世界自磨機工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

世界自磨機工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1碎磨和選別加工技術(shù)隨著鋼鐵和有色金屬生產(chǎn)的發(fā)展，礦石開采和加工規(guī)模不斷擴大，礦石范疇不斷減少，對礦產(chǎn)范疇的要求越來越高。絕大部分開采出來的原礦要經(jīng)過碎磨和選別加工,才能入爐冶煉。選礦廠的碎磨作業(yè)投資費和經(jīng)營費約占全廠的50%～60%,而磨礦介質(zhì)費用又占較大比例。由于二次大戰(zhàn)后,鋼材價格猛漲,迫使人們以無介質(zhì)磨礦替代有介質(zhì)磨礦,開展了自磨機研究并取得了迅速發(fā)展。結(jié)構(gòu)逐漸成熟,工藝不斷改進,自動控制水平不斷提高。目前,全世界已應(yīng)用了1200多臺,在生產(chǎn)實踐中取得了顯著的效果。2歷史發(fā)展2.1日加工機自磨機1932年,美國Hardinge公司制造了世界第一臺自磨機,規(guī)格為?7.3m×0.9m,至今已有70多年的歷史。20世紀50年代,工業(yè)型自磨機開始應(yīng)用于金屬礦山,使用初期發(fā)展較慢;60年代,逐漸完善,應(yīng)用較多,?9.75m的自磨機已超過10臺。如加拿大沃布什,美國巴特勒、國家、帝國等礦山,澳大利亞薩維奇河礦,以及俄羅斯、挪威等國的礦山;70年代是發(fā)展很快的年代,?9.75m自磨機約有25臺,?10.9m自磨機已超過9臺。除了鐵礦外,有色礦山也較多的采用自磨機。有色礦山由于礦石性質(zhì)變化較大,影響自磨機穩(wěn)定生產(chǎn)和效率,為提高自磨機效率,往往在磨機內(nèi)加3%～12%的鋼球介質(zhì),從而出現(xiàn)了半自磨機。大多數(shù)新建選礦廠方案制定過程中,都考慮過自磨和半自磨機。如美國希賓鐵礦、蒂爾登鐵礦,加拿大艾蘭銅礦、希米爾加米銅礦、洛奈克斯銅礦,瑞典艾蒂克礦、斯蒂肯約克銅礦等;80年代國外鐵礦應(yīng)用較少,而有色礦山,特別是銅礦應(yīng)用較多。?9.75m以上自磨機約有20臺。如美國奇諾銅礦、金塔納銅礦,加拿大海蒙特銅礦,智利迪斯普塔銅礦,菲律賓迪宗銅礦,印度庫德雷穆克鐵礦等;90年代自磨機蓬勃發(fā)展,?9.75m以上的自磨機已超過40臺,其中?11.58m的自磨機2臺。瑞典布利登(Boliden)礦物公司1979年有6個選礦廠用自磨機,處理礦量為41%,到90年代初已達到90%以上?；敿{鐵礦選廠用自磨機2臺;加拿大克拉拉貝爾鎳銅礦選廠用半自磨機1臺,智利埃爾特尼恩特銅礦科隆選廠用?10.97m×4.75m半自磨機1臺,澳大利亞歐魯皮克塔姆選廠用?11.58m×7.77m半自磨機;21世紀初,澳大利亞卡地阿黑勒(CadiaHill)金礦用?12.19m×6.1m自磨機,智利卡拉華西(Collahuasi)礦選廠也使用?12.19m×7.32m自磨機。目前自磨機的規(guī)格不斷擴大,結(jié)構(gòu)性能不斷創(chuàng)新,流程不斷優(yōu)化,向濕式半自磨發(fā)展。2.2選廠的自磨機我國于1959年試制?4m×1.2m的干式自磨機,并于1960年在鞍山燒結(jié)總廠進行試驗,取得一定效果。60年代開始研制濕式自磨機,1969年大冶鐵礦對?5.5m×1.65m濕式自磨機進行試驗,取得良好效果;70年代許多新建選廠一般采用了自磨設(shè)備。如歪頭山鐵礦、東山鐵礦、吉山鐵礦、漓渚鐵礦、石人溝鐵礦、銅礦峪銅礦等選廠采用了?5.5m的自磨機;80年代自磨機應(yīng)用較少,發(fā)展較慢,從而拉大了與國外的差距。銅錄山銅鐵礦、金山店鐵礦等選廠應(yīng)用?5.5m自磨機,德興銅礦應(yīng)用?7.5m×2.8m自磨機,也是我國生產(chǎn)最大規(guī)格的自磨機;90年代,新疆阿希金礦、武山銅礦采用了?5.5m的自磨機。2000年城門山銅礦采用?5.5m自磨機。目前,銅陵有色金屬公司冬瓜山銅選廠采用瑞典Svedala集團制造的?8.53m×3.96m的半自磨機,昆明鋼鐵公司大紅山鐵礦選廠采用芬蘭Metro集團制造的?8.53m×4.42m半自磨機。現(xiàn)已有60多個選廠使用150多臺自磨(半自磨)機,其中多數(shù)為濕式短筒型自磨機。3結(jié)構(gòu)創(chuàng)新進展3.1筒型磨機的特點自磨機筒體長度與筒徑之比(長徑比),是重要的結(jié)構(gòu)參數(shù),它是磨礦效率和磨機造價的重要影響因素。濕式自磨機長徑比為0.3～2,干式自磨機為0.23～0.3。由于長徑比的大小不同,分為短筒型自磨機(0.3～0.5),研制生產(chǎn)的國家有北美、澳大利亞、俄羅斯、中國等;長筒型自磨機(1～2),研制生產(chǎn)的國家有南非、瑞典、挪威、芬蘭等斯堪的納維亞半島的一些國家。近年來,兩種型式自磨機并行發(fā)展。短筒型自磨機筒體直徑大,物料間沖擊作用大,有利于磨礦,礦漿在磨機內(nèi)停留時間短,有利于礦漿及時排除,減少過磨,不產(chǎn)生偏析(大粒度礦石集中一端,小粒度集中在另一端),有一定端壁效應(yīng)(端部對物料提升的作用),有利于磨礦效率的提高,并可制成大功率的自磨機,如?12.19m×6.7m的自磨機,電機功率19388kW。但存在易受物料性質(zhì)變化的影響,生產(chǎn)易波動,不易操作,襯板磨損快,制造難度大,特別是端蓋、大齒輪加工復(fù)雜,對相同功率和生產(chǎn)能力的自磨機,短筒型磨機較長筒型磨機造價高,故障多,產(chǎn)品粒度粗,需兩段磨礦才能達到最終產(chǎn)品要求。長筒型自磨機由南非的杰克森博士首先研制成功,磨機筒體轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的90%,磨礦過程中由于轉(zhuǎn)速高,主要靠摩擦力粉磨礦石,沖擊作用小,襯板平滑,礦漿在磨機內(nèi)停留時間長,物料性質(zhì)變化影響小,生產(chǎn)穩(wěn)定易于操作,一段磨礦可以達到產(chǎn)品細度要求;襯板磨損慢,使用壽命長,制造比較容易,造價較低,故障少,維修方便。但設(shè)計要求筒體的強度足可以跨接磨機兩端的兩個軸承,由此也增加了造價。易產(chǎn)生偏析作用,端壁效應(yīng)弱,易產(chǎn)生過磨,磨礦效率較低,難以制成大功率磨機。通過上述分析可以看出兩種筒型自磨機各有利弊,但從發(fā)展趨勢看,短筒型優(yōu)于長筒型自磨機。美國多爾(A.ADor)研究認為,當(dāng)自磨機長徑比為0.6～0.8時,磨機內(nèi)表面積即筒體、端蓋及襯板的面積最小,能降低磨機重量和制造成本。近年,國外短筒型磨機筒體有加長趨勢。3.2驅(qū)動方法3.2.1大齒圈和雙機傳動自磨機的驅(qū)動,開始沿用球磨機小齒輪驅(qū)動,固定在筒體上的大齒圈,帶動筒體旋轉(zhuǎn)的齒輪。隨著自磨機功率加大,由于單個小齒輪所能承受功率限制(一般單個齒輪最大傳動功率不超過5960～6700kW),電動機難以把能量通過單個小齒輪傳給齒圈。一般磨機功率大于6000kW,要備2臺電機,在一個大齒圈上有2個小齒輪工作,出現(xiàn)了2臺電機的功率平衡問題,而且大齒圈實際面寬也很難與小齒輪完全吻合。美國Allis公司為智利EScondida銅礦制造?10.97m×5.18m半自磨機,大齒圈?13.2m,重86t,由2臺功率6714kW的同步電機驅(qū)動。因驅(qū)動方式影響機械效率,增加占地面積和維修量。為提高傳動系統(tǒng)效率,減小大齒圈的寬度,降低制造成本,Krupppolysius公司生產(chǎn)的?9.75m×4.72m和?10.36m×5.18m半自磨機,采用了多齒嚙合的組合柔性傳動方式,單機傳動系統(tǒng)有2個小齒輪與大齒圈嚙合,雙機傳動系統(tǒng)有4個小齒輪與大齒圈嚙合。運轉(zhuǎn)過程中,由于小齒輪具有自調(diào)節(jié)功能,可以平衡大齒圈運轉(zhuǎn)偏差,并使各小齒輪具有相同的扭矩。兩種規(guī)格的自磨機分別在伊朗某鐵礦和澳大利亞的一個銅礦應(yīng)用,并取得了預(yù)期的效果。3.2.2自然發(fā)展設(shè)備采用低速同步環(huán)型電機,將電機轉(zhuǎn)子固定在自磨機的筒體上,直接驅(qū)動筒體轉(zhuǎn)動,取消了齒輪減速裝置,克服了齒輪傳動帶來的缺點和問題,是自磨機傳動方式的重大進展。瑞典BolidenAllis公司生產(chǎn)2臺?9.75m×4.57m自磨機,用于智利Chuquicamata銅礦取得良好效果。目前世界上已有20多臺(大部分為?10.97m)環(huán)型電機直接驅(qū)動的自磨機(半自磨機)在金屬礦山選廠應(yīng)用。生產(chǎn)實踐表明:與常規(guī)齒輪傳動比,具有傳動功率大,可傳遞功率達到26000kW,為磨機大型化發(fā)展提供了條件;傳動鏈短,傳動效率高;易于實現(xiàn)磨機調(diào)速、運轉(zhuǎn)率高、維修量少、占地面積小的優(yōu)越性。3.2.3防止磨機破碎磨機處理量隨礦石硬度減小而增大,如果磨機操作球荷較大,磨的又是硬礦,一旦換成較軟的礦石時,磨機會把礦石磨盡,造成后續(xù)分選設(shè)備過負載而影響作業(yè)穩(wěn)定,降低選礦回收率。采用變速驅(qū)動,保持給礦量恒定情況下,可降低磨機轉(zhuǎn)速,從而保證磨機內(nèi)的料荷水平,防止磨機因負荷充填率較低,鋼球掉落襯板上造成襯板的破裂,并可讓給礦中粗顆粒得到最終理想的磨礦產(chǎn)品粒度。當(dāng)磨機襯板隨著磨損量的增加而降低磨機的有效直徑,從而改變磨機的合適轉(zhuǎn)速時,變速驅(qū)動可進行相應(yīng)調(diào)整。隨著自磨(半自磨)機向大型化發(fā)展,將對磨機和磨礦介質(zhì)損壞存在潛在可能性加大。當(dāng)磨機需要以低的總負荷運轉(zhuǎn),采用變速驅(qū)動,可降低磨機轉(zhuǎn)速以保證設(shè)備的安全。磨機變速驅(qū)動的實施。環(huán)型電機的低速(10r/min)變速,是用雙向離子變頻同步電機實現(xiàn)雙向變速時保持額定扭矩,能連續(xù)慢速運轉(zhuǎn),效率高;中速變速(1級齒輪傳動,小齒輪轉(zhuǎn)速180r/min),由電機和變頻器組成直流驅(qū)動裝置,雙向變速保持恒定扭矩,但效率較低;高速變速(2級齒輪傳動,小齒輪轉(zhuǎn)速900r/min),采用流體變阻器起動,線圈轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機,保持額定轉(zhuǎn)矩。3.3加磨機長度和占地面積增加傳統(tǒng)磨機筒體支承采用耳軸軸承,需從磨機筒體經(jīng)端蓋轉(zhuǎn)移到耳軸軸承,主要問題是機體受力狀態(tài)不佳,還需制造復(fù)雜的端蓋和耳軸軸承,制造成本高,增加了磨機長度和占地面積。20世紀90年代以來,生產(chǎn)的磨機采用筒體支撐軸承,是將筒體支撐在多個液壓滑瓦軸承上,使磨機本體、襯板及充填的物料和介質(zhì)的重量直接傳遞到軸承上,改善了受力狀態(tài),不需端蓋和耳軸笨重的鑄件,方便筒體和端蓋的制造加工,降低制造成本。筒體給料斜槽設(shè)置,方便給料,磨機運轉(zhuǎn)過程中的擺動和偏心,可通過各軸瓦的自調(diào)節(jié)功能進行校正,每個軸承內(nèi)設(shè)有負荷傳感器,可隨時掌握磨機負荷。4流程和控制4.1濕式半自磨磨礦干式自磨采用風(fēng)力排礦與分級,不需水力運輸,對于干燥缺水地區(qū)或天寒易凍地區(qū)較為合適。生產(chǎn)能力較高,產(chǎn)品粒度均勻。但對給礦濕度要求嚴格,要增加干燥措施,且風(fēng)力系統(tǒng)復(fù)雜,基建投資和能耗較高。粉塵污染,風(fēng)路系統(tǒng)磨損嚴重;濕式自磨機對大多數(shù)礦石都可應(yīng)用,能耗低,分級系統(tǒng)簡單,不產(chǎn)生粉塵,環(huán)境污染少,基建投資低。20世紀70年代以來,濕式自磨占主導(dǎo)地位。目前,國內(nèi)外發(fā)展趨向是濕式自磨,早期建設(shè)的干式自磨選廠,大多改為濕式自磨,并取得良好效果。濕式半自磨在機內(nèi)加入3%～12%鋼球介質(zhì),可以提高處理能力,降低能耗,已成為重要的磨礦方式。工藝流程取決于礦石組成及物理機械性質(zhì),礦石嵌布粒度因素影響磨礦段數(shù),礦石在自磨機中能否產(chǎn)生臨界粒度(難磨顆粒)物料積累,決定流程調(diào)和選擇。由于難磨顆粒阻礙了正常自磨-球磨工藝流程的高效率磨礦,往往在自磨機中加球荷形成半自磨機;也可在閉路流程添加細碎破碎機,把從自磨機排出來難磨顆粒細碎后再返回自磨機,還可添加細碎機和干式選別設(shè)備,把排出的難磨顆粒細碎后經(jīng)干選剔出部分廢石后再返回自磨機。通常采用的工藝流程為自磨-干選;自磨-球磨-破碎(ABC流程);半自磨-球磨;半自磨-球磨-破碎(SABC流程);自磨-礫磨-破碎(APC流程);半自磨-礫磨-破碎(SAPC流程)。要根據(jù)礦石物理機械性質(zhì)進行小型試驗、半工業(yè)性試驗結(jié)果,選擇合適的工藝流程。4.2利用自動控制給礦量或加負荷過流器自磨、半自磨對礦石性質(zhì)變化是非常敏感的,而礦石性質(zhì),因礦體、礦段成因不同,差異很大,使磨礦效率有較大波動性,特別是礦石的硬度變化,將嚴重影響磨機生產(chǎn)穩(wěn)定性。如美國奇諾選礦廠,2a生產(chǎn)統(tǒng)計表明:因礦石硬度變化造成半自磨機給礦量變化范圍275～1175t/h,變化如此之大,是人力操作無法控制的。隨著微電子技術(shù),特別是計算機技術(shù)的發(fā)展,大多數(shù)自磨、半自磨工藝流程采用計算機控制。為精確控制,必須及時獲取并顯示磨機操作狀況的變量信息:給礦量、給礦粒度組成、循環(huán)負荷、磨機功率、負載體積、礦漿濃度、轉(zhuǎn)速、裝球量等。給礦量和給礦粒度的組成,可通過各種型號粗粒度監(jiān)測儀進行監(jiān)測。路斯布朗恩斯選礦廠采用圣地哥的Contac公司粗粒度監(jiān)測儀,用一個強光源、電視攝像機和微處理機,能快速掃描成像,監(jiān)測給礦量和粒度組成,工人調(diào)節(jié)給礦堆下不同給粒度板式給礦機的給礦量,以保持半自磨機給礦最佳粒度分布;通過安裝在返礦輸送機上或砂泵排料作業(yè)線上測量裝置來監(jiān)測循環(huán)負荷量,或者在ABC流程中,利用自動控制分配閥調(diào)節(jié)破碎機排礦循環(huán)負荷。海芒特銅礦選廠采用一個與遙控信號相連的自動控制分配閥,將破碎機排礦可返回自磨機作循環(huán)負荷,或者給入球磨機作為給礦。當(dāng)球磨機達到最大負荷時,遙控自動控制閥門把破碎機排礦返回自磨機,當(dāng)自磨機達到能力限度時,再將破碎機排礦給到球磨機。從而使自磨機與球磨機間負荷達到平衡;磨機功率可以反映磨機負荷情況以及功率利用率,它隨負載體積增大,逐漸達到最大值,然后開始下降。多數(shù)情況下軸承潤滑壓力能提供與磨機負載體積相近的讀數(shù),使用軸承測壓儀可測得負載體積的變化。聲波傳感器可測得磨機功率,并能提供負載體積的信息。工作人員可在中央控制室內(nèi)得到整個流程運行情況和信息,進行自動調(diào)節(jié)或指令性調(diào)節(jié),由監(jiān)管計算機通知操作人員直接調(diào)節(jié)。已從靜態(tài)穩(wěn)定控制逐步過渡到機理狀態(tài)最優(yōu)的動態(tài)穩(wěn)定控制。奇諾選礦廠對半自磨流程采用PID控制器進行反饋控制,利用變速給礦機控制給礦量;半自磨給水與給礦按比例添加,通過控制給礦量維持磨機功率和軸承壓力。采用變速砂泵控制排礦泵池液位,采用變阻器控制磨機轉(zhuǎn)速。磨機給礦量控制是通過與之串聯(lián)的功率和軸承壓力控制器的設(shè)定值來進行調(diào)整。80年代以來投產(chǎn)的卡林金礦選礦廠的半自磨流程,采用了PC-基本專家控制系統(tǒng),使磨機產(chǎn)量提高8%。5工藝流程設(shè)計自北美及南非從20世紀50年代自磨機、半自磨機在金屬礦山應(yīng)用以來,經(jīng)過60多年的生產(chǎn)實踐表明:它與常規(guī)碎磨流程相比,取消了中碎以及細碎破碎機、膠帶輸送機、轉(zhuǎn)運站及建筑廠房,不僅基建速度快,而且基建費用低;不用或少用鋼球介質(zhì)而減少磨礦介質(zhì)消耗,降低磨礦費用;磨礦過程中產(chǎn)生游離鐵少,產(chǎn)品解離度好,有利于后續(xù)浮選作業(yè);操作人員少,對工資總額占成本比例較大的國外礦山,如布干維爾銅礦占25%以上,高原谷銅礦占32%,可降低成本;單系列處理能力大,可達2.5萬t/d,大型礦山選礦廠采用自磨、半自磨系列少,設(shè)備配置緊湊,便于生產(chǎn)管理,如高原谷銅礦,處理量13.3萬t/d僅用5個系列。美國Placer開發(fā)集團對其所屬的澳大利亞Kidston金礦,采用半自磨-球磨流程和對其所屬的美國GoldenSunlight金礦,采用三段一閉路破碎-棒磨-球磨流程進行經(jīng)濟性對比表明:半自磨-球磨流程比破碎-棒磨-球磨流程基建投資低38%,單位礦石成本低7%。這由于半自磨購置費低于中細碎圓錐破碎機,產(chǎn)品粒度較細碎破碎機小,后續(xù)磨礦費用低,設(shè)備數(shù)量少,操作工人少,勞務(wù)費用低,維修費用低。波立登礦業(yè)公司艾蒂克選廠,一個系列采用棒磨-礫磨,處理礦石能力10000t/d,另一個系列采用自磨-礫磨,處理礦石能力13000t/d,通過兩個系列對比表明:棒磨-礫磨的銅回收率為91%,混合浮選掃選尾礦含銅0.04%,銅精礦品位28%;而自磨-礫磨的銅回收率為93%,混合浮選掃選尾礦含銅0.02%,銅精礦品位30%。我國銅陵冬瓜山銅礦選礦廠屬獅子山礦區(qū)深部大型高硫礦床。1999-12月,瑞典Sve-dala公司提交冬瓜山銅礦半自磨小型批量試驗報告,采用半自磨-球磨的流程技術(shù)。在可行性研究設(shè)計中,對用半自磨-球磨流程與三段一閉路破碎-球磨流程進行對比,認為半自磨-球磨流程工藝配套簡單,基建費用低,生產(chǎn)易管理,對含泥、含水量較高的冬瓜山高硫礦石更具有優(yōu)越性。工程造價節(jié)省1129萬元,生產(chǎn)成本每年減少172萬元。隨著自磨、半自磨技術(shù)的研究發(fā)展,工藝流程的完善和改進,許多早期應(yīng)用自磨機的選廠進行技術(shù)改造,用新的工藝流程替代原有流程,使自磨技術(shù)的應(yīng)用效果更加明顯。美國希賓鐵燧石公司選礦廠9個磨礦系列,采用?10.97m×4.57m濕式自磨機的一段自磨工藝,為提高自磨機的生產(chǎn)能力,先將一個系列的工藝流程改為自磨-破碎-干選流程,將38～6.35mm的自磨機筒篩篩上物料進行干式磁選剔出廢石后,進入Nordberg的WF-300型水沖擊破碎機,給礦濃度55%,最小排礦口8mm,排料粒度為12.7～0mm的落入泵池中,并泵回自磨機,使自磨機產(chǎn)量提高15.5%,電耗降低10%。加拿大國際鎳公司克拉拉貝爾選礦廠,原工藝流程為棒磨-球磨,為提高生產(chǎn)能力,降低電耗進行技術(shù)改造,改造后的工藝流程為半自磨-球磨-破碎流程。該系統(tǒng)生產(chǎn)能力為2.17萬t/d,使用?10m×4m半自磨機排料進入?4.2m×3.9m圓筒篩,篩孔尺寸為19mm,篩上產(chǎn)品進入?2.1m短頭型圓錐破碎機,排料返回半自磨機,篩下產(chǎn)品泵送給入?4m×5.5m球磨機。由于破碎機引入碎磨過程,使半自磨機產(chǎn)量增加50%以上,進一步降低了能耗。美國國家鋼球團公司基威廷球團廠,