某铁矿石球磨与立式搅拌磨磨矿能耗对比研究

1、某铁矿石立式搅拌磨与球磨磨矿能耗对比研究仝丽娟1, 2, ,杨纪昌1, 2，姬建钢1，2，潘卫宁1, 2，王亚珍1, 2，孙小阵1, 21洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 4710392矿山重型装备国家重点实验室（中信重工机械股份有限公司）河南洛阳 471039摘要：立式搅拌磨机通常用来作为粗精矿再磨或者原矿细磨设备，本文利用立式螺旋搅拌磨试验机对某铁矿石进行磨矿试验研究，同时与滚筒球磨机磨矿效果进行了对比，以研究立式螺旋搅拌磨及滚筒球磨机对该铁矿石的磨矿效果。研究显示，在适应的粒度范围内，立式搅拌磨与球磨都具有各自的优势，都能够达到更加高效节能的磨矿效果。关键词：铁矿石；立式

2、搅拌磨；球磨; 磨矿效果。Study On the Energy Consumption of Vertical Stirring Mill and Ball Mill for an Iron Ore Tong Lijuan 1, 2, Yang Jichang1, 2, Ji Jiangang1, 2, Pan Weining1, 2,Wang Yazhen1, 2,Sun Xiaozhen1, 21State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment, Luoyang 4710392Louyang Mining Machinery Engineeri

3、ng Design Institute Co.,Ltd., Luoyang 471039Abstract: Vertical stirring mill is usually used as a grinding equipment for concentrate or fine grated ore. In this paper, the grindind energy consumption of vertical stirr mill was compared with a drum ball mill, to find the grinding effect difference of

4、 theirs for the same iron ore. Research shows that vertical stirring mill and ball mill have their impactful advantages, adapt to the range of particle size, to be able to achieve more efficient energy saving grinding effect.Key wods: Iron ore Vertical stirring mill Ball mill Grinding effect引言立式螺旋搅拌

5、磨机是一种高效的磨矿设备，在铁矿、有色金属矿山都有应用。通常作为细磨设备，主要进行粗精矿再磨或者超细粉磨。立式螺旋搅拌磨机结构是一种外部筒体垂直安装1，内部装有螺旋搅拌装置的磨矿设备，螺旋搅拌器通过搅拌使筒体内部的研磨介质和物料一起上下循环运动，同时研磨介质与物料之间产生冲击和剪切的作用，对物料产生研磨效果。物料一般从筒体的下部入料管泵送给入或从上部入料管泵送给入，通过研磨介质的磨剥剪切作用被高效磨细，粗细不同的颗粒在外力和重力的共同作用下产生分离，细粒级物料不断上升直至在筒体上部溢出，粗粒级物料则留在筒体中继续被研磨直至达到合格的溢流细度。通常立式搅拌磨机与水力旋流器组成回路进行工作2。滚筒

6、式球磨机是通过筒体转动带动研磨介质和物料进行抛落和泻落运动达到对物料的磨矿效果。本文中利用球磨机和立式螺旋搅拌磨机对某铁矿石样品进行了各种细度要求的磨矿试验，以对比二者针对不同磨矿细度要求的磨矿效率，分析其各自的磨矿适宜性。1试验设备和试验样品的制备1.1试验设备试验设备主要包括：实验室颚式破碎机；BOND标准球磨功指数试验机；中信重工CSM-2.2立式螺旋搅拌磨试验系统；200标准筛振筛机以及粒度分析仪器设备。1.2试验样品制备磨矿入料样品：利用实验室颚式破碎机将部分代表性铁矿样品破碎至-1mm，再经过混匀、缩分，制备出Levin试验和立式搅拌磨磨矿试验所需的物料。Bond功指数试验样品：利

7、用实验室颚式破碎机将其余部分代表性铁矿样品破碎至-3.35mm，用于Bond球磨功指数的试验测定。1.3试验样品分析将-1mm的磨矿入料样品进行粒度筛分分析，考察其磨矿初始粒度组成情况。如图1。图1磨矿试验样品粒度双对数分布曲线Fig1 Double Logarithmic Distribution Curve for Grinding Test Sample Size经过分析计算，磨矿产品入料最大粒度为1mm，F80（80%产品通过的粒径）值为724m。2试验结果2.1立式搅拌磨机磨矿试验结果本次试验采用的是中信重工实验室CSM-2.2立式搅拌磨机，磨机参数为：磨机有效容积115L；驱动电机

8、2.2kW；280mm螺旋搅拌器。磨矿条件为：磨矿料浆固含55%，磨矿介质为8mm的钢球。该试验中的功耗是利用KTR扭矩转速测试仪测量并计算得出。试验中将-1mm样品缩分为5份平行样，每份约30kg。分别利用立式搅拌磨进行批次磨矿试验，每次试验磨矿时间分别为：10min、20min、30min、40min、60min，记录每次磨矿搅拌磨扭矩，并计算磨矿吨功耗。最后对磨矿一定时间结束后的卸磨产品烘干取样，进行粒度筛分分析，并找到相应的P80，汇总后，绘制产品P80和吨功耗的变化曲线，该立式搅拌磨试验属于开路湿法磨矿试验。图2产品P80与磨矿吨功耗的变化关系图Fig2 Diagram of Pro

9、duct P80 and The Power Consumption 根据图2分析可知，随着磨矿时间的变化，磨矿吨功耗不断提高的情况下，磨矿产品的粒度逐渐变细，P80越来越小。当吨功耗达到20kWh/t时，产品P80达到37m，功耗继续增大，产品细度变化将越来越轻微，直至吨功耗达到35.5kWh/t时，产品细度P80达到25m，之后随着吨功耗增大，产品细度将基本不再变化。2.2 Levin试验研究Levin试验是J. LEVIN在1989年1月所发表的关于“Bond标准可模型试验研究和细粒级物料的标准可模型试验研究”的论文中提出的3。J. LEVIN认为，Bond功指数均使用-3.35mm的物

10、料，由于Bond球磨机的操作条件是特定的，认为Bond球磨机的每一转能耗等效于实际选厂磨机特定的比能耗，因此J. LEVIN将Bond球磨机的每转等效能耗设定为B值，通过大量的实验室试验和现场数据采集，推断B值是个接近特定值的常数，所以利用Bond球磨机对矿石进行磨矿的输入能耗可以通过B值和磨机磨矿转数的乘积计算。本论文中应用Levin试验对某铁矿石进行了球磨试验研究，用于与立式搅拌磨的磨矿能耗进行对比。该磨矿试验属于干法开路批次磨矿。试验方法如下：（1） 制取一定量的磨矿样品，加入Bond球磨机中进行碎磨试验；（2） 首先粉磨一定转数后，停机取样并进行粒度分析，之后将剩余样品加入球磨机继续粉

11、磨特定转数后，再次取样粒度分析，如此再依次粉磨两次不同的转数，同样每次都取样进行粒度分析。（3） 计算不同转数时的球磨机能耗，并与相应的产品粒度进行分析，绘制相关变化曲线。在磨机输入能耗分别约为5kWh/t、10kWh/t、20kWh/t、40kWh/t和78kWh/t时，磨矿得到磨矿产品进行粒度筛分分析，绘制能耗和产品粒度的关系曲线，分析二者的变化关系。图3 Levin试验吨功耗与产品P80变化关系图Fig2 Diagram of Product P80 and the Power Consumption in Levin Test通过对Levin试验结果的分析，随着磨机转数的增多，磨机的输

12、入能耗增大，磨矿产品粒度逐渐变细，当输入能耗达到40kWh/t时，产品P80为38m，当磨矿能耗继续增大，产品细度变化越来越微弱，直至吨功耗增大为78kWh/t，产品P80减小为26m，之后再随着磨矿吨功耗的输入，产品细度基本不会再发生变化。2.3 Bond球磨功指数试验Bond球磨功指数是Bond对裂缝学说的数学表达，是表征某种矿石可磨度的一个参数4。本试验是按照标准Bond球磨功指数试验流程进行的。将某铁矿石样品分别进行了以150m、106m、75m、45m和38m方孔筛为试验筛孔的球磨功指数试验，并测得其相应的F80、P80以及Gbp，根据式1计算对应的功指数Wib（kWh/t）： 式1

13、式中：F80-入料中80%通过的筛孔尺寸（m）；P80-产品中80%通过的筛孔尺寸（m）；P1-试验筛孔尺寸（m）；Gbp-球磨机每转新生成的试验筛孔一下的物料量（g）。磨矿样品的Bond球磨功指数试验结果以及功指数的计算结果如表1所示：表1 Bond球磨功指数试验结果Tab1 Bond Ball Mill Work Index Test Results 序号参 数试验编号1#2#3#4#5#1P1(m)1501067545382F80(m)196519651965196519653P80(m)118876337274Gbp(g/r)1.4391.1720.9980.6680.5225Wib(

14、kWh/t)16.5417.4017.5920.0521.31当试验测得Bond功指数之后，按照Bond标准公式2计算球磨磨矿的吨功耗W（kWh/t）。 式2式中：F-入料粒度，入料中80%通过的筛孔尺寸（m）；P-产品粒度，产品中80%通过的筛孔尺寸（m）；3试验结果计算与分析3.1立式搅拌磨试验结果分析计算根据立式搅拌磨试验结果，计算立式搅拌磨对该铁矿石的磨矿吨功耗。立式搅拌磨试验属于湿法开路磨矿，因此试验中测定的吨功耗即为其磨矿吨功耗，因此立式搅拌磨磨矿入料为-1mm，F80为724m，磨矿产品P80分别为314m、110m、70m、30m、27m、25m时的磨矿吨功耗见表2所示：表2立

15、式搅拌磨磨矿吨功耗Tab2 Spcial Power Consumption of Vertical stirring mill磨矿入料粒度(m)吨功耗(kWh/t)F80(m)P80(m)-10006.637243149.6011012.567020.123724.802735.50253.2 Bond球磨功指数试验结果分析计算利用Bond球磨功指数计算磨矿吨功耗是根据Bond公式2计算的。由于根据Bond功指数所计算的磨矿吨功耗属于湿法闭路磨矿能耗，因此为了与Levin试验和立式搅拌磨开路试验对比，选择了1.2的开路球磨系数，因此根据公式3计算得到球磨湿法开路磨矿的球磨吨功耗。 式3根据表

16、1中的功指数，计算磨矿入料为-1mm，F80为724m，P80分别为118m、87m、63m、37m、27m时的球磨吨功耗，计算结果见表3。此时计算的球磨吨功耗可直接与立式搅拌磨磨矿能耗进行对比。表3 依据Bond球磨功指数计算的球磨吨功耗Tab3 Spcial Power Consumption of Ball mill According to Bond Ball Mill Work Index磨矿入料粒度(m)吨功耗（kWh/t）F80(m)P80(m)-100010.91 72411814.65 8718.78 6330.64 3739.71 273.3 Levin试验结果分析计算Le

17、vin试验的磨矿吨功耗是根据Levin试验的理论的B值和磨机转数计算的，其计算结果就相当于球磨的磨矿吨功耗，但是由于Levin试验属于干法磨矿，要与立式搅拌磨和球磨功指数计算的吨功耗进行对比，需要考虑干式磨矿系数，此时选择干式磨矿系数为1.3，则根据Levin试验计算结果如表4所示。表4依据 Levin试验结果计算的球磨吨功耗Tab4 Spcial Power Consumption of Ball mill According to Levin Test磨矿入料粒度(m)吨功耗（kWh/t）F80(m)P80(m)-10003.74 7242987.49 16314.97 7329.94 3

18、959.88 263.4试验结果分析根据立式搅拌磨试验结果、Bond球磨功指数结果以及Levin试验结果计算的磨矿吨功耗以及产品粒度，绘制功耗&产品粒度的变化曲线如图4所示，搅拌磨曲线代表湿法搅拌磨开路磨矿，levin试验和BOND功指数曲线代表湿法球磨开路磨矿，二者基本重合，可用于比较搅拌磨和球磨磨矿功效对比。图4 功耗&粒度变化曲线Fig4 Change Curve of Power Consumption & Size （图中粒度为产品P80，为磨矿产品80%通过的粒径）由图4分析可知，该铁矿石在磨矿产品粒度接近105m时，搅拌磨与球磨的功耗一致。产品粒度大于10

19、5m时，球磨的磨矿能耗相比于搅拌磨更低，此时使用球磨进行磨矿更节能。而产品粒度小于105m时，搅拌磨的磨矿能耗相比于球磨更低，此时使用搅拌磨进行磨矿更加节能。4结论（1）磨矿试验结果表明，对于该铁矿石的磨矿，立式搅拌磨可以在一定的粒级范围可明显发挥其效能优势。立式搅拌磨机是通过内部螺旋搅拌器的旋转，带动磨矿介质和物料进行运功，运动方式包括多维循环运动和自转运动5,磨机物料在磨矿介质的重压力和螺旋旋转的挤压力下产生剥磨、擦洗等作用，使得物料产生磨细效果。其中只有很少量的冲击作用在物料上，所以立式搅拌磨更加适用于细磨。因此，该铁矿石磨矿产品P80小于105m时，立式搅拌磨的磨矿效果则更加明显，能够充分发挥其碎磨效果。（2）球磨磨矿试验结果表明，对于该铁矿石的磨矿，输入一