细磨用KLM立磨机选型试验研究*

2019-01-07孙小旭卢世杰周宏喜何建成姚建超

铜业工程 2018年6期

孙小旭，卢世杰，周宏喜，何建成，姚建超

（1.北矿机电科技有限责任公司，北京 100160；2.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

1 引言

矿物加工领域细磨以前主要利用球磨机来完成，随着细嵌布共生矿物的逐渐开采和选别，传统球磨机很难达到节能高效细磨和再磨的目的［1］。在此背景下，立磨机（即立式螺旋搅拌磨机）逐渐被研制和开发，其最初用于非金属矿物的粉磨，后逐渐引入到有色矿物的细磨中，并取得了较为广泛的应用。

为了提升国内对立磨机工作原理和应用范围的认识，提升对细嵌布共生矿物的采选冶水平，切实提高矿山选厂的经济效益，打破国外相关设备厂家的垄断地位，北京矿冶科技集团有限公司（原北京矿冶研究总院）机电公司于2008年开始研究立磨机的结构和工作原理，并在实验室开展了大量且细致的探索和选型实验。2011年成功研制了当时国内首台装机功率最大的630kW（KLM-630）立磨机，并取得成功应用［2-3］。

2 立磨机结构和原理

在充分考虑了国内外类似产品现状的基础上，针对其他产品存在的重载启动困难、结构复杂、易损件寿命短等技术缺陷，通过优化设备结构、提升控制水平，使用新型材料等手段，研制了性能优异的KLM立磨机，其基本结构如图1所示［4］。

图1 立磨机结构简图

KLM型立式螺旋搅拌磨机工作原理为：螺旋搅拌机构在立磨机筒体内部旋转时会带动磨机内部研磨介质、矿浆等低速旋转，在离心力、重力和研磨介质表面摩擦力的共同作用下，使介质与矿物间、矿物与矿物间发生研磨作用，通过物料间的强力挤压、折断、微剪切、劈裂等综合作用，进而达到矿物细磨的效果。此外，由于螺旋式搅拌装置结构，其会带动合格粒级向上运动，不合格粒级通过筒体与搅拌装置间的间隙向下运动进行再磨，从而实现粗细颗粒的有效分级，提升产品的细度和合格度。立磨机可与外部旋流器构成闭路，通过控制旋流器的沉砂量来调节磨机的处理量，大大增加了磨机的磨矿粒度范围［5］。

3 立磨机试验系统平台

为了能更好的研究细磨基础理论并指导选型和研发，专门搭建了立磨机试验系统和平台，用于重要结构、运行参数的分析和设备选型，为立磨机的技术研究、工业选型和应用提供科学的指导依据。

3.1 立磨机试验装置

立磨机试验装置主要由转速检测装置、自动控制装置及立磨机主体设备组成，可通过控制系统调整主轴转速，此外该系统还配置有粒度测量仪器。立磨机筒体规格为Φ250mm×800mm，筒体容积35L，电机功率 3kW［6］。

3.2 试验系统参数测定

在开展立磨机选型实验之前，首先需要对试验系统平台进行标定，详细开展各参数的试验研究，确定最佳的细磨试验条件，主要参数包括研磨介质直径、介质充填率以及磨机转速等。据国内外应用经验，研磨介质充填率选在30%左右［7］。

试验过程中以石英砂作为试验矿样，细磨试验前将其破碎至0.2mm以下，其粒度组成如表1所示。试验用石英砂的矿石密度为2.65g/cm3，莫氏硬度为7，调浆后浓度控制在45%左右，试验时间控制在0～35min以内，在不同固定时刻进行采样，并用粒度仪分析产品粒度（以-45μm含量作为评价指标）。

表1 石英砂粒度组成分析

细磨效果评价指标一般包括新生合格粒级含量、细磨效率等，细磨效率一般采用能耗来评价，可用处理单位矿石所消耗的电能表示。通过试验得到介质直径、磨机转速与新生粒级含量、细磨效果的关系如图 2～4 所示［8］。

图2 磨机转速与新生粒级的单位能耗关系曲线

由图2可知，-325目新生粒级单位能耗随电机频率的下降而增加，即高转速下利于细磨，但当转速达到35Hz时，磨机筒体内矿浆波动十分明显，不能形成稳定的自分级区，易形成较为明显的过磨或少磨现象，故选用30Hz作为试验立磨机的运行转速。

图3 磨机转速与新生粒级含量关系曲线

图4 介质直径与新生粒级的单位能耗关系曲线

结合图3和4可知：-325目新生粒级含量随着磨机转速的增加而增加，不同直径磨矿介质对新生粒级含量影响各不相同，对于-325目而言，7mm介质直径下新增产品粒级含量更多；同时在30Hz的转速下，7mm介质条件下的新生粒级单位能耗最小，故可选用7mm作为研磨介质直径。此外，在实际工业应用中会根据不同产品粒度配置不同介质配比进行细磨，以最大限度提高细磨效果。

综上所述，在现有条件下，试验用立磨机的较优参数为：研磨介质直径为7mm，电机运行频率为30Hz。