第2章 水煤浆的制备与应用—中国矿大—北京，徐志强-4万字-20080(4)

规 格 MSMJ09035 MSMJ12042 MSMJ15060 MSMJ18080 MSMJ 2080 MSMJ 22090 MSMJ 24085 MSMJ 26105 MSMJ 30110 MSMJ 32115 MSMJ 35120 MSMJ 38120 MSMJ 42130 径，mm 900 1200 1500 1830 2000 2200 2400 2600 3000 3200 3500 3800 4200 度，mm 3500 4200 6000 8000 8000 9000 8500 10500 11000 11500 12000 12000 13000 有效 容积,m3 0.9 1.2 5.0 9.0 18.5 20.6 32.8 43.0 50.0 度，mm < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 < 13 筒体转速 r/min 35.4 35.4 26.0 20.9 18.0 18.0 16.0 14.7 14.7,15.1 球，t 3 6.5 14 27 33 45 50 74 110 123 154 182 240 最大装 棒量t 2.5 3.55 8.0 25.0 46.0 46.0 82.0 110 124 t/h 0.9～1.2 1.8～2.5 2.5～5.0 5.0～8.5 6～13 8~17 16～22 20～26 28～40 35～50 45～63 55～75 70～85 电机功率 kW 22 30 95 210 400 400 630 1250 1400,1000 率，kW 30 55 155 280 380 570 630 900 1400 1600 2000 2500 3000 重，t 7.2 17.5 28 41 58 75 89 165 185 250 310 382 475 厂 家 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 江阴亚特 表2-11 湿式溢流型棒磨机产品型号规格与技术性能 规 格 Φ900×1800 Φ900×2400 Φ1500×3000 Φ2100×3000 Φ2700×3600 Φ2700×4000 *Φ3200×4500 Φ3600×4500 Φ3600×5400 主机重 t 5.37 5.88 18.0 42.18 68.0 73.3 138,108 172,159.9 186,150 制造 厂家 江阴亚特，沈重 江阴亚特，沈重 江阴亚特，沈重 江阴亚特，沈重 江阴亚特，沈重 江阴亚特，沈重 江阴亚特，沈重 江阴亚特，沈重 江阴亚特，沈重 * 渭河化肥厂引进的棒磨与表中此行相近。 y.................................................a??C?mgxb

图 2-16 磨介在筒内运动状态

碰撞击碎作用的破碎力强，能粉碎较粗的物料，研磨作用的破碎力相对较弱，而且为了使物料能够被磨介夹持进入相邻磨介缝隙间被研碎，要求物料粒度d应大大的小于磨介直径 D 。理论研究结果表明，给料粒度d应满足d < 0.035Ｄ。所以这种研磨作用只能粉碎较细的物料，但是由于磨介间为紧密接触，可以得到微细的产品。在振动磨机中，这两种粉碎作用的强弱，可以通过选择磨介与振动强度加以调整，以适应不同用途的需要。

振动磨机中的击碎力是靠振动加速度产生的，它比重力加速度高6～14倍。此外，在球磨与棒磨机中，击碎作用主要发生在磨介的表层，振动磨则因筒内磨介均处于弹跳状态，击碎作用发生在全部磨介之中。所以，振动磨比球磨的粉碎作用更有效。

物料在磨筒内除受到磨碎作用外，还遇到了强烈的搅拌混匀与高速剪切作用，这对于某些要求有混匀与剪切作用的物料加工过程（例如制备高浓度水煤浆）来说，是十分有利的。剧烈持续的抛射，使筒内磨介呈松散悬浮状态，和产生强烈的搅拌混匀作用，使得物料能连续自流地从筒体的给料端向排料端运动。所以水平安装的磨筒，在运动期间物料也能顺利地排出。

振动磨机是一种新型磨碎设备，它的体积小、磨矿效率高、能耗低，与常规球磨机相比，更便

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于获得更细粒度的产品。但由于振动磨是整机参与振动，不易大型化，维修工作量也比球磨机大。此外，它的给料粒度也不能太粗，一般控制在3mm以下。中国矿业大学北京校区与江阴振动机械厂和亚特机械制造公司的陶汉洪总工程师从1985年开始，先后研制成制备水煤浆的专用振动球磨机系列产品，如表（2-12），并在八一等制浆厂采用，取得很好的效果。这种磨机适于小型自备浆厂采用，或与球磨机配套，作为产生微细颗粒的辅机使用。

表2-12 振动磨机产品型号规格与技术性能 规 格 型 号 ZM80 ZM 300 ZM 600 ZM 1200 ZM 2800 有效容 积，L 80 300 600 1200 2800 振动频率 Hz 10～21.7 16.4 16.4 16.4 16.4 最大双振 幅，mm 4～14 14 14 14 14 电机功率 kW 7。.5 22 37 75 200 主机重 t 1.05 2.5 4.5 8.5 23 制造 厂家 江阴机器厂、亚特 江阴机器厂、亚特 江阴机器厂、亚特 江阴机器厂、亚特 江阴机器厂、亚特 (二) 球（棒）磨机运行参数的选择计算 1、 磨机的转速率

球（棒）磨机的转速率是指磨机实际工作转速n与磨机理论临界转速nc的比值ψ，是磨机运行工况中的一个重要参数，直接影响到磨机功耗及磨介在磨机中的运动形态和磨矿效果。磨机理论临界转速nc，是在理想条件下，磨筒边沿的磨介随磨机旋转所受离心力与重力达到平衡，磨介开始发生离心化现象而不能被抛落时所需要的转速。

42.3 nc? （2-15）

D式中 nc— 临界转速，r/min； D — 磨机筒体的内径，m。

磨机旋转时，磨机随筒体提升并在空间作旋转运动，不同半径处的磨介，随筒体旋转的速度可近似假定相同，外层磨介所处半径大，最易达到抛落条件，当半径减小到一定程度后，其内层不再被抛落，而是沿磨介倾斜表面向下泻落。抛落运动的破碎方式是击碎，泻落运动的破碎方式主要是研磨。实际磨矿过程中这两种作用都兼而有之。随着转速率提高，磨机功耗逐渐增大，磨介运动方式中抛落成分增加，泻落成分减少。从磨介抛落能获得最大高差，即亦可获得最大破碎动能的角度分析 ，按最外层磨介，最佳的转速率为76％，按磨介整体计算，为88％，这是着眼于利用抛落破碎作用的结果。对于要求以泻落方式为主的球磨机，国外有的厂家推荐的转速率ψ为 ：

ψ＝n?0.68?0.0984D （2-16） nc式中 D — 磨机筒体内径, m 。

实际上，磨机的适宜转速与磨机型式、规格、装介率、衬板型式及物料性质等多种因素有关，很难单纯从理论上分析确定。江旭昌等总结的经验公式对球磨机为式（2－17）；对棒磨机，因钢棒运动时相互间的阻滞作用比球大，因此棒磨机的转速就应降低一些，一般取为ψ＝0.65。

32.66D ψ? （2-17）

42.4D 水煤浆磨矿与常规磨矿所不同的是，希望能得到较宽的粒度分布，所以转速率选取要比一般选矿磨机低，通常取为65%～78%。

?0.1662、装介率

磨机的装介率是指装入磨机中磨介的空间体积（包括磨介间的空隙容积）与磨机筒体有效容积的比值?，是磨机运行工况中的一个重要参数，它直接影响到磨机功耗及磨介在球磨机中的运动形态，与磨矿效果。装介率为0.50 时，磨介运动获得的能量最高，磨机功耗也最大，有利于提高磨机的处理量。但是对溢流型球磨机，为防止磨介从溢流口排出，装球率不应高于0.40。选矿时装球率通常取为0.40～0.50，棒磨机为0.35～0.40，这些可作水煤浆磨矿时参考 。制备水煤浆多采用高浓度磨矿工艺，采用的磨机为管磨机，与水泥磨机相似。为减少研制工作量，多从现有水泥磨机转化而来。但水泥磨机采用的装介率比较低，制备水煤浆时虽然也希望装介率高一些，但不应超过磨机

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制造厂家所规定的最高限额。

磨介大小与不同大小磨介的装入比例对磨矿效果有明显的影响。一般是根据给矿和磨机的工作条件，先计算所需磨介的最大尺寸，然后根据经验确定个种尺寸的装入比例。对于选矿磨机，国际上通常按式（2－18）与式（2－19）分别计算球磨机与棒磨机所需磨介的最大尺寸。 Dm?25.4?d80ρsWi?()13 （2-18） K100ψ3.281D式中 Dm － 球磨机所需最大磨球直径，m；

D － 球磨机直径，m；

d80 － 给料中筛下累计含量为80%时的粒度，m； ρs － 被磨颗粒的密度，kg/m3； Wi － 物料的功指数, kWh/st； ψ － 磨机的转速率百分数，％；

K － 系数，对溢流型球磨机为350，格子型球磨机为330。

0.75 Rm?25.4?d80ρsW100ψ3.281D （2-19）

式中 Rm － 棒磨机所需最大磨棒直径，m，其他符号同上式。

其他大小磨介的装入配比，由表（2-13）及表（2-14）中选取 。球磨机中的最小球径控制在25mm，对格子球磨机，最小也不应小于12mm，否则也易从格子板的开孔中逸出。棒磨机中的棒长应比筒体内有效长度短150mm，最细的棒径控制为50mm，再细容易弯曲和折断。所以当磨机中棒磨损至棒径小于25mm～40mm时，应及时置换。

表 2-13 球磨机不同规格钢球的配比

球 径,mm 115 (4.5″) 100 (4.0″) 90 (2.5″) 75 (3.0″) 65 (2.5″) 50 (2.0″) 40 (1.5″) 25 (1.0″) 合 计 115 (4.5″) 23.0 31.0 18.0 15.0 7.0 3.8 1.7 0.5 100.0 100 (4.0″) 23.0 34.0 21.0 12.0 6.5 2.5 1.0 100.0 90 (2.5″) 24.0 38.0 20.5 11.5 4.5 1.5 100.0 75 (3.0″) 31.0 39.0 19.0 8.0 3.0 100.0 65 (2.5″) 34.0 43.0 17.0 6.0 100.0 50 (2.0″) 40.0 45.0 15.0 100.0 40 (1.5″) 51.0 49.0 100 表 2-14 棒磨机不同规格钢棒的配比 棒 径,mm 125 (5.0″) 115 (4.5″) 100 (4.0″) 90 (2.5″) 18 125 (5.0″) 22 20 115 (4.5″) 10 19 23 20 100 (4.0″) 14 20 27 20 90 (2.5″) 11 15 21 33 75 (3.0″) 7 10 15 21 65 (2.5″) 9 12 17 26 50 (2.0″) 100 100 100 100 合 计 * 渭河化肥厂引进的棒磨机配棒与表中此列完全相同。 75 (3.0″)* 31 39 30 100 65 (2.5″) 34 66 100 以上的算法来自选矿磨机的经验，是从有利于物料磨细角度总结出来的。对水煤浆磨矿而言，由于它还需要获得粒度分布好的产品，显然，产品的粒度分布与配球有密切的关系，但至今国外尚未看到有这方面的研究结果。张荣曾根据磨矿数学模型所确定的各种粒度所需要的破碎概率，提出了一个解决配球问题的新方法。经过四座制浆厂的四种规格磨机上的对比检验，实际的制浆结果不但在制浆能力上，而且在产品的粒度分布上与原设计的预期的效果很符合。表（2-15）与图（2-17）给出了其中的一组（2.4m×8m球磨机）数据。由于这种算法比较复杂，并需要用专门的软件在计算机上完成，在此不便详细介绍。

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表2-15 磨矿预测与生产实际主要结果对比 项 目 磨矿预测 生产实际 19.87 21.20 制浆生产能力， 吨浆/时 49.54 49.56 产品平均粒度， μm 79.37 79.26 产品中< 74μm，％ 76.25 74.66 产品堆积效率， ％ 67.00 67.23 磨矿浓度， ％ 10090负累计含量，％80706050403020100050100150200250300350400450500550粒度，微米图中曲线为预测值，“◆”为实际结果；

图2-17 1998年5月八一浆厂磨矿预测与实际产品粒度分布

(三) 球（棒）磨机功率与制浆能力计算

磨机的能力与它的功率消耗有密切关系，因为磨碎矿物所需能量来自磨机中磨介获得的动能。

1、磨机的功率计算

球磨机中磨介实际上兼有园轨迹运动、抛落、泻落及肾形蠕动，它们的形成与球磨机中磨介的充填率及运行参数有关。但是在磨机功率计算时，却往往分别按泻落与抛落两种状态进行计算，所以按这种理论分析导出的计算方法必然存在较大的误差。为了弥补这种缺陷，国内、外出现过多种经验公式。张荣曾认为前人理论推导的不足在于往往把筒内磨介视为一个整体，实际上磨介是一个散体，各层磨介的运动规律与磨机尺寸、磨介的充填率、磨机的运行参数及磨介所处的层位（半径）有关。所以，不应笼统地对磨介整体作运动分析，必须分层进行分析和计算。从这一观点出发，他以实验结果为依据，研究了球磨机中磨介的运动规律，进而导出了计算球磨机功耗的新方法。他在实验室的试验结果表明，平均误差只有2.048%。经过二十六组工业磨机的检验，这种计算机分层计算出的轴功率平均为从电机侧测得输入功率的83％，比较接近实际情况。但这种算法不易为一般人所掌握，所以本书只介绍传统的泻落算法与中国水泥行业推荐的一种经验公式。按上述二十六组工业磨机数据，泻落法平均为分层法的126％，经验公式平均为分层法的89.7％。也就是说，分层算法大体上是这两者的平均值。所以，利用这两种算法一般也能满足工程计算的需要。

(1)泻落式功率计算方法

该算法是按照磨介偏转后，克服磨介的重力矩所需的功率。设磨介在磨机中的装球率为φ ，在 φ ≤0.50情况下，磨机中磨介形成的弓形体的圆心角为Ω（图2-18）。

BO?C。?lDA

图 2-18 磨介整体偏转角图示

圆心角Ω与装球率φ间有如下关系。

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G = mg

????sin? （2-20）

2? 按此原理，推导出的磨机轴功率算法如下： N?4.62?G??D?sin3????sin? ，kW （2-21） 2式中θ为达到平衡时磨介整体的偏转角，称提升角。 提升角θ可按下式计算

?1 ??arccos?[f2?f2?4?1?f2?2]? （2-22） ?2?f?1? 式中 M — 重力矩，kgf·m。所以磨机尺寸单位应取为m，磨介质量取kg； n — 磨机转速，r/min；

D － 磨机内筒体的有效直径为D，m；

f － 磨介与筒体内壁间的摩擦系数，f ≈ 0.35。

(2)水泥行业推荐的经验公式

N?0.184?D?V?n??(6.16?5.75??)，kW （2-23）

式中 D － 磨机内筒体的有效直径为D，m；

V － 磨机有效容积，m3； n － 磨筒的转速，r/min； φ － 磨机的装介率；

N － 磨机的轴功率，kW。

上述求得的为磨机的轴功率，可作为计算磨机产量的依据。在选择配套电机的功率时，还应该计及各项传动环节的传动效率与电机的备用系数。粗略估计，配套电机的功率为磨机轴功率的1.35～1.45倍。由于各生产厂家配套的传动系统间往往差异较大，配套电机功率的选择最好由生产厂家自定。

2、磨机制浆能力计算

计算出磨机的轴功率后，只有再算出磨碎单位重量物料所需功耗W，就可以方便地球出该磨机的生产能力。使物料破碎所需功耗与给料的可磨性、给料与要求的产品粒度组成有关，通常都采用邦德（F. C. BOND）公式（2-24）计算。

W?10?(Wi?Wi)， kW·h/st （2-24）

PF8080式中 Wi — 邦德功指数，由实验求得，与物料可磨性有关；

F80 — 给料中透筛率为80％时的筛分粒度，μ； P80 — 产品中透筛率为80％时的筛分粒度，μ；

St — 短吨，一短吨为2000磅，相当0.907吨。 若将功耗 W 改为标准单位制，则为：

W?11.02?WI?(1?1)， kW·h/t （2－25）

P80F80对于煤炭，其可磨性通常用HGI（Hard grove Index）表之，邦德功指数Wi与可磨性指数HGI间有

下列经验关系：

435 （2-26） 0.91HGI400 Wi? （2-27）

HGI0.86Wi? 实际功耗还与磨矿条件诸因素有关，所以按式（2-25）求出的功耗还应加乘修正系数E，E为各项修正系数的乘积，它们都是经验系数，在磨矿书刊中均可查到。对于高浓度水煤浆的磨矿，根据我们的经验，增加了一个磨矿煤浆浓度系数EC，它与磨机中矿浆的固体容积浓度λ%有关。

EC?1.0?0.07?(??37) （2-28）

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