球磨機工作參數(shù)

第2章球磨機工作參數(shù)和效率的關(guān)系為了全面了解球磨系統(tǒng)的特性，深入認識該系統(tǒng)，從眾多錯綜復(fù)雜的影響因素中，找出影響球磨機內(nèi)部參數(shù)的主要因素，拋棄次要因素，本章將對影響球磨機內(nèi)部參數(shù)的因素進行分析，把握它們之間的相互制約關(guān)系，為過程模型的建立和球磨機內(nèi)部參數(shù)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。通過物理方法進行的任何礦石濃縮處理均需要將礦石從脈石中分離出來，需將礦石粉碎成要求的尺寸。到目前為止，球磨機以其投資成本低、安裝快速容易、使用維護費用低、磨出的物料形狀好和生產(chǎn)能力上的優(yōu)勢，成為工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品，用于將易碎、有粘性、腐蝕性較小的礦石塊料磨碎成要求的尺寸，產(chǎn)生的細屑最少且適應(yīng)處理特性在很廣范圍內(nèi)變化的礦石。其磨礦的基本原理是當球磨機以一定的速度作旋轉(zhuǎn)運動時，裝入筒內(nèi)的鋼球在筒體襯板和鋼球之間的摩擦力、鋼球的重力以及由于磨機旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力的作用下，將隨著筒體作旋轉(zhuǎn)的上升運動，被提升到一定的高度，然后當鋼球的重力(實際上是重力的徑向分力)大于或等于離心力時，就開始脫離筒體內(nèi)壁，按照某一軌跡降落。這種周而復(fù)始的運動就產(chǎn)生了連續(xù)的沖擊和研磨作用，從而粉碎物料，其中鋼球主要的運動狀態(tài)如圖1所示。(a)(a)拋落式(b)瀉落式圖1鋼球的兩種主要運動形態(tài)球磨過程是復(fù)雜而又多變的生產(chǎn)系統(tǒng)，它具有下列特點(1)影響因素多，是選礦工業(yè)中可變參數(shù)最多的作業(yè)之一，而且各因素之間相互影響、相互制約，檢測也比較困難。這些影響參數(shù)大致可以分為三大類:物料性質(zhì)方面有:礦石的可磨度、給料粒度、產(chǎn)品細度等;磨機結(jié)構(gòu)方面有;磨機的結(jié)構(gòu)、尺寸、襯板形狀等;磨機操作方面有:介質(zhì)添加制度(如介質(zhì)尺寸配比以及材質(zhì)、介質(zhì)充填率)、磨機轉(zhuǎn)速、磨機給料量、磨礦濃度等。上述因素中，第一類是磨礦過程的自變量，也是磨礦過程中干擾的主要來源。第二類被確定以后一般就不改變了(理想情況下)。第三類則是球磨機的工作條件，如果設(shè)備維修以及添加鋼球的材質(zhì)都是正常的，則其可改變的條件就是磨機轉(zhuǎn)速、加球制度(介質(zhì)配比和數(shù)量)、磨機給料量和磨礦濃度。一旦磨機加球制度、磨機給料量和磨礦濃度，則只有轉(zhuǎn)速固定是可以變化的。(2)非線性：磨礦回路的參數(shù)因設(shè)備磨損程度不同是變化的，它們之間的關(guān)系是非線性的。如球磨機襯板的磨損，改變了其有效容積:鋼球消耗量與添加量失調(diào)，改變了裝球量和鋼球的比例。又如，球磨機磨礦效率與其負荷之間的關(guān)系就是非線勝的，有最大值，它隨工況變化而變化.(3)時變性：磨礦過程中的許多因素如原礦性質(zhì)、裝球量、磨機襯板厚度等都是時變的。(4)滯后大。(5)機理復(fù)雜。(6)隨機干擾因素多而且嚴重，這主要表現(xiàn)為：來自不同采區(qū)或同一采區(qū)不同采段的礦石，可磨性存在很大的差異，人工操作己經(jīng)難以識別和作出相應(yīng)操作以適應(yīng)礦石性質(zhì)的變化，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低，消耗增大，對于貧、難、雜礦石這一問題尤為突出。相關(guān)性極強的眾多過程變量，如原礦性質(zhì)、給礦量、磨礦濃度等;種變量的波動會引起其它變量乃至整個作業(yè)的改變。非自動化操作時人為干擾因素多，主要起因于磨機操作者的素質(zhì)和技術(shù)水平。由于操作不及時而引起的任何問題，都不僅直接影響該作業(yè)或回路，甚至影響整個選礦廠的經(jīng)濟技術(shù)指標。球磨機合理的內(nèi)部工作參數(shù)是取得最佳磨礦效果的必要條件。磨礦理論和實踐表明:保持球磨機在最佳工作狀態(tài)下運行，不僅能提高球磨機的處理能力，從而提高球磨機的工作效率，而且對提高磨礦產(chǎn)品乃至整個選礦廠的生產(chǎn)指標以及節(jié)能降耗都具有十分重要的意義。球磨系統(tǒng)處于動態(tài)平衡時的工作狀態(tài)為理想的穩(wěn)定狀態(tài)。此狀態(tài)下的球磨過程屬準平穩(wěn)隨機過程。除由于各種隨機干擾所產(chǎn)生些波動之外，各變量的均值不隨時間而變。介質(zhì)在沿磨機長度上的分布和輸入磨內(nèi)的能量保持均勻;物料粒度分布的軸向梯度保持不變。因此，在輸入（給水給料量、給料粒度、可磨性）穩(wěn)定的條件下，系統(tǒng)將有穩(wěn)定輸出（產(chǎn)量、產(chǎn)品濃度、粒度分布及工作噪聲）.球磨系統(tǒng)這種自均勻和自穩(wěn)定趨勢可從廣義熱力學(xué)第二定律得到解釋；作為一個獨立系統(tǒng)不管內(nèi)部如何變化，其嫡總要趨向極大，這就使系統(tǒng)內(nèi)部變成均勻無序的狀態(tài)。然而在系統(tǒng)外有穩(wěn)定給水、給料和能量輸入條件下，系統(tǒng)可以不斷地吸取到負嫡，兩者達到平衡時，使系統(tǒng)依其內(nèi)在規(guī)律處于穩(wěn)定狀態(tài)。任何不穩(wěn)定外部輸入都會造成系統(tǒng)狀態(tài)的變化，如果系統(tǒng)輸入波動量低于其處理能力時，系統(tǒng)狀態(tài)波動只會造成輸出的波動（產(chǎn)量和粒度分布的變化），系統(tǒng)本身又自動達到新的動態(tài)平衡點。在外部輸入的物料量大于系統(tǒng)處理能力能力時，介質(zhì)不能及時地將物料磨細和排出，物料的積累又進一步削弱了介質(zhì)的粉磨作用，使物料在磨內(nèi)逐漸增加。這一自動增長的因果關(guān)系鏈使球磨過程進入惡性自繁殖狀態(tài)而失穩(wěn)。該狀態(tài)標志著原有穩(wěn)定狀態(tài)迅速瓦解。這就是球磨作業(yè)過程中時有發(fā)生的漲肚現(xiàn)象。從自繁殖過程共性來看，球磨系統(tǒng)也存在一個臨界條件，即磨機最大處理能力（最大處理量不是唯一值，而是由操作條件所決定的區(qū)域）。當系統(tǒng)輸入超出這一臨界條件時，就會有自繁殖現(xiàn)象發(fā)生。被動地解決方法是靠停止輸入來打斷上述自動增長的因果鏈，這也將造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，使前后工序都受到影響。球磨系統(tǒng)最大處理能力這一臨界條件取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)程度。系統(tǒng)越穩(wěn)定，抗擾動能力越大，相應(yīng)的臨界條件也就越高。在實際操作中，為了避免漲肚現(xiàn)象發(fā)生，系統(tǒng)不得不在臨界低于臨界條件狀態(tài)下工作，這使得磨機的工作能力不能充分發(fā)揮。球磨系統(tǒng)在長期穩(wěn)定工作過程中，介質(zhì)和襯板不斷的產(chǎn)生磨損，其粉磨處理能力不斷衰減，整個系統(tǒng)工作狀態(tài)產(chǎn)生漂移。對于介質(zhì)磨損，在實際操作中常采用間斷補加大直徑介質(zhì)的方法。從穩(wěn)定系統(tǒng)工作狀態(tài)觀點來看，這種方法將明顯的造成系統(tǒng)狀態(tài)突變，使輸出產(chǎn)生大的波動。理想方法是根據(jù)介質(zhì)磨損速度，采用不停機短時間間隔少量補球的方案，抑制狀態(tài)漂移確保系統(tǒng)穩(wěn)定。襯板磨損則難于進行不停機補償，所以說球磨系統(tǒng)的漂移雖不可避免，但可以人為的減緩這種漂移.因此及時掌握磨機工作狀態(tài)、調(diào)整輸入是非常必要的。由以上分析可知，動態(tài)平衡是球磨系統(tǒng)正常工作的先決條件，作為狀態(tài)變化外因(如給料、給水和物料特性)的輸入穩(wěn)定是其關(guān)鍵，而保持系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定的內(nèi)因是磨機的結(jié)構(gòu)因素(如磨機構(gòu)造、配球等)所決定的。對球磨系統(tǒng)工作進行評價的指標是系統(tǒng)的輸出(如產(chǎn)量、產(chǎn)品細度、粒度分布特性、能耗、鋼耗、狀態(tài))因素雖多但必須全面考慮問題，不從系統(tǒng)全局出發(fā)、忽略任何一方面都將造成結(jié)論的片面性和系統(tǒng)狀態(tài)的不穩(wěn)定。球磨機是一個多輸入、多輸出的系統(tǒng)，其理想的情況是在保證磨礦產(chǎn)品粒度的前提下，最大限度的提高磨機處理量，同時降低能耗及鋼耗，這是球磨過程優(yōu)化問題的核心。影響磨機運行效果的因素可以劃分為結(jié)構(gòu)參數(shù)、運動參數(shù)、磨球運行參數(shù)、物料運行參數(shù)、礦漿運行參數(shù)。對于特定的球磨機，其結(jié)構(gòu)參數(shù)、運動參數(shù)確定不變，其他運行參數(shù)隨時間變化，從而直接或間接地影響其磨礦出力、電耗比、產(chǎn)品細度。2.2球磨過程因素分析影響球磨過程的因素很多，概括來講主要包括以下三個方面：物料性質(zhì)，包括礦石可磨度、礦石密度、給料粒度、產(chǎn)品細度；磨機結(jié)構(gòu)，包括磨機規(guī)格、型式、襯板；操作因素，包括介質(zhì)形狀、尺寸配比及材質(zhì)、介質(zhì)充填率、磨機轉(zhuǎn)速、分級效率、返砂比、礦漿濃度、粘度、料球比等。這些因素本身相互影響、相互制約，因此關(guān)于磨礦過程的建模和優(yōu)化到目前為止仍處于深入研究、尚未很好解決。除此之外，上述諸因素的多變性和隨機性也大大增加了球磨過程建模和優(yōu)化的難度。因此，在優(yōu)化建模研究之前有必要對球磨過程的影響因素進行分析，抓住主要矛盾，才能使研究工作順利進行。因此，本節(jié)以球磨機的內(nèi)部參數(shù)和外部響應(yīng)為中心研究球磨機各個影響因素之間的相互關(guān)系。下邊對各個參數(shù)特性進行扼要說明。(1)磨機的結(jié)構(gòu)特性:主要包括磨機的型式、直徑和長度及排料方式。磨機的直徑?jīng)Q定了介質(zhì)作用能力、運動狀態(tài)以及臨界轉(zhuǎn)速;磨機的長度決定了物料在球磨機中運行的時間。磨機的直徑和長度確定了磨機的有效容積，限定了磨機容量，從而也限制了磨機的處理能力。球磨機的排料方式直接影響球磨機內(nèi)部礦漿量的多少，同時對介質(zhì)充填率和介質(zhì)配比也有影響，因此，影響球磨機的生產(chǎn)率、磨礦產(chǎn)品的質(zhì)量以及磨礦能耗。在定型磨機上，上述結(jié)構(gòu)特性不再變化。(2)襯板：包括襯板的材質(zhì)、幾何形狀和厚度。球磨機筒體襯板的作用有兩個方面:一是防止筒體遭受研磨介質(zhì)和物料的直接打擊及礦漿的腐蝕和磨損;二是提升研磨介質(zhì)產(chǎn)生磨礦作用。因此，襯板的材質(zhì)和幾何形狀對磨礦介質(zhì)的運動狀態(tài)有一定的影響;襯板厚度決定了球磨機的有效容積，隨磨礦時間的延長，襯板的厚度會變薄，但變化速度很慢，在研究過程中可以忽略。(3)介質(zhì)添加制度，包括介質(zhì)添加的數(shù)量和間隔(即介質(zhì)添加制度)。在正常工業(yè)生產(chǎn)過程中，介質(zhì)添加的數(shù)量和間隔，直接影響著介質(zhì)的配比，而介質(zhì)配比是否適宜，直接決定著磨礦過程是否能夠獲得滿意的結(jié)果。因此，介質(zhì)添加制度是磨礦過程的一個主要影響因素。在本研究中直接采用直徑不同的鋼球進行試驗.(4)介質(zhì)特性：包括介質(zhì)的材質(zhì)和形狀。介質(zhì)的材質(zhì)決定了介質(zhì)在磨礦過程中的消耗量和形狀保持的長久性;介質(zhì)的形狀對磨礦的效果有一定的影響[15.16]。在本研究中，介質(zhì)特性不作為變量考慮。(5)給料量：在磨機連續(xù)工作狀態(tài)下，表示單位時間內(nèi)給入磨機內(nèi)部的物料量。它受物料特性和給料裝置的影響，會有一定的波動，在磨機運轉(zhuǎn)過程中，其值可控，是調(diào)節(jié)磨機工作狀態(tài)、影響磨機生產(chǎn)指標的主要參數(shù)之一。本研究中以料球比的相對值表示給入磨機的物料量。(6)物料粒度：指給入球磨機的物料粒度。物料粒度對球磨機的處理能力和粉磨過程有較大的影響，在粉磨產(chǎn)品細度要求一定的條件下，給料粒度減小，有利于提高磨機的處理能力、降低鋼耗和電耗。本研究中物料粒度不作為參變量考慮。(7)物料可磨度：物料可磨度是衡量被磨物料抵抗外力作用的特定指標，以這種指標衡量物料在常規(guī)磨礦條件下被磨碎的能力。該指標由物料自身的特性來決定，在球磨機系統(tǒng)內(nèi)無可調(diào)性，是影響磨礦過程的因素之一。但是由于礦石性質(zhì)的千變?nèi)f化，即使同一礦床各處的礦石性質(zhì)也不一定相同，到目前為止還不能很好地將該影響因素引入描述磨礦過程的模型中，因此，本研究將其作為定量考慮。(8)給水量：在磨機連續(xù)工作狀態(tài)下單位時間內(nèi)給入磨機內(nèi)部的水量，其值在磨礦過程中可控，是調(diào)節(jié)磨機工作狀態(tài)的另一主要變量，它對磨礦過程的影響取決于與給料量的相對大小，即取決于磨礦濃度的大小。(9)閉路磨礦時分級效率、返砂量和返砂濃度:該參數(shù)對磨機內(nèi)部的被磨物料量、粒度分布和磨礦濃度有直接的影響，從而影響球磨機內(nèi)部的工作參數(shù)。本研究按開路考慮。(10)介質(zhì)充填率：描述介質(zhì)在球磨機中的充填量，是影響球磨機吸取功率和粉磨能力的主要因素。實際生產(chǎn)中，在兩次介質(zhì)添加的間隔內(nèi)，介質(zhì)充填率隨磨礦時間的延長會有減小的趨勢。(11)料球比：描述了球磨機內(nèi)部滯留物料量與介質(zhì)充填量的體積比，該參數(shù)受許多因素的影響，如球磨機結(jié)構(gòu)、介質(zhì)配比以及球磨機的給料量、轉(zhuǎn)速和磨礦濃度。料球比決定了球磨機內(nèi)部的粉磨狀態(tài)，與球磨機發(fā)出的噪聲聲強具有直接的關(guān)系。(12)磨礦濃度：描述了球磨機內(nèi)部料漿的流動特性。該參數(shù)不但影響礦漿在球磨機中的流動速度，而且還影響鋼球?qū)ξ锪系臎_擊力。當磨礦濃度大時，在鋼球的四周包圍著一層粘稠的礦漿，增加物料受研磨的機會，但也使鋼球的沖擊力減弱;當磨礦濃度小時，礦漿變稀，流動速度快，停留時間短，使排料粒度變粗。因此磨礦濃度也是決定粉磨狀態(tài)的重要變量之一。另外，磨礦濃度對電耳測量信號的準確性也有直接的影響。因此，磨礦濃度既要合適，還要穩(wěn)定。目前，在實際生產(chǎn)過程中，磨礦濃度難以在磨機運行狀態(tài)下直接測定，通常由磨礦產(chǎn)品濃度近似代替。(13)功率：包括球磨機的輸入功率和有用功率.球磨機的輸入功率反映了球磨機在單位時間內(nèi)從系統(tǒng)外部吸取能量的多少，它受許多因素的影響;球磨機的有用功率反映了球磨機用于破碎物料所消耗的能量，同樣受許多因素的影響。在保證球磨機產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低球磨機的輸入功率是目前主要的研究方向之一。(14)壓力：是指球磨機平穩(wěn)運行狀態(tài)下，球磨機對軸承座造成的壓力。該參數(shù)是球磨機內(nèi)部參數(shù)的綜合反映，并且與球磨機筒體的重量、內(nèi)部負荷以及介質(zhì)的運動狀態(tài)有關(guān)。(15)磨機轉(zhuǎn)速率：磨機設(shè)計轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比稱為磨機轉(zhuǎn)速率。根據(jù)戴維斯介質(zhì)運動理論，磨機的臨界轉(zhuǎn)速是由磨機內(nèi)徑?jīng)Q定的[6