高压辊磨机的未来

高压辊磨机的未来

背景

据统计，全世界5%左右的能耗用于矿物的选别，而选矿中80%左右的能耗用于对原物料的粉碎川。经济的高速发展导致了能源的大量消耗，选矿处理的原矿由于“贫细杂”等更加难选。矿石品位的降低，有用矿物嵌布粒度减小等现象更增加了选矿能量的消耗。同时，由于粉碎方式的改变，改善矿石粉碎过程中矿物之间的解离状态，提高选矿回收率，最终提高我国矿产资源的利用效率。因此研究新型粉碎技术与设备具有重要的经济、社会和环境效益。

我国金属矿石资源种类繁多，但大多数矿种品质属贫、杂、细。国内金属矿山企业为了解决自身在矿业开发上存在的经济、技术和环保等方面面临的突出问题，积极引进、消化、吸收国外新型、高效的矿山生产工艺设备。高压辊磨机就是在这样的市场背景下，首先得到研究、论证，并开始在国内金属矿山企业应用的高效粉碎设备，也是国内矿业界当下最为关注的矿山生产设备。

高压辊磨机作为一种超细碎设备具有单位破碎能耗低、单位钢耗低、单位处理能力大、破碎产品粒度均匀、占地面积少、设备作业率高等特点，受到国内外专家和学者的关注，成为多碎少磨技术的发展趋势。

1应用概况

20世纪70年代末，德国K austhal 技术大学的K .schonert教授提出了料层粉碎原理，并设计出高压辊磨机。1977年K tnpp Polgsnts公司从K .schonert 教授处获准制造高压辊磨机，并于1985年生产出第一台产品，1986年用于L enu en水泥厂，随即在水泥行业得到迅速推广应用，取得了节能降耗的效果，但同时也暴露出了一些问题。20世纪90年代以来经过不断的研究改进，解决了辊而磨损和主轴承损坏问题，并采用高效打散分级机与高压辊磨机配套，使高压辊磨机的应用开始向金属矿山粉碎领域发展。

2高压辊磨机结构及工作原理

2.1高压辊磨机结构

高压辊磨机的结构主要由机架、压辊、轴承、驱动装置、喂料装置、液压、润滑和控制等系统组成。电机通过万向联轴器、减速机与安装在机架水平滑辊上的辊子系统(轴承和安装在轴承上的辊子)连接。挤压力的形成是通过两个直径相等、转速相同且相向旋转的辊子压力和物料自重压力构成的。两个压辊，一个为定辊，一个为可以前后小幅度水平移动的动辊。压力则通过高压油缸加载到动辊两端的轴承座上。其机构示意图如图1。

图1 高压辊磨机机构示意图

两个辊子中，一个是支承在轴承上的固定辊，另一个是运动的辊子，通过动辊对物料层施加磨矿力F;两个辊子以相同的速度相向旋转。辊子两端密封装置(心形片)防止物料在高压作用下从辊子横向间隙中排出。

2.2高压辊磨机工作原理

高压辊磨机的工作原理如图2所示，物料在磨矿力F的作用下,以拉入角α(物料拉入处与两辊子中心连线之间的夹角)连续通过间隙最窄的部位;压缩过程中，物料中的空气通过边缘逃逸，物料拉入时的空隙率为40%～50%，处于两

辊间最小间隙区的物料空隙率为15%～20%。由于高压辊磨机独特的工作原理，因此，适用于粉碎硬、中硬、软等各种不同硬度的脆性物料。

高压辊磨机的主要工艺参数包括：辊子尺寸、磨矿力、辊子间隙宽度、辊子线速度以及最大给料粒度等。

高压辊磨机可用于水泥生料和熟料、高炉炉渣、石灰石、煤以及其他脆性物料的粉碎，亦可用于硬度较高的铁矿石、锰矿石、铅锌矿石及多金属矿石的粉碎。德国AlPine公司制造的高压辊磨机与ATP涡式超细分级机构成闭路，可用于石灰石、白云石、菱镁矿、锆英砂等的细粉碎及超细粉碎加工。

物料由给料装置(重力或预压螺旋给料机)给入，在相向旋转的两个辊子之间，颗粒因相互挤压而被粉碎。在50MPa以上的压应力作用下，大多数被粉碎的物料通过两辊子间的最小间隙S后结成小块。饼状产品须经分散后才能得到细粒产品。高压辊磨机的粉碎过程大致可以分为3个阶段。

图2高压辊磨机工作原理示意图

(1).加速区:最上端A区域为加速区，物料在这个区域受到了颗粒自身的重量、颗粒与颗粒之间的摩擦力和颗粒与挤压辊之间的摩擦力，使得物料加速下降，逐渐加速到或者接近于挤压辊的辊面速度。大部分较大的颗粒先被粉碎，并重新排列，颗粒间被细粒填充。

(2).压缩区:中间B区域为压缩区，在挤压辊轴平面的倾角区域，压缩区内的物料受到较高的挤压力，每个颗粒都受到周边颗粒的挤压，挤压力在该区域达到峰值。

(3).释放区:最下端C区域，在挤压力达到峰值以后，迅速下降为0并进入该区域。压缩区和释放区存在一个临界挤压角。

高压辊磨机与辊式破碎机类似，但是和辊式破碎机在本质上有所区别:

●高压辊磨机采用的是准静压粉碎;

●高压辊磨机实施的是层压粉碎。

这两种方式相对于其他传统辊式破碎机，可以使物料内部相互粉碎，粉碎更彻底，从而粉碎效率更高，设备磨损更少.

层压粉碎在高压辊磨机上实现有两个前提:

●液压系统提供的压力足够大，并且物料的入料粒度小于两辊间的间隙;

●高压辊磨机需要保证讨饱和喂料，如果物料太少，就不能形成连续的料饼，

挤压的效果将变差。

3高压辊磨机优缺点

3.1高压辊磨机与传统的破碎粉磨机械相比，主要有以下几个优点

(1).粉碎效率高，能耗低。相比圆锥破碎机、棒磨机和球磨机，能耗降低约低20～50%。生产量高达1000吨/小时，可使整个系统提产30%～40%。高压辊磨机粉碎物料的单位能耗约 1.0～3.0kWh/t，比一般的破碎粉磨设各单位能耗低20%～50%。能更好的节能减排，并产生较大的经济效益。

(2).耐磨性好。由于采用了耐一磨硬质合金挤压辊，耐磨性好。这样高压辊磨机不仅能够适用于粉碎水泥等较软物料，而且也开始适用于粉碎铁矿石等较硬物料，使得其应用领域很广。同时也使得工作寿命大大提高。

(3).可处理含水量较高的物料，这样有利于形成较坚固的自生式料垫，改善辊磨机的工况和辊面使用寿命。如磨碎铁矿石制备球团给料一时，其水分可高达10% 。

(4).高压辊磨机结构紧凑、体积小、重量轻，方便对系统改造，而且操作、维修方便，易实现高压辊磨机的自动工作和监控。

(5).生产环境良好。由于高压辊磨机采用层压粉碎原理，物料被封闭在挤压辊和给料装置中，依靠静压粉碎，这样不会产生很大的物料冲击和飞溅。使得振动和噪声较低。

(6).破碎比大，可以在碎矿、磨矿流程中，代替现有的粗破、细破和磨矿作业，能够将30～60mm的块矿粉碎到3mm以下，从而可以实现在磨矿前大量抛尾，是系统的磨矿、选矿能力得以大幅度的提高。

(7).对于铁矿石矿上的贫矿、极贫矿、表外矿，经过高压辊磨处理后，可以在磨前抛去50%以上的尾矿，入磨矿石的品位得以大幅度提高。原有的磨矿选矿能力提高100%以上，粉磨的电耗大幅度降低，选矿成本大幅度降低。

(8).采用高压辊磨机实现磨前抛尾后，可将抛出的尾矿进行分级，较粗颗粒的尾矿可以作为建筑石料或代替河砂，也可直接送入废石堆场，降低了运输成本，同时减少了细粒尾矿含量，延长了尾矿库的寿命。

3.2高压辊磨机还存在的一些问题

(1)边缘效应

理论上压力在辊面宽度方向上是均匀分布的。但是挤压辊工作时受其结构特征及两侧挡料板磨损的影响，许多未经破碎的颗粒伴随挤压形成的料饼运出。从侧边逃逸的物料使挤压辊线压力呈现不均匀分布。试验证明，线压力的分布是中间大、两头小。

边缘效应会造成挤压辊两侧边的物料粉磨不足。同时，物料从挤压辊两侧边