一种矿石的静压功指数的测定方法

摘要

本发明公开了一种矿石的静压功指数的测定方法及其测定装置，用于矿石采用高压辊磨超细碎工艺时的能耗和效率评价。测定方法采用装置测定和公式计算来实现，采用的计算公式为：式中：α、β、γ分别为85.34、0.55和0.71；Pi为设定的试验筛孔尺寸；Gsp为通过试验筛的物料量；P为筛下产品中x％通过的筛孔尺寸；F为试验前x％通过的筛孔尺寸；Wi称为静压功指数。式中F通过对试验原矿的粒度筛析试验获得，Gsp和P采用测定装置来测定。测定装置包括：液压连杆系统、活塞压头、柱形料斗、测定物料、卸矿闸板、机架、卸矿料箱和控制系统。本发明能够对高压辊磨机有效输入功率的设计给予指导，提高高压辊磨机的利用效率。

权利要求

1.一种矿石的静压功指数的测定方法，其特征是该方法采用装置测定和公式计算来实现，采用的计算公式为：其中：α、β、γ分别为85.34、0.55和0.71；式中Pi为测定

功指数而设定的试验筛孔尺寸，取74-1700μm；Gsp为料层粉碎中单位时间新生成的通过试验筛的物料量，g/s；P为静压功指数测定装置最终获得的筛下产品中x％通过的筛孔尺寸，x取

50-90，P的单位为μm；F为试验前x％通过的筛孔尺寸，x取50-90，F的单位为μm；Wi表示矿石对料层粉碎的阻力参数，称为静压功指数，kW·h/t；式中F通过对试验原矿的粒度筛析试验获得，Gsp和P采用矿石的静压功指数测定装置来测定，测定步骤如下：a.将矿石破碎至80-100％通过3.5-6.7mm的筛，测得真密度ρ0，单位kg/cm3；堆密度ρ，单位kg/cm3，通过粒度筛析试验求出x％通过的粒度值F和小于设定筛孔尺寸Pi的产率为E0，设定静压功指数测定的循环负荷C为150％-400％；

b.取体积V0为700cm3的破碎矿石均匀地放入柱形料斗中，料斗直径为D，D取50-150mm，高度为H，H取150-450mm，矿石物料总量M＝0.7ρ，计算出原料中小于Pi的产量m0＝M E0；

c.设定静压功指数料层粉碎阶段的工作压力为N，N取0-15MPa，挤压密实阶段的工作压力为N/3,在松散状态下的料柱高度为h0＝4V0/πD2,通过控制系统使与液压连杆连接的活塞压头进入柱形料斗中，在活塞压头与矿石物料接触后，开始挤压密实阶段，加载速度取0-

3m/s，挤压密实后矿石物料的密度达到真密度的85％，挤压密实后的料柱高度h＝4M/0.85πρ0D2；

d.在完成挤压密实阶段后，提高工作压力，保持原有加载速度，进行料层粉碎阶段，压载时间t1为1s；

e.完成料层粉碎阶段后，通过控制系统与液压连杆迅速卸载，并打开闸板阀完成膨胀结团阶段，粉碎物料掉入卸矿料箱中，对粉碎后的物料进行粒度筛析试验，获得粉碎产品中小于Pi的产量m1，计算出第一次试验的Gsp1＝(m1-m0)/t1；

f.根据物料总量M和循环负荷C计算出测定产品中小于Pi的目标产量m＝M/(C+1)；

g.称取与第一次测定中筛下产品等质量m1的破碎矿石，与第一次测定的筛上产品合并，即保持每次测定给矿的总量M不变，根据第一次测定获得的Gsp1计算出第二次试验的料层粉碎时间t2＝(m-m1·E0)/Gsp1；

h.重复以上挤压密实、料层粉碎和膨胀结团阶段的测定步骤，直至最后三次测定获得的Gsp逐渐趋于稳定，设测定的次数为n，n＝3…7，8，合格标准为[Gspn-Gsp(n-1)]/Gsp(n-1)<±

5％，求出最后三次测定中Gsp的平均数作为最终计算Wi所需的Gsp；

i.将最后三次试验的筛下产品均匀混合后，进行粒度筛析试验，求出x％通过的筛孔尺寸P，代入公式计算最终的静压功指数Wi。

说明书

一种矿石的静压功指数的测定方法

技术领域

[0001] 本发明属于矿物加工技术领域，涉及矿石超细碎工艺的能耗和效率评价，特别是一种矿石的静压功指数的测定方法及其装置。

背景技术

[0002] 高压辊磨技术的基本原理是“料层粉碎”，具有粉碎产品微裂纹多、细粒级含量高和单位破碎能耗低等特点，符合“多碎少磨”技术的发展趋势，已经成为矿石高效粉碎的关键技术。高压辊磨机实施的是准静压料层粉碎，矿石本身可以充当传压介质。当料层受挤压时，各个颗粒之间相互作用产生的巨大压力导致颗粒破碎或变形，选择性破碎效果明显，粉碎产品内部微裂纹发育充分，产品的粒度分布均匀，细粒级含量高，矿物解离效果好。

[0003] 高压辊磨机在水泥工业的巨大成功是料层粉碎原理优越性的最充分体现。随着高压辊磨机结构的逐步完善和辊面材料的不断改进，其在金属矿粉碎领域的应用成为一种新的趋势。

[0004] 针对矿石在高压辊磨料层粉碎过程中的可碎性以及能耗指标的基础研究，中国北京矿冶研究总院利用KYP-2000电液式压力试验机、圆柱状缸体和压载活塞对不同粒级的铁矿石进行了颗粒床压载试验。结果表明，颗粒床单位质量物料所吸收的能量与压强存在线性关系，与高压辊磨机粉碎的比能耗和比压力的关系一致。压载产物的细度随着压强的增加而变小。不同窄粒级颗粒床的压载产物粒度分布曲线之间不存在自相似性。德国Thyssen Krupp Polysius公司开发了POLYCOM粉磨指数(PGI)试验用于判断物料是否适宜高压辊磨机粉碎，试验设备为辊子直径和宽度均为1m的实验室辊压机，在3.5N/mm2的单位粉磨力作用下，以1m/s的辊速粉碎1h。从破碎区中部得到的小于250μm或1mm的产品吨数即为粉磨指数。PGI大于70t·s/(m3·h)的矿石可认为适宜高压辊磨机处理。作为高压辊磨机应用的基础试验，PGI试验所需的矿石量过大，试验过程相对复杂。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种矿石的静压功指数的测定方法及其测定装置，用于矿石采用高压辊磨超细碎工艺时的能耗和效率评价。

[0006] 一种矿石的静压功指数的测定方法，该方法采用装置测定和公式计算来实现，采用的计算公式为： 式中：α、β、γ分别为85.34、0.55和0.71；Pi为测定静压功指数而设定的试验筛孔尺寸，取74-1700μm；Gsp为料层粉碎中单位时间新生成的通过试验筛的物料量，g/s；P为静压功指数测定装置最终获得的筛下产品中x％通过的筛孔尺寸，x取50-90，P的单位为μm；F为试验前x％通过的筛孔尺寸，x取50-90，F的单位为μm；
Wi表示矿石对料层粉碎的阻力参数，称为静压功指数，kW·h/t；式中F通过对试验原矿的粒度筛析试验获得，Gsp和P采用矿石的静压功指数测定装置来测定，测定步骤如下：

[0007] a.将矿石破碎至80-100％通过3.5-6.7mm的筛，测得真密度ρ0，单位kg/cm3；堆密度ρ，单位kg/cm3，通过粒度筛析试验求出x％通过的粒度值F和小于设定筛孔尺寸Pi的产率为E0，设定静压功指数测定的循环负荷C为150％-400％；

[0008] b.取体积V0为700cm3的破碎矿石均匀地放入柱形料斗中，料斗直径为D，D取50-150mm，高度为H，H取150-450mm，矿石物料总量M＝0.7ρ，计算出原料中小于Pi的产量m0＝M E0；

[0009] c.设定静压功指数料层粉碎阶段的工作压力为N，N取0-15MPa，挤压密实阶段的工作压力为N/3,在松散状态下的料柱高度为h0＝4V0/πD2,通过控制系统使与液压连杆连接的活塞压头进入柱形料斗中，在活塞压头与矿石物料接触后，开始挤压密实阶段，加载速度取0-3m/s，挤压密实后矿石物料的密度达到真密度的85％，挤压密实后的料柱高度h＝4M/
0.85πρ0D2；

[0010] d.在完成挤压密实阶段后，提高工作压力，保持原有加载速度，进行料层粉碎阶段，压载时间t1为1s；

[0011] e.完成料层粉碎阶段后，通过控制系统与液压连杆迅速卸载，并打开闸板阀完成膨胀结团阶段，粉碎物料掉入卸矿料箱中，对粉碎后的物料进行粒度筛析试验，获得粉碎产品中小于Pi的产量m1，计算出第一次试验的Gsp1＝(m1-m0)/t1；

[0012] f.根据物料总量M和循环负荷C计算出测定产品中小于Pi的目标产量m＝M/(C+1)；

[0013] g.称取与第一次测定中筛下产品等质量m1的破碎矿石，与第一次测定的筛上产品合并，即保持每次测定给矿的总量M不变，根据第一次测定获得的Gsp1计算出第二次试验的料层粉碎时间t2＝(m-m1·E0)/Gsp1；

[0014] h.重复以上挤压密实、料层粉碎和膨胀结团阶段的测定步骤，直至最后三次测定获得的Gsp逐渐趋于稳定，设测定的次数为n，n＝3…7，8，合格标准为[Gspn-Gsp(n-1)]/Gsp(n-1)<±5％，求出最后三次测定中Gsp的平均数作为最终计算Wi所需的Gsp；

[0015] i.将最后三次试验的筛下产品均匀混合后，进行粒度筛析试验，求出x％通过的筛孔尺寸P，代入公式计算最终的静压功指数Wi。

[0016] 一种矿石的静压功指数的测定方法采用的装置，该装置包括：液压连杆系统、活塞压头、柱形料斗、测定物料、卸矿闸板、机架、卸矿料箱和控制系统，所述的液压连杆系统与活塞压头固定连接，机架上部焊接有柱形料斗，压载物料4装在柱形料斗中，卸矿闸板在柱形料斗底部，卸矿料箱在卸矿闸板下部，控制系统通过导线连接液压连杆系统和卸矿闸板，在控制系统控制下实现挤压密实和料层粉碎，当料层粉碎执行完毕后，卸矿闸板迅速打开实现物料的结团膨胀阶段。

[0017] 所述的液压连杆系统提供的压力为0-15MPa；所述的柱形料斗的直径为50-150mm，高度为150-450mm。

[0018] 本发明与现有同类技术相比，其显著地有益效果体现在：

[0019] 本发明按照高压辊磨机的三阶段粉碎过程进行静压功指数测定，大幅度简化了高压辊磨机超细碎工艺的试验过程，并能够对高压辊磨机有效输入功率的设计给予指导，提高高压辊磨机的利用效率。

附图说明

[0020] 图1是一种矿石的静压功指数的测定方法采用的装置结构示意图。

[0021] 图中编号：1.是液压连杆；2.是活塞压头；3.是柱形料斗；4.测定物料；5.卸矿闸板；6.机架；7.卸矿料箱；8.控制系统。

[0022] 图2是一种矿石的静压功指数的测定方法的原理示意图。

[0023] 图中：a是挤压密实阶段；b是料层粉碎阶段；c是结团膨胀阶段。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图用实施例具体描述本发明。

[0025] 某磁铁矿石，TFe品位27.5％，属贫磁铁矿石，将矿石破碎至80％通过筛孔为5.3mm的格筛，其粒度组成如表1所示。测得真密度ρ0＝3.20×103kg/m3，堆密度ρ＝2.25kg/cm3。

[0026] 表1静压功指数试验原矿的粒度分布

[0027]

[0028] 如图1和图2所示，一种矿石的静压功指数的测定方法，该方法采用装置测定和公式计算来实现，采用的计算公式为： 其中：α、β、γ分别为85.34、0.55和0.71；式中Pi为测定功指数而设定的试验筛孔尺寸，取74-1700μm；Gsp为料层粉碎中单位时间新生成的通过试验筛的物料量，g/s；P为静压功指数测定装置最终获得的筛下产品中x％通过的筛孔尺寸，x取50-90，P的单位为μm；F为试验前x％通过的筛孔尺寸，x取50-90，F的单位为μm；Wi表示矿石对料层粉碎的阻力参数，称为静压功指数，kW·h/t；式中F通过对试验原矿的粒度筛析试验获得，Gsp和P采用矿石的静压功指数测定装置来测定，测定步骤如下：

[0029] a.根据表1中的粒度筛析结果，求出试验原矿中80％通过的粒度值F＝5300μm，小于设定筛孔尺寸Pi＝1000μm的产率E0＝39.66％，设定静压功指数测定的循环负荷C为200％；

[0030] b.取体积V为700cm3的破碎矿石均匀地放入柱形料斗中，料斗直径D＝75mm、高度H＝200mm，矿石物料总量M＝0.7ρ＝1575g，计算出原料中小于Pi的产量m0＝M E0＝624.65g；

[0031] c.设定该磁铁矿石静压功指数测定时料层粉碎阶段的工作压力为10MPa，加载速2
度0.2m/s，挤压密实阶段的工作压力为3.3MPa,在松散状态下的料柱高度为h0＝4V0/ΠD＝
15.85cm,通过控制系统8使与液压连杆1连接的活塞压头2进入柱形料斗3中，在活塞压头2与测定物料4接触后，开始挤压密实阶段a，挤压密实后矿石物料的密度达到真密度的85％，挤压密实后的料柱高度h＝4M/0.85πρ0D2＝12.97cm；

[0032] d.在完成挤压密实阶段后，提高工作压力至N，保持原有加载速度，进行料层粉碎阶段b，压载时间t1为1s；

[0033] e.完成料层粉碎阶段后，通过控制系统8与液压连杆1迅速卸载，并打开闸板阀5完成膨胀结团阶段，粉碎物料掉入卸矿料箱7中，对粉碎后的物料进行粒度筛析试验，获得粉碎产品中小于1000μm的产量m1＝792.65g，计算出第一次试验的Gsp1＝(m1-m0)/t1＝168.00g/s；

[0034] f.根据物料总量M和循环负荷C计算出测定产品中小于Pi的目标产量m＝M/(C+1)＝525g；

[0035] g.称取与第一次测定中筛下产品等质量m1的破碎矿石，与第一次测定的筛上产品合并，即保持每次测定给矿的总量M不变，根据第一次测定获得的Gsp1计算出第二次试验的料层粉碎时间t2＝(m-m1·E0)/Gsp1＝(525-168.00×39.66％)/168.00＝2.73s；

[0036] h.重复以上挤压密实、料层粉碎和膨胀结团阶段的测定步骤，第四、五、六次试验获得的Gsp分别为179.81g/s、184.26g/s、186.44g/s，三次试验的误差小于5％，可以终止试验。求出最后三次试验中Gsp的平均值为183.50g/s，作为最终带入公式计算的Gsp值；

[0037] i.将最后三次试验获得的小于1000μm的筛下产品混匀，进行粒度筛析，结果如表2所示，求得80％通过的筛孔尺寸P＝580μm。

[0038] 表2静压功指数试验小于1000μm产品的粒度分布

[0039]粒级/mm 产率(质量)/％ 累计产率(质量)/％
0.65～1 13.21 100.00
0.45～0.65 17.25 86.79
0.18～0.45 19.13 69.54
0.074～0.45 18.47 50.41
<0.074 31.94 31.94

[0040] 根据以上试验结果，将Pi＝1000μm、原矿中80％通过的筛孔尺寸F＝5300μm、静压功指数试验最后三次的筛下产品中80％通过的筛孔尺寸P＝580μm、料层粉碎中单位时间新生成的通过1000μm的物料量Gsp＝183.50g/s带入公式进行计算，可得该贫磁铁矿石进行料层粉碎的静压功指数Wi＝1.68kW·h/t。

[0041] 以建造300万吨/年的该磁铁矿选矿厂为例，采用高压辊磨机细碎流程，给料粒度25mm，采用控制产品粒度为3mm的全闭路流程，年工作330天，每天24小时，循环负荷100％，则高压辊磨机的小时通过量为757.6t，设备的有效功率系数为0.75，根据试验所得的静压功指数，那么该选矿厂选用的高压辊磨机的电机总功率为757.6×1.68/0.75＝1697kW。

[0042] 选矿厂最终采用的高压辊磨机功率为2×900kw，完全满足工艺要求，有效功率系数仅为0.70，与静压功指数的计算结果误差在1％左右。