球磨機(jī)工作參數(shù)

第2章球磨機(jī)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(rèn)識(shí)該系統(tǒng)，從眾多錯(cuò)綜復(fù)雜的影響因素中，找出影響球磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的主要因素，拋棄次要因素，本章將對(duì)影響球磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的因素進(jìn)行分析，把握它們之間的相互制約關(guān)系，為過(guò)程模型的建立和球磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。通過(guò)物理方法進(jìn)行的任何礦石濃縮處理均需要將礦石從脈石中分離出來(lái)，需將礦石粉碎成要求的尺寸。到目前為止，球磨機(jī)以其投資成本低、安裝快速容易、使用維護(hù)費(fèi)用低、磨出的物料形狀好和生產(chǎn)能力上的優(yōu)勢(shì)，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(xì)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(dāng)球磨機(jī)以一定的速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jī)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(yùn)動(dòng)，被提升到一定的高度，然后當(dāng)鋼球的重力(實(shí)際上是重力的徑向分力)大于或等于離心力時(shí)，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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)形態(tài)球磨過(guò)程是復(fù)雜而又多變的生產(chǎn)系統(tǒng)，它具有下列特點(diǎn)(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(cè)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(xì)度等;磨機(jī)結(jié)構(gòu)方面有;磨機(jī)的結(jié)構(gòu)、尺寸、襯板形狀等;磨機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速、磨機(jī)給料量、磨礦濃度等。上述因素中，第一類是磨礦過(guò)程的自變量，也是磨礦過(guò)程中干擾的主要來(lái)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速、加球制度(介質(zhì)配比和數(shù)量)、磨機(jī)給料量和磨礦濃度。一旦磨機(jī)加球制度、磨機(jī)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(jī)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(jī)磨礦效率與其負(fù)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(shí)變性：磨礦過(guò)程中的許多因素如原礦性質(zhì)、裝球量、磨機(jī)襯板厚度等都是時(shí)變的。(4)滯后大。(5)機(jī)理復(fù)雜。(6)隨機(jī)干擾因素多而且嚴(yán)重，這主要表現(xiàn)為：來(lái)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(shí)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(duì)于貧、難、雜礦石這一問(wèn)題尤為突出。相關(guān)性極強(qiáng)的眾多過(guò)程變量，如原礦性質(zhì)、給礦量、磨礦濃度等;種變量的波動(dòng)會(huì)引起其它變量乃至整個(gè)作業(yè)的改變。非自動(dòng)化操作時(shí)人為干擾因素多，主要起因于磨機(jī)操作者的素質(zhì)和技術(shù)水平。由于操作不及時(shí)而引起的任何問(wèn)題，都不僅直接影響該作業(yè)或回路，甚至影響整個(gè)選礦廠的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。球磨機(jī)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(shí)踐表明:保持球磨機(jī)在最佳工作狀態(tài)下運(yùn)行，不僅能提高球磨機(jī)的處理能力，從而提高球磨機(jī)的工作效率，而且對(duì)提高磨礦產(chǎn)品乃至整個(gè)選礦廠的生產(chǎn)指標(biāo)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(dòng)態(tài)平衡時(shí)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(guò)程屬準(zhǔn)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。除由于各種隨機(jī)干擾所產(chǎn)生些波動(dòng)之外，各變量的均值不隨時(shí)間而變。介質(zhì)在沿磨機(jī)長(zhǎng)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(shì)可從廣義熱力學(xué)第二定律得到解釋；作為一個(gè)獨(dú)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(wú)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(fù)嫡，兩者達(dá)到平衡時(shí)，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(huì)造成系統(tǒng)狀態(tài)的變化，如果系統(tǒng)輸入波動(dòng)量低于其處理能力時(shí)，系統(tǒng)狀態(tài)波動(dòng)只會(huì)造成輸出的波動(dòng)（產(chǎn)量和粒度分布的變化），系統(tǒng)本身又自動(dòng)達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)。在外部輸入的物料量大于系統(tǒng)處理能力能力時(shí)，介質(zhì)不能及時(shí)地將物料磨細(xì)和排出，物料的積累又進(jìn)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(dòng)增長(zhǎng)的因果關(guān)系鏈?zhǔn)骨蚰ミ^(guò)程進(jìn)入惡性自繁殖狀態(tài)而失穩(wěn)。該狀態(tài)標(biāo)志著原有穩(wěn)定狀態(tài)迅速瓦解。這就是球磨作業(yè)過(guò)程中時(shí)有發(fā)生的漲肚現(xiàn)象。從自繁殖過(guò)程共性來(lái)看，球磨系統(tǒng)也存在一個(gè)臨界條件，即磨機(jī)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(dāng)系統(tǒng)輸入超出這一臨界條件時(shí)，就會(huì)有自繁殖現(xiàn)象發(fā)生。被動(dòng)地解決方法是靠停止輸入來(lái)打斷上述自動(dòng)增長(zhǎng)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(dòng)能力越大，相應(yīng)的臨界條件也就越高。在實(shí)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(jī)的工作能力不能充分發(fā)揮。球磨系統(tǒng)在長(zhǎng)期穩(wěn)定工作過(guò)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(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)產(chǎn)生漂移。對(duì)于介質(zhì)磨損，在實(shí)際操作中常采用間斷補(bǔ)加大直徑介質(zhì)的方法。從穩(wěn)定系統(tǒng)工作狀態(tài)觀點(diǎn)來(lái)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(dòng)。理想方法是根據(jù)介質(zhì)磨損速度，采用不停機(jī)短時(shí)間間隔少量補(bǔ)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(jìn)行不停機(jī)補(bǔ)償，所以說(shuō)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(shí)掌握磨機(jī)工作狀態(tài)、調(diào)整輸入是非常必要的。由以上分析可知，動(dòng)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(jī)的結(jié)構(gòu)因素(如磨機(jī)構(gòu)造、配球等)所決定的。對(duì)球磨系統(tǒng)工作進(jìn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo)是系統(tǒng)的輸出(如產(chǎn)量、產(chǎn)品細(xì)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(wèn)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(jī)是一個(gè)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(jī)處理量，同時(shí)降低能耗及鋼耗，這是球磨過(guò)程優(yōu)化問(wèn)題的核心。影響磨機(jī)運(yùn)行效果的因素可以劃分為結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、磨球運(yùn)行參數(shù)、物料運(yùn)行參數(shù)、礦漿運(yùn)行參數(shù)。對(duì)于特定的球磨機(jī)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定不變，其他運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)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(xì)度。2.2球磨過(guò)程因素分析影響球磨過(guò)程的因素很多，概括來(lái)講主要包括以下三個(gè)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(xì)度；磨機(jī)結(jié)構(gòu)，包括磨機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速、分級(jí)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(guò)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(jī)性也大大增加了球磨過(guò)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(duì)球磨過(guò)程的影響因素進(jìn)行分析，抓住主要矛盾，才能使研究工作順利進(jìn)行。因此，本節(jié)以球磨機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部響應(yīng)為中心研究球磨機(jī)各個(gè)影響因素之間的相互關(guān)系。下邊對(duì)各個(gè)參數(shù)特性進(jìn)行扼要說(shuō)明。(1)磨機(jī)的結(jié)構(gòu)特性:主要包括磨機(jī)的型式、直徑和長(zhǎng)度及排料方式。磨機(jī)的直徑?jīng)Q定了介質(zhì)作用能力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及臨界轉(zhuǎn)速;磨機(jī)的長(zhǎng)度決定了物料在球磨機(jī)中運(yùn)行的時(shí)間。磨機(jī)的直徑和長(zhǎng)度確定了磨機(jī)的有效容積，限定了磨機(jī)容量，從而也限制了磨機(jī)的處理能力。球磨機(jī)的排料方式直接影響球磨機(jī)內(nèi)部礦漿量的多少，同時(shí)對(duì)介質(zhì)充填率和介質(zhì)配比也有影響，因此，影響球磨機(jī)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(jī)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(jī)筒體襯板的作用有兩個(gè)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(duì)磨礦介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一定的影響;襯板厚度決定了球磨機(jī)的有效容積，隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，襯板的厚度會(huì)變薄，但變化速度很慢，在研究過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程的一個(gè)主要影響因素。在本研究中直接采用直徑不同的鋼球進(jìn)行試驗(yàn).(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(guò)程中的消耗量和形狀保持的長(zhǎng)久性;介質(zhì)的形狀對(duì)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(jī)連續(xù)工作狀態(tài)下，表示單位時(shí)間內(nèi)給入磨機(jī)內(nèi)部的物料量。它受物料特性和給料裝置的影響，會(huì)有一定的波動(dòng)，在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，其值可控，是調(diào)節(jié)磨機(jī)工作狀態(tài)、影響磨機(jī)生產(chǎn)指標(biāo)的主要參數(shù)之一。本研究中以料球比的相對(duì)值表示給入磨機(jī)的物料量。(6)物料粒度：指給入球磨機(jī)的物料粒度。物料粒度對(duì)球磨機(jī)的處理能力和粉磨過(guò)程有較大的影響，在粉磨產(chǎn)品細(xì)度要求一定的條件下，給料粒度減小，有利于提高磨機(jī)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(biāo)，以這種指標(biāo)衡量物料在常規(guī)磨礦條件下被磨碎的能力。該指標(biāo)由物料自身的特性來(lái)決定，在球磨機(jī)系統(tǒng)內(nèi)無(wú)可調(diào)性，是影響磨礦過(guò)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(guò)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(jī)連續(xù)工作狀態(tài)下單位時(shí)間內(nèi)給入磨機(jī)內(nèi)部的水量，其值在磨礦過(guò)程中可控，是調(diào)節(jié)磨機(jī)工作狀態(tài)的另一主要變量，它對(duì)磨礦過(guò)程的影響取決于與給料量的相對(duì)大小，即取決于磨礦濃度的大小。(9)閉路磨礦時(shí)分級(jí)效率、返砂量和返砂濃度:該參數(shù)對(duì)磨機(jī)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(jī)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(jī)中的充填量，是影響球磨機(jī)吸取功率和粉磨能力的主要因素。實(shí)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(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)有減小的趨勢(shì)。(11)料球比：描述了球磨機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)、介質(zhì)配比以及球磨機(jī)的給料量、轉(zhuǎn)速和磨礦濃度。料球比決定了球磨機(jī)內(nèi)部的粉磨狀態(tài)，與球磨機(jī)發(fā)出的噪聲聲強(qiáng)具有直接的關(guān)系。(12)磨礦濃度：描述了球磨機(jī)內(nèi)部料漿的流動(dòng)特性。該參數(shù)不但影響礦漿在球磨機(jī)中的流動(dòng)速度，而且還影響鋼球?qū)ξ锪系臎_擊力。當(dāng)磨礦濃度大時(shí)，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(jī)會(huì)，但也使鋼球的沖擊力減弱;當(dāng)磨礦濃度小時(shí)，礦漿變稀，流動(dòng)速度快，停留時(shí)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(duì)電耳測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，磨礦濃度難以在磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下直接測(cè)定，通常由磨礦產(chǎn)品濃度近似代替。(13)功率：包括球磨機(jī)的輸入功率和有用功率.球磨機(jī)的輸入功率反映了球磨機(jī)在單位時(shí)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(jī)的有用功率反映了球磨機(jī)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(jī)產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低球磨機(jī)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(jī)平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)下，球磨機(jī)對(duì)軸承座造成的壓力。該參數(shù)是球磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的綜合反映，并且與球磨機(jī)筒體的重量、內(nèi)部負(fù)荷以及介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。(15)磨機(jī)轉(zhuǎn)速率：磨機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比稱為磨機(jī)轉(zhuǎn)速率。根據(jù)戴維斯介質(zhì)運(yùn)動(dòng)理論，磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速是由磨機(jī)內(nèi)徑?jīng)Q定的[6