磨機(jī)自動(dòng)加球裝置設(shè)計(jì)和應(yīng)用

吳果蕾，金 武，高 騰，秦文超，劉 鵬

（1.江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 城門山銅礦 ，江西 九江 332000；2.江銅集團(tuán)東同礦業(yè)有限責(zé)任公司，江西 撫州 331800；3.北礦智云科技（北京）有限公司，北京 100083）

1 引言

磨礦作業(yè)是選礦廠的一個(gè)十分重要的工序，同時(shí)又是鋼耗能耗較高的作業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，選礦廠碎磨作業(yè)的能耗約占選礦廠總能耗的65%～75%，鋼耗接近100%，成本占選礦廠總成本的50%～70%。降低選礦成本，提高磨礦效率是核心，磨礦介質(zhì)是影響磨礦效率高低的主要因素［1]。一般來說，城門山銅礦選礦廠磨礦介質(zhì)主要是鋼球，如果磨礦介質(zhì)充填率選擇不當(dāng)，磨機(jī)的磨礦效率不會(huì)很高［2]。

磨機(jī)是選礦的主要設(shè)備，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，筒體內(nèi)的礦石和鋼球受摩擦力和離心力作用被帶到一定高度后，由于重力作用，產(chǎn)生拋落和瀉落，礦石在不同球徑鋼球沖擊和研磨作用下逐步被粉碎。被粉碎的礦石部分排出筒外。在分級(jí)機(jī)配合下，分級(jí)出合格產(chǎn)品后進(jìn)入浮選。而磨機(jī)內(nèi)的鋼球隨著對(duì)礦石的磨蝕而產(chǎn)生損耗，因此，為了保持球磨機(jī)內(nèi)鋼球的充填率，使球磨機(jī)能夠發(fā)揮出良好的效率，補(bǔ)充損耗的鋼球是磨礦必不可少的生產(chǎn)工序。

城門山銅礦選礦廠磨機(jī)一直采用人工加球方式，磨礦介質(zhì)主要是鋼球，缺點(diǎn)是加球量不準(zhǔn)和加球不適時(shí)。理想的加球方法是采用自動(dòng)加球系統(tǒng)，按磨機(jī)的給礦量或按一定的間隔時(shí)間或按磨機(jī)軸功率的變化自動(dòng)加入一定重量或數(shù)量的鋼球，保證球磨機(jī)的充填率穩(wěn)定在最佳狀態(tài)［3]。自動(dòng)加球系統(tǒng)已經(jīng)成為磨機(jī)必不可少的輔助設(shè)備［4]。

2 技術(shù)方案

2.1 現(xiàn)狀

城門山銅礦選礦廠采取人工加球的方式對(duì)磨機(jī)進(jìn)行每天早晚2次補(bǔ)加球作業(yè)，每次添加相同的重量，半自磨機(jī)每天分2次共添加2t左右，球磨機(jī)每天分2次共添加5t左右。這種補(bǔ)加方式存在的主要問題：

（1）集中加球會(huì)造成鋼球自磨損增高。

（2）球磨機(jī)功率不平衡，造成不必要的電耗。

（3）加球間隔過長(zhǎng)，造成磨礦效率不均衡，影響浮選指標(biāo)。

另外加球時(shí)需多人配合，由操作工和行車工配合使用行車和電磁吸盤將鋼球裝入料斗，然后再用行車將料斗吊運(yùn)至三層工作平臺(tái)將鋼球倒入磨機(jī)加球口，工作量大，加球時(shí)間長(zhǎng)，人工和機(jī)具費(fèi)用較高，特別是行車吊運(yùn)鋼球漏斗的返回，且容易出現(xiàn)鋼球墜落等安全事故。

2.2 工藝方案對(duì)比

目前加球機(jī)技術(shù)比較成熟，通常將加球機(jī)布置在磨機(jī)進(jìn)料端附近，加球機(jī)可直接將鋼球輸送至磨機(jī)。本次為城門山銅礦選礦廠設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案，并進(jìn)行了對(duì)比。

方案一：加球機(jī)直接放置在車間三層入料端平臺(tái)上，如圖1所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是仍需要人工和行車配合將鋼球從鋼球池吊運(yùn)至三層平臺(tái)加球機(jī)處，需要多人長(zhǎng)時(shí)間配合加球；另外平臺(tái)不能承受加球機(jī)滿載荷，限制了加球機(jī)球倉(cāng)的儲(chǔ)球量。

方案二：以城門山銅礦選礦廠2#系統(tǒng)磨機(jī)展開研究，根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)和場(chǎng)地空間情況，運(yùn)用光、機(jī)、電一體化技術(shù)，設(shè)計(jì)一款新型自動(dòng)加球系統(tǒng)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)已有行車和電磁鐵吸盤工具，設(shè)計(jì)加球機(jī)、提升機(jī)和溜槽，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)自動(dòng)加球。加球工藝流程為：加球機(jī)→提升機(jī)→溜槽→加球口→磨機(jī)，如圖2所示。缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，提升機(jī)無成熟產(chǎn)品可直接采購(gòu)需研制，現(xiàn)場(chǎng)車間空間狹小。

圖1 磨礦車間

圖2 自動(dòng)加球裝置工藝流程圖

經(jīng)過兩個(gè)方案的對(duì)比，方案二雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是可以減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，并且能夠充分利用加球機(jī)球倉(cāng)容量，降低給加球機(jī)加球的頻次。自動(dòng)加球裝置工藝流程如圖2所示，包括加球機(jī)、提升機(jī)和溜槽設(shè)備。加球機(jī)市面上成熟產(chǎn)品較多，直接選購(gòu)即可，鋼球物料提升機(jī)需要研制，溜槽布置和角度需要進(jìn)行試驗(yàn)確定。

2.3 加球機(jī)

加球機(jī)結(jié)合自動(dòng)控制系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)無人工參與添加鋼球的智能設(shè)備。實(shí)現(xiàn)磨機(jī)加球智能自動(dòng)控制，能夠克服人工加球存在的問題。加球機(jī)儲(chǔ)球倉(cāng)可儲(chǔ)存一定量的鋼球，可設(shè)置加球量、加球頻率、不同球徑比例，設(shè)備能夠自動(dòng)啟停且可均勻添加鋼球，設(shè)備可判斷是否處于卡球狀況，出現(xiàn)卡球自動(dòng)啟動(dòng)松球器進(jìn)行松球處理。加球機(jī)有多種控制添加工作方式。

圖3 加球機(jī)基本功能

2.4 提升機(jī)

因?yàn)榭臻g限制，加球機(jī)需放置在底層平面處，加球機(jī)排出的鋼球需經(jīng)過提升機(jī)將鋼球提升至磨機(jī)工作平臺(tái)。提升機(jī)技術(shù)比較成熟，但大部分都是散料提升，調(diào)研目前市場(chǎng)上暫無成熟產(chǎn)品，鋼球提升需要研制，需要在結(jié)構(gòu)形式、控制邏輯方面和加球機(jī)進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。研制一套鏈條式鋼球提升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、穩(wěn)定性高、承載能力高、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)［5]，且需滿足鋼球提升基本需求。

3 方案詳細(xì)實(shí)施

3.1 加球機(jī)

目前加球機(jī)技術(shù)十分成熟，主要由儲(chǔ)球倉(cāng)、緩沖倉(cāng)、撈球裝置、雙擾動(dòng)松球裝置、智能控制器、計(jì)數(shù)器、觸摸屏等組成。

球倉(cāng)設(shè)計(jì)：根據(jù)球磨機(jī)24h處理量所需要的鋼球量進(jìn)行設(shè)計(jì)球倉(cāng)的體積大小，1m3的鋼球重量約5600kg ；故球倉(cāng)體積設(shè)計(jì)為2m3，儲(chǔ)鋼球總重量為6t，以滿足生產(chǎn)的需求，下部呈一定角度，為鋼球輸出創(chuàng)造一定條件。

出球方式：通過活動(dòng)頁(yè)板，上、下擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度大于鋼球直徑，每下擺1次，鋼球通過擺動(dòng)口滾出。

卡球的判斷及處理方式：出球加裝檢測(cè)裝置，當(dāng)活動(dòng)頁(yè)板工作次數(shù)或者用時(shí)間判斷，在這區(qū)域或時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)裝置沒有檢測(cè)到鋼球輸出，則判定為卡球，這時(shí)，振動(dòng)電機(jī)開始工作，一直振動(dòng)到檢測(cè)裝置檢測(cè)到有鋼球輸出，振動(dòng)電要停止工作。

3.2 提升機(jī)

目前國(guó)內(nèi)外散料提升機(jī)技術(shù)十分成熟，如煤、礦石、水泥等，但沒有鋼球物料的提升機(jī)案例，現(xiàn)有提升機(jī)多為車間工廠建設(shè)時(shí)期同時(shí)安裝，不能滿足一些老廠在自動(dòng)化智能化改造中各式各樣的特殊場(chǎng)地條件?，F(xiàn)有的基于提升機(jī)的學(xué)術(shù)科研中大部分是圍繞控制、電氣和力學(xué)仿真而展開的，針對(duì)鋼球特殊物料結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)可借鑒成果和技術(shù)很少。

本次設(shè)計(jì)借鑒散料提升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鏈條式提升機(jī)，在每節(jié)鏈條上安裝特殊設(shè)計(jì)的料斗，用于鋼球提升。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了適合鋼球提升和拋料的料斗，料斗隨著鏈條運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)，達(dá)到水平角度后鋼球利用前一個(gè)料斗背面將鋼球進(jìn)行拋料作業(yè)，鋼球拋料軌跡如圖4所示。

圖4 拋球軌跡

3.3 溜槽

因?yàn)樘砑拥匿撉驗(yàn)殄懺旌丸T造兩種形式，表面不規(guī)則且毛刺較多，現(xiàn)場(chǎng)制作了不同角度的溜槽進(jìn)行試驗(yàn)。其中鍛造和鑄造的鋼球表面情況也不一致，針對(duì)該種情況分別進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，磨機(jī)所需鍛造鋼球，布置了4°到6°范圍內(nèi)坡度的溜槽，實(shí)現(xiàn)了鋼球從提升機(jī)到磨機(jī)平穩(wěn)順利通過。

表1 不同角度鋼球通過情況

3.4 調(diào)試

2018年12月設(shè)備研制成功后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)安裝，安裝完成后于2019年1月份開始調(diào)試工作。調(diào)試過程中首先模擬人工加球模式運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備平穩(wěn)后分時(shí)間段均勻加球，對(duì)加球機(jī)、提升機(jī)和溜槽進(jìn)行測(cè)試。調(diào)試過程中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加球，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案和裝置的可行性，對(duì)設(shè)計(jì)的自動(dòng)加球程序進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化。但在調(diào)試過程中也發(fā)現(xiàn)部分問題，研制的第一臺(tái)提升機(jī)加球口容易堵球，鋼球?qū)Τ銮蚩跊_擊較大造成結(jié)構(gòu)件開焊情況，提升機(jī)驅(qū)動(dòng)抖動(dòng)嚴(yán)重。

圖5 自動(dòng)加球裝置

3.5 優(yōu)化改進(jìn)

針對(duì)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題，對(duì)提升機(jī)加球口、出球口進(jìn)行了改進(jìn)。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)料口容易堵球，將進(jìn)料口改為喇叭狀，只能允許1個(gè)鋼球通行以解決進(jìn)料口堵球問題；出料口由垂直出料改為水平出料，降低了鋼球?qū)Τ隽峡诘臎_擊，保證提升機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對(duì)提升機(jī)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加了剛度，可以緩解驅(qū)動(dòng)單元的抖動(dòng)。另外根據(jù)調(diào)試情況，在提升機(jī)加球口、出球口和溜槽末端設(shè)計(jì)了傳感器［6]，統(tǒng)計(jì)各個(gè)位置的出球數(shù)量以判斷過程是否堵球，并進(jìn)行實(shí)時(shí)故障報(bào)警。經(jīng)過優(yōu)化和現(xiàn)場(chǎng)修改，有效地解決了調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

表2 實(shí)施前后2#系統(tǒng)磨礦細(xì)度統(tǒng)計(jì) M%

圖6 實(shí)施前后2#系統(tǒng)磨礦細(xì)度達(dá)標(biāo)率

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)的自動(dòng)加球系統(tǒng)已經(jīng)在城門山銅礦選礦2#系統(tǒng)磨機(jī)上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加球，并給生產(chǎn)工藝提供了鋼球添加量和時(shí)間可調(diào)控功能。其中磨礦細(xì)度達(dá)標(biāo)率由原來的79.27%提升至89.37%，達(dá)標(biāo)率較高，為浮選作業(yè)提供了良好的基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)更加穩(wěn)定、高效。

實(shí)現(xiàn)了全流程自動(dòng)加球，同時(shí)達(dá)到減員2人的目標(biāo)，降低人工成本，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)加球，配合智能磨礦系統(tǒng)提高球磨機(jī)研磨效率、降低鋼球消耗量；填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)單個(gè)鋼球物料提升機(jī)的空白，可以借鑒給其他類型物料提升使用；整體緊湊型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式和設(shè)計(jì)方法，可推廣到其他已建成礦山自動(dòng)加球改造使用。