配φ600mm旋流器分級(jí)，可確保產(chǎn)品粒度達(dá)標(biāo)和處理量達(dá)產(chǎn)。把φ3.2m×3.6m滾動(dòng)軸承溢流球磨機(jī)，改為動(dòng)態(tài)混合充填率45%的溢流球磨機(jī)，并加快轉(zhuǎn)速和加大鋼球，配φ600mm旋流器分級(jí)，單臺(tái)就可完成銅山礦破磨生產(chǎn)任務(wù)。

3.1 結(jié)構(gòu)及參數(shù)

新型球磨機(jī)與現(xiàn)用φ3.2m×3.6m滾動(dòng)軸承溢流球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，只是給進(jìn)料和出料裝置不同和轉(zhuǎn)速加快及鋼球加大。

(1)現(xiàn)用溢流球磨機(jī)。

筒體內(nèi)徑3.2m，筒體長(zhǎng)度L=3.6m；高錳鋼筒體襯板，波谷厚度70mm，波峰厚度130mm，平均厚度100mm，對(duì)應(yīng)內(nèi)半徑Ra=1.53m，Rb=1.47m，R=1.50m，費(fèi)氏臨界轉(zhuǎn)速nc＝30÷=24.3r/min，有效容積V=25.4m3。電機(jī)容量600kW，轉(zhuǎn)速250r/min，傳動(dòng)大齒圈齒數(shù)278，小齒輪齒數(shù)20，筒體轉(zhuǎn)速n1＝250r/min÷(278÷20)=18r/min，n1=0.74nc。進(jìn)出料端蓋內(nèi)錐面的錐角160°，各有12塊厚度70mm端襯板，每塊上都有一條70mm×70mm徑向突包。進(jìn)出料端主軸承，采用239/1 000型圓柱滾子調(diào)心軸承，摩擦系數(shù)取q1=0.004，回轉(zhuǎn)半徑R0=0.58m，筒體自重回轉(zhuǎn)質(zhì)量105t；裝球率30%左右，球礦比3.5左右。鋼球礦石(漿)的動(dòng)態(tài)安息角取β=25°，滑滾動(dòng)系數(shù)取q2=0.15。

(2)新型球磨機(jī)。

制作全推送給送料器，替代現(xiàn)用φ3.2m×3.6m溢流球磨機(jī)的進(jìn)料口，去掉聯(lián)合(鼓形)給料器[5]。設(shè)計(jì)制作動(dòng)態(tài)充填率η0=45%的螺旋溢流分級(jí)出料器，替代現(xiàn)用球磨機(jī)的出料口，去掉出料圓筒篩，筒體自重回轉(zhuǎn)質(zhì)量G0=98t。并設(shè)一條有流量計(jì)，插入出料器內(nèi)的加水管道。電機(jī)容量600kW不變，轉(zhuǎn)速改為300r/min；小齒輪齒數(shù)改為22，則筒體轉(zhuǎn)速加快到n2=300÷(278÷22)=23.8r/min,n2=0.98nc，ω2=2.49弧度/s。鋼球密度r鋼=7.7t/m3，r球=4.7t/m3，礦石密度r石=3.2t/m3，礦石(漿)混合密度r礦=2.9t/m3。半自磨機(jī)球礦(漿)比1左右，體積比0.4左右；現(xiàn)用球磨機(jī)球礦比3.5左右，球礦體積比1.3左右。鋼球砸磨襯板和鋼球的幾率，半自磨機(jī)比球磨機(jī)少許多，半自磨機(jī)的能源利用率比球磨機(jī)高。同體積礦石的沖擊破碎和磨粉碎的能力，分別只有鋼球的17%和42%左右；半自磨機(jī)的磨礦能力不如球磨機(jī)。為此，新型球磨機(jī)球礦(漿)比取1.6，球礦(漿)體積比為0.6；鋼球、礦石(漿)的混合密度r=(7.7×0.6+2.9×1)÷(0.6+1)=4.7t/m3；下落沖擊力系數(shù)取f沖=3，設(shè)實(shí)際混合充填率η=62%計(jì)算，裝球量0.62×25.4×4.7÷(1.6+1)×1.6=45.5t，裝φ240，φ210，φ180mm鋼球各15t，裝球率38%，平時(shí)補(bǔ)加φ240mm鋼球。

3.2 新型球磨機(jī)確保產(chǎn)品粒度達(dá)標(biāo)

新型球磨機(jī)出料端襯板組成的內(nèi)錐面和突包，具備推送、攪拌和分級(jí)作用；把筒體內(nèi)的鋼球和粒度大的塊礦，不斷推送回筒體。當(dāng)筒體里混合充填表面，高出球磨機(jī)出料器內(nèi)螺旋葉片內(nèi)徑；在高差作用下，粒度較小的礦粒隨礦漿流入出料器；礦漿在出料器由內(nèi)往外流動(dòng)過(guò)程中，礦粒由大到小沉淀；沉下的礦粒由返砂螺旋葉片及時(shí)全部送回筒體，粒度小的礦粒，隨溢流流入圓錐沉淀區(qū)，再沉淀分級(jí)；礦漿中粒度較大的礦粒沉淀，由圓錐面溜回分級(jí)沉淀區(qū)，由返砂螺旋葉片送回筒體；粒度很小的礦粒隨溢流從出料器端篩板的篩孔流出。排出礦漿濃度調(diào)節(jié)為螺旋分級(jí)機(jī)溢流濃度28%左右，排出礦漿粒度比天馬山礦φ3.2m×3.1m格子型球磨機(jī)(提升斗強(qiáng)制排礦中，粒度小的優(yōu)先隨礦漿倒流回筒體)配φ2.4m雙螺旋分級(jí)機(jī)的溢流粒度佳(粒度＜0.073mm，含量多5%左右，＜0.01mm微粒含量成倍減少)。排出的礦漿由砂泵送入φ600mm旋流器分級(jí)，溢流為磨礦產(chǎn)品，粒度＜0.073mm占75%以上，破粉碎比2 500左右。

3.3 新型球磨機(jī)確保處理量達(dá)產(chǎn)

(1)沖擊破碎和磨粉碎能力消耗系數(shù)。

銅山礦新型φ3.2m×3.6m溢流球磨機(jī)，入磨礦石性質(zhì)、粒度和磨礦產(chǎn)品粒度＜0.073mm占75%以上，與冬瓜山銅礦新型半自磨機(jī)相同[5]。沖擊破碎能力消耗系數(shù)Bth=5.5m2hs-3和磨粉碎能力消耗系數(shù)Cth=9.84mhs-2[5]，與銅山礦新型球磨機(jī)相同。

(2)質(zhì)點(diǎn)拋落規(guī)律和相關(guān)數(shù)據(jù)。

在以筒體圓心為中心的x-0-y坐標(biāo)中，以有效內(nèi)半徑Ra=1.53m，轉(zhuǎn)速n=23.8r/min，動(dòng)態(tài)安息角β=25°，滑滾動(dòng)摩擦系數(shù)q2=0.15和動(dòng)態(tài)混合充填率η0=45%；查取動(dòng)態(tài)充填面重心S到中心距離ys=0.66m，和計(jì)算起拋面上各質(zhì)點(diǎn)的拋落規(guī)律和相關(guān)數(shù)據(jù)[4]：下落沖擊平均速度U沖=4.05m/s，沖擊合力矩力臂L合=-0.23m，拋起比un=0.61，實(shí)際混合充填率η=63.1%，相對(duì)滑滾動(dòng)平均速度U相=6.49m/s，把混合密度r=4.7t/m3代入計(jì)算拋落量和滑滾動(dòng)量計(jì)算公式得Q=23.5t/s和E=130t/s。

(3)新型球磨機(jī)處理量確保達(dá)產(chǎn)。

鋼球加大，處理量增加系數(shù)K球=0.5×[K礦(d2/d1)3+1]，其K礦為礦石沖擊破碎影響系數(shù)，與球礦比和入磨礦石粒度有關(guān)，取K礦=0.8；鋼球球徑基準(zhǔn)狀d1=180mm，實(shí)際球徑d2=240mm，代入得K球=1.4。

處理量計(jì)算公式A=0.5K球(QU沖2/Bth+EU相/Cth)[2]，t/h。將上述數(shù)據(jù)代入：A=0.5×1.4×(23.5×4.052÷5.5+130×6.4÷9.84)=107t/h，確保2 000t/d達(dá)產(chǎn)并留有余地。

3.4 新型球磨機(jī)生產(chǎn)流程的破粉碎效果比值

(1)球磨機(jī)負(fù)荷。

球磨機(jī)負(fù)荷計(jì)算公式為[2]：主軸承摩擦阻力負(fù)荷N1=qωR0[(G0+η0rV)g+f沖QU沖]，kW；偏心力矩負(fù)荷N2=η0rVgωyssimβ，kW，下落沖擊合力矩負(fù)荷N3=-f沖QU沖ωL合，kW。

將上述數(shù)據(jù)分別代入得：N1=10kW，N2=366kW，N3=162kW。

球磨機(jī)負(fù)荷N=N1+N2+N3=538kW。

(2)砂泵負(fù)荷。

按球磨機(jī)處理量110t/h，礦漿濃度25%計(jì)算砂泵流量為：110÷3.2+110×[(1-0.25)÷0.25]÷1=364m3/h≈0.1m3/s；混合密度r=1÷(0.25÷3.2+(1-0.25)÷1)=1.2t/m3；取砂泵揚(yáng)程30m和效率60%計(jì)算負(fù)荷：0.1×9.81×30÷0.60=49kW。

(3)破磨生產(chǎn)流程單耗和破粉碎效果比值。

破磨用電單耗：(538+49)÷107=5.5kW·h/t。

破粉碎效果比值：2 500÷5.5=455t/(kW·h)。

4 結(jié)論

綜上所述，銅山礦新選廠采用常規(guī)三段一閉路碎礦加球磨、半自磨加球磨和新型球磨機(jī)，三個(gè)破磨生產(chǎn)流程的設(shè)計(jì)方案；它們分別采用4臺(tái)、2臺(tái)和1臺(tái)的破碎球磨機(jī)，都能確保產(chǎn)品粒度＜0.073mm占75%以上達(dá)標(biāo)和處理量2 000t/d以上達(dá)產(chǎn)。新型球磨機(jī)方案比常規(guī)破磨方案工程投資大大節(jié)省，節(jié)能降耗，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

[1]唐新民.提高磨機(jī)處理能力和能源利用率的研究[J].礦山機(jī)械,2003,(1)16-19.

[2]唐新民.破粉碎生產(chǎn)流程設(shè)備的現(xiàn)狀與節(jié)能途徑[J].中國(guó)非金屬礦業(yè)導(dǎo)刊,2009,(3).

[3]唐新民.安慶銅礦φ3.2×4.5m球磨機(jī)節(jié)能改造[J].礦山機(jī)械，2008,(23):89-92.

[4]唐新民.天馬山黃金礦φ3.2×3.1m格子球磨機(jī)節(jié)能改造[J].礦山裝備,2009,(3).

[5]磨機(jī)全推送給送料器[P].中國(guó)專利ZL200820008836,2009-01-21.

TD921.4;TD453

A

1007-9386(2010)02-0040-03

2009-11-30