Руководство по выбору размера литых шаров: подбор диаметра шара с учетом крупности питания и режима работы мельницы

Выбирайте диаметр литых шаров, определив частицы, ограничивающие производительность мельницы, а затем подбирая загрузку, которая измельчает эти частицы и при этом сохраняет достаточное количество более мелких мелющих тел для достижения требуемой крупности продукта. Более крупные шары передают больше энергии при каждом столкновении, однако при той же массе мелющих тел их количество меньше. Поэтому увеличение диаметра может улучшить измельчение крупных частиц, но сократить число контактов, необходимых для более тонкого помола.

Практическое руководство по выбору размера литых шаров начинается с анализа гранулометрического состава питания, характеристик измельчаемости руды, геометрии мельницы и задач измельчения. Эти данные позволяют определить предварительный максимальный размер шаров и подходящий гранулометрический состав загрузки. Окончательный выбор требует контролируемых испытаний в мельнице: один лишь диаметр не компенсирует неподходящие металлургические характеристики мелющих тел, неудовлетворительную классификацию или неблагоприятную траекторию движения загрузки.

Начните с крупной фракции, которую действительно необходимо измельчать

Зафиксируйте F80 питания — размер частиц, мельче которого проходит 80% питания, — а также верхнюю границу гранулометрического состава. Два потока питания с одинаковым F80 могут вести себя по-разному, если в одном из них постоянно присутствует крупная фракция. Такая фракция может накапливаться в мельнице, даже если большая часть поступающего материала измельчается легко.

Отличайте регулярно поступающий крупный материал от единичных негабаритных частиц, вызванных сбоями на предыдущих стадиях. Увеличение диаметра всей шаровой загрузки для обработки редких негабаритных частиц может ухудшить тонкое измельчение при обычной работе. Данные грохочения, работа дробилки и гранулометрический состав разгрузки мельницы помогают определить, действительно ли измельчение крупных частиц ограничивает процесс.

Прочность руды также влияет на выбор. Относительно хрупкое крупное питание можно измельчать более мелкими мелющими телами, чем более прочное питание аналогичного размера. Абразивность — отдельное свойство: она влияет на износ мелющих тел, но сама по себе не определяет энергию удара, необходимую для разрушения частиц. Поэтому твердость, абразивность и характер разрушения следует учитывать как отдельные параметры.

Как изменение диаметра влияет на загрузку

При одинаковой плотности масса шара увеличивается пропорционально кубу его диаметра. При одинаковой скорости столкновения кинетическая энергия отдельного шара изменяется по той же зависимости. Это объясняет, почему более крупные шары могут разрушать частицы, выдерживающие многократные контакты с более мелкими мелющими телами. Фактическая передача энергии также зависит от траектории, угла удара, захвата частиц и амортизирующего действия окружающего материала.

При постоянной общей массе мелющих тел увеличение диаметра сокращает число шаров и общую геометрическую площадь их поверхности. Более мелкие шары создают больше потенциальных контактов и подходят для задач, где частицы питания уже достаточно мелкие. Однако для разрушения встречающихся им частиц им по-прежнему требуется достаточная энергия: простое увеличение площади поверхности не гарантирует эффективного измельчения.

Соотнесите предлагаемую крупность с задачами мельницы

В первичной шаровой мельнице, получающей относительно крупный материал, должно быть достаточно крупных мелющих тел для поддержания измельчения крупных частиц. Во вторичной мельнице или на стадии доизмельчения обычно важнее частота контактов и измельчение мелких частиц. Эти характеристики задают общее направление выбора, но не универсальный диапазон диаметров: подготовка питания и свойства руды слишком различаются, чтобы фиксированное соотношение размера питания и шаров подходило для всех схем.

Диаметр мельницы, частота вращения, уровень заполнения и профиль футеровки определяют движение загрузки. Более крупные шары малоэффективны, если рабочие условия не обеспечивают полезных ударов. Изношенные лифтеры или чрезмерное амортизирующее действие пульпы могут ослабить измельчение крупных частиц, создавая впечатление, что мелющие тела слишком малы. Увеличение размера шаров без устранения этих причин может повысить механическую нагрузку, но не восстановить производительность.

Для мокрого и сухого измельчения также необходим раздельный анализ. При мокром измельчении плотность и реологические свойства пульпы влияют на перенос частиц, движение мелющих тел и амортизацию ударов. В многокамерных цементных мельницах более крупные мелющие тела со стороны подачи и более мелкие шары в отделении тонкого помола выполняют разные задачи; состояние диафрагмы и перемещение материала определяют, насколько эффективно работает такая схема.

При выборе мелющих тел для SAG-мельницы требуется особая осторожность, поскольку условия ударного воздействия отличаются от условий в обычной шаровой мельнице. Пригодность диаметра для шаровой мельницы не доказывает, что литой сплав выдержит ударные нагрузки в SAG-мельнице. Стойкость мелющих тел к разрушению и рабочие параметры мельницы необходимо оценивать совместно.

Отделяйте выбор литых шаров от спецификаций стальных шаров

Литые мелющие шары и кованые стальные шары могут иметь одинаковый номинальный диаметр, но существенно различаться микроструктурой, распределением твердости и поведением при ударе. При выборе литых мелющих тел необходимо учитывать состав сплава, термообработку, качество литья и пригодность для мокрой или сухой эксплуатации. Одна лишь твердость поверхности не позволяет определить стойкость к разрушению или оценить характеристики по всему сечению шара.

Сравнение сгорячекатаными стальными шарами показывает, почему способ изготовления должен учитываться в спецификации. В предлагаемом ассортименте представлены изделия номинальным диаметром от 20 до 150 mm, однако эти размеры относятся к катаному стальному изделию и не подтверждают наличие литых шаров или характеристики литых мелющих тел. Указанные твердость, вязкость и допуски на размеры требуют отдельного рассмотрения при оценке литой альтернативы.

Для литых мелющих тел запросите данные о твердости для конкретного диаметра, места проведения измерений и применяемый метод испытания на удар. Значение вязкости без указания геометрии образца и условий испытания мало подходит для сравнения. Разрушенные шары с внутренними дефектами, шелушение поверхности и равномерно изношенные шары указывают на разные механизмы, поэтому расход мелющих тел следует оценивать вместе с состоянием извлеченных из мельницы шаров.

Формируйте загрузку с учетом гранулометрического состава

Первичная загрузка и регулярная загрузка для восполнения расхода выполняют разные функции. Первичная загрузка создает рабочий гранулометрический состав. Добавки компенсируют износ мелющих тел, тогда как имеющиеся шары постепенно истираются и уменьшаются в размере. Поэтому добавление шаров одного номинального размера со временем формирует смесь разных размеров, но эта смесь не обязательно подходит для конкретной задачи.

Указывайте предлагаемые доли по массе и уточняйте, относятся ли они к первичной загрузке, текущей рабочей загрузке или добавкам для восполнения расхода. Проценты по количеству шаров дают совершенно иной результат, поскольку масса отдельного шара резко меняется с диаметром. Неоднозначное описание загрузки может привести к существенному расхождению между заданными и фактическими условиями измельчения.

Если условия безопасного доступа и подходящие методы отбора проб это позволяют, обследование загрузки покажет, достаточно ли в мельнице крупных мелющих тел, не слишком ли много изношенных мелких шаров и присутствуют ли обломки. Сопоставьте результаты с гранулометрическим составом питания и разгрузки. Недостаток крупных шаров требует иных корректирующих действий, чем достаточное количество крупных мелющих тел при неэффективной работе лифтеров.

Проведите испытание, позволяющее определить причину улучшения

До изменения диаметра или состава загрузки определите исходные показатели для репрезентативных условий подачи питания. Зафиксируйте производительность, гранулометрический состав питания и продукта, мощность мельницы, объем добавляемых мелющих тел и рабочие параметры, влияющие на интерпретацию результатов. Для замкнутых циклов учитывайте циркулирующую нагрузку и эффективность классификатора: более тонкий конечный продукт может быть результатом изменений классификации, а не улучшения измельчения в мельнице.

По возможности изменяйте только один основной параметр мелющих тел за раз. Во время испытания диаметра поддерживайте постоянными состав сплава и термообработку либо явно фиксируйте их изменения. Дайте мельнице достаточно времени, чтобы измененная загрузка повлияла на результаты. Изменение размера добавляемых шаров проявляется постепенно, поскольку прежняя загрузка остается в мельнице.

Оценивайте результат относительно четко определенной задачи, например повышения производительности при неизменном P80 продукта или получения более тонкого продукта при сопоставимых производительности и энергозатратах. Сравнивайте расход мелющих тел за репрезентативный период работы и осматривайте извлеченные фрагменты, если есть основания подозревать разрушение шаров. Изменение диаметра можно считать обоснованным, если улучшение сохраняется при сопоставимых условиях питания и работы мельницы, а износ и разрушение остаются приемлемыми.