Разработка решений по мелющим телам с учетом твердости руды, типа мельницы и затрат

Выбор мелющих тел следует начинать с задачи разрушения материала внутри мельницы, а не с предпочтительной марки шаров или закупочной цены. Твёрдость руды, размер питания, текстура минералов, геометрия мельницы, рабочая скорость, условия пульпы и целевой размер продукта — всё это влияет на то, эффективно ли мелющие тела передают энергию или расходуются без достижения требуемой степени измельчения.

Работоспособная программа применения мелющих тел связывает три вопроса: какая энергия удара необходима для разрушения наиболее прочных крупных частиц, какая площадь контакта необходима для окончательного измельчения мелкой фракции и насколько быстро мелющие тела будут изнашиваться в условиях фактической руды и химии пульпы. При рассмотрении этих вопросов по отдельности более дешёвый вариант может показаться привлекательным, одновременно увеличивая расход мелющих тел, снижая производительность или вызывая нестабильность измельчения.

Начните с поведения руды при разрушении

Твёрдость руды не является единственным показателем. Прочность может различаться между уступами, литологическими типами и минерализованными зонами, тогда как рудное тело со сходным результатом по средней твёрдости может разрушаться совершенно иначе из-за характера трещин, границ зёрен, влажности или абразивной пустой породы. Поэтому выбор мелющих тел, основанный только на лабораторной классификации твёрдости, может не учитывать фактическую нагрузку, которую испытывает мельница.

Для крупного и прочного питания более крупные мелющие тела сохраняют достаточную массу для создания удара, необходимого для первоначального разрушения. Если загрузка преимущественно состоит из мелких шаров, мельница может слишком долго циркулировать крупные частицы. Это часто выглядит как проблема производительности, однако ограничением может быть недостаточная энергия удара, а не недостаточная мощность двигателя.

На другом конце контура чрезмерно крупные мелющие тела уменьшают количество точек контакта, доступных для тонкого измельчения. В результате скорость разрушения крупной фракции может быть удовлетворительной, но распределение продукта по крупности будет широким, а мелкие частицы останутся выше требуемого граничного размера. Смешанная загрузка часто необходима, поскольку руда, поступающая на вторичную стадию измельчения или доизмельчение, редко состоит из частиц одного размера.

Абразивности следует уделять отдельное внимание. Твёрдый угловатый кремнезёмсодержащий материал может вызывать абразивный износ мелющих тел даже при умеренном ударном разрушении. И наоборот, руда с высокой потребностью в ударной энергии может способствовать выкрашиванию или разрушению, если мелющие тела не обладают достаточной вязкостью. Наблюдения за износом должны различать постепенное уменьшение диаметра, растрескивание, отслаивание поверхностного слоя и нерегулярное разрушение. Эти механизмы требуют разных корректирующих действий; рассмотрение любого расхода как обычного износа может привести к выбору неправильной марки материала или требований к термообработке.

Соотнесите форму мелющих тел с типом мельницы и задачей

Тип мельницы определяет, каким образом энергия передаётся частицам. В стержневой мельнице линейный контакт и движение длинных стержней подходят для относительно крупного питания и в некоторых случаях позволяют ограничить образование избыточной мелочи. Длина стержней, их прямолинейность и характер износа имеют значение, поскольку изогнутые или спутанные стержни нарушают движение загрузки и снижают стабильность измельчения.

Шаровые мельницы используют каскадное и водопадное движение для сочетания ударного и абразивного воздействия. Выбор диаметра шаров должен учитывать максимальный размер питания, диаметр мельницы, частоту вращения, объём загрузки и требуемый размер разгрузки. Питание, содержащее отдельные негабаритные фрагменты, может потребовать контролируемой доли более крупных шаров, даже если номинальная спецификация питания предполагает меньший максимальный размер. Игнорирование крупного хвоста в распределении питания по крупности обычно вызывает периодические перегрузки и колебания работы гидроциклонов на последующих стадиях.

Цильпебсы имеют иное соотношение площади поверхности к массе и часто рассматриваются там, где основной задачей является тонкое измельчение. Их применение следует оценивать с учётом конструкции мельницы и поведения загрузки, а не считать прямой заменой шаров. Форма мелющих тел, улучшающая контакт с мелкими частицами, может быть менее эффективной там, где по-прежнему требуется значительное ударное разрушение.

Для задач шарового измельчения с широким диапазоном крупности питания горячекатаные стальные шары доступны в диаметрах от 20 mm до 150 mm. Этот диапазон позволяет проектировать загрузку на основе фактических стадий разрушения внутри мельницы, вместо того чтобы заставлять один диаметр выполнять все задачи. Выбранный диапазон размеров всё же должен соответствовать профилю футеровки, состоянию лифтеров и рабочей скорости, определяющей траекторию движения.

Твёрдость полезна только при рассмотрении вместе с вязкостью и характером износа

Твёрдость поверхности является значимым параметром предварительной оценки, но не полностью описывает характеристики мелющих тел. Твёрдая поверхность может противостоять абразивному износу, тогда как слабая внутренняя структура может сделать крупные шары уязвимыми к ударным повреждениям. Это различие становится важнее с увеличением диаметра шаров, поскольку более крупные тела испытывают более высокие силы столкновения. Поэтому спецификация должна учитывать распределение твёрдости, ударную вязкость, контроль микроструктуры и стабильность процесса термообработки.

Диаметр также меняет интерпретацию показателя твёрдости. Более крупный шар обладает большей тепловой массой при термообработке, поэтому измерение только на поверхности не подтверждает, что требуемые свойства распространяются достаточно глубоко под поверхностью. Для сложных задач крупного измельчения следует запрашивать подтверждение того, что производственный контроль учитывает зависящее от размера поведение при закалке, а не применяет одинаковые требования к каждому диаметру.

Химический состав поддерживает эти свойства, но его не следует рассматривать как самостоятельную систему ранжирования. Углерод, хром, марганец, кремний и легирующие добавки взаимодействуют с прокаткой, закалкой и отпуском. Марка с содержанием хрома может обеспечивать более высокую износостойкость в одних абразивных условиях, тогда как другая марка с лучшей вязкостью может быть более подходящей на участке контура с высокой ударной нагрузкой. Правильное сравнение — это производительность в рабочих условиях, а не номинальное обозначение сплава.

Рассчитывайте совокупную стоимость с учётом расхода и стабильности производства

Релевантная стоимость — это не просто цена поставки за тонну мелющих тел. Полное сравнение включает расход мелющих тел на тонну руды, влияние на производительность, потребность в энергии, износ футеровки, нагрузку на грохоты или гидроциклоны, требования к запасам и остановки, связанные с управлением загрузкой. Более низкая первоначальная цена теряет преимущество, когда увеличивается частота замены или нестабильное распределение по размерам нарушает работу контура измельчения.

Износ мелющих тел также со временем изменяет работу мельницы. По мере уменьшения шаров общая площадь поверхности увеличивается, но способность к ударному воздействию снижается. Если добавления выполняются без планируемого распределения по размерам, загрузка может сместиться в сторону мелких мелющих тел и постепенно потерять способность разрушать новое крупное питание. И наоборот, добавление только крупных шаров может вытеснить мелкие тела, необходимые для окончательного измельчения. График добавлений должен сохранять предусмотренный состав загрузки, а не просто восстанавливать общий тоннаж.

Проводите контролируемые испытания, а не простую замену

Полезное испытание начинается с фиксации стабильного исходного уровня: состава рудной смеси, распределения питания по крупности, производительности, мощности мельницы, циркулирующей нагрузки при необходимости, крупности продукта, добавления мелющих тел и состояния футеровки. Затем испытуемые мелющие тела следует вводить в определённой размерной смеси, избегая других существенных изменений режима работы. Одновременное изменение мелющих тел, состава питания, настроек гидроциклона и плотности в мельнице затрудняет интерпретацию результата.

Отбор проб должен продолжаться более одной смены, поскольку изменения руды и динамика загрузки могут скрыть эффект смены мелющих тел. Проверяйте оставшиеся мелющие тела после достаточного времени пребывания, чтобы определить, изнашиваются ли они равномерно, сплющиваются, растрескиваются или приобретают поверхностные дефекты. Сравнивайте расход мелющих тел с количеством переработанных тонн и качеством измельчения, отмечая при этом эксплуатационные перерывы, которые могут исказить показатели.

Решения для мелющих тел становятся устойчивыми, когда проектирование загрузки рассматривается как контролируемая эксплуатационная переменная. Поведение руды определяет потребность в разрушении, тип мельницы определяет энергетическую среду, а совокупная стоимость определяется взаимодействием между скоростью износа и производственной реакцией. Программа применения мелющих тел, пересматриваемая при изменении условий питания, футеровки и целевых показателей производительности, более надёжна, чем фиксированная закупочная спецификация марки и размера.