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定性衬板形状和磨机填充量对性能优化的影响-1

2017-11-09来源:中国矿冶网点击数:0次
定性衬板形状和磨机填充量对性能优化的影响

 

定性衬板形状和磨机填充量对性能优化的影响

 

摘要
由于半自磨机衬板、质量及随后的荷载运动一直在发生变化,对半自磨机的操作也是多变的。但是,这种情况不适合进行衬板的设计和磨机的控制,在安装新衬板的前几周可以稍微减缓这一影响。随着矿石可磨性的不断增加,能源成本有所增加,矿石品位逐渐下降,能够实现有效磨矿的简化设计和操作方法已不足以实现这一目标。本文提出了一个方法,该方法被开发用于测量和说明衬板磨损时磨机性能发生的变化。其中包括监控所有衬板配置-换句话说就是-衬板寿命期间三个不同直径的衬板形状,并在衬板寿命期间的不同阶段进行控制调查研究,将磨机性能与衬板配置联系起来。对测量的衬板质量进行建模,提供有意义的荷载质量测量方法,其中衬板质量未包含在内。
关键词
衬板设计;衬板磨损;衬板磨损追踪;建模;优化;
导言
在优化磨机操作的生产率时,减少能耗和材料消耗的一个方法是平衡设计和选择衬板。衬板对磨矿的影响很大,原因在于它对荷载运行和荷载行为有很大的影响(Makokha, Moys, Bwalya & Kimera, 2006)。一般来说,磨矿效率取决于磨机内部的荷载行为,它会影响矿石破碎的本质。但是,由于衬板一直在磨损,它的形状是不固定的。在矿物加工工业中,我们常常保险设计磨机衬板,当衬板发生磨损时,会导致生产量增加而比能下降kW/t)。当没有合适的衬板测量工具来追踪和定量磨损程度时,就很难去验证这一结果。同时也需要权衡衬板寿命和磨矿性能的关系,不过目前还没有文献对其进行详细讨论。
将衬板形状与磨矿性能建模设备进行匹配,确定性能达到最优的阶段及相关的衬板形状。该方法为衬板的设计提供了一个方法,能够得到大多数衬板寿命的理想形状,得到所需的生产参数,如能耗和生产量,同时维持实际的衬板寿命循环数。目前已完成的工作提供了衬板寿命末期数据和安装新衬板后磨机的生产量数据。
SAG’01, 2001 SAG’06, 2006会议上,仅呈现了20个类似的调查研究结果. 这些研究结果表明,在重新装衬板后,生产量降低了5%-10%左右,但是根据操作战略来说,目前还没有充足的数据来评估磨矿操作是如何随着衬板的改变而改变的。例如我们往往提到了实际磨矿填充量,却没有提到测量荷载,如果现场无法解决衬板质量的巨大变化,就只能改变衬板。因此,磨矿操作点的巨大变化会影响磨矿性能的测量值发生变化。磨机的填充量是磨矿流程中一个非常重要的操作参数,通过对它进行控制和优化,可以显著提高生产能力和能效Kolacz,1997) (Apelt, Asprey, & Thronhill, 2001). 但是在工业实践中,磨机荷载被视为荷载槽的总输出量,或根据润滑轴承背压为基础的系统压力kPa,而不是实际的磨机荷载质量。由于衬板发生磨损,该实践还是存在一定的缺陷的,在整个衬板寿命期间,总磨机荷载下降,由于衬板磨损,磨机内部容量增加,实际磨机填充量也可能会增加。值得关注的是,在整个衬板寿命期间,衬板质量遭受的损失等同于总荷载的质量。因此,为了准确地得到磨机的填充量,需要校准荷载槽的输出量,以减少衬板的质量流失。使用轴承背压来进行测量,还需要另一个校准了阶段,将输出kPa与实际荷载联系起来。使用磨机映射TM功能来追踪衬板寿命期间衬板容量的变化情况,因此,我们有可能能通过校准荷载槽的输出量来得到实际的磨机填充量百分比而不是磨机荷载量,同时也不需要什么资本成本。本文对澳大利亚新南威尔士的纽克雷斯特的Cadia Valley操作CVO)32英尺半自磨机的衬板设计优化和荷载槽校准工艺进行了描述.
问题陈述
本文的重点是在工业实践中,当衬板发生磨损时磨机内部容量的增加及壳体衬板寿命期间半自磨机的生产量的增加。同时,为了得到衬板寿命期间的最优衬板形状,增加其破碎率。磨机映射TM软件是一个标准的输出软件,它易于追踪到衬板寿命期间磨机内部容量的增加。对磨损阶段进料、壳体和卸料衬板的3D衬板形状进行说明,估计出每个调查研究中的磨机净容量。传统的内部可用磨机容量进行估计时,根据以手动点为基础的最大直径和最大长度的距离测量,解释3D形状的变化。使用磨机映射TM条件监控工具,改变磨机的容量,如进料和卸料斗,以很高的准确度来进行测量。如下案例对36英尺的半自磨机进行了说明。两年的磨机映射TM数据记录了新衬板和完全磨损衬板之间的内部磨机容量最大增加了3%。但是,几次生命周期的历史数据表明,该阶段的生产量平均增长了10% (表1、图3)。
如果新衬板和完全磨损壳体衬板的磨机容量运输率和填充量百分比一直处于稳定状态,磨机容量仅增加2-3%并不是导致生产量增加10%的原因。由于缺乏其他结论性证据来解释运输率或填充水平的改变,生产量之所以增加了6-7%,可能是由于衬板磨损时,衬板形状改变效率的增加。该数据表明,使用新衬板是低效的,在磨矿规模的另一端,磨损衬板是最有效的。本文指出了一个稳健技术,通过设计维持主要衬板寿命的最佳衬板形状,来获取和量化提高填充量的最优衬板形状。所需的生产参数能够使能耗降低、生产量提高,同时维持实际的衬板寿命周期而不改变产品粒度。本文也对描述磨矿填充量而不是磨机荷载的好处进行了描述.

 

1-将新衬板改为32英尺的旧壳体衬板后生产量的增加百分比,半自磨机
壳体衬板
寿命
新衬板的平均生产量(tph)
(衬板寿命周期的前两周)
磨损衬板平均生产量
tph) (衬板寿命周期的后两周)
%增加量
1
1172
1190
1.6%
2
1169
1265
8.2%
3
1154
1272
10.2%
4
1126
1274
13.1%
5
1097
1151
4.9%
6
1113
1316
18.2%
7
1153
1192
3.4%
8
1055
1170
11.0%
9
1114
1255
12.7%
10
1119
1275
14.0%
 
平均增量
9.7%
 

1-36英尺半自磨机衬板寿命期间生产量的增加

 

2展示了Cadia研究的32英尺磨机的衬板寿命期间的生产量的情况。如图可知,相比新衬板,当衬板磨损时,生产量有所增加,当对卸料格子篦(1/2套)和进料出口衬板重新装衬后,生产量会降至一半。当壳体衬板磨损得更为严重时,回归生产量曲线逐渐变弱,但是依旧在增加,当衬板完全磨损时,生产量增长了12%

值得指出的是,在对格子篦重新装衬后的生产量比装衬前的生产量平均高了3%。这一结果表明,生产量的增加不仅是由于格子篦开口面积的增加,而且还是由壳体衬板的磨损。除了壳体衬板寿命期间生产量的增加,比能(KW/tph)也相应减少了12%。重要的是,由于升降机损坏,提高磨机速度时会发现比能有所下降。最终,在该项目期间进行的磨矿调查研究表明,当衬板发生磨损时,半自磨机的产品变得更细。因此,所有的可用数据表明,生产量、能耗及产品粒度三个主要性能指数都随着32英尺磨机的衬板的不断磨损而有所增加,在壳体衬板寿命末期观测到的生产量增加,能耗减少,产品更细。
图2-Cadia 32英尺的磨机的壳体衬板寿命期间的生产量和比能

 

方法论
为了确定最优衬板形状,从而得到衬板主要寿命期间的最佳形状,需要使用如下工具:
控制磨矿调查;
磨机映射TM:
JKSimMet模拟器。
在衬板寿命期间的不同阶段时行磨矿调查研究(4次),为了得到每个阶段磨矿效率的快照。激光扫描为基础的磨机映射TM条件监控输出能够得到每个阶段具体和准确的3D衬板形状。进行四次磨矿调查研究,得到四个独立的JKSimMet半自磨机磨矿模型,每个模型描述了壳体衬板寿命期间的一个阶段。具体如下:
新(重新装衬后)
一半寿命(寿命的50%
严重磨损 (寿命的80%
完全磨损(预装衬板)
正常化每个模型,直接对比不同衬板形状。在每次调查期间对拟合的模型进行模拟,追溯到标准的条件基础案例集,如JK落锤试验的A*b矿石冲击破碎参数、磨机填充量和磨球荷载。破碎率和/或质量转移发生的任何改变取决于衬板形状的改变而不是进料或操作条件的改变。
在根据正常的JKSimMet模型确定了最优衬板操作窗口后,提出了一个新的衬板设计方案,得到了主要衬板寿命期间的最合适的衬板形状。DEM建模建立了一个平台来比较不同阶段的衬板形状,在将来的实践中,与JKSimMet建模相结合,从另一个视角来了解衬板形状对磨矿行为的影响。在衬板设计第一次发生改变时,在衬板寿命的新的启动阶段,选择与实际磨机映射TM测量的衬板形状非常类似的新的衬板形状。考虑到操作条件不会再发生过多的改变,其他相关的生产参数有利于新选择的寿命周期,相比原来的设计,这种改变能够维持磨机的稳定运行。同时,要确保的是需要利用后期衬板寿命阶段更为有利的生产结果。随后,使用DEM建模来对整个虚拟环境中衬板设计再次发生的改变引起的影响进行评估。节约和灵活地考虑一些假设情况而不是在现场对新衬板的设计进行昂贵、耗时及一些不会成功的物理试验。
调查协议
在两个壳体衬板寿命周期内对位于Newcrest CVO32英尺的半自磨机进行一系列调查研究,定性不同衬板磨损阶段磨机的磨矿性能。该磨机的正常壳体衬板寿命为6个月,在衬板寿命的初期、中期及末期进行调查研究,在每次重装衬板前2周完成其他的调查研究,在重装衬板前迅速观测到衬板磨损程度的增加。
设计该调查研究,从能耗、生产量及产品粒度方面得到32英尺半自磨机的磨矿性能。32英尺半自磨机的进料由不同比例的两种矿石来源构成,即Cadia 矿井及Ridgeway地下矿山。对混合矿石进行了单一的破碎试验及70mm筛孔的筛分试验。破碎的砾石回收材料输送至磨机中,一部分的球磨机与底流粒子流相混合。通过维持已测量尺寸的孔口上方设定矿浆头控制旋风分离器至32英尺半自磨机的流速。该设定能估计出磨机的流速,但是无法确定估计的准确性。根据质量平衡无法检测出该流速。该流程的工艺流程图由JKSimMet软件确定,如图3所示。

3-32英尺半自磨机JKSimMet磨矿流程

 

 

32英尺半自磨机的卸料输送至一台滚筒磨机中,筛上产品输送至一台筛分机中。筛分后的筛上产品通过一个砾石矿石堆回收至圆锥破碎机中,并转移至半自磨机进料带中。然后,将筛下产品泵回至滚筒筛下产品中,再落至旋风分离器进料集水坑中
基本上大多数的样品都易获取。在每次磨机停工时,都使用三个切割带,分别用于回收破碎机进料、筛分筛上产品及磨机中的混合进料。在衬板上使用半管样品切割机采集回收破碎机产品的样品。对落下的粒子流进行切割,采集旋风分离器底流、溢流及进料样品。在一台旋风分离器上隔开溢流材料,采集旋风分离器的进料样品,仅将旋风分离器转换到样品中来。
虽然很难得到半自磨机的卸料样品,但是它们的质量对整个调查数据的质量有着至关重要的影响。32英尺CVO磨机的卸料运输至一台滚筒磨机中,再经过一台筛分机,最终得到的三种样品相混合构成了整个磨机的卸料。筛分后的粒子流样品于采集,其中一个作为带切割进行采集,另外一个在低流速下切割降落的粒子流而完成采集。但是想准确地采集滚筒筛下产品样品还是非常困难的。在第一次衬板寿命调查期间的样品点即为主要粒子流另一端套管处的滚筒卸料端。通过一个长长的样品切割器从滚筒筛下产品中采集尽可能多的样品,但是该样品点并不能真实地代表采集的样品。在第二次衬板寿命期间,调查研究的样品点有所改进,沿着粒子流滚筒端套管处的滚筒长度切割一系列舱口。使用滚筒横割技术(Powell, Pekins & Mainza,2011)沿着粒子流宽度进行一系列切割,得到更多有代表性的样品。
操作限制和采样总结
原计划采用32英尺的纯自磨机,然后转变为一台磨球岩石比很高的半自磨机。调查期间的磨球填充量一直保持一致,当总荷载填充量在16-20%之间时,磨球填充量一直介于13-14%之间。磨球岩石比例高会严重限制磨机的功率,减少操作的灵活性。灵活性不高是非常令人担忧的,磨机无法应对进料粒度分布的改变或者矿石硬度的改变。目前,在将矿石输送至磨机前,需要对其进行完整的预破碎再通过一台70mm的筛分机进筛分,这样才能有效地避免矿石作为磨矿介质来使用。通过减少32英尺CVO磨机的球磨荷载,增加岩石荷载,是可以从能效方面来提高磨机的磨矿性能的。增加磨机进料的最大粒度、减少球磨矿介质,同时作为磨矿介质的较大粒度岩石的数量也有所增加。二级破碎筛分的部分较大岩石输送至磨机中,增加了荷载能量。
调查期间使用的32英尺半自磨机混合了两个不同区域的矿石。进料的主要成份品位较高,较软的矿石来源于Ridgeway地下矿山。进料的另一部分来自Cadia矿井,矿石较硬,品位较低。当Ridgeway矿石的可用性较低时,就仅使用Cadia矿井的矿石作为进料。Bueno, Shi, Kojovac & Powell, (2011) 的研究表明,当不同的矿石成份组成了不同的总磨机填充量时,磨机可达到最优状态。根据磨机填充量来确定磨机的性能是绘出磨矿曲线的最佳方式。之前的一些作者(Powell, Perkins, & Mainza, 2011)对如何绘出磨矿曲线也进行了描述。
在此次工作中,改进了半自磨机的样品点,同时也需要确定其他样品点的最优点及可以改进的方面。为了展示改进样品点的效用,在安装新半自磨机样品点前后快速进行了三次采样。图4和图5展示了一些选型数据。由图可知,粒度分布中较粗粒端的样品可变性降低,因此半自磨机样品点的改进是非常简单实惠的。在滚筒磨机周围切入一些舱口,从而在预定的停工时间内沿着滚筒周围采集大量样品。
4-有原始样品点的32英尺半自磨机滚筒筛下产品粒子流重复样品的粒度分布情况
5-样品点改进的32英尺半自磨机滚筒筛下产品粒子流重复样品的粒度分布情况
 

 

20107月重装衬板前后迅速进行了一些调查研究。使用这些调查研究的数据来模拟衬板磨损时磨矿性能的变化情况。由于磨矿条件非常一致,就选择了这两个调查研究。使用JKSimMet软件来模拟两个调查研究,当衬板发生磨损时来改变关键操作参数。由于一系列的因素,衬板磨损时生产量也有所增加,从而增加了磨机内部直径及格子篦筛孔的磨损程度。当磨机内部直径增加时,磨球填充量%也有所降低。当按比例缩小新旧磨机内部半径平方比时,磨球的填充量也易得到调整。当卸料功能发生变化时,需要考虑格子篦的磨损情况,同时也需要调整磨机的破碎率。
衬板形状和质量追踪
磨机映射TM通过映射1000万个独立的调查点,高分倍地展示磨机内部的三维磨机衬板厚度。除了追踪衬板形状和磨损程度,还量化了衬板重量、磨机净容量、荷载容量、磨球粒度分布及卸料率开口面积,(Franke,Michalek, Schurmann, Achkar & West, 2010).在完成一系列条件监控后,自动识别高磨损区域并预测重装衬板。(Franke, Redman, Johnson, Michalek, 2009)的文章中对磨机映射TM方法和工业案例进行了具体的描述。有效升降机高度和面角等变量在很大程度上都影响着荷载的运动轨迹,它们的测量值为代表性离散元方法建模提供了一定的依据。总得来说,该方法不仅用一新衬板的形状,还用于磨损衬板形状,是在衬板寿命周期的任何时间而不是初始时间内对磨矿行为进行建模的唯一方法。图6展示了衬板3D厚度建模输出案例.
6-磨机映射TM得出的新衬板(左)及完全磨损衬板(右)的样品3D厚度模型-在壳体升降机周围发生不对称的磨损

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责任编辑:[中国矿冶网]

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