研究球磨機(jī)結(jié)構(gòu)的目的和意義

磨礦作業(yè)廣泛應(yīng)用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、電力、醫(yī)藥以及國防工業(yè)等部門，尤其是冶金工業(yè)中的選礦部門，磨礦作業(yè)更是具有十分重要的地位。

在選礦工業(yè)中，磨礦是礦石入選前的一道重要工序，它接受破碎作業(yè)的產(chǎn)品，繼而將礦石磨碎到選別作業(yè)所要求的粒度。除少數(shù)有用礦物單體解離度高的砂礦和部分高品位富礦不需要磨礦外，幾乎都需要經(jīng)過磨礦使用礦物獲得比較理想的單體解離度。隨著國內(nèi)外礦產(chǎn)資源的大量一開發(fā)利用，礦產(chǎn)資源已經(jīng)日趨貧化，那些優(yōu)質(zhì)、易磨和易選的礦產(chǎn)資源已經(jīng)逐漸本意，代之而來的是大量的低品位礦產(chǎn)資源。對低品位礦產(chǎn)資源的利用，需要將有用礦物與脈石礦物有效分離，并經(jīng)過選別之后，才能成為適于工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料。因此，磨礦作業(yè)在資源加工領(lǐng)域有不可替代的地位。

在金屬礦選礦廠，目前磨礦作業(yè)所采用的設(shè)備主要是臥式溢流型球磨機(jī)，并且在未來二十年來仍然不可能有其它的磨礦設(shè)備可以取代它；這主要是因?yàn)樗哂邢率鰩追矫娴膬?yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單；（2）生產(chǎn)平穩(wěn)、可靠，這對后續(xù)作業(yè)特別是浮選作業(yè)具有十分重要的意義；（3）設(shè)備規(guī)格可大可小，因此處理量可大可小，適用于各種規(guī)模的選礦廠；目前世界上最大的球磨機(jī)已達(dá)Φ6.5×9.95m，有效容積近300m3，處理鐵礦石達(dá)1000t/h；（4）適應(yīng)性強(qiáng)，可以處理各種性質(zhì)的礦石；（5）破碎比大，一般為30~100，產(chǎn)品粒度可粗可細(xì)；（6）作業(yè)率較高，一般達(dá)90%以上，如采用特殊襯板（如磁性襯板或格網(wǎng)襯板），作業(yè)率可達(dá)98%甚至更高；（7）易于操作調(diào)整，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。基于上述原因，臥式溢流型球磨機(jī)在金屬礦選礦廠得到了廣泛的。

但臥式溢流型球磨機(jī)也有缺陷，即電耗和鋼耗比較高、能量利用率低，且產(chǎn)品粒度不均勻。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全世界用于粉磨作業(yè)的電耗占全世界總發(fā)電量的3~4%，而金屬選礦廠中磨礦作業(yè)所耗費(fèi)的電能在選礦廠的電耗中占有很大的比例，約占選礦作業(yè)能耗的30~70%；磨礦介質(zhì)和襯板的消耗達(dá)0.4~3.0kg/t。隨著日趨貧化的、低品位礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用，礦石在磨礦過程中能耗和鋼耗的費(fèi)用將越來越高。另外，磨入作業(yè)的基建投資和維修費(fèi)用也相當(dāng)高。磨礦作業(yè)的優(yōu)劣直接影響著整個(gè)選礦廠的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。選礦廠的作業(yè)率和原礦的處理能力實(shí)際上就是球磨機(jī)的生產(chǎn)率和處理能力。磨礦生產(chǎn)指標(biāo)的改善，可使后續(xù)作業(yè)（特別是浮選作業(yè)）的生產(chǎn)指標(biāo)得到改善，如提高有用礦物的單體解離度、降低有用礦物的過粉碎可以提高選別作業(yè)的精礦品位和有用礦物的回收率，減少有用礦物的金屬流失，提高先鴆礦廠的過濾效率等；提高球磨機(jī)的處理量可以增加整個(gè)選礦廠的產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，提高選礦廠的整體經(jīng)濟(jì)效益。

球磨過程是復(fù)雜而又多變的生產(chǎn)系統(tǒng)，它具有下列特別：（1）影響因素多，是選礦工業(yè)中可變參數(shù)最多的作業(yè)之一，而且各因素之間相互影響、相互制約，檢測也比較困難。這些影響參數(shù)大致可以分為三大類：物料性質(zhì)方面有：礦石的可磨度、給料粒度、產(chǎn)品細(xì)度等；磨機(jī)結(jié)構(gòu)方面有：磨機(jī)的結(jié)構(gòu)、尺寸、襯板形狀等；磨機(jī)操作方面有：介質(zhì)添加制度（如介質(zhì)尺寸配比以及材質(zhì)、介質(zhì)充填率）、磨機(jī)轉(zhuǎn)速、磨機(jī)給料量、磨礦濃度等。上述因素中，第一類是磨礦過程的自變量，也是磨礦過程中干擾的主要來源。第二類被確定以后一般就不改變了（理想情況）。第三類是球磨機(jī)的工作條件，如果設(shè)備維修以及添加鋼球的材質(zhì)都是正常的，則其可改變的條件就是磨機(jī)轉(zhuǎn)速、加球制度（介質(zhì)配比和數(shù)量）、磨機(jī)給料量和磨礦濃度。一旦磨機(jī)轉(zhuǎn)速固定，則只有加球制度、磨機(jī)給料量和磨礦濃度是可以變化的。（2）非線性；磨礦回路的參數(shù)因設(shè)備的磨損程度不同是變化的，它們之間的關(guān)系是非線性的。如球磨機(jī)襯板的磨損，秘訣變了其有效容積；鋼球消耗量與添加量失調(diào)，改變了裝球量和鋼球的比例。又如，球磨機(jī)磨礦效率與其負(fù)荷之間的關(guān)系就是非線性的，有最大值，它隨工況變化而變化。（3）時(shí)變性；磨礦過程中的許多因素如原礦性質(zhì)、球量、磨機(jī)襯板厚度等都是時(shí)變的。（4）滯后大；（5）機(jī)理復(fù)雜；（6）隨機(jī)干擾因素多而且嚴(yán)重，這主要表現(xiàn)為：①來自不同采區(qū)或同一采區(qū)不同采段的礦石，可磨性存在很大的差異，人工操作已經(jīng)難以識(shí)別和作出相應(yīng)操作以適應(yīng)礦石性質(zhì)的變化，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低，消耗增大，對于貧、難、雜礦石這一問題尤為突出。②相關(guān)性極強(qiáng)的眾多過程變量，如原礦性質(zhì)、給礦量、磨礦濃度、水量、水壓等；一種變量的波動(dòng)會(huì)引起其它變量乃至整個(gè)作業(yè)的改變。③非自動(dòng)化操作時(shí)人為干擾因素多，主要起困于磨機(jī)操作者的素質(zhì)和技術(shù)水平。由于操作不及時(shí)而引起的任何問題，都不僅直接影響該作業(yè)或回路，甚至影響整個(gè)先寄放廠的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

基于上述各方面的原因，磨礦過程歷來倍受選礦工作者的重視。長期以來，人們一直在致力于改進(jìn)和完善球磨機(jī)的工作性能。國內(nèi)外廣大選礦工作者和自動(dòng)化科技工作者，一直在關(guān)注和潛心研究磨礦生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制問題，隨著礦石品位的日趨降低和入選礦量的逐年增多，對磨礦過程進(jìn)行更有效、更完善的自動(dòng)控制，也就越來越為國內(nèi)外選礦界所重視，尤其是國外技術(shù)發(fā)達(dá)國家不惜花費(fèi)大量的投資開展磨礦過程自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)裝備及應(yīng)用的研究。在我國1995年底國家自然科學(xué)基金委員會(huì)所分布布的自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)砸到報(bào)告《冶金與礦業(yè)科學(xué)》一書中，已將“選礦過程的數(shù)學(xué)模型、模擬、優(yōu)化及自動(dòng)控制的研究”列為選礦學(xué)科重點(diǎn)發(fā)展的研究領(lǐng)域之一。

球磨機(jī)合理的內(nèi)部工作參數(shù)是取得最佳磨礦效果的必要條件。磨礦理論和實(shí)踐表明：保持球磨機(jī)的最佳工作狀態(tài)下運(yùn)行，不僅能提高球磨機(jī)的處理能力，從而提高球磨機(jī)的工作效率，而且對提高磨礦產(chǎn)品乃至整個(gè)選礦廠的生產(chǎn)指標(biāo)以及節(jié)能降耗都具有十分重要的意義。

在磨礦過程的自動(dòng)控制中，球磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的檢測和控制是球磨機(jī)自動(dòng)控制的重要內(nèi)容。為了達(dá)到對磨礦過程的有效自動(dòng)控制，包括用計(jì)算機(jī)控制，對球磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的檢測和控制是不可缺少的；其中能否準(zhǔn)確地檢測出球磨機(jī)的內(nèi)部參數(shù)是整個(gè)球磨機(jī)控制成敗的關(guān)鍵。但在生產(chǎn)過程中，能準(zhǔn)確檢測出球磨機(jī)內(nèi)部工作參數(shù)是很困難的，因此也難實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。

鑒于上述各方面的原因，研究磨礦過程中球磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的檢測具有十分重要的理論意義和實(shí)際意義。

研究的目的在于：一方面解決球磨機(jī)自動(dòng)控制中參數(shù)檢測所存在的問題，即：球磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的在線精確、適時(shí)檢測，以了解球磨機(jī)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)參數(shù)，為球磨過程的優(yōu)化控制和智能控制提供精確、可靠的檢測參數(shù)；另一方面是對球磨機(jī)的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。