煤炭加工與綜合利用66COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATIoNNo.3,2013球磨機(jī)制水煤漿工藝初步研究王二林,劉占江,張愛東(首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠,河北遷安064400)摘要:論述了水煤漿生產(chǎn)常用的溢流型球磨機(jī)的構(gòu)造及磨碎原理;分析了球磨機(jī)轉(zhuǎn)速,筒體直徑和長度,內(nèi)襯板和研磨介質(zhì),內(nèi)裝球量、球徑、球比等因素對其磨碎效率的影響;以首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠的制漿工藝為例,確定了最佳磨礦條件。關(guān)鍵詞:水煤漿;球磨機(jī);轉(zhuǎn)速;配球比中圖分類號:TD41.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10058397(2013)03006605隨著石油資源日益貧乏和石油價(jià)格不斷上漲,迫切需要一種石油替代品。雖然核能、太陽1磨機(jī)的選擇能技術(shù)研究不斷發(fā)展,但是目前距離廣泛應(yīng)用還有很長的路。水煤漿作為石油替代品以其制造技1.1磨機(jī)的分類術(shù)要求低、工藝簡單、成本低廉得到迅速發(fā)展依照磨礦介質(zhì)、筒體形狀、筒體直徑和長度而且在很多地方已經(jīng)開始替代重油,并取得了可的比例以及排料方式的不同,磨機(jī)主要分為短筒觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前大部分水煤漿生產(chǎn)廠家采用型、圓錐型、管型等幾類,磨機(jī)筒體的直徑與長的磨機(jī)為溢流型球磨機(jī),這一設(shè)備在水煤漿制漿度示意見圖1,磨機(jī)的分類見表1。工藝中發(fā)揮了重要作用。收稿日期:201301-16作者簡介:王二林(1982-),男,河北保定人,2004年畢業(yè)于河北科技師范學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè),工學(xué)學(xué)a—短筒型磨機(jī)(溢流型);b-圓錐型磨機(jī)(溢流型);士,首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)「機(jī)動(dòng)科機(jī)械設(shè)備工程師,電話:0315管型磨機(jī)(溢流型);d短筒型磨機(jī)(格子型7713671。圖1磨機(jī)筒體直徑和長度的比例示意3結(jié)論狀[J].煤炭加工與綜合利用,2010(2):41-43.(1)通過優(yōu)化原料配比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)[2]張榮曾.水煤漿制漿技術(shù)[M].北京:北京科學(xué)出版社,1996間等,制得了改性木質(zhì)素磺酸鈉分散劑GM。合[3]蘇毅,馬步偉,趙振新.分散劑在水煤漿中作用[J]成分散劑的最佳工藝條件是:木質(zhì)素磺酸鈉、丙河南化工,2005(22):8-11烯酸與乙二醇配比為1:3:4,引發(fā)劑過氧化氫與[4] Funk James E. Coal Water Slurry and Methods for its七水合硫酸鐵配比為4:5,反應(yīng)溫度70℃,反應(yīng)Preparation:Us,4282006[P].1981-08-04.時(shí)間為1h。[5]鄒立壯,朱書全,王曉玲,等.不同水煤漿分散劑與煤(2)將GM作為水煤漿分散劑用于寶日希勒之間的相互作用規(guī)律研究:XI分散劑改性煤粒的界面性質(zhì)及其對CWS性質(zhì)的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2006褐煤制水煤漿,最高煤漿濃度達(dá)到55.41%,說34(2):I61-165明GM是一種性能優(yōu)良的改性木質(zhì)素磺酸鈉系水[6]茅曄輝,朱書全,昊曉華,等聚羧酸系水煤漿分散劑煤漿分散劑。的合成試驗(yàn)[J.煤炭加工與綜合利用,2009(1):4參考文獻(xiàn)[7]謝欣馨,戴愛軍,杜彥學(xué),等.水煤漿分散劑的發(fā)展動(dòng)向[冂].煤炭加工與綜合利用,2010(2):43-46[1]郝禎娟,付曉恒,張曉波.水煤漿干法制漿工藝發(fā)展現(xiàn)2013年第3期王二林,等:球磨杋制水煤漿工藝初步研究表1磨機(jī)的分類磨料筒體筒體長度L與類型傳動(dòng)部介質(zhì)形狀直徑D的關(guān)系方式進(jìn)料部減速機(jī)電機(jī)錐形L=(0.25-1)D溢流排料格子排料筒體部一鋼球溢流排料球磨機(jī)或短筒型L≤2D格子排料鐵球溢流排料管型L=(3-6)D出料部基礎(chǔ)格子排科棒磨機(jī)鋼棒筒形L=(1.5-2)D溢流排料圖2溢流型球磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意無介質(zhì)或自磨機(jī)少量鋼球短筒形L=(0.3-1.0D風(fēng)力吸運(yùn)格子排料制焊成的圓筒,筒殼兩端焊有鑄鋼制成的法蘭,立磨機(jī)鋼球短筒形溢流排料法蘭經(jīng)過精細(xì)加工,必須相互平行和同心。用螺栓把球磨機(jī)前后端蓋緊固在筒殼兩端法蘭上,形我國水煤漿生產(chǎn)廠家使用最廣泛的是球磨成一個(gè)整體。筒殼上留有兩個(gè)對稱配置的矩形人機(jī)、棒磨機(jī)和自磨機(jī)。首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠所用孔,用作檢查、觀察筒體內(nèi)情況和檢修。球磨機(jī)球磨機(jī)規(guī)格為Φ830×7000m,屬于管型溢流工作時(shí),用雙頭螺栓將人孔蓋緊固密封在筒體排料球磨機(jī)。上。筒殼內(nèi)有襯板,用楔形螺絲固定在筒殼上。1.2各類磨機(jī)的特點(diǎn)為了防止水煤漿沿螺絲孔泄漏,在螺絲帽下墊有(1)格子型球磨機(jī)。強(qiáng)制排料、排料速度快橡膠墊圈。(不適合細(xì)磨)、構(gòu)造復(fù)雜、對維護(hù)要求高、生產(chǎn)能力較溢流型球磨機(jī)高15%,但是粉碎效率低3影響溢流型球磨機(jī)粉碎效果的主要因素單位產(chǎn)量能耗較高、研磨介質(zhì)容易磨損、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)3.1磨碎過程的影響噪音大。主要用于新建選礦廠,不適合用作水煤當(dāng)球磨機(jī)按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),研磨介質(zhì)漿磨機(jī)。與物料在離心力C和摩擦力F的作用下被提升到(2)溢流型球磨機(jī)。物料在球磨機(jī)內(nèi)停留時(shí)定高度后,由于重力G作用而脫離筒壁沿拋物間長,適合細(xì)磨,構(gòu)造簡單,檢修方便,工藝成線軌跡下落;之后又被提升一定高度,再沿拋物熟,投資少,目前被絕大多數(shù)水煤漿生產(chǎn)廠家采線軌跡下落;如此周而復(fù)始,使處于研磨介質(zhì)之用間的物料受沖擊作用而被擊碎。同時(shí),由于研磨(3)棒磨機(jī)。物料研磨后粒度均勻,一般粒介質(zhì)的滾動(dòng)和滑動(dòng),使顆粒受研磨、摩擦、剪切度為0.3~3mm,適用于粗磨性脆易泥化礦物,等作用而被磨碎。不適合水煤漿生產(chǎn)。3.2球磨機(jī)轉(zhuǎn)速的影響(4)自磨機(jī)。無磨料介質(zhì),靠物料相互沖擊球磨機(jī)轉(zhuǎn)速大小決定著筒體內(nèi)研磨介質(zhì)的運(yùn)和磨剝實(shí)現(xiàn)磨碎,直徑大,一般用于礦石粉碎,動(dòng)狀態(tài)和研磨作用效果。當(dāng)轉(zhuǎn)速較小時(shí),全部介不適合水煤漿生產(chǎn)。質(zhì)被提升的高度較小,只向上偏轉(zhuǎn)一定的角度(5)立磨機(jī)?？梢钥刂莆锪系难心r(shí)間,構(gòu)其中每個(gè)介質(zhì)都圍繞自己的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)介質(zhì)的造簡單,生產(chǎn)能力低。目前開平水煤漿廠即采用傾角超過介質(zhì)(鋼球、瓷球或鵝卵石)在介質(zhì)表面此設(shè)備。上的自然休止角時(shí),介質(zhì)即沿此斜坡滾下。介質(zhì)2溢流型球磨機(jī)的構(gòu)造的這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為瀉落,如圖3(A)所示。在瀉落式狀態(tài)工作的磨機(jī)中,物料在介質(zhì)間主要受溢流型球磨機(jī)(傳動(dòng)方式為右旋)的結(jié)構(gòu),到磨剝作用,沖擊作用很小,故粉碎效率低。見圖2。如果磨機(jī)的轉(zhuǎn)速合適,介質(zhì)邊自轉(zhuǎn)邊隨筒體球磨機(jī)筒體的筒殼是由18~36mm的鋼板卷內(nèi)壁做圓曲線運(yùn)動(dòng)上升到一定高度,然后紛紛作68煤炭加工與綜合利用2013年第3期拋物線下落,這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為拋落式,如圖3定角度并以速度t拋出物體。圓周切線速度t和(B)所示。在拋落式狀態(tài)工作的磨機(jī)中,物料在球磨機(jī)轉(zhuǎn)速n之間有下述關(guān)系:圓曲線運(yùn)動(dòng)區(qū)受到介質(zhì)沖擊和強(qiáng)烈翻滾著的介質(zhì)Tr Dn TTRn磨剝作用,故此種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,物料的粉碎效率最高代入式(1)得當(dāng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速過快時(shí),介質(zhì)就貼在筒壁上而/g×3√cosa(r/min不再下落。這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為離心運(yùn)轉(zhuǎn),如圖3(C)所示。發(fā)生離心運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),物料也隨筒體一起取g為981m/s2,m≈√B,則有:運(yùn)轉(zhuǎn),既無介質(zhì)的沖擊作用,此時(shí)磨剝作用很30CoSa(2)弱,粉碎作用幾乎停止。R當(dāng)R一定時(shí),由式(2)可知,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速O與變量a角為反比關(guān)系;a角減小,√cosa則增大,使得球磨機(jī)轉(zhuǎn)速增大,即為鋼球提髙到最高位置再拋落的演變過程。當(dāng)α=0時(shí),n=,研圖3研磨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)軌跡磨介質(zhì)的徑向分力(向心力)不能克服離心力,鋼球便開始隨筒體一起做回轉(zhuǎn)離心運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)式以球磨機(jī)中最外層研磨介質(zhì)為研究對象,其(2),當(dāng)α=0時(shí),cosa=1,則:受力分析如圖4所示。當(dāng)研磨介質(zhì)被提升到A點(diǎn)-(r/min)脫離筒體拋落下來時(shí),離心力C要小于或等于向心力N,即:C=N這時(shí)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速。式(3)說明界與球磨機(jī)直徑成反比關(guān)系。即球磨機(jī)筒體越大,n界值越小;當(dāng)球磨機(jī)直徑越小時(shí),nh界則愈大。用它作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺度,來比較同類球磨機(jī)的不同轉(zhuǎn)數(shù)或不同磨機(jī)的工作轉(zhuǎn)數(shù)的效果,有其指導(dǎo)意義。由于上述研究是建立在一種特殊條件上的忽略了研磨過程中鋼球的滑動(dòng),并以最外層的研磨介質(zhì)作為研究對象。當(dāng)球的填充率在40%圖4研磨介質(zhì)落下時(shí)的受力情況50%時(shí),研磨濃度較大,與采用不平滑襯板時(shí)較為接近。對此,既應(yīng)考慮到磨機(jī)內(nèi)、外層鋼球最因?yàn)檫m合高度的最大破碎作用,又要兼顧到整個(gè)研磨mv介質(zhì)對物料的沖擊和磨剝作用,從而得出球磨機(jī)C= R適宜的工作轉(zhuǎn)數(shù)(一般應(yīng)為該球磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)數(shù)的N= Cosa mgcosa72%~80%1),即:所以n=(0.72~0.8)×n臨界mu = mgcosa根據(jù)式(3)可計(jì)算本廠水煤漿球磨機(jī)(規(guī)格為Φ1830×7000)的n臨界u2= Rgcosa由此得D1.831.352831.34(r/min)(5)在圖4所示位置時(shí),研磨介質(zhì)與水平線成一工作轉(zhuǎn)速n:2013年第3期王二林,等:球磨機(jī)制水煤漿工藝初步研究n=(0.72~0.8)×31.34Φl830×7000,由此可得填充率為=22.56~25(r/min)194÷(4.35~4.65)x100%根據(jù)實(shí)際測算,本廠球磨機(jī)實(shí)際工作轉(zhuǎn)速為3.14725r/min,與式(6)計(jì)算出的工作轉(zhuǎn)速相吻合說明本廠球磨機(jī)在轉(zhuǎn)速上達(dá)到了最佳粉碎效果=22.79%-24.36%3.3球磨機(jī)筒體直徑和長度對粉碎效率的影響磨礦用球磨機(jī)的裝球量和填充率是否合適,磨機(jī)的直徑越長,物料受到的沖擊、磨剝作往往可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電流表讀數(shù)來判斷。因?yàn)橛靡苍酱?單位產(chǎn)量電耗也就越低;反之球磨機(jī)在正常操作情況下,轉(zhuǎn)數(shù)、襯板形式等因素是確的生產(chǎn)能力就低,單位電耗越高。定的。球磨機(jī)內(nèi)沖擊、磨剝效果達(dá)到最大時(shí),所據(jù)彭德功指數(shù)的測定表明,球磨機(jī)的生產(chǎn)能需電量也大。因此當(dāng)電流表讀數(shù)最高時(shí),球磨機(jī)力與直徑的2.6次方成正比,輸出功率與直徑的內(nèi)鋼球填充率最適宜。24次方成正比。兩者直徑指數(shù)相差0.2次方,3.5.2球徑和球比即磨機(jī)的效率按直徑的0.2次方增加,每噸水煤在球磨機(jī)中具體執(zhí)行研磨任務(wù)的是運(yùn)行的鋼漿電耗按直徑的0.2次方減少。球,鋼球大小會(huì)嚴(yán)重影響研磨效果。鋼球一方面當(dāng)球磨機(jī)直徑一定時(shí),在一定范圍內(nèi),筒體對物料有沖擊作用,另一方面對物料進(jìn)行擠壓、越長,則球磨機(jī)的容積相應(yīng)增加,從而可提高球研磨。粗粒物料的破碎主要靠沖擊力,細(xì)磨主要磨機(jī)的生產(chǎn)率,并有利于增加細(xì)磨作用,改善水靠球的研磨作用。而兩種作用都是通過球與球和煤漿粒度指數(shù)。但是筒體太長時(shí),會(huì)浪費(fèi)部分球與襯板之間的接觸,實(shí)現(xiàn)對物料的沖擊和研電能。磨。在裝球量一定的條件下,球的尺寸決定球的3.4球磨機(jī)內(nèi)襯板和研磨介質(zhì)的選擇個(gè)數(shù)。球在球磨機(jī)中的沖擊次數(shù)隨球徑的減小而對于球磨機(jī)的襯板不但要求耐磨,并要承受增加。球與球間的研磨間隙則隨球徑的減小而減巨大的沖擊,因此必須具有相當(dāng)大的硬度和韌小。但在研磨過程中要擊碎那些大顆粒物料,必性。對研磨介質(zhì)的硬度要求較低,韌性要求須要由較大的球來完成。因此,要得到較高的生較高。產(chǎn)能力,就必須按照物料的粒度要求,裝入一定目前本廠水煤漿球磨機(jī)襯板為錳鋼澆鑄制重量和適當(dāng)比例的各種直徑的鋼球。成,研磨介質(zhì)采用高鉻鋼球。與橡膠襯板、樹脂2005年11月,本廠新安裝了一臺破碎機(jī),橡膠襯板、鑄石板、陶瓷板相比,錳鋼襯板會(huì)給保證了進(jìn)球磨機(jī)的物料中3~5mm粒級占到物料更大沖擊和磨剝作用,但噪音也增大。根據(jù)65%。降低入料粒度后,本廠將球磨機(jī)內(nèi)原直徑2012年一季度監(jiān)測情況,水煤漿球磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)Φ60的鋼球剔除,只剩Φ40和Φ25的兩種鋼球。噪音可達(dá)118dB。自2003年本廠水煤漿工藝投由于水煤漿為新興產(chǎn)業(yè),目前無任何權(quán)威資產(chǎn)以來,于2006年5月對襯板全部進(jìn)行了更換。料和統(tǒng)計(jì)結(jié)果能表明磨機(jī)中能達(dá)到的最佳填充在2005年9月及2006年5月檢修期間把損壞的率,只能從生產(chǎn)實(shí)踐中摸索。2012年5月本廠進(jìn)鋼球剔除,加入了新的鋼球;并在平時(shí)生產(chǎn)過程行了鋼球級配實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用球磨機(jī)為格子型球磨中定時(shí)補(bǔ)充鋼球,每周一填加φ40鋼球30kg機(jī),其技術(shù)參數(shù)為:φ420×450,轉(zhuǎn)速57r/min,每周五填加Φ25鋼球50kg介質(zhì)充填率40%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示3.5球磨機(jī)內(nèi)裝球量、球徑、球比的影響從表中可以看出,不同直徑鋼球配比Φ403.51裝球量Φ30:Φ20=2:3:1時(shí),研磨效果最好,研磨效率如果球磨機(jī)內(nèi)鋼球過多,不僅占用球磨機(jī)的最高。有效容積,球與球之間還會(huì)相互干擾,無謂的消4結(jié)語耗能量;反之又不能充分發(fā)揮沖擊和磨剝作用。本廠水煤漿球磨機(jī)額定轉(zhuǎn)球量為19.5t,鑄(1)在球磨機(jī)中,鋼球與筒壁脫離點(diǎn)僅與設(shè)鋼球堆密度為4.35~465tm3,球磨機(jī)規(guī)格為計(jì)尺寸有關(guān),而與轉(zhuǎn)速無關(guān)。70煤炭加工與綜合利用2013年第3期衰2不同鋼球配比下的研磨效果對比不同直徑鋼球配比-0.074mm72h沉淀礦漿序號濃度/%粘度40:Φ30:20粒級產(chǎn)率/%狀況流動(dòng)性76.000:0:100沉淀大72.1059.27平均63.5261.3373.99250:50:057.8279.06微沉淀微大79.34平均6l.2477.4660.9190.0550:33.3:16.7(3:2:1)61.0388.91不沉淀64.5585.2367.6084.5340:30:30(4:3:3)87.78沉淀可以33.3:50:16.7(2:3:1)平均6ω066數(shù)93.33不沉淀4875.8016.7:33.3:50(1:2:3)79.90沉淀63.1373.3964.3262.1485.0616.7:50:333(1:3:2)不沉淀一般可以62.1788.3061.74*由于給礦機(jī)故障、水壓變小造成該試驗(yàn)?zāi)サV濃度偏高。表3不同鋼球配比下的研磨效率對比機(jī)內(nèi)鋼球填充率最適宜。不同直徑研磨效率研磨(4)球磨機(jī)內(nèi)的鋼球配比值除了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)鋼球配比(新生-0.074mm粒級)/效率行實(shí)驗(yàn)外,還需經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)。40:430:Φ20kg·(L·h)-1排序0:0:1000.10參考文獻(xiàn)50:50:00.13550:33.3:16.70.15640:30:300.15433.3:50:16.70.160752316[1]鄭水林.超細(xì)粉碎原理、工藝設(shè)備及應(yīng)用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,1993[2]陳世柱行星式高能球磨機(jī)工作原理研究[J].礦冶工16.7:33.2:500.133程,1997(12):62-6516.7:50:33.30.153[3]劉垚,趙國鋒,何巖巖,等.生產(chǎn)水煤漿用新型超細(xì)攪拌球磨機(jī)的研究[J].煤炭加工與綜合利用,2011(1):47-49(2)本廠目前使用的錳鋼襯板和高鉻鋼球雖[4]詹隆,賈傳凱,杜麗偉,等.水煤漿制漿工藝與專然沖擊和磨剝作用較好,但噪音過大。設(shè)備的新發(fā)展[].煤炭加工與綜合利用,2011(5):43(3)當(dāng)球磨機(jī)電流表達(dá)到讀數(shù)最高時(shí),球磨