高压辊磨机的发展趋势

      与在水泥行业取得的的巨大成功相比，高压辊磨机在矿物加工各行业的应用受到诸多因素的制约而进展缓慢。尽管如此，自1986年首次进入金刚石矿业以来，高压辊磨机在矿物加工领域的工业应用一直在不断发展，安装投产的设备数量在逐年增加。

     纵观发展过程，可将近25年来此新型粉碎设备的工业应用进展大致划分为3个阶段:

     ①20世纪80年代中期至90年代初期，在水泥行业和金刚石矿业得到广泛应用并成为行业标准生产流程中的设备配置;
     ②20世纪90年代中期至21世纪头10年初期，在铁矿石加工领域的逐步推广应用与柱钉辊面技术的研发和改进相互促进，伴随着在铜矿山和黄金矿山半工业规模和工业规模的试验性应用;
     ③21世纪头10年的中期起，开始在有色和贵金属矿山的硬质矿石破碎流程中得到大规模应用。据统计，截至2009年底，全球范围内投入工业应用的高压辊磨机在金刚石生产领域已有35台，在铁矿石加工领域已有50台，在有色和贵金属矿山用于硬质矿石破碎的也已超过35台。

     自20世纪90年代后期起，安装台数增长最快的是铁矿石加工行业，包括铁精矿球团前的预处理和铁矿石的细碎及超细碎。2006年后，以秘鲁CerroVerde铜钼矿安装的4台大型高压辊磨机成功投产运行以及澳大利亚BGM金矿定购4台大型高压辊磨机用于细碎作业为重要标志，高压辊磨机在硬质矿石破碎流程中的地位开始得到业界认可，对采用高压辊磨感兴趣的矿山企业开始不断增加，高压辊磨机制造厂家接到的订单也在增加。

     从全球矿业的发展看，经济有效地开发利用各种贫细杂矿产资源已是大势所趋。选矿厂扩大生产规模及使用大型化设备能有效降低处理贫细矿石的单位生产成本，已成为行业的发展趋势之一。在碎矿和磨矿工艺流程的沿革中，自磨/半自磨工艺正是通过设备的大型化、单机生产能力的提升以及碎磨段数的减少所带来的流程简化顺应了这个趋势。近几十年来，带有自磨/半自磨过程的工艺流程已在许多选矿厂得以采用，这种工艺流程突破了传统的3段碎矿加磨矿的粉碎模式，在国外已成为碎磨工艺设计上新的常规流程，尽管自磨/半自磨工艺本身也存在比能耗偏高、对物料性质波动敏感、对一些矿石类型不适用等问题，并不能完全取代传统的碎矿磨矿流程。但另一方面，包括自磨机在内的各种大型碎矿和磨矿设备的尺寸也会受到诸如制造、运输、安装等因素的制约，不能无限制地大型化。

     相比之下，高压辊磨机具有处理量大、占地面积小、设备结构紧凑、组件对运输和安装条件的要求较低等优点，它在碎矿和磨矿流程中的应用可为进一步提升选厂碎磨系统的处理能力创造条件。
而且，它所带来的节省粉碎能耗和介质消耗的效果，符合节能降耗和低碳经济的社会发展方向。

     可以预期，高压辊磨机在矿物加工领域的应用对今后碎矿和磨矿工艺流程的影响，至少将不亚于这几十年来自磨/半自磨工艺的应用所带来的影响。在高压辊磨机本身的大型化方面，各设备制造厂家践行了不同的设计理念。目前德国主要的高压辊磨机制造厂家有3个，即蒂森克虏伯集团的珀利休斯(Polysius)公司、KHD洪堡威达克(Humboldt-Wedag)公司和魁伯恩(K?ppern)公司。珀利休斯公司占有全球最大的市场份额;KHD洪堡威达克公司以其研发的柱钉点阵辊面技术在矿物加工领域有独特的优势;魁伯恩公司进入矿物加工领域较晚，但在中国和澳洲市场上已有不错的表现。在设备的大型化方向上，珀利休斯公司采取的是增大辊径而保持较小辊宽的做法，这种设备可处理较大粒度的给矿，但因边缘效应较大，产物中边料的比例偏高;KHD洪堡威达克公司和魁伯恩公司采取的是保持辊径不太大而增大辊宽的做法，这种设备的排矿产物中边料的比例较低，但在处理硬质物料时对给矿粒度上限的要求较为严格，另外更需要注意保持沿辊宽的给矿均匀并在辊子支撑系统中引入压力分布的自动调节机制，以防辊子歪斜过大而影响设备正常工作。与水泥行业有很大不同的是，矿物加工领域所处理的物料种类多种多样，即使是同种矿石，其工艺性质也会有很大的差异。因此在考虑采用高压辊磨机工艺时，首先需要对特定的物料进行相关的试验研究。一般来说，各高压辊磨机制造厂家均对客户提供这类试验服务，作为评估工艺可行性、选择设备及确定设备工作参数的依据。也有一些独立的机构或公司可进行这类试验研究。

     根据研究的目的和项目进展阶段要求的不同，可以是实验室小型规模(辊径一般不超过300mm)的试验，也可以是半工业规模(辊径一般不超过1000mm)的试验。小型试验只用于初步评估的目的，设备工作参数则一般需要根据半工业试验结果来确定。一些矿石物料具有较高的硬度和磨蚀性，会对高压辊磨机辊面造成较大的磨损。频繁地停机更新或更换辊面会影响设备的运转率，这是早期阻碍高压辊磨机在矿物加工领域发展的重要因素。近年来，各设备生产厂家在提高辊面寿命、缩短更换辊面所需时间等方面做了不少工作。尤其是KHD洪堡威达克公司率先引入的柱钉点阵辊面技术可促使被磨物料在辊面形成一层“自保护层”，阻止辊面的进一步磨蚀，从而克服了高压高辊磨机在矿物加工领域应用的一个主要障碍。

     此辊面技术也已被其他设备制造厂家所采用。各制造厂家均已研发了各自的辊面磨损速率测定方法，用来为辊面工作寿命的保证指标提供基础数据。从应用情况看，高压辊磨机目前在矿物加工领域主要用于矿石的细碎/超细碎作业及铁(铬)精矿的细磨。用于细碎作业时，它或者是取代原有的碎矿设备，或者是与原有的碎矿设备一同承担为后续的磨矿和选别作业准备物料的任务。回顾高压辊磨机在水泥行业的应用历程，最初它也是从主要用于球磨机给料的预磨、实现在提高处理量的同时降低比粉碎能耗开始的。有的业内人士将高压辊磨机誉为当今世上能量效率最高的工业粉碎设备，这有点言过其实。实际上，高压辊磨机的能量效率高只是相对于能量效率很低的滚筒式磨机(主要是球磨机)而言的。有关固体物料粉碎的基础研究结果表明，尽管颗粒床粒间粉碎的能量效率比球磨磨矿高，但仍低于单粒粉碎的能量效率。

     在工业流程中，将高压辊磨机用于细碎作业降低了入磨机物料的整体粒度，相当于承担了一部分原来由球磨机承担的粉碎任务，因此能取得降低粉碎能耗的效果。一般地，高压辊磨机承担磨矿任务的比例越高，节能的潜力会越大。这也应该是未来高压辊磨机在矿物加工领域应用的发展方向。而在以单粒粉碎机制为主的粗碎和中碎领域，除了一些特殊的场合(如金刚石解离破碎)，高压辊磨机与现有设备比较并不占优势。此外，高压辊磨机不太适合于处理水分含量过高的物料、含泥过多的物料以及粘性较大的物料。高压辊磨机应用在选矿厂的碎磨流程中时，不可避免地会涉及到相关流程的配置及辅助设施的配套等问题。实际上，高压辊磨机本身就具有较大的配置灵活性。

     因为物料的粉碎效果主要由压辊的工作压强决定，其高低对物料的通过量影响不大，所以在配备有可变速驱动电机的高压辊磨机上，其处理量与粉碎效果在很大程度上可互不影响地加以调节，以满足特定的工艺要求，这一点在其他类型的磨矿设备上很难做到。对于定速驱动的高压辊磨机，可通过改变产物或边料的循环返回量来加以调节。高压辊磨机应用于细碎/超细碎作业时，往往需要通过闭路筛分来控制上游中碎产物的粒度以及送往下游磨矿作业的物料的粒度，这就需要配置相应的筛分和物料输送设施，从而增加设备配置的复杂程度和投资成本，导致采用高压辊磨机的方案与其他方案比较时竞争力会有所降低。对于高压辊磨机排矿产物的筛分，若筛分粒度小于6mm左右时，一般要采用湿法，而将湿式筛分的筛上物料返回高压辊磨机有时会带来物料含水量过高的问题。

     最近有人探讨了在高压辊磨机的给矿端和排矿端采用开路流程代替闭路流程的可能性，认为处理硬质矿石物料时，为保护辊面柱钉不被折断，需要严格地控制给矿最大粒度，采用开路中碎不太合适，而高压辊磨机的排料直接进球磨机则较为可行，有时甚至会有优点。在流程设计时需要对各种方案所能取得的工艺效应进行综合比较和经济分析，以确定最佳的流程配置。在这方面，过程的数学建模和流程模拟技术可以发挥其独特的作用。关于高压辊磨机粉碎过程数学建模和流程模拟研究的进展，笔者将在另文中专述。