球磨机制水煤浆工艺初步研究

煤炭加工与综合利用66COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATIoNNo.3,2013球磨机制水煤浆工艺初步研究王二林,刘占江,张爱东(首钢矿业公司烧结厂,河北迁安064400)摘要:论述了水煤浆生产常用的溢流型球磨机的构造及磨碎原理;分析了球磨机转速,筒体直径和长度,内衬板和研磨介质,内装球量、球径、球比等因素对其磨碎效率的影响;以首钢矿业公司烧结厂的制浆工艺为例,确定了最佳磨矿条件。关键词:水煤浆;球磨机;转速;配球比中图分类号:TD41.4文献标识码:A文章编号:10058397(2013)03006605随着石油资源日益贫乏和石油价格不断上涨,迫切需要一种石油替代品。虽然核能、太阳1磨机的选择能技术研究不断发展,但是目前距离广泛应用还有很长的路。水煤浆作为石油替代品以其制造技1.1磨机的分类术要求低、工艺简单、成本低廉得到迅速发展依照磨矿介质、筒体形状、筒体直径和长度而且在很多地方已经开始替代重油,并取得了可的比例以及排料方式的不同,磨机主要分为短筒观的经济效益。目前大部分水煤浆生产厂家采用型、圆锥型、管型等几类,磨机筒体的直径与长的磨机为溢流型球磨机,这一设备在水煤浆制浆度示意见图1,磨机的分类见表1。工艺中发挥了重要作用。收稿日期:201301-16作者简介:王二林(1982-),男,河北保定人,2004年毕业于河北科技师范学院机械设计制造及其自动化专业,工学学a—短筒型磨机(溢流型);b-圆锥型磨机(溢流型);士,首钢矿业公司烧结「机动科机械设备工程师,电话:0315管型磨机(溢流型);d短筒型磨机(格子型7713671。图1磨机筒体直径和长度的比例示意3结论状[J].煤炭加工与综合利用,2010(2):41-43.(1)通过优化原料配比、反应温度和反应时[2]张荣曾.水煤浆制浆技术[M].北京:北京科学出版社,1996间等,制得了改性木质素磺酸钠分散剂GM。合[3]苏毅,马步伟,赵振新.分散剂在水煤浆中作用[J]成分散剂的最佳工艺条件是:木质素磺酸钠、丙河南化工,2005(22):8-11烯酸与乙二醇配比为1:3:4,引发剂过氧化氢与[4] Funk James E. Coal Water Slurry and Methods for its七水合硫酸铁配比为4:5,反应温度70℃,反应Preparation:Us,4282006[P].1981-08-04.时间为1h。[5]邹立壮,朱书全,王晓玲,等.不同水煤浆分散剂与煤(2)将GM作为水煤浆分散剂用于宝日希勒之间的相互作用规律研究:XI分散剂改性煤粒的界面性质及其对CWS性质的影响[J].燃料化学学报,2006褐煤制水煤浆,最高煤浆浓度达到55.41%,说34(2):I61-165明GM是一种性能优良的改性木质素磺酸钠系水[6]茅晔辉,朱书全,昊晓华,等聚羧酸系水煤浆分散剂煤浆分散剂。的合成试验[J.煤炭加工与综合利用,2009(1):4参考文献[7]谢欣馨,戴爱军,杜彦学,等.水煤浆分散剂的发展动向[冂].煤炭加工与综合利用,2010(2):43-46[1]郝祯娟,付晓恒,张晓波.水煤浆干法制浆工艺发展现2013年第3期王二林,等:球磨杋制水煤浆工艺初步研究表1磨机的分类磨料筒体筒体长度L与类型传动部介质形状直径D的关系方式进料部减速机电机锥形L=(0.25-1)D溢流排料格子排料筒体部一钢球溢流排料球磨机或短筒型L≤2D格子排料铁球溢流排料管型L=(3-6)D出料部基础格子排科棒磨机钢棒筒形L=(1.5-2)D溢流排料图2溢流型球磨机结构示意无介质或自磨机少量钢球短筒形L=(0.3-1.0D风力吸运格子排料制焊成的圆筒,筒壳两端焊有铸钢制成的法兰,立磨机钢球短筒形溢流排料法兰经过精细加工,必须相互平行和同心。用螺栓把球磨机前后端盖紧固在筒壳两端法兰上,形我国水煤浆生产厂家使用最广泛的是球磨成一个整体。筒壳上留有两个对称配置的矩形人机、棒磨机和自磨机。首钢矿业公司烧结厂所用孔,用作检查、观察筒体内情况和检修。球磨机球磨机规格为Φ830×7000m,属于管型溢流工作时,用双头螺栓将人孔盖紧固密封在筒体排料球磨机。上。筒壳内有衬板,用楔形螺丝固定在筒壳上。1.2各类磨机的特点为了防止水煤浆沿螺丝孔泄漏,在螺丝帽下垫有(1)格子型球磨机。强制排料、排料速度快橡胶垫圈。(不适合细磨)、构造复杂、对维护要求高、生产能力较溢流型球磨机高15%,但是粉碎效率低3影响溢流型球磨机粉碎效果的主要因素单位产量能耗较高、研磨介质容易磨损、运转时3.1磨碎过程的影响噪音大。主要用于新建选矿厂,不适合用作水煤当球磨机按照规定的转速运转时,研磨介质浆磨机。与物料在离心力C和摩擦力F的作用下被提升到(2)溢流型球磨机。物料在球磨机内停留时定高度后,由于重力G作用而脱离筒壁沿抛物间长,适合细磨,构造简单,检修方便,工艺成线轨迹下落;之后又被提升一定高度,再沿抛物熟,投资少,目前被绝大多数水煤浆生产厂家采线轨迹下落;如此周而复始,使处于研磨介质之用间的物料受冲击作用而被击碎。同时,由于研磨(3)棒磨机。物料研磨后粒度均匀,一般粒介质的滚动和滑动,使颗粒受研磨、摩擦、剪切度为0.3~3mm,适用于粗磨性脆易泥化矿物,等作用而被磨碎。不适合水煤浆生产。3.2球磨机转速的影响(4)自磨机。无磨料介质,靠物料相互冲击球磨机转速大小决定着筒体内研磨介质的运和磨剥实现磨碎,直径大,一般用于矿石粉碎,动状态和研磨作用效果。当转速较小时,全部介不适合水煤浆生产。质被提升的高度较小,只向上偏转一定的角度(5)立磨机。可以控制物料的研磨时间,构其中每个介质都围绕自己的轴线转动。当介质的造简单,生产能力低。目前开平水煤浆厂即采用倾角超过介质(钢球、瓷球或鹅卵石)在介质表面此设备。上的自然休止角时,介质即沿此斜坡滚下。介质2溢流型球磨机的构造的这种运动状态称为泻落,如图3(A)所示。在泻落式状态工作的磨机中,物料在介质间主要受溢流型球磨机(传动方式为右旋)的结构,到磨剥作用,冲击作用很小,故粉碎效率低。见图2。如果磨机的转速合适,介质边自转边随筒体球磨机筒体的筒壳是由18~36mm的钢板卷内壁做圆曲线运动上升到一定高度,然后纷纷作68煤炭加工与综合利用2013年第3期抛物线下落,这种运动状态称为抛落式,如图3定角度并以速度t抛出物体。圆周切线速度t和(B)所示。在抛落式状态工作的磨机中,物料在球磨机转速n之间有下述关系:圆曲线运动区受到介质冲击和强烈翻滚着的介质Tr Dn TTRn磨剥作用,故此种运动状态下,物料的粉碎效率最高代入式(1)得当球磨机转速过快时,介质就贴在筒壁上而/g×3√cosa(r/min不再下落。这种运动状态称为离心运转,如图3(C)所示。发生离心运转时,物料也随筒体一起取g为981m/s2,m≈√B,则有:运转,既无介质的冲击作用,此时磨剥作用很30CoSa(2)弱,粉碎作用几乎停止。R当R一定时,由式(2)可知,球磨机转速O与变量a角为反比关系;a角减小,√cosa则增大,使得球磨机转速增大,即为钢球提髙到最高位置再抛落的演变过程。当α=0时,n=,研图3研磨介质运动轨迹磨介质的径向分力(向心力)不能克服离心力,钢球便开始随筒体一起做回转离心运转。根据式以球磨机中最外层研磨介质为研究对象,其(2),当α=0时,cosa=1,则:受力分析如图4所示。当研磨介质被提升到A点-(r/min)脱离筒体抛落下来时,离心力C要小于或等于向心力N,即:C=N这时球磨机的转速为临界转速。式(3)说明界与球磨机直径成反比关系。即球磨机筒体越大,n界值越小;当球磨机直径越小时,nh界则愈大。用它作为一个标准尺度,来比较同类球磨机的不同转数或不同磨机的工作转数的效果,有其指导意义。由于上述研究是建立在一种特殊条件上的忽略了研磨过程中钢球的滑动,并以最外层的研磨介质作为研究对象。当球的填充率在40%图4研磨介质落下时的受力情况50%时,研磨浓度较大,与采用不平滑衬板时较为接近。对此,既应考虑到磨机内、外层钢球最因为适合高度的最大破碎作用,又要兼顾到整个研磨mv介质对物料的冲击和磨剥作用,从而得出球磨机C= R适宜的工作转数(一般应为该球磨机临界转数的N= Cosa mgcosa72%~80%1),即:所以n=(0.72~0.8)×n临界mu = mgcosa根据式(3)可计算本厂水煤浆球磨机(规格为Φ1830×7000)的n临界u2= Rgcosa由此得D1.831.352831.34(r/min)(5)在图4所示位置时,研磨介质与水平线成一工作转速n:2013年第3期王二林,等:球磨机制水煤浆工艺初步研究n=(0.72~0.8)×31.34Φl830×7000,由此可得填充率为=22.56~25(r/min)194÷(4.35~4.65)x100%根据实际测算,本厂球磨机实际工作转速为3.14725r/min,与式(6)计算出的工作转速相吻合说明本厂球磨机在转速上达到了最佳粉碎效果=22.79%-24.36%3.3球磨机筒体直径和长度对粉碎效率的影响磨矿用球磨机的装球量和填充率是否合适,磨机的直径越长,物料受到的冲击、磨剥作往往可以根据电动机的电流表读数来判断。因为用也越大,单位产量电耗也就越低;反之球磨机在正常操作情况下,转数、衬板形式等因素是确的生产能力就低,单位电耗越高。定的。球磨机内冲击、磨剥效果达到最大时,所据彭德功指数的测定表明,球磨机的生产能需电量也大。因此当电流表读数最高时,球磨机力与直径的2.6次方成正比,输出功率与直径的内钢球填充率最适宜。24次方成正比。两者直径指数相差0.2次方,3.5.2球径和球比即磨机的效率按直径的0.2次方增加,每吨水煤在球磨机中具体执行研磨任务的是运行的钢浆电耗按直径的0.2次方减少。球,钢球大小会严重影响研磨效果。钢球一方面当球磨机直径一定时,在一定范围内,筒体对物料有冲击作用,另一方面对物料进行挤压、越长,则球磨机的容积相应增加,从而可提高球研磨。粗粒物料的破碎主要靠冲击力,细磨主要磨机的生产率,并有利于增加细磨作用,改善水靠球的研磨作用。而两种作用都是通过球与球和煤浆粒度指数。但是筒体太长时,会浪费部分球与衬板之间的接触,实现对物料的冲击和研电能。磨。在装球量一定的条件下,球的尺寸决定球的3.4球磨机内衬板和研磨介质的选择个数。球在球磨机中的冲击次数随球径的减小而对于球磨机的衬板不但要求耐磨,并要承受增加。球与球间的研磨间隙则随球径的减小而减巨大的冲击,因此必须具有相当大的硬度和韧小。但在研磨过程中要击碎那些大颗粒物料,必性。对研磨介质的硬度要求较低,韧性要求须要由较大的球来完成。因此,要得到较高的生较高。产能力,就必须按照物料的粒度要求,装入一定目前本厂水煤浆球磨机衬板为锰钢浇铸制重量和适当比例的各种直径的钢球。成,研磨介质采用高铬钢球。与橡胶衬板、树脂2005年11月,本厂新安装了一台破碎机,橡胶衬板、铸石板、陶瓷板相比,锰钢衬板会给保证了进球磨机的物料中3~5mm粒级占到物料更大冲击和磨剥作用,但噪音也增大。根据65%。降低入料粒度后,本厂将球磨机内原直径2012年一季度监测情况,水煤浆球磨机在运转时Φ60的钢球剔除,只剩Φ40和Φ25的两种钢球。噪音可达118dB。自2003年本厂水煤浆工艺投由于水煤浆为新兴产业,目前无任何权威资产以来,于2006年5月对衬板全部进行了更换。料和统计结果能表明磨机中能达到的最佳填充在2005年9月及2006年5月检修期间把损坏的率,只能从生产实践中摸索。2012年5月本厂进钢球剔除,加入了新的钢球;并在平时生产过程行了钢球级配实验。实验用球磨机为格子型球磨中定时补充钢球,每周一填加φ40钢球30kg机,其技术参数为:φ420×450,转速57r/min,每周五填加Φ25钢球50kg介质充填率40%。实验结果如表2和表3所示3.5球磨机内装球量、球径、球比的影响从表中可以看出,不同直径钢球配比Φ403.51装球量Φ30:Φ20=2:3:1时,研磨效果最好,研磨效率如果球磨机内钢球过多,不仅占用球磨机的最高。有效容积,球与球之间还会相互干扰,无谓的消4结语耗能量;反之又不能充分发挥冲击和磨剥作用。本厂水煤浆球磨机额定转球量为19.5t,铸(1)在球磨机中,钢球与筒壁脱离点仅与设钢球堆密度为4.35~465tm3,球磨机规格为计尺寸有关,而与转速无关。70煤炭加工与综合利用2013年第3期衰2不同钢球配比下的研磨效果对比不同直径钢球配比-0.074mm72h沉淀矿浆序号浓度/%粘度40:Φ30:20粒级产率/%状况流动性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数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*由于给矿机故障、水压变小造成该试验磨矿浓度偏高。表3不同钢球配比下的研磨效率对比机内钢球填充率最适宜。不同直径研磨效率研磨(4)球磨机内的钢球配比值除了在实验室进钢球配比(新生-0.074mm粒级)/效率行实验外,还需经过生产实践的检验。40:430:Φ20kg·(L·h)-1排序0:0:1000.10参考文献50:50:00.13550:33.3:16.70.15640:30:300.15433.3:50:16.70.160752316[1]郑水林.超细粉碎原理、工艺设备及应用[M].北京:中国建材工业出版社,1993[2]陈世柱行星式高能球磨机工作原理研究[J].矿冶工16.7:33.2:500.133程,1997(12):62-6516.7:50:33.30.153[3]刘垚,赵国锋,何岩岩,等.生产水煤浆用新型超细搅拌球磨机的研究[J].煤炭加工与综合利用,2011(1):47-49(2)本厂目前使用的锰钢衬板和高铬钢球虽[4]詹隆,贾传凯,杜丽伟,等.水煤浆制浆工艺与专然冲击和磨剥作用较好,但噪音过大。设备的新发展[].煤炭加工与综合利用,2011(5):43(3)当球磨机电流表达到读数最高时,球磨