球磨机磨球与磨段的原理和应用

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：球磨机磨球与磨段统称为球磨机研磨介质,仍是我国耐磨钢铁件用量最大的一类,其中铁矿球磨机磨球与磨段用量最大。图3-1 鞍钢矿山公司选矿球磨机鞍钢矿山公司的磨球研发和选用分为三个主要阶段。按照2009年全国铁矿石产量8.8亿t和研磨介质平均磨耗约1.22kg/t推算,2009年全国铁矿山磨球与磨段消耗量约107.36万t。

球磨机磨球与磨段统称为球磨机研磨介质,仍是我国耐磨钢铁件用量最大的一类,其中铁矿球磨机磨球与磨段用量最大。

1.铁矿球磨机磨球与磨段

首先以鞍钢矿山公司为例。鞍钢矿山公司作为鞍钢重要精品原料基地,拥有7个铁矿,6个选矿厂,1个烧结厂,3个球团厂,年采剥总量约2亿t,年产约5500万t铁矿石,是中国第一、世界第四大铁矿企业。在采、选、运、球、烧等生产过程中,消耗大量各类耐磨件。

鞍钢矿山公司现有各种规格的球磨机百余台,球磨机直径最大为ϕ5.5m,近几年,直径ϕ5m以上的大规格球磨机已成为生产主力。鞍钢矿山公司选矿球磨机情况见表3-1和图3-1,每年消耗各种磨球约10万t,是各种耐磨材料中用量最大的一种。其中一段磨机磨球用量约5万t,直径为ϕ90～ϕ110mm,硬度≥45HRC；二、三段磨机全部采用磨段,用量约5万t,规格为ϕ25mm×30mm～ϕ45mm×50mm,硬度≥48HRC。

表3-1 鞍钢矿山公司选矿球磨机情况

(续)

图3-1 鞍钢矿山公司选矿球磨机

鞍钢矿山公司的磨球研发和选用分为三个主要阶段。第一个阶段是普通碳钢锻轧钢球,采用中高碳钢坯,锻轧成形,为了提高耐磨性,采用余热淬火处理,但由于普通碳钢的淬透性很低,耐磨性提高不大。第二个阶段是中高碳低合金钢锻轧钢球,由于加入了Cr、Mn、v、Mo等合金元素,有效地提高了钢的淬透性,使磨球的耐磨性明显提高,主要钢种有65Mn、71Mn、CrMnMo、CrvTi等。第三阶段从20世纪90年代中期开始推广应用合金铸铁球,到2002年,鞍钢矿山已全部采用各种合金铸铁磨球,主要品种有低铬合金白口铸铁磨球和M-B球墨铸铁球。2009年鞍钢矿山已全部使用低铬合金白口铸铁磨球。图3-2是低铬合金白口铸铁磨球在球磨机中的使用状态。鞍钢矿山公司磨球与磨段平均磨耗约1.82kg/t。

图3-2 低铬合金白口铸铁磨球在球磨机中的使用状态

然而,鞍钢矿山公司铁矿石较硬,难破难磨,平均磨耗较高。现在看全国钢铁和铁矿情况,2009年我国粗钢产量5.68亿t,生铁产量5.37亿t,铁矿石产量8.8亿t,另2009年进口铁矿石6.3亿t,均居世界第一位。随着经济建设的需求和发展,我国铁矿石产量不断增长,我国铁矿石产量变化情况见图3-3。2008年铁矿石产量达到80805万t,2009年再增加到88017万t。根据中国冶金矿山协会统计,2009年全国各钢铁公司矿山研磨介质磨耗见表3-2；全国重点铁矿山研磨介质平均磨耗见图3-4,2009年全国重点矿山研磨介质平均磨耗约1.22kg/t。按照2009年全国铁矿石产量8.8亿t和研磨介质平均磨耗约1.22kg/t推算,2009年全国铁矿山磨球与磨段消耗量约107.36万t。

图3-3 我国铁矿石产量变化情况

表3-2 2009年全国各钢铁公司矿山研磨介质磨耗

图3-4 全国重点铁矿山研磨介质平均磨耗

2.有色金属矿球磨机磨球

从中国有色金属工业协会获悉,我国铜、铝、铅、锌、镍、锡、锑、镁、钛、汞十种主要有色金属产量逐年增长,2009年我国十种有色金属产量达到2604.88万t。其中铜、铝、铅、锌四大主要有色金属产量占95%以上,分别为精炼铜410.95万t,原铝(电解铝)1284.6万t,铅370.79万t,锌435.67万t。但是有色金属产量并不能正比反映我国有色金属矿山原矿开采量和球磨机研磨原矿量,因为受矿山资源限制,我国每年均大量进口铜、铝、铅、锌等有色金属矿,其中铜、铅、锌等有色金属矿多以精矿形式进口。

2009年,我国规模以上企业生产铜精矿金属含量96.15万t,铅精矿金属含量136.04万t,锌精矿金属含量309.16万t。按铜矿平均品位只有0.87%推算,我国开采和球磨机选矿研磨原矿量约为11052万t。我国铅锌矿贫矿多,富矿少,矿山铅锌品位之和多在5%～10%之间,按7.5%推算,我国开采和球磨机选矿研磨原矿量约为5936万t。2009年我国铝土矿开采和球磨机研磨原矿量约3000万t,同期进口铝土矿约1900万t仍需球磨机研磨。综上所述,2009年我国铜、铝、铅、锌四大主要有色金属矿原矿开采量大约20000万t,而需要球磨机研磨的原矿量大约21900万t。

现以典型有色金属矿山德兴铜矿为例,德兴铜矿每年处理铜矿约3500万t,铜矿石品位0.48%,使用较优质的低铬铸铁磨球3.5万t,一段球磨机磨球球耗约为0.9kg/t,二段球磨机磨球球耗约为0.1kg/t,整体选矿磨球球耗约为1kg/t。另据调查,永平铜矿低铬铸铁磨球球耗约为1.08kg/t,东乡铜矿低铬铸铁磨球球耗约为0.8kg/t,氧化铝厂铝矿球磨机低铬铸铁磨球球耗为0.771.0kg/t,铅锌矿选矿球磨机低铬铸铁磨球球耗为0.8～1.2kg/t。大体上我国主要有色金属矿球磨机低铬铸铁磨球球耗约为1kg/t。

现以球磨机研磨的铜、铝、铅、锌原矿量大约21900万t推算,2009年我国主要有色金属矿研磨需用低铬铸铁磨球约21.9万t。而考虑到尚未统计的规模以下企业以及金、镍、钼等矿山用量,保守估计我国有色金属矿年用低铬铸铁磨球应在25万t以上。

3.火力发电厂球磨机磨球

2009年全国电力工业仍在高速发展,全国新增装机容量8970万kW,其中火电新增装机6076万kW。至2009年底,全国发电装机总容量为87407万kW,比上年增加10.23%,其中火电总装机为65205万kW,比上年增加8.16%,火电装机总容量占全国发电装机总容量的74.6%。2009年火电燃煤耗用约14亿t,比上年增加6.08%。全年供电煤耗为342g/(kW·h)。国家能源局和国家统计局统计发布2009年全国发电总量36506亿kW·h,其中火电为29814亿kW·h,火电发电量约占全部发电量的81.7%。

2009年全国电力工业磨煤机研磨煤量,估计60%左右用于球磨机,估计35%用于中速磨,估计5%左右用于风扇磨。我国火电厂用煤煤质差别较大,火电厂磨煤球磨机磨球球耗量也有较大不同,根据多家火电厂磨煤球磨机统计:火电厂高铬铸铁磨球球耗为30～90g/t,火电厂低铬铸铁磨球球耗为80～160g/t。

目前国内火电厂用磨球有低铬铸铁磨球和高铬铸铁磨球两大类别。现以低铬铸铁磨球和高铬铸铁磨球用量各半,低铬铸铁磨球平均球耗为120g/t,高铬铸铁磨球平均球耗为60g/t计算,2009年火电球磨机球磨磨煤量:14亿t×60%=8.4亿t,研磨介质低铬铸铁磨球用量:8.4亿t×0.5×120g/t=5.04万t,高铬铸铁磨球用量:8.4亿t×0.5×60g/t=2.52万t,火电厂球磨机磨球年总用量约为7.56万t。

4.水泥厂球磨机磨球与磨段

水泥厂涉及球磨机和研磨介质的应用包括原料(生料)磨、煤磨、水泥磨。

2009年我国年产水泥16.5亿t。水泥中水泥熟料占70%～80%,其余为添加的混合材料。以此计算,2009年我国生产水泥熟料约为12.5亿t。按水泥生产过程的基本要求,石灰石原料(生料)是水泥熟料的1.2倍,以此计算生产出12.5亿t水泥熟料需开采处理15亿t石灰石原料(生料)。与此同时,12.5亿t水泥熟料生产需要用煤:12.5亿t×0.2=2.5亿t。

近年来水泥厂原料立磨数量增加。目前在原料研磨生产中立磨处理量略多,估计15亿t石灰石原料(生料)中有8亿t采用立磨研磨,有7亿t采用球磨机研磨。另一情况是近年来因较高的性价比,越来越多的水泥厂采用高铬铸铁磨球替代低铬铸铁磨球,目前高铬铸铁磨球与低铬铸铁磨球用量比例大约为8∶2。原料(生料)球磨机高铬铸铁磨球平均球耗40g/t,低铬铸铁磨球平均球耗90g/t,以此推算球磨机研磨7亿t石灰石原料用球量:

高铬铸铁磨球:7亿t×80%×40g/t=2.24万t。

低铬铸铁磨球:7亿t×20%×90g/t=1.26万t。

研磨燃料煤也有球磨机和中速磨煤机之分,按研磨处理量8∶2推算,2009年有2亿t煤采用球磨机研磨,其中高铬铸铁磨球与低铬铸铁磨球用量比例仍约为8∶2,高铬铸铁磨球平均球耗为60g/t,低铬铸铁磨球平均球耗为120g/t,以此推算球磨机研磨2亿t煤用磨球量:

高铬铸铁磨球:2亿t×80%×60g/t=0.96万t。

低铬铸铁磨球:2亿t×20%×120g/t=0.48万t。

水泥球磨机在水泥厂用球(段)量最大,虽然新型干法生产线已有少量立式磨机应用于研磨水泥,但目前大多数用球磨机。为简化计算以球磨机为例,高铬铸铁磨球(段)与低铬铸铁磨球(段)用量比例仍约为8∶2,高铬铸铁磨球(段)平均球(段)耗为60g/t,低铬铸铁磨球平均球(段)耗为120g/t,以此推算球磨机研磨16.5亿t水泥用磨球量:

高铬铸铁磨球(段):16.5亿t×80%×60g/t=7.92万t。

低铬铸铁磨球(段):16.5亿t×20%×120g/t=3.96万t。

综合所述,2009年全国水泥厂用高铬铸铁磨球(段)约11.12万t,低铬铸铁磨球(段)约5.7万t,合计16.82万t。

综合上述钢铁、有色金属、电力和水泥工业的用磨球(段)情况,我国2009年用磨球和磨段约156.74万t。

另外,非金属矿超细粉、化工原料、化肥、耐火材料、磁性材料等行业生产也需要研磨介质,但目前缺少这方面的具体数据。上述推算是按正常研磨介质添加消耗量计算的,但近几年新上项目多,初次装机的研磨介质用量较大。如果计算以上这几部分,保守估计全国年用研磨介质(磨球与磨段)在160万t以上,约占我国耐磨钢铁件总量的46%。

球磨机磨球与磨段的原理和应用

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