特大型磨机在乌山铜钼矿的应用.pdf

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48 机电与自动控制 黄 金 GOLD 2020 年第 6 期/ 第 41 卷 特大型磨机在乌山铜钼矿的应用 收稿日期 2019 - 07 - 03;修回日期 2019 - 12 - 31 作者简介 石玉君( 1963) , 男, 河北安国人, 正高级工程师, 从事金属矿山经营管理工作; 内蒙古自治区满洲里市一道街 51 号国际邮件交换站, 中国黄金集团内蒙古矿业有限公司, 021400; E- mail shiyujun - 1@163. com 石玉君 ( 中国黄金集团内蒙古矿业有限公司) 摘要 乌山铜钼矿是国内最早应用国内自主研发的特大型半自磨机、 球磨机的矿山企业之一。 经过多年的生产实践, 持续对磨矿工艺流程和设备进行优化改进 将 SABC 碎磨工艺流程改为 SAB 磨矿工艺流程, 增大了处理矿量, 解决了磨矿系统给矿及磨矿粒级分布等工艺指标不稳定的问题; 提高磨机钢球充填率, 缩减半自磨机格子板的顽石窗, 采用区间优化加球法添加钢球, 采用自动化 控制方式。生产实践表明 近 3 年来设备运行平稳, 设备运转率始终保持在 92 %以上。磨矿处理 量已超过设计产能的 15 %, 取得了巨大的经济效益。 关键词 特大型磨机; 磨矿工艺流程; 格子板; 磨机钢球; 自动控制 中图分类号 TD453 文章编号 1001 - 1277( 2020) 06 - 0048 - 05 文献标志码 Adoi 10. 11792/ hj20200611 引 言 中国黄金集团内蒙古矿业有限公司( 下称“ 内蒙 古矿业公司” ) 位于内蒙古自治区新巴尔虎右旗境内, 重点开发建设乌努格吐山铜钼矿项目( 下称“ 乌山铜钼 矿” ) 。乌山铜钼矿床共探明铜金属储量302 万 t, 钼金 属储量 65 万 t, 为中国第四大铜钼伴生矿床。乌山铜 钼矿选矿厂分两期工程建设, 一期工程设计 2 个系 列, 处理量共3. 0 万 t/ d, 二期工程设计单系列处理量 3. 5 万 t/ d; 两期设计总处理量为6. 5 万 t/ d, 实际处理 量达到7. 5 万 t/ d, 设计处理矿量为2 145 万 t/ a, 经过多 年的选矿工艺优化, 实际处理量已达到2 475 万 t/ a。 半自磨工艺流程可分为半自磨( SAG) 流程、 半自 磨 球磨( SAB) 流程、 半自磨 球磨 破碎( SABC) 流 程。自20 世纪 50 年代, 美国发明制造的工业自磨机 问世以来, 自磨技术日臻完善成熟。自磨工艺流程具 有流程先进可靠, 设备大型高效, 投资省、 见效快, 无粉 尘污染, 粉磨流程短等优点, 被广泛应用于 1 000 万t/ a 以上的大型选矿厂工业生产中, 这使得自磨/ 半自磨技 术得到迅猛发展[ 1]。 乌山铜钼矿选矿厂一期工程为 2 个系列, 每个系 列磨矿系统采用 1 台 φ 8. 8 m 4. 8 m 半自磨机和 1 台 φ 6. 2 m 9. 5 m 球磨机; 浮选系统采用32 台 160 m3浮 选机; 尾矿制备系统采用 2 台 φ 40 m 深锥浓密机。 二期工程为 1 个系列, 磨矿系统采用 1 台 φ 11. 0 m 5. 4 m 半自磨机和 1 台 φ 7. 9 m 13. 6 m 球磨机( 世 界上最大规格的双电动机驱动球磨机) ; 浮选系统采 用 16 台 320 m3浮选机; 尾矿制备系统采用 2 台 φ 43 m深锥浓密机。这些大型、 特大型磨矿设备的应 用, 实现了操作自动化, 提高了劳动生产率及企业综 合经济效益, 达到了节能降耗的目的。 1 磨矿工艺流程 1. 1 SABC 碎磨工艺流程 乌山铜钼矿原磨矿系统采用半自磨 球磨 顽 石破碎的 SABC 碎磨工艺流程。原矿储矿堆的矿石 经重板给矿机及 3#胶带输送机给入半自磨机; 半自 磨机排矿经双层直线振动筛分级, 大于7 mm 10 mm 筛上顽石经 4#胶带输送机给入顽石缓冲仓, 经过 HP800 顽石破碎机破碎后由 5 #胶带输送机给入 3#胶 带输送机, 返回半自磨机形成闭路循环; 筛下产品进 入由 1 台球磨机和旋流器组成的一段闭路磨矿分级 系统。旋流器溢流浓度 32 %, 细度 -74 μ m 占 65 %, 旋流器溢流合格产品进入浮选作业。SABC 碎磨工艺流程见图 1。 1. 2 磨矿工艺流程优化 采用 SABC 碎磨工艺流程, 由于顽石产量小, 无 法满足破碎机连续挤满给矿的运行条件, 因此顽石破 碎机只能间断运行, 运行 1. 5 h, 停车 4. 0 h。当顽石 破碎机运行时, 半自磨机给矿量由 625 t/ h 降到 400 t/ h, 处理量波动较大; 顽石集中给矿时, 还会导 致半自磨机给矿粒级分布波动大, 影响工艺稳定性。 为了增大顽石产量进行了以下 2 个方面的改进 1) 半自磨机钢球充填率按 3 %进行生产, 以及 万方数据 2020 年第 6 期/ 第 41 卷 机电与自动控制 49 图 1 SABC 碎磨工艺流程 不加钢球进行自磨。 2) 增加顽石窗开孔面积及将小孔格子板全部更 换为大孔径顽石窗。 通过自磨和增大顽石窗孔径及开孔面积, 顽石产 量依然没有明显提高, 仍未能解决顽石产量低, 破碎 机不能实现挤满给矿而需要间断运行, 磨机给矿量不 稳定, 顽石破碎设备不能连续运行, 故障率高及磨矿 系统工艺技术参数波动大的问题。 由于乌山铜钼矿矿石普氏硬度系数 f= 8 ~ 10, 属 于中硬偏软矿石, 筛上顽石为有棱角的多面体, 实践 证明, 产生的顽石是破碎后不能过筛的矿石粉碎颗 粒, 而不是真正意义上的顽石( 鹅卵石形状) 。由于 对顽石的错误定义, 围绕增大顽石产量, 使 SABC 碎 磨工艺流程中的顽石破碎机能够连续运行的改进思 路, 并不能明显提高顽石产量。因此, 需要改变固有 思路, 使处理矿量达到生产要求。 乌山铜钼矿选矿厂一期、 二期工程磨矿流程设计 均采用 SABC 碎磨工艺流程, 但在实际生产过程中, 半自磨过程中产生的顽石量不能满足 HP800 型顽石 破碎机挤满给矿的要求。2012 年, 根据现场实际情 况, 对 SABC 碎磨工艺流程进行了升级改造, 针对顽 石返回量达不到要求的问题, 停用顽石破碎机( C) , 即顽石不经过破碎机破碎直接返回半自磨机, 将磨矿 流程简化为 SAB 流程, 稳定了给矿粒度分布, 提高产 能 15 %左右, 处理矿量超过了设计的 625 t/ h, 同时 磨矿系统其他工艺参数稳定, 保证了旋流器溢流细 度。顽石破碎停用后, 年节约成本 500 多万元。虽然 提高了半自磨机产能, 但磨机处理能力达到上限, 且 功率较高, 需要对半自磨机和球磨机的负荷进行适当 调整及匹配。 2 磨机优化调整及应用 2. 1 钢球充填率优化 乌山铜钼矿选矿厂一期工程半自磨机投入生产 时, 钢球充填率为0 ~ 3 %, 主要是为了满足顽石产量 能够达到设计的 HP800 型顽石破碎机挤满给矿要 求, 但经过试验磨矿处理量并不能达到设计产能, 同时顽石产量也没有明显提高, 因此经过几年的生 产实践, 将半自磨机钢球充填率逐步提高到 12 % ~ 13 %。目前, 实际处理量一期工程 3. 5 万 t/ d, 二期 工程 4. 0 万 t/ d, 合计处理量 7. 5 万 t/ d, 超过设计产 能的 15 %。球磨机钢球充填率从试运行时的 15 % 提高到 28 % ~ 30 %, 提高了磨矿产能。 2. 2 半自磨机顽石窗改进 通过取消顽石破碎及增加钢球充填率, 虽然提高 了半自磨机的产能, 但是下道工序的球磨机已达到额 定功率( 6 000 kW) 的 95 %, 达到了处理能力的上 限。而半自磨机功率只达到了额定功率( 6 000 kW) 的 60 % ~ 70 %。因此, 需要对半自磨机和球磨机的 负荷进行适当调整及匹配。原设计半自磨机 32 块格 子板中有4 块55 mm 顽石窗、 28 块30 mm 小格子板, 2012 年以前, 为了增大格子板开孔面积, 全部改为 60 mm 顽石窗。之后, 为了达到增加半自磨机负荷、 减少球磨机负荷的目的, 将 32 块 60 mm 顽石窗缩减 至 8 块。改造后, 磨矿系统中球磨机和半自磨机负荷 匹配较好, 处理能力得到进一步提高。改造前后半自 磨机格子板照片见图 2。 图 2 改造前后半自磨机格子板照片 万方数据 50 机电与自动控制 黄 金 2. 3 半自磨机加球方式优化 选矿作业在矿山企业生产过程中的能耗占比较 大, 而磨矿作业的能耗占选矿能耗的50 %, 且磨矿作 业的钢球消耗也很大[ 2]。半自磨机原采用按照钢球 经验单耗每天集中补加一次的加球方式, 但存在初期 破碎效果较好, 末期能力不足的问题; 后来采用自动 加球机均匀加球的方式, 即区间优化加球法, 稳定了 磨矿的连续性, 降低了劳动强度, 且避免了集中加球 带来的安全隐患, 同时在均匀加球的基础上, 进行了 优化改进, 采用新材料降低了能耗。 2017 年年初, 一期工程一系列半自磨机采用区 间优化加球法, 主要以矿石软、 中、 硬的易磨性、 难磨 性为判断准则, 充分发挥磨矿介质以大块矿石为主的 磨矿原则, 对半自磨机钢球充填率进行适时、 适量、 适 中补加, 实现按需加球[ 3]。试验结果表明 半自磨机 钢球单耗降低了 20 %左右, 磨机电耗降低了 3 %左 右。而且, 实现了国内首次将铸造钢球成功应用于直 径 8. 8 m 的半自磨机, 突破了半自磨机只能使用锻造 钢球的技术瓶颈。 2. 4 磨机自动控制 1) 在磨机运行功率方面, 以低于额定功率运行 为标准进行控制。在三系列双驱磨机功率控制上, 以 2 台同步电机平均功率误差在 100 kW以下为标准控 制, 磨机运行平稳。 2) 二期设计双驱磨机离合器抱闸时间为 4 ~ 7 s, 后由于在生产过程中磨机启动时技术人员设定 离合器抱闸时间为7 s。当离合器抱闸时间长时, 磨 机的 2 个电动机会因功率相差较大而出现跳停, 且 有时离合器摩擦片会由于温度过高而烧坏, 因此调 整抱闸时间为 4 ~ 5 s。 3) 半自磨机给矿比例优化。通过在原矿输送皮带 上安装矿石粒度分析仪, 以皮带给矿最大粒度 250 mm 每分钟 6 ~ 8 个为控制标准, 优化半自磨机给矿矿石 粒度分布, 大于 100 mm 矿石占 1 / 5, 50 ~100 mm 占 1 / 5、 小于50 mm 占3 / 5。通过250 mm 矿块个数调整 碎矿旋回破碎机排矿口尺寸, 达到优化半自磨机给矿 粒级的目的。 4) 半自磨机磨矿浓度控制。半自磨机磨矿浓度 通过给水给矿的精准检测, 实现按比例给水给矿, 磨 矿浓度能够按照设定值及处理量的变化而随时调整 给水量。 5) 其他方面控制优化。特大型磨机组成的磨矿 系统在自动控制方面需要专业的人员来维护和优化, 乌山铜钼矿的磨机自动控制系统在设备启停、 预警、 报警, 设备运行的功率、 电流、 油流、 油压、 油温、 油膜 厚度、 风压、 轴承及电动机温度、 振动监测、 气动离合 器抱闸时间的调试、 保护设备、 稳定磨矿工艺技术参 数等方面发挥了重要作用。半自磨机、 球磨机控制、 监控画面见图 3、 图 4。 图 3 半自磨机控制、 监控画面 图 4 球磨机控制、 监控画面 2. 5 磨机部件 1) 小齿轮轴承基座调整。乌山铜钼矿选矿厂 6 台球磨机均存在小齿轮轴承基座振动大的问题, 经 现场踏勘及调研发现, 这主要是因为小齿轮与大齿轮 的啮合精度及电动机与小齿轮轴的同心度不好。选 矿厂一期、 二期工程半自磨机和球磨机运行 1 a 后出 现齿面点蚀、 剥落, 目前一期工程 4 台球磨机的小齿 轮轴都进行过更换, 且正在使用的小齿轮表面也出现 了轻度的齿面脱落。因此, 需要每隔一段时间对齿轮 的啮合精度进行调整, 从而能够有效解决轴承座振动 大的问题。小齿轮轴承损坏照片见图 5。 2) 液压慢驱离合器优化。液压慢驱离合器( 见 图 6) 慢驱自锁性不好, 多次造成误动作停车; 在球磨 机长时间停车盘车过后需要将慢驱脱开, 但常出现慢 驱长时间脱不开的情况。解决办法是加固慢驱自锁 装置, 球磨机停机时将筒体内料位置于水平时再开启 慢驱脱开开关, 解决了慢驱齿与小齿轮脱开难的问 题。 3) 球磨机油站冷却器。乌山铜钼矿选矿厂一 期、 二期工程球磨机油站冷却器都出现过腐蚀进水的 万方数据 2020 年第 6 期/ 第 41 卷 机电与自动控制 51 图 5 小齿轮表面点蚀、 剥落 图 6 液压慢驱离合器 情况, 但二期工程出现次数较多。一期工程使用的管 式冷却器较二期工程使用的板式冷却器效果好。管 式冷却器管壁厚, 在缺水环境下采用的冷却水水质较 差时耐磨、 耐腐蚀效果好。因此, 目前二期工程冷却器 已更换为与一期工程同型号的管式冷却器, 使用效果 较好。另外, 也可以考虑耐腐蚀等高强度的新材料。 4) 半自磨机、 球磨机衬板使用情况。乌山铜钼 矿一期、 二期工程球磨机除了橡胶钢骨架的球磨机端 衬板及提升条外, 其余半自磨机、 球磨机衬板均为铬 钼合金材料。以国外( 美国、 加拿大、 瑞典) 大型、 特 大型半自磨机筒体衬板为例, 筒体衬板周期可达 8 个 月以上, 但是国内在用的直径 8. 8 m 以上半自磨机筒 体衬板只能使用 2 ~ 4 个月, 使用时间较短。这与国 内金属耐磨材料的发展及金属耐磨热处理工艺水平 还不够高有很大关系, 亟待提高。各种衬板具体使用 周期见表 1 ~ 4。 3 结 论 1) 乌山铜钼矿自一期工程建成投产以来, 有针 对性地进行了磨机钢球充填率优化改进, 取消 SABC 碎磨工艺流程中的顽石破碎环节, 对半自磨机格子板 ( 顽石窗) 进行改进, 优化了磨机钢球的添加方式, 并 对设备运行管理持续进行改进。近 3 年来设备运行 表 1 乌山铜钼矿一期工程 φ 8. 8 m 4. 8 m 半自磨机衬板 使用情况统计结果 各衬板名称使用周期/ 月 处理矿量/ 万 t衬板材质 筒体衬板3. 5 ~ 4220铬钼合金 进料端外圈端衬板4. 5280铬钼合金 进料端内圈端衬板482 396铬钼合金 出料端外圈格子板4. 5280铬钼合金 出料端内圈格子板331 815铬钼合金 出料端外圈簸箕板241 200铬钼合金 出料端内圈簸箕板18900铬钼合金 出料端中心导流槽板291 450铬钼合金 表 2 乌山铜钼矿二期工程 φ 11. 0 m 5. 4 m 半自磨机衬板 使用情况统计结果 各衬板名称使用周期/ 月 处理矿量/ 万 t衬板材质 筒体衬板2. 3260铬钼合金 进料端外圈端衬板4. 3520铬钼合金 进料端内圈端衬板263 000铬钼合金 出料端外圈格子板4. 3520铬钼合金 出料端内圈格子板263 000铬钼合金 出料端外圈簸箕板212 383铬钼合金 出料端中圈簸箕板364 153铬钼合金 出料端内圈簸箕板364 153铬钼合金 出料端中心导流槽板182 100铬钼合金 表 3 乌山铜钼矿一期工程 φ 6. 2 m 9. 5 m 球磨机衬板 使用情况统计结果 各衬板名称使用周期/ 月 处理矿量/ 万 t 衬板材质 筒体衬板 10550铬钼合金 进料端外圈端衬板及提升条181 080橡胶钢骨架 进料端内圈端衬板及提升条181 080橡胶钢骨架 出料端外圈端衬板及提升条181 080橡胶钢骨架 出料端内圈端衬板及提升条181 080橡胶钢骨架万方数据 52 机电与自动控制 黄 金 表 4 乌山铜钼矿二期工程 φ 7. 9 m 13. 6 m 球磨机衬板 使用情况统计结果 各衬板名称使用周期/ 月 处理矿量/ 万 t 衬板材质 筒体衬板 121 400铬钼合金 进料端外圈端衬板及提升条22. 52 595橡胶钢骨架 进料端内圈端衬板及提升条22. 52 595橡胶钢骨架 出料端外圈端衬板及提升条172 040橡胶钢骨架 出料端内圈端衬板及提升条172 040橡胶钢骨架 平稳, 设备运转率始终保持在 92 %以上。磨矿处理 量已超过设计产能的 15 %, 取得了巨大的经济效益。 2) 乌山铜钼矿选矿厂一期、 二期工程磨机虽然 在实际应用中存在一些设备方面的问题, 但是经过科 学统计分析, 现场实时跟踪, 及时优化设备运行工况, 并未影响正常生产。 3) 直径 8. 8 m 以上的特大型半自磨机及直径 6. 2 m 以上的球磨机的综合使用效果达到了设计要 求, 为乌山铜钼矿成为世界上先进 SABC( SAB) 碎磨 流程的矿山提供了支撑。 [ 参 考 文 献] [ 1] 段其福. 中国自磨技术 50 年回顾与展望[ J] . 金属矿山, 2010 ( 增刊 1) 21 - 42. [ 2] 盛放, 段其福, 曹国旗, 等. 选矿厂自磨一选别节约型新工艺与 新设备研究[ C] ∥矿业快报杂志社. 第五届全国矿山采选技术 进展报告会论文集. 马鞍山 矿业快报杂志社, 2006 277 - 281. [ 3] 王越, 杨世亮, 邵爽, 等. 大型球磨机钢球配比试验研究与工业 应用[ J] . 有色金属( 选矿部分) , 2016( 3) 67 - 70. Application of extra- large mill in Wushan Copper - Molybdenum Mine Shi Yujun China Gold Inner M ongolia M ining Co. , Ltd. Abstract Wushan Copper -M olybdenum M ine is the first domestic mining enterprise to use extra- large semi- automatic mill and ball mill. For many years operation, the grinding process flow and equipment have been optimized. The SABC crushing and grinding process flow has been changed into SAB grinding process flow, increasing the treat- ment capacity and solving the problem of unstable process index such as grinding fineness distribution and grinding system feed; the steel ball fill rate in the mill is improved, the hard rock windows of the grid board in the semi- automatic mills are reduced, interval optimized ball- filling method is employed to fill steel balls, automatic control manner is used. The production practice shows that the equipment has been operating smoothly for last 3 years and the equipment function rate always keeps above 92 %. The grinding capacity already surpasses the designed capacity that is 15 %. The operation has achieved enormous economic benefits. Keywords extra- large mill; grinding process flow; grid board; steel ball in mill; automatic control 万方数据
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