谢安铭 张义坤 李彦科 王征

（河北钢铁集团沙河中关铁矿有限公司）

20 世纪30 年代，自美国制造第一台湿式自磨机以来，因其处理能力大、能耗低的特点得到了广泛应用。目前，自磨机在国外呈多样化发展，从纯自磨到半自磨，再到半自磨+球磨，半自磨+球磨+顽石破碎，根据不同的矿石性质，形成了一系列的磨矿流程［1］。国外有美国亨德森钼矿、澳大利亚Lefroy 金矿等应用单段自磨、半自磨流程，但在国内的运用并不广泛；国外应用自磨（半自磨）+球磨（SAB）流程的有皮马四期铜矿，国内有铜陵冬瓜山铜矿、大红山铁矿等矿石性质较软的企业得以应用；自磨（半自磨）+球磨+顽石破碎流程（SABC）因可减少流程中的顽石累积，适应性大幅提升，且运用广泛，例如美国的雷伊铜选厂，国内的云南普朗铜矿、鹿鸣钼矿等。

1 中关铁矿磨矿设计流程及存在的问题

河北钢铁集团沙河中关铁矿属接触交代（矽卡岩）型矿床，矿石普式硬度为8～10，与周边南洺河、北洺河的铁矿石性质相似，设计流程井下采用颚式破碎机粗碎，粒度0～350 mm，选厂采用自磨+球磨（SAB）流程，即一段开式自磨，二段闭路球磨，阶段分级阶段磁选。选厂设计2 个系列，每个系列1台ϕ6.7 m×2.6 m 自磨机、1台ϕ3.2 m×4.5 m 球磨机，设计台时157 t/h，最大年处理能力260 万t。自磨机排矿圆筒筛隙10 mm，一段分级直线筛筛网尺寸3 mm×20 mm，顽石量35 t/h；二段分级使用旋流器，返砂比250%，旋流器分级细度-0.074 mm 含量70%，金属回收率90%。设计磨矿流程见图1。

试生产过程中，因矿石性质较设计时有较大变化，原矿中粉矿含量达40%，+150 mm 大块率仅25%～30%，达不到设计时的40%，且部分矿石普式硬度系数达到12，自磨机台时最大只能达到90 t/h，与设计台时157 t/h 相比严重不足，且在球磨机排矿端有顽石吐出，磨矿吨原矿电耗高达25 kW·h，无法发挥自磨机优势。

2 流程优化改造

2.1 自磨转换为半自磨，更换自返筛提高台时处理量

因原矿中大块率不足，致使磨矿效率偏低，通过向自磨机中加入适当直径的钢球，转化为半自磨工艺。初次加入ϕ120 mm 钢球，因直径偏大、质量偏重，钢球使用寿命较短，碎球率高；后改加ϕ100 mm钢球，钢球使用正常，充填率约9%，磨矿浓度控制在90%［2-3］。

自磨机格子板间隙20 mm，圆筒筛间隙10 mm，磨矿过程中圆筒筛内大量堆积顽石，从前端排出，影响磨机运行。为了解决自磨机顽石问题，将圆筒筛改为间隙10 mm 的自返筛，10～20 mm 顽石通过自返螺旋返回自磨机，充分发挥了自磨机的磨矿效率；台时由90 t/h 上升至125 t/h，因大量顽石在自磨机内存积，仍无法达到设计台时。

2.2 增加球磨前预选工艺，降低球磨机负荷

随着自磨机台时的升高，顽石量增大，球磨机负荷随之升高，排矿粒度变粗，旋流器返砂比升高，球磨效率降低，出现涨肚，必须减少球磨机进料量［4-5］。经分析，大部分顽石为围岩或夹岩，品位低，在经过自磨机初步解离后，可通过磁选分离。在球磨前增加预选流程，将自磨机排矿中的顽石，即直线筛上的矿石进行预先抛尾，仅将磁性顽石输送至球磨机内，减少球磨机负荷。

将顽石输送皮带头轮更换为干式磁滚筒，通过调整磁偏角将磁性矿物送入球磨机，非磁性废石通过流槽和皮带外排，作为建筑材料进行销售，增加经济效益。直线筛上顽石量约25 t/h，预选回收磁性顽石量为10 t/h，入球磨顽石量降低，功率由530 kW 降低至490 kW，返砂比由540%降低至450%，自磨机台时可稳定提升至165 t/h。

2.3 增加球磨前预碎流程，提高金属回收率

随着台时的不断提升，生产过程中有大量-20 mm 顽石无法在球磨机内磨碎，通过排矿角笼筛排出，其品位在30%～50%，台时在160 t/h，每小时废石量在3 t以上，不仅浪费资源，还增加了处理流程及劳动强度。

经试验发现，-20 mm顽石较自磨机而言偏小，且自磨机较短，无法进行破碎；相较球磨机，磨机内充填介质为ϕ60 mm 钢球，无法对普氏硬度12及以上的顽石进行有效碾磨。如将顽石回收进入自磨机，顽石迅速通过自磨机排矿端排出，再次进入球磨机后，最终仍以顽石形式排出，无法达到回收的目的。如将大颗粒磁性顽石在进入球磨前进行破碎，不仅能降低顽石粒度，还能增加新的节理面，在球磨机内完成磨碎。

球磨前预选流程后顽石量10 t/h，选用610 mm×400 mm、功率37 kW 小型对辊破碎机即可将大块破碎为-5 mm碎矿。通过优化改造，球磨机不再有顽石排出，金属回收率提高约2个百分点。选用的对辊破碎机外形尺寸3 510 mm×1 420 mm×1 030 mm，废石皮带头轮抬高1 m，即可满足改造空间。

2.4 增加除铁设施，降低堵塞风险

井下采矿过程中夹杂的钢筋、铁板、锚杆托盘等铁器，因形状为长条形和片板形，可通过自磨机格子板孔和自返筛孔，跟随顽石进入破碎机和球磨机，频繁造成堵塞，损坏设备。

在顽石输送皮带上安装电磁自卸式除铁器，通过调整间距和电磁铁场强，清理出顽石中的铁器，清理成功率在99%以上，避免了因大块铁器造成的后续流程堵塞风险。

2.5 调整球磨机钢球级配，提高磨矿效率

随着顽石预碎投入使用，球磨机中0.2～2 mm 粒度含量有较大提高，球磨效率降低，返砂比攀升至600%～700%，亟需处理。通过对球磨机磨矿粒度分布进行研究，需调整钢球级配。根据拉苏莫夫公式计算球磨机最佳磨矿介质为50 mm×45 mm 钢段。加入钢段后，返砂比下降，恢复至约450%。

由图10可知，随货车质量的增大和行车速度的增加，试验梁结合面相对滑移均呈增大趋势，且行车速度对结合面相对滑移的影响比对跨中挠度的影响更加明显。在不同的车重下，总体规律表现为当速度较小时，相对滑移随行车速度的增加趋势比较平缓；增大到一定速度后，增长幅度加剧，之后又逐渐平缓。这说明支座截面结合面的最大滑移并非随行车速度线性增长，而是在某一速度段内达到最大，具体速度区间应通过对实桥的分析进行确定。

2.6 调整自磨机衬板结构，提高使用寿命

随着自磨机处理台时的上升，衬板磨损加快，使用寿命减短。原自磨机衬板采用锰钢材质，厚度60 mm，提升条高60 mm、厚50 mm、角度70°。半自磨机运行过程中大块矿石及钢球对提升条的冲击力增大，因锰钢材质性质较硬偏脆，随着磨损加深，提升条在高度降低至30 mm 时，开始出现裂纹，随着裂纹加深，局部开始掉落，使用寿命约8个月。

试验表明，铬镍合金衬板在抗裂方面表现优秀，但在物料研磨时损耗速度过快，在使用4 个月时，筒体衬板中间部位磨损至15 mm 左右，使用达到5 个月时局部出现磨透现象，最终使用寿命约5个月。

通过试验研究，锰钢衬板最后开裂更换时衬板平均厚度30 mm，铬镍合金衬板局部磨透时未开裂，但寿命过短，中和其特性，确定衬板材质为掺入少量铬镍的锰钢合金，同时将衬板冲击面厚度提高至70 mm、角度降低至60°，背面角度提高至90°，在整体质量基本不提升，不影响磨机参数的同时延长衬板寿命［5］。衬板寿命延长至1 a，一方面可降低成本，减少检修更换衬板次数，提高磨机开动率，同时满足高台时运行要求。

3 优化效果

通过向自磨机内填充9%的ϕ100 mm 钢球转化为半自磨，安装20 mm 间隙自返筛，加快顽石排出速度，安装自卸除铁器清理铁器杂物，干选磁滚筒甩出废石，对辊破碎机进行顽石破碎，调整球磨机磨矿介质，形成优化的SABC-B流程，在自动控制下，台时可达到170 t/h 以上，矿石偏软时台时可达200 t/h，矿石偏硬时台时160 t/h，金属回收率95%以上，电力消耗约14 kWh，均达到行业领先水平。优化后磨矿流程见图2。

优化后SABC-B 流程充分发挥了半自磨机的优势。

（1）流程短，投资低。虽然自磨机价格较球磨机高，但节省了中细碎流程，缩短了流程，节约了投资及运行费用。

（2）处理能力大，节约设备。相较传统球磨流程，半自磨台时是其两倍以上，可节省一半设备用量。

（3）单位矿石处理成本低。因设备较少，效率高，磨矿平均吨精粉电耗约14 kW·h，钢球消耗0.26 kg/t，处于行业领先水平。

（4）操作简单，利于智能化控制。该半自磨流程完成智能化控制系统升级，实现了一件启停和自动调节功能，双系列运行时2名工作人员在控制室即可完成操作和调整，劳动强度低、环境好。

（5）创新使用小型对辊破碎机解决顽石问题。首先使用自返筛充分发挥自磨机能力，同时增加顽石预选，将破碎顽石量由35 t/h 降低至10 t/h；选用价格低廉、体积小、功率仅37 kW 的小型对辊破碎机即可满足破碎要求。

（6）通过调整球磨机磨矿介质适应流程，优化磨机处理能力匹配问题，通过优化自磨机衬板材质和结构，解决半自磨后衬板寿命缩短的问题。

4 结语

（1）中关铁矿半自磨优化改造流程属SABC-B 流程，通过向ϕ6.7 m×2.6 m 自磨机内充填9%的ϕ100 mm 钢球，转为半自磨工艺；自磨机排矿端安装自返筛、直线筛分级出顽石，顽石皮带安装除铁器清除铁器杂物，干式磁选降低顽石量，再使用对辊破碎机进行破碎，ϕ3.2 m×4.5 m 球磨机配合旋流器形成闭路磨矿；调整球磨机介质充分发挥自磨机、球磨机能力，平均台时170 t/h、最高台时可达200 t/h，提升幅度达85%，远超设计值；综合吨原矿电耗14 kW·h，钢球消耗0.26 kg/t，回收率95%以上，达到了行业领先水平；解决了试车过程中的台时不足和能耗高的问题。

（2）调整自磨机衬板材质和结构，将使用寿命由8 个月延长至1 a，解决了半自磨衬板消耗过快的问题，提高了设备作业率。

（3）半自磨+顽石自返+顽石除铁+干选抛尾+顽石破碎+球磨的SABC-B流程，通过降低顽石量，使用小型破碎机即可完成顽石处理，工程改造量小，避免了大型改造和流程复杂化，扩大了自磨机运用范围，具有广泛的推广应用价值。