转速率与填充率对球磨机磨矿产品粒度影响的试验研究.pdf

2 0 i 3 年第3 期有色金属 选矿部分 4 5 d o i 1 0 3 9 6 9 ／j ．i s s m l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 3 ．0 1 2 转速率与填充率对球磨机磨矿产品粒度影响的 试验研究 李鸿程，董为民1 ，姚辉2 ，任海1 1 ．昆明理工大学机电工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ；2 ．金川集团有限公司，甘肃金昌7 3 7 1 0 0 摘要通过对转速率选取三个不同的值、填充率选取四个不同的值，在一台q ／0 0 0m m 4 0 0m i l l 的球磨机试验样机 上进行全组合试验，得到了不同转速率和填充率的产品粒度分布，计算出各粒级的产率，根据介质运动的基本规律分析转速 率、填充率对产品粒度的影响机理。 关键词球磨机；填充率；转速率；粒度；介质运动规律 中图分类号T D 9 2 1 ．4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 3 - 0 0 4 5 - 0 4 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nt h eI m p a c to fR o t a t i o nS p e e dR a t ea n dF i l l i n gR a t eo nt h eP a r t i c l e S i z eo ft h eG r i n d i n gP r o d u c to fB a l lM i H L IH o n g c h e n 9 1 ，D O N GW e i m i n l ，Y A OH u i 8 ，R E NH a i l 1 ．F a c u l t yo fM e c h a n i c a la n dE z e c t r i c a lE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ；2 ．J i n c h u a nG r o u pC o ．，L t d ．，J i n c h a n gG a n s u 7 3 7 1 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t C o m b i n a t i o ne x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t b ys e l e c t i n g t h r e ed i f f e r e n tv a l u eo fr o t a t i o n s p e e dr a t ea n df o u rd i f f e r e n tv a l u eo ff i l l i n g r a t eu s i n ga 中6 0 0m m 4 0 0m me x p e r i m e n t a lp r o t o t y p eb a l l n f i l l ．T h es i z ed i s t r i b u t i o nr e s u l t sw e r eo b t a i n e da td i f f e r e n tr o t a t i o n s p e e dr a t e a n dd i f f e r e n tf i l l i n gr a t e ． T h ey i e l do fd i f f e r e n ts i z ef r a c t i o n sw a sc a l c u l a t e d ．T h ei n f l u e n e eo fr o t a t i o ns p e e dr a t ea n df i l l i n gr a t eo n p a r t i c l es i z ew a sa n a l y z e da c c o r d i n gt ot h em e c h a n i s mo fr o t a t i o n ． K e yw o r d s b a l lm i l l ；f i l l i n gr a t e ；r o t a t i o ns p e e dr a t e ；p a r t i c l es i z e ；m o t i o nl a wo ft h em e d i u m 转速率和填充率是球磨机两个重要的工作参 数。研磨介质的运动状态直接影响被磨矿物的产品 粒度，而磨机内介质的运动状态主要由磨机的转速 率及填充率来决定，一定转速率下均有对应的适宜 的填充率[ 1 ] ，将填充率与转速率综合分析，才能 更加准确地研究磨机不同运行状况也即磨机不同工 作参数组合对产品粒度的影响。本文对球磨机的转 速率选取了三个变量，填充率选取四个变量做了全 组合试验。根据试验结果，分析了转速率和填充率 对产品粒度的影响机理。 1 试验设备及方案设计 试验球磨机的直径为6 0 0m l n ，筒体长度为 4 0 0m m 。试验中使用变频调速器调节球磨机转速。 采用磅秤称量磨球和物料的重量，使用电子天平称 量取样物料的重量，用Z B S X 一9 2 A 型振击标准振筛 机对产品进行筛分。 为了从试验中得到转速率和填充率对产品粒度 的影响规律，选取三个不同的转速率和四个不同填 充率进行全组合粉磨试验，每组研磨5 0m i n 。球 磨机的正常工作状态为抛落式，此时转速率的值大 约为1 0 ％～9 0 ％，试验中球磨机的转速率取5 0 ％、 7 0 ％和9 0 ％。根据长期生产实践的总结，球磨机填 充率一般控制在2 0 ％～5 0 ％，为了弄清楚填充率对 磨矿效率的影响作用，选取2 0 ％、3 0 ％、4 0 ％和 5 0 ％四个不同的填充率进行试验[ 1 ] 。球料比与磨机 收稿日期2 0 1 2 0 5 1 5修回日期2 0 1 3 - - 0 2 2 5 作者简介李鸿程 1 9 8 7 一 男，云南建水人，机械设计及理论专业硕士研究生，主要研究方向为碎磨设备设计与研究。 万方数据 4 6 ‘ 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第3 期 的有效功率有着密切的关系，一般认为当物料的 填充率为孔隙体积的0 ．6 ～1 ．2 倍时，球磨机具有较 好的粉磨效率[ 2 - 3 ] ，本试验中选0 ．6 。球的配比有8 种方法m ] ，在本次试验中用个数相等法配球。所 用研磨介质为钢球，其直径为2 0 、3 0 、4 0m m 。 通过分析计算，本试验的参数如表1 和表2 所示。 表1 T a b l e 转速率和变频器输出频率的对应关系 1 C o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nr o t a t i o n s p e e dr a t ea n dt r a n s d u c e rf r e q u e n c y 表2 T a b l e 各填充率所需加的矿石和钢球的质量 2T h er e q u i r e m e n t so fb a l lq u a l i t ya n do r e q u a l i t ya td i f f e r e n tl o a d s詹 2 试验步骤 根据所设计的试验方案，制定试验步骤，具体 步骤为1 对磨机进给物料进行干式筛分，分析 进给物料的粒度组成，绘制进给物料的粒度曲线； 2 按照计算好的钢球重量、物料重量给球磨机填 料，关闭进料口，调节变频器至预定的值，启动球 磨机，并开始计时；3 磨矿5 0m i n 以后，换上取 料板，低速旋转球磨机，取出所有的磨球和物料； 4 对取出的物料进行干式筛分，用电子天平对各 个粒级进行称重，记录数据；5 按步骤2 ～4 进行 下一组试验；6 整理数据，对数据进行分析研究。 3 试验结果及分析 3 ．1 进给物料的粒度分析 对进给物料进行筛分后，用电子天平称出各个 粒级的质量并计算负累计产率，如表3 所示。 为了更直观地看出进给物料的粒度组成，根 据表3 的数据绘制进给物料的负累积粒度曲线， 如图1 所示。图中的曲线经过最小二乘法拟合 而成，用M a t l a b 软件绘制[ 6 ] ，图中的圈为原始数 据点。 矿石粉磨的一般工艺是先碎矿再磨矿，2 ．8 ～8 表3进给物料各级粒度的质量和累积产率数据 T a b l e3T h ed a t ao fm a s sa n dn e g a t i v ec u m u l a t i v e y i e l do ff e e dm a t e r i a l s 堡 褂 牝 器 睇 i ／ } ／． ，。 ／。 ／ ， o．／ ．／ ，广 粒度／n u n 图1 进给物料的负累积粒度曲线 F i g ．1N e g a t i v ec u m u l a t i v es i z ec u r v eo ff e e dm a t e r i a l s m m 这一粒度范围相当于工业生产中细碎后的产品 粒度，即磨机的给矿粒度。 3 ．2 转速率和填充率对产品的粒度影响 在本试验中利用干式振筛机对产品进行筛分， 然后利用电子天平称取各个粒级的重量，计算出各 个粒级产率，如表4 所示。 从表4 中我们可以看出，不同转速率和填充率 表4不同转速率和填充率条件下磨矿产品各粒级产率 T a b l e4T h ey i e l do ft h ep r o d u c tp a r t i c l es i z ea t d i f f e r e n tr o t a t i o ns p e e dr a t e o ．8 5 02 5 ．23 5 ．4 37 3 ．77 3 ．9 35 ．0 83 ．5 76 ．5 4 2 6 ．2 74 ．5 21 0 ．9 91 4 ．6 63 1 ．3 5 - 0 ．8 5 啪．7 1 04 ．3 13 ．25 ．8 30 ．8 61 ．5 9 1 ．9 1 3 ．4 1 2 ．0 13 ．0 22 ．1 3 0 ．7 80 ．8 6 _ o ．7 1 D m ．5 0 01 ．7 27 ．1 22 ．9 90 ．3 81 ．2 42 ．5 63 ．1 94 ．1 2 2 ．1 41 ．8 72 ．95 ．8 8 _ o ．5 0 0 O ．4 2 50 ．4 8 1 ．4 40 ．9 50 ．5 61 ．1 4 1 ．6 4 2 ．0 9 0 ．5 11 ．6 10 ．5 1 0 ．6 40 ．6 8 - 0 ．4 2 5 o ．3 5 51 0 ．6 96 ．6 22 ．0 2 0 ．6 96 ．8 69 ．81 1 ．1 20 ．3 81 ．2 11 1 ．6 2 ．6 4 3 ．7 8 - o ．3 5 5 0 ．3 0 03 0 ．6 11 8 ．64 ．0 31 ．0 83 2 4 1 ．0 22 5 ．0 9 2 9 ．3 92 8 ．4 53 4 ．4 81 9 ．3 1 1 6 ．6 8 - o ．3 0 ∞_ o ．2 5 05 ．3 4 7 ．8 13 ．1 23 ．7 911 ．3 8 7 ．3 81 2 ．4 51 4 ．4 511 ．4 69 ．4 61 4 ．7 11 1 ．0 4 _ 0 ．2 5 0 0 ．2 1 26 ．5 7 6 ．5 43 ．2 9 7 ．4 21 5 ．0 36 ．1 21 3 ．8 35 ．3 81 6 ．8 67 ．8 91 5 ．7 91 3 ．0 1 0 ．2 1 2 0 ．1 8 01 ．2 11 ．2 20 ．5 4 0 ．8 42 ．8 72 ．5 42 ．5 2 1 ．8 9 2 ．1 3 2 ．1 6 5 ．5 4 2 ．2 9 - o ．1 踟H J 0 ．1 5 01 ．1 6 0 ．2 70 ．1 30 ．8 7 0 ．2 10 ．5 80 ．4 7 0 ．3 83 ．1 90 ．5 7 2 ．4 5 0 ．3 3 - 0 ．1 5 0 m ．1 2 51 - 7 21 ．1 90 ．5 40 ．6 43 ．6 64 ．2 41 ．7 82 ．3 5 3 ．7 5 2 ．0 5 4 ．1 7 2 ．7 4 ．o ．1 2 5 0 ．0 9 03 ．3 5 2 ．5 50 ．83 ．1 32 ．1 l3 ．3 73 ．53 ．1 17 ．2 44 ．“7 ．7 43 ．7 5 - 0 ．0 9 0 0 ．0 7 51 ．3 6 0 ．7 80 ．5 20 ．5 71 ．5 6 1 ．4 1 1 ．7 7 0 ．8 21 ．7 8 0 ．9 7 0 ．6 2 0 ．7 7 _ 0 ．0 7 56 ．2 8 7 ．2 3 1 ．5 4 2 ．2 41 5 ．”1 3 ．8 61 2 ．2 48 ．9 41 2 ．6 41 0 ．8 88 ．0 56 ．8 4 万方数据 2 0 1 3 年第3 期 李鸿程篁 堑垄皇皇堕壅奎型壁壁垫壁笙兰曼垫鏖墅堕竺堕墅堕窒 竺． 下的产品粒度分布差异是非常明显的。下面将粒度 分为细、中、粗三个等级进行定量的分析，并根据 数据结合磨矿理论找出产品粒度差异的原因。这里 将粒度为小于0 ．3m l n 的产品定义为细粒产品，将 粒度为0 ．3 ～0 ．6n l l n 的产品定义为中间粒度产品， 将粒度为0 ．6 ～0 ．8 3B i n 的产品定义为粗粒产品。 3 ．2 ．1 转速率和填充率对细粒产品的影响机理 不同转速率和填充率下细粒产品的产率如表5 所示。 表5不同转速率和填充率下的细粒产品产率 T a b l e5T h ey i e l do ft h ef i n eg r a i ns i z ep r o d u c t s ／％ 从表5 中可以看出，转速率和填充率对细粒 产品的影响规律是非常明显的。转速率一定时，随 着填充率的增加，细粒产品的产率在减少。这是因 为转速率一定，填充率提高以后，钢球抛落的距离 变短，冲击能量和磨剥能量降低，使细粒产品的产 率下降。所以可以总结出填充率的提高会导致细粒 产品产率减少，从而使研磨产品的粒度较大。 当填充率一定时，转速率对产品粒度的影响也 是非常有规律的。在转速率为5 0 ％时，细粒产品的 产率较低；转速提高到7 0 ％以后，细粒产品的产率 迅速提高；当转速率提高到9 0 ％时，细粒产品的产 率都有一定的下降，只有在填充率为2 0 ％时，有略 微的增加。下面根据介质运动的基本规律分析隐藏 在这一规律背后的原因。 根据公式E7 ] 仁掣 ㈤ 式中卜磨机转一转磨球循环的次数； R 。一最外球层半径； R 2 _ 一最内球层半径； 删磨机转速率。 由上式可知填充率一定时，转速率越大，R 与R 。的比值越大，．，值就越小；转速率一定时，填 充率越高，尺与R 。的比值越小，- ，值就越大。 转速率一定，随着填充率提高，一方面，由于 钢球抛落的距离变短，所携带的能量变低，钢球对 矿粒的冲击能量和磨剥能量降低；另一方面，根据 式 1 可以看出，磨球的循环次数在增加。此时， 细粒产品的产率在下降，说明转速率一定填充率提 高时，钢球的能量减小是导致细粒产品产率下降的 主要因素。 填充率一定时，随着转速率的提高，一方面， 钢球所获得的动能增加，则冲击能量和磨剥能量增 加，另一方面，磨球的循环次数在减少。此时，细 粒产品的产率总的来说呈现出先增加后减少的规 律，在转速率为5 0 ％其产率非常低，转速率提高到 7 0 ％时其产率大幅增加，转速率提高到9 0 ％时则有 所下降，不过在填充率为2 0 ％时却反而有略微的增 加。这说明转速率为5 0 ％～7 0 ％时，钢球携带能量 的多少是影响细粒产品产率的主导因素；转速率为 9 0 ％时则磨球的循环次数为主导因素。另外，填充 率为2 0 ％、转速率为9 0 ％时，钢球携带能量的多 少依然影响很大。通过分析可知，填充率较低时， 可以将转速率提高到较高的值以加快研磨进程，填 充率大于2 0 ％后，则应适当的提高转速率，转速率 过高反而会导致细粒产品产率下降。 3 ．2 ．2 转速率和填充率对中间粒度产品的影响机理 不同转速率和填充率下中间粒度产品的产率如 表6 所示。 表6不同转速率和填充率下中间粒度产品产率 T a b l e6T h ey i e l do ft h em i d d l eg r a i ns i z ep r o d u c t s ／％ y 中 Q 中 7 粗- 中- T 中细 ／Q 总 2 式中y 中一中间粒度产品的产率； Q 中一进给物料中中间粒度产品的含量； yg t - 中一粗粒度产品被磨碎为中间粒度 产品的产量； y 中期一中间粒度产品被破碎为细粒度 产品的产量； Q 总一物料的填充量。 从公式 2 可以看出，中间粒度产品的产率受 到多个因素的影响，和进给物料的粒度组成情况以 及粗粒度产品和中间粒度产品的破碎程度有关，与 转速率和填充率没有直接的关系。 3 ．2 ．3 转速率和填充率对粗粒产品的影响机理 不同转速率和填充率下粗粒产品的产率如表7 所示。 万方数据 4 8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第3 期 表7不同转速率和填充率下的粗粒产品产率 T a b l e7T h ey i e l do ft h ec o a r s eg r a i ns i z ep r o d u c t s ／％ 从表7 中可以看出，当填充率一定时，随着转 速率的增加，粗粒产品的产率表现出先减少、后增 加或保持不变的规律。当转速率一定时，随着填充 率的增加，粗粒产品的产率在增加，只有转速率为 7 0 ％、填充率为3 0 ％时出现较小的跳动。 粗粒矿粒破碎主要以冲击破碎为主，破碎粗粒 矿粒时需要的冲击能较大，而转速率较低时，钢球 获得的能量较低，对矿粒的冲击能较低，有可能低 于矿粒破碎阈值而造成对矿粒无效冲击，也即矿粒 不会发生破碎[ s | ，所以低转速对粗粒物料的粉磨效 果最差。随着转速的提高，粗粒产品的产率迅速下 降，这是因为转速率提高后，钢球冲击矿粒时冲击 能增加，从而加大了粗粒矿粒的破碎率。如果转速 率继续增加，当接近临界转速时，粗粒产品反而不 容易被破碎，这是因为转速率过高后，虽然钢球冲 击能提高了，但钢球的循环次数下降很快，单位时 间内钢球冲击次数减少，粗矿粒破碎概率降低。 4 结论 通过试验，得到不同转速率和填充率下磨矿 5 0m i n 的产品粒度，计算得出各粒级的产率，然 后将产品粒度分为粗、中、细三个等级，分析产品粒 度随转速率和填充率变化的趋势，得到以下结论 1 转速率一定时，随着填充率的增加，细粒 产品的产率减少。在转速率为5 0 ％时，细粒产品的 产率较低；转速提高到7 0 ％以后，细粒产品的产率 迅速提高；当转速率提高到9 0 ％时，细粒产品的产 率有一定的下降。 2 当转速率一定时，随着填充率的增加，粗 粒产品的产率增加。当填充率一定时，随着转速率 的增加，粗粒产品的产率表现出先减少、后增加或 保持不变的规律。 结合介质运动规律分析上述趋势的原因转速 率和填充率的变化导致钢球对矿粒冲击能量和磨剥 能量、冲击频率以及循环次数变化；转速率一定、 填充率较高时，钢球能量的多少是影响产品产率的 主要因素；当填充率一定、转速率为5 0 ％～7 0 ％时， 钢球能量的多少是影响产品粒度的主导因素；转速 率为9 0 ％时，钢球的循环次数是影响产品粒度的主 导因素。 参考文献 [ 1 ] 孙军锋，董为民，张建勇，等．填充率与转速率对球磨机 功率影响的研究[ J ] ．矿山机械，2 0 0 9 ，3 7 9 7 6 7 8 ． [ 2 ] 段希祥，曹亦俊．球磨机介质工作理论与实践[ M ] ．北 京冶金工业出版社，1 9 9 9 1 5 1 9 8 ． [ 3 ] D e n i zV ，O n u rT ．I n v e s t i g a t i o no f t h eb r e a k a g ek i n e t i c s o fp u m i c es a m p l ea sd e p a n do np o w d e rf i l l i n gi nab a l l m i l l [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ， 2 0 0 2 ，6 7 1 - 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