目录结构

The relationship between cost of crushing and grinding and mill feed size was analyzed.The performance principle and structure of inertia cone crusher were briefly introduced.The application of inertia cone crushers in iron mine were summarized.The case indicates that inertia cone crusher can reduce mill feed size.It can meet the requirements of "increased crushing and decreased grinding" technological flow sheet.

Keyword：

mill feed size;increased crushing and decreased grinding;inertia cone crusher;

Received： 2006-06-15

目前, 我国金属矿山大多数是20世纪50～70年代建设的, 经过几十年的开采, 可采储量和矿石品位急剧下降, 矿产资源逐渐枯竭, 很多金属矿山低产、低效, 亏损严重。矿产资源不可再生, 我国金属优质矿少, 矿石品位低, 嵌布粒度细, 矿物不易解离, 要磨至-200目占85%以上才能有效进行选别。要充分利用矿产资源, 就必须采用新技术和新设备来降低成本, 增强企业实力, 尽快缩短与国外企业在生产成本、技术装备水平等方面的差距, 提高我国金属矿山在国际上的竞争力。

1 入磨粒度与破磨成本的关系 [1]

物料破碎是矿物及土石质原料加工必不可少的工艺过程, 这个过程是用外力 (人力、机械力、电力、化学能、原子能等) 施加于被破碎物料上, 克服物料分子间的内聚力, 使大块物料分裂成若干小块。破碎的目的是: 达到合格产品粒度, 为下道工序提供原料;使物料中有用成分解离, 为选别的除杂提纯创造条件;增加原料的比表面积。

经过50多年的实践和总结, 通过破碎与磨碎的能源消耗与利用、基建成本的差异和不同入磨粒度的磨矿成本与效益等不同方面和不同层次进行的破碎与磨碎研究分析比较, 粉碎领域正大力提倡“多碎少磨”的新工艺流程, 即降低入磨粒度, 增加细粒级在最终破碎产品中的含量, 从而提高磨机的处理能力, 达到降低破磨工序电耗和金属消耗量、减少成本、增加经济效益, 提高企业市场竞争力的目的。

如何确定最佳入磨粒度, 粉碎领域经过几十年的研讨, 提出以下几种方法。

(1) 罗兰方法:最佳入磨粒度与功指数的平方根成反比。硬而难磨的矿石最佳入磨粒度应小些, 软而易磨的矿石最佳入磨粒度可大些。入磨粒度大于最佳值, 磨机效率会降低。 (2) 奥列夫斯基方法:在适宜磨矿条件下, 入磨粒度降低, 磨机生产能力提高。 (3) 邦德方法:按照邦德功耗理论分别计算破碎和磨矿的能耗, 得出在入磨粒度为-13 mm时, 破磨总能耗最低。 (4) 沙伐哈特金方法: 选厂的生产率越高, 则由入磨粒度的降低而产生的经济效益越大。

图1表示破磨成本与入磨粒度关系, 在一定工况条件下, 存在一个最佳入磨粒度, 此时破磨成本最低。入磨粒度大于最佳入磨粒度时, 降低入磨粒度, 破碎作业增加的成本小于磨矿作业降低的成本, 破磨总成本降低;如果把入磨粒度降得比最佳入磨粒度更小, 则破碎作业增加的成本大于磨矿作业降低的成本, 破磨总成本增加。

以前由于破碎设备的局限, 一般选厂入磨粒度为-25 mm, 随着新理论和新技术的应用, 新型破碎设备不断出现, 最佳入磨粒度越来越小, 破磨总成本不断降低。根据目前国际先进破碎设备可以达到的水平, 在不同工况下最佳入磨粒度为6～10 mm。

图1 破磨成本与入磨粒度关系

Fig.1 Relationship between cost of crushing and grinding and mill feed size

(1) 磨矿成本; (2) 破碎成本; (3) 破碎+磨矿成本

纵观粉碎领域, 合理配置破磨作业工艺流程, 改进现有破碎机的结构及进行参数优化, 提高设备性能, 简化和改革破碎工艺流程, 降低入磨粒度, 已经成为各国实现多碎少磨目标的研究课题。而实现这一目标的最有效、最经济的方法就是设计研制大破碎比、高效、低耗的新型破碎设备。

2 GYP-1200惯性圆锥破碎机

惯性圆锥破碎机是俄罗斯研制的破碎领域具有革命性突破的新型节能细碎设备 ^[2,3] , 以其先进的破碎理论、独特的设计思路、合理的机械结构和优良的性能代表了当前世界圆锥破碎机的最高水平, 能够有效降低入磨粒度, 很好地满足“多碎少磨”新工艺的要求。

惯性圆锥破碎机的结构如图2所示。惯性圆锥破碎机机体通过隔振元件座落在底架上, 工作机构由定锥和动锥组成, 锥体上均附有耐磨衬板, 衬板之间的空间形成破碎腔。动锥轴插入轴套中, 电动机的旋转运动通过传动机构传给固定在轴套上的激振器, 激振器旋转时产生惯性力, 迫使动锥绕球面瓦的球心做旋摆运动。在一个垂直平面内, 动锥靠近定锥时, 物料受到冲击和挤压被破碎, 动锥离开定锥时, 破碎产品因自重由排矿口排出。动锥与传动机构之间无刚性联接。

图2 惯性圆锥破碎机结构原理图

Fig.2 Structure of inertia cone crusher

1-底架; 2-皮带传动装置; 3-隔振元件; 4-激振器; 5-外壳; 6-球面瓦; 7-衬板; 8-定锥; 9-动锥; 10-动锥支座; 11-轴套

与偏心圆锥破碎机不同的是, 惯性圆锥破碎机的破碎腔是挤满给料, 通过向物料层施加严格定量的由惯性力造成的破碎力, 可以使物料层适当地压实, 使物料承受全方位的挤压, 全部颗粒都受力, 物料颗粒之间相互作用, 出现微裂纹和产生粉碎, 从而实现“料层粉碎”。料层粉碎产品如果给入磨机, 颗粒微裂纹可使磨机给料功指数降低10%～25%, 物料在磨机中易于解离和磨碎; 破碎产品如果直接浸出, 颗粒微裂纹有助于浸出液渗入而提高粗粒级产品的金属回收率。

在由惯性力引起的强烈脉动冲击作用下, 物料在破碎腔中承受交变的挤压、剪切、弯曲和扭转应力。物料颗粒之间不断改变方位, 由于物料颗粒越小, 晶格缺陷越少, 强度越大, 因此强度大的小颗粒可破碎相邻的强度小的大颗粒; 在等强度颗粒中, 那些晶格缺陷与剪切力方向重合的颗粒被破碎。这样物料主要沿晶格间的区域破碎而不破碎晶体本身, 破碎后的物料具有最低过粉碎, 从而实现了物料的“选择性破碎”, 有利于多种成分物料中有用矿物解离和减少物料中有用成分的过粉碎。

惯性圆锥破碎机具有破碎比大、节能、技术指标稳定、操作安装方便等优点, 可破碎任何硬度的脆性物料。表1为GYP-1200惯性圆锥破碎机主要技术参数。

3 GYP-1200惯性圆锥破碎机生产应用

3.1 矿石性质

鞍钢集团某破碎车间所处理的铁矿石, 是东鞍山铁矿供给的鞍山系沉积变质岩, 即所谓“鞍山式含铁石英岩”, 矿石质地致密, 浸染粒度较细, 一般为0.04～0.2 mm之间, 最细为0.004 mm, 需磨至-200目占85～90%才能基本达到单体分离。矿石硬度f=17～18, 密度为3.4 g·cm^-3, 主要有铁矿物为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、镜铁矿等, 脉石矿物主要为石英, 其次为角闪石、绿泥石等。矿石的物相分析见表2, 化学多元素分析见表3。

3.2 原破碎生产工艺流程考察

该破碎车间原采用四段闭路破碎生产工艺流程, 破碎流程最终产品粒度为见表4。

表1 GYP-1200惯性圆锥破碎机主要技术参数*

Table 1 Technological parameters of GYP-1200 inertia cone crusher

名称	数据
动锥底部直径/mm	1200
产量/ (t·h^-1)	60～80
给料尺寸/mm	<80
P₈₀产品粒度/mm	<9.0
装机功率/kW	200
主机重量/t	34
外形尺寸长×宽×高/mm	3620×2500×3060

* 含水量不大于3%的中硬矿石如石灰石的产量

表2 矿石物相分析结果

Table 2 Results of mineragraphic analysis

矿物名称	赤铁矿	磁铁矿	褐铁矿	镜铁矿
含量/%	35.49	1.00	2.82	0.82

表3 化学多元素分析 (%)

Table 3 Chemical elements of ore

TFe	Fe₂O₃	FeO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	CaO	MnO	P	S	Hg
33.16	46.79	1.20	52.16	0.62	-	0.28	0.14	0.02	0.01	0.90

表4 破碎流程最终产品筛分粒度

Table 4 Product size of crushing flowsheet

粒级/mm	+18	-18～+12	-12～+8	-8～+6	-6～+4	-4	加权平均粒度/mm
产率/%	6.19	16.29	28.93	17.36	12.51	18.72	8.7

原破碎生产工艺流程存在的主要问题是: (1) 破碎流程最终产品粒度大, -12 mm含量在80%以下, 加权平均粒度为8.7 mm, 难以实现多碎少磨的目标, 能耗高, 工艺流程长, 破碎段数多。 (2) 矿石难破碎, 尤其是-30 mm的矿石特别难破碎。

3.3 新破碎生产工艺流程方案设计

新的破碎生产工艺流程采用两段破碎, 如图3所示。第一段用EP400×600颚式破碎机, 第二段用GYP-1200惯性圆锥破碎机。

粒度为-350 mm的原矿给入EP400×600颚式破碎机, 破碎产品经过振动筛, +12 mm的物料进入GYP-1200惯性圆锥破碎机, -12 mm的物料进入粉矿仓。因为GYP-1200惯性圆锥破碎机产品粒度细, 实行开路破碎, 产品直接进入粉矿仓。

3.4 生产应用

从2005年11月6日起正式开车, 至2006年2月15日, GYP-1200惯性圆锥破碎机运行情况良好, 达到了生产要求。

在生产应用中多次取样测试, GYP-1200惯性圆锥破碎机主机转速为590 r·min^-1, 电流250～290 A, 产量为62.3～79.2 t·h^-1, 在给料粒度为-100～+12 mm时产品筛分粒度见表5。

图3 新破碎生产工艺流程图

Fig.3 New crushing technology flowsheet

表5 GYP-1200惯性圆锥破碎机破碎产品筛分粒度

Table 5 Product size of GYP-1200 inertia cone crusher

排矿间隙/mm	粒级/mm	+9	-9～+6	-6～+4	-4～+2	-2～+1	-1	加权平均粒度/mm	产量/ (t·h^-1)
44	产率/%	15.3	24.6	13.7	16.5	7.4	22.5	4.6	62.3
55	产率/%	20.0	23.3	13.8	14.1	6.7	22.1	4.9	79.2

GYP-1200惯性圆锥破碎机的破碎产品中, -9 mm含量在80%以上, 加权平均粒度在4.9 mm以下。

4 结语

1. GYP-1200惯性圆锥破碎机破碎产品加权平均粒度在4.9 mm以下, 比原破碎生产工艺流程最终产品加权平均粒度8.7 mm下降44%, 入磨粒度极大降低; 破碎生产工艺流程由四段闭路破碎简化为两段破碎, 工艺流程简单先进, 土建和施工量小, 节省了投资成本和运转费用。

2. GYP-1200惯性圆锥破碎机的成功应用表明, 该机能有效降低入磨粒度, 很好地满足“多碎少磨”新工艺的要求。采用惯性圆锥破碎机改造金属矿山选厂可实现开路破碎, 降低球磨机的入磨粒度, 增产节能降耗;同时由于破碎磨矿流程的简化可节省设备及基建投资, 具有十分显著的经济效益和社会效益。推广应用后, 对金属矿山的技术升级, 提升行业的技术和装备水平, 提高我国金属矿山在国际上的竞争力, 均有重大的现实意义。