关于高压辊磨机粉碎工艺设计

北京矿冶研究总院 矿物加工科学与技术国家重点实验室
设备作业参数(3)
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工作压强
高压辊磨机的粉碎效果主要取决于两辊间距最小处 附近的压强峰值
在工业应用设计和生产实践中通常用比压力表示工 作压强。 F 比压力定义 f＝ DL
f ：比压力；F: 液压系统提供的总压力；D: 辊径； L: 辊宽
工业应用设计(8)
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高压辊磨机粉碎的作业变量和工艺指标
内容 给矿特性 变量 / 指标 用于尺度放大和性能比较的 设备作业参数 / 工艺特性参数
物料类型，密度，硬度， 含水量，粒度分布，… … 压辊转速 作业变量 工作压强 作业条件 辊面间距 辊面类型与结构 处理量 工艺指标 粉碎能耗 产物细度（粒度分布）
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工作原理(3)
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高压辊磨机粉碎作用机制
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工作原理(4)
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高压辊磨机的边缘效应
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工业应用设计(2)
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应用设计的基本思路
设备处理量主要由辊宽、辊面间距和辊速决定，也与给矿物料性质 有关。辊面间距一般与辊径成正比。 粉碎产物细度与粉碎能耗密切相关，而这两者均与设备的工作压强 有关。 由不同给矿物料组成的颗粒床料层具有不同的压缩特性和粒间粉碎 行为，从而对设备处理量、粉碎能耗和产物细度以及这些指标随设 备作业参数的变化有不同的影响。需要通过对具体物料进行中小型 颗粒床压载粉碎试验来确定最佳的设备作业参数。 应用设计的基本原则是根据对产物细度的要求和中小型粉碎试验结 果确定工作压强，根据对处理量的要求选择辊径、辊宽和辊速。 在设备的尺度放大过程中需要考虑边缘效应的影响。 应用设计的主要步骤: 中小型粉碎试验，设备的尺度放大，工业设 备功耗和产物细度估算，工艺流程配置和生产指标预测
辊面间距
高压辊磨机的辊面间距不是可以直接设定的作业参数， 它取决于液压系统对压辊的作用力和被挤压颗粒床对压辊 反力之间的动态平衡。 辊面间距的影响因素包括初始间距、预紧力、液-气压 力系统的刚度特性、颗粒床料层的压缩特性等。 在设备的尺度放大时，对辊面间距的放大不仅要考虑尺 度上的几何相似，也要考虑压力系统刚度特性的物理相似。
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关于高压辊磨机粉碎工艺设计
刘建远 （北京矿冶研究总院）
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汇报提纲
设备工作原理和应用现状 工业应用设计 设备工作参数和工艺特性参数 边缘效应对尺度放大的影响 流程配置 工艺设计过程概要
应用现状(4)
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矿物加工领域推广应用的挑战和对策
辊面的磨损 对策: 柱钉点阵辊面设计


设备作业参数的确定和工艺指标预测 对策: 中小型粉碎试验 + 设备的尺度放大 作业的数学建模和计算机模拟 整个流程的配置和优化 对策: 闭路试验，试验厂半工业流程试验 流程的数学建模和计算机模拟
应用现状 (1)
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高压辊磨机的主要优点
能耗低; 磨损小; 占地面积小; 噪音小
高压辊磨机的主要应用领域 建材水泥行业: 生料和熟料的粉磨 金刚石矿的解离粉碎 铁矿石粉碎及铁精矿球团处理前的细磨 有色和贵金属矿石的粉碎
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产物细度特性参数。
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工艺特性参数(2)
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处理量特性参数
表达设备处理量的基本公式（固体料流的连续性方程）：
M d Lv r
M : 固体流量；d: 辊面间距； L: 辊宽；v: 辊面速度；

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工业应用设计(3)
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作为设计依据的物料粉碎试验
颗粒床压载粉碎试验 - 半工业型高压辊磨机（压辊直径700 ～ 900 mm） - 小型高压辊磨机 （压辊直径200 ～ 300 mm） - 活塞式压缩缸（在压力试验机上进行压载） 辊面磨损试验 压饼强度试验 其他试验 - 产物的球磨功指数试验（或其他形式的磨矿试验） - 产物的选矿试验 - 产物的浸出试验
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工业应用设计(7)
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中小型粉碎试验对给矿物料的要求 试样在矿石性质上的代表性 粒度上限 （取决于试验设备的辊径） 粒度组成（粒度分布曲线的走向应尽量相似）
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工业应用设计(1)
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应用设计的内容

设备几何参数（辊径和辊宽） 设备作业参数（辊速和工作压力） 设备驱动功率 辊面的选择 辊面寿命和设备运转率估计 流程设计和辅助设施配套 项目的技术经济分析
工作原理(5)
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关于高压辊磨机粉碎的能量效率
粉碎作业的能量效率高低比较：
球磨磨矿 < 粒间粉碎 < 单粒粉碎
“多碎少磨”可降低粉碎总能耗 高压辊磨机粉碎的能量效率高于球磨/自磨/半自磨机 高压辊磨机粉碎的能量效率低于粗/中碎设备
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中硬矿石物料：辊面间距通常为压辊直径的2~3%。处 理软质物料时间距较小，处理硬质物料时间距较大；柱钉 辊面的间距可比光滑辊面大一些。
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工艺特性参数(1)
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表示粉碎作业工艺指标的特性参数
设备处理量特性参数 粉碎能耗特性参数
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边缘效应的影响(1)
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设备规格与边缘效应大小比较 * 规格 压辊直径/mm 压辊宽度/mm 压辊工作间距/mm 实验室 300 70 7.5 半工业 900 250 22.5 工业 1700 1400 42.5
（国内业界常用，例如-0.074mm含量)
- 比表面积： 球团作业给矿常用比表面积表征细度 完整的细度信息需要用产物的粒度分布来表达。 产物细度预测: 视试验与生产在给矿粒度上的异同及给矿最 大粒度与辊面间距的相对大小而定。试验的给矿粒度与工业 生产不同时，需凭经验或通过模拟计算进行产物细度预测。
主要的几何参数
压辊直径 压辊宽度
主要的作业参数
压辊转速 工作压强 辊面间距
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设备作业参数(2)
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压辊转速
辊面运动的线速度： 直接影响设备处理量 正常取值范围: 0.2 ～ 3 m/s 工业生产上一般取值： 1 ～ 2 m/s 压辊转动角速度：用于尺度放大时进行转速效应的校正 工业生产上一般取值： 18 ～ 22 r/min
E: 粉碎比能耗，kWh/t;
M : 设备处理量 t/h ; P: 粉碎净功耗，kW
粉碎比能耗随比压力的增大而增加，两者一般呈线性关系
矿石的细碎作业： 最佳的比压力一般为 3 ~ 5 N/mm2; 相应 的粉碎比能耗为1.0 ~ 2.5 kWh/t 设备尺度放大： 粉碎能耗 = 粉碎比能耗 x 设备处理量
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辊面磨损试验装置
KHD
Polysius
Kö ppern
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工业应用设计(6)
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高压辊磨机给矿的粒度上限
高压辊磨机辊径与给矿最大粒度的关系* (单位: mm) 设备类型 压辊直径 辊面间距
给矿最大粒度
实验室 200 5 8 300 7.5 12
半工业 700 17.5 28 900 22.5 36 1400 35.0 56
工业 1700 42.5 68 2000 50.0 80 2400 60.0 96
(*中硬矿石：给矿最大粒度与辊面间距的比值1.6，辊面间距为辊径的2.5%)
实验室（小型）高压辊磨机： 给矿粒度上限10 mm左右 半工业型高压辊磨机： 给矿粒度上限32 mm左右 工业生产高压辊磨机： 给矿粒度上限40～75 mm

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工业应用设计(4)
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半工业型高压辊磨机粉碎试验设备
KHD － f800 x 250
Polysius － f700 x 210
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工业应用设计(5)
辊面线速度，转动角速度 比压力 辊面间距与辊径的比值 比处理量 粉碎比能耗 特征粒度 / 特征细度 / 比表面积
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设备作业参数(1)
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设备的尺度放大
根据中小型设备上试验结果确定工业应用所需大 型设备的几何参数和作业参数。
r: 压饼容积密度
比处理量 m 定义：
m
M D Lv
比处理量的实用单位为 ts/m3h
用于尺度放大的处理量计算式：
M m D Lv
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工艺特性参数(3)
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设备处理量的辊速效应
两辊间物料经受的压强峰值为比压力的30～60倍 最佳比压力需要通过试验确定，一般取值范围： 较软物料1～3 N/mm2，中硬物料3～7 N/mm2 在尺度放大时一般将比压力作为不变的作业参数。
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设备作业参数(4)
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工作原理 (1)
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高压辊磨机 : 一种高效节能粉碎设备
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工作原理(2)
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高压辊磨机工作原理示意图
应用现状(2)
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高压辊磨机在全球矿物加工领域中的应用情况
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应用现状(3)
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高压辊磨机在矿物加工领域中的应用实例
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工艺特性参数(5)
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产物细度指标
对产物的细度要求是粉碎工艺设计的主要依据。 常用的细度指标: - 特征粒度： 筛下产率为某个值所对应的筛分粒度
（国外业界常用，例如P80)
- 特征细度： 某个筛分粒度所对应的筛下产率
用低转速试验条件下测得的比处理量数据进行设备尺 度放大，会高估工业磨机在高转速条件下的生产能力！
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工艺特性参数(4)
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能耗特性参数
粉碎比能耗：单位质量受载物料消耗的能量 粉碎比能耗计算式:
P E M