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影响钢球尺寸的因素

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磨矿过程是一个影响因素错综复杂的动态过程,影响钢球尺寸的因素是多方面的。从破碎过程的原理分析,钢球破碎矿块或矿粒的力学实质是对矿块或矿粒施加破碎力以克服矿块或矿粒的内聚力而使其破坏,故可将影响破碎过程的因素分为两大类:一类是破碎对象的因素;第二类是破碎动力的因素。

破碎对象的因素包括岩矿的机械强度和矿块或矿粒的几何尺寸。矿块或矿粒的内聚力是由它们内部质点键合方式和强度来决定的,宏观上常以岩矿硬度来表征它的机械强度,即表征岩矿抗破坏的能力。我国常以普氏硬度系数f作为岩矿相对坚固性的分类系数,也即用f来表征岩矿的机械强度。矿块或矿粒的机械强度愈大,破碎时需要的破碎力也愈大,自然需要大的钢球尺寸。矿块或矿粒的几何尺寸相同时,机械强度大的矿块或矿粒需要的钢球尺寸比机械强度小的需要的钢球尺寸要大。当岩矿的机械强度一定时,较大的矿块需要较大的钢球尺寸。但这里应注意,矿块或矿粒的机械强度是随其几何尺寸的减小而增大。

磨机

故确定矿块或矿粒的抗破碎性能时,应同时考虑机械强度b压或f,以及矿块或矿粒的几何尺寸d等方面的因素。如果说要考虑对磨矿的影响,矿石的密度甚至矿石的矿物成分等对磨矿也均是有影响的。大密度矿物往往硬度也较大,在磨矿时多沉落入磨矿作用强的磨机底层,容易受到强的破碎作用。而密度小的矿物受的磨碎作用较弱。矿石中含有煤、滑石等矿物成分时,钢球往往难于啮住矿粒,使钢球破碎矿粒的破碎概率降低,从而增加磨矿产品的电耗。而云母片一类矿物则难于磨碎,同样使磨矿产品电耗升高。破碎力的因素则很多,如钢球充填率、球的密度、球的有效密度、磨机直径D、磨机转速率、磨矿浓度R、磨机的衬板形状和结构等。

磨机转速率和钢球充填率二者共同组合而决定磨机钢球的运动状态和能态,磨机衬板除保护筒体的功能外,也影响筒壁对球荷的摩擦系数,进而影响钢球的运动状态。使球荷作抛落式运动状态时球上升高度大、球的位能大,落下时的打击力也大。使球荷作泻落式运动状态时球上升的高度不大,球的位能不大,球沿斜面滚落下来时打击力也不大。

磨机

球的密度自然影响球的质量m,也就影响球携带能量的大小,即影响球的打击力大小。尺寸相同时,密度大的球打击力大,生产率大,而密度小的球打击力小,生产率小。磨机生产率随钢球密度增大而几乎呈直线地增加。常用的锻钢球密度为7.8g/cm3,而铸钢球的密度则只有7.5g/cm3,铸铁球的密度更低,只7.1~7.3g/cm3 。过去曾做过碳化钨球的研制和试验,该种球密度高达13.1g/cm3,为锻钢球的1.68倍,而生产率比用锻钢球高90%。一般地,轧制或锻打的球,其密度均比铸造的要大些,因铸造中免不了还会余下一些未排完的空气。由于球是落入矿浆内,矿浆对球有阻力,或者说球在矿浆中受浮力作用,真正起作用的应该是球的有效密度,即扣除矿浆密度后的密度。粗磨中矿浆浓度大,矿浆浮力大,对球的打击影响也大。细磨中矿浆浓度小些,矿浆浮力的影响相对要小些。应该说,常用的几种球钢的密度变化不太大,对磨矿的影响也不太大,但这种影响也不可忽视,严重时可使生产率下降10%~15%。

磨机内径D主要影响钢球上升的高度,进而影响钢球的位能和打击力大小。大规格球磨机中钢球上升的高度大,则球的位能大,落下或滚下时的打击力也较大,甚至大磨机中大的钢球位能可以弥补球的尺寸不足。而小规格磨机中球上升的高度不大,球的位能小,要满足破碎力要求时只有采用较大尺寸的球。国外的磨机规格一般较国内的大,转速率也较低,采用的钢球尺寸也较国内的小。这一现象对磨机直径的影响不无关系。

磨机

矿浆浓度对磨矿的影响是复杂的,一般地说,矿浆浓度大时对钢球的缓冲作用大,削弱钢球的打击力,对磨矿不利;但是,浓度大时矿粒易粘附在钢球和衬板表面,对矿粒的破碎又是有利的。同样,矿浆浓度小时对钢球的缓冲作用小,但又不利于矿粒对钢球和衬板表面的粘附。而且,矿浆浓度对粗磨和细磨的影响也不尽相同,甚至与磨碎的矿石性质都有关系,不同矿石性质下的影响也不相同。由于矿浆浓度对磨矿作用的影响较为复杂,适宜的矿浆浓度只有通过试验确定。

前已述及,衬板除保护筒体外还能影响钢球的运动状态。一般地说,衬板表面凹凸不平的程度对球荷产生不同的摩擦影响。凹凸不平程度大的称为不平滑衬板,对球荷的摩擦系数大,球荷也提升较高,从而有大的打击力,故粗磨时几乎都用不平滑衬板。凹凸不平程度小的称为平滑衬板,对球荷的摩擦系数小,球荷提升较低,从而打击力也较小,故细磨时多用平滑衬板。在自磨机和砾磨机中则情况不同,矿块较大,为了提升较大的矿块而专门设置提升衬板,能将矿块提到较高的位置。但自磨机和砾磨机中,衬板的作用也仍然是保护筒体和影响介质的运动状态,只不过提升衬板对介质运动状态的影响更大。

以上分析表明,影响钢球尺寸的因素达十余种,错综复杂,这给钢球尺寸的确定带来了很大困难。

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