研究球磨机结构的目的和意义

磨矿作业广泛应用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、电力、医药以及国防工业等部门，尤其是冶金工业中的选矿部门，磨矿作业更是具有十分重要的地位。

在选矿工业中，磨矿是矿石入选前的一道重要工序，它接受破碎作业的产品，继而将矿石磨碎到选别作业所要求的粒度。除少数有用矿物单体解离度高的砂矿和部分高品位富矿不需要磨矿外，几乎都需要经过磨矿使用矿物获得比较理想的单体解离度。随着国内外矿产资源的大量一开发利用，矿产资源已经日趋贫化，那些优质、易磨和易选的矿产资源已经逐渐本意，代之而来的是大量的低品位矿产资源。对低品位矿产资源的利用，需要将有用矿物与脉石矿物有效分离，并经过选别之后，才能成为适于工业的优质原料。因此，磨矿作业在资源加工领域有不可替代的地位。

在金属矿选矿厂，目前磨矿作业所采用的设备主要是卧式溢流型球磨机，并且在未来二十年来仍然不可能有其它的磨矿设备可以取代它；这主要是因为它具有下述几方面的优点：（1）结构简单；（2）生产平稳、可靠，这对后续作业特别是浮选作业具有十分重要的意义；（3）设备规格可大可小，因此处理量可大可小，适用于各种规模的选矿厂；目前世界上最大的球磨机已达Φ6.5×9.95m，有效容积近300m3，处理铁矿石达1000t/h；（4）适应性强，可以处理各种性质的矿石；（5）破碎比大，一般为30~100，产品粒度可粗可细；（6）作业率较高，一般达90%以上，如采用特殊衬板（如磁性衬板或格网衬板），作业率可达98%甚至更高；（7）易于操作调整，便于实现自动控制。基于上述原因，卧式溢流型球磨机在金属矿选矿厂得到了广泛的。

但卧式溢流型球磨机也有缺陷，即电耗和钢耗比较高、能量利用率低，且产品粒度不均匀。据有关资料统计，全世界用于粉磨作业的电耗占全世界总发电量的3~4%，而金属选矿厂中磨矿作业所耗费的电能在选矿厂的电耗中占有很大的比例，约占选矿作业能耗的30~70%；磨矿介质和衬板的消耗达0.4~3.0kg/t。随着日趋贫化的、低品位矿产资源的开发和利用，矿石在磨矿过程中能耗和钢耗的费用将越来越高。另外，磨入作业的基建投资和维修费用也相当高。磨矿作业的优劣直接影响着整个选矿厂的经济技术指标。选矿厂的作业率和原矿的处理能力实际上就是球磨机的生产率和处理能力。磨矿生产指标的改善，可使后续作业（特别是浮选作业）的生产指标得到改善，如提高有用矿物的单体解离度、降低有用矿物的过粉碎可以提高选别作业的精矿品位和有用矿物的回收率，减少有用矿物的金属流失，提高先鸩矿厂的过滤效率等；提高球磨机的处理量可以增加整个选矿厂的产量，降低生产成本，提高选矿厂的整体经济效益。

球磨过程是复杂而又多变的生产系统，它具有下列特别：（1）影响因素多，是选矿工业中可变参数最多的作业之一，而且各因素之间相互影响、相互制约，检测也比较困难。这些影响参数大致可以分为三大类：物料性质方面有：矿石的可磨度、给料粒度、产品细度等；磨机结构方面有：磨机的结构、尺寸、衬板形状等；磨机操作方面有：介质添加制度（如介质尺寸配比以及材质、介质充填率）、磨机转速、磨机给料量、磨矿浓度等。上述因素中，第一类是磨矿过程的自变量，也是磨矿过程中干扰的主要来源。第二类被确定以后一般就不改变了（理想情况）。第三类是球磨机的工作条件，如果设备维修以及添加钢球的材质都是正常的，则其可改变的条件就是磨机转速、加球制度（介质配比和数量）、磨机给料量和磨矿浓度。一旦磨机转速固定，则只有加球制度、磨机给料量和磨矿浓度是可以变化的。（2）非线性；磨矿回路的参数因设备的磨损程度不同是变化的，它们之间的关系是非线性的。如球磨机衬板的磨损，秘诀变了其有效容积；钢球消耗量与添加量失调，改变了装球量和钢球的比例。又如，球磨机磨矿效率与其负荷之间的关系就是非线性的，有最大值，它随工况变化而变化。（3）时变性；磨矿过程中的许多因素如原矿性质、球量、磨机衬板厚度等都是时变的。（4）滞后大；（5）机理复杂；（6）随机干扰因素多而且严重，这主要表现为：①来自不同采区或同一采区不同采段的矿石，可磨性存在很大的差异，人工操作已经难以识别和作出相应操作以适应矿石性质的变化，导致生产率降低，消耗增大，对于贫、难、杂矿石这一问题尤为突出。②相关性极强的众多过程变量，如原矿性质、给矿量、磨矿浓度、水量、水压等；一种变量的波动会引起其它变量乃至整个作业的改变。③非自动化操作时人为干扰因素多，主要起困于磨机操作者的素质和技术水平。由于操作不及时而引起的任何问题，都不仅直接影响该作业或回路，甚至影响整个先寄放厂的经济技术指标。

基于上述各方面的原因，磨矿过程历来倍受选矿工作者的重视。长期以来，人们一直在致力于改进和完善球磨机的工作性能。国内外广大选矿工作者和自动化科技工作者，一直在关注和潜心研究磨矿生产过程的自动控制问题，随着矿石品位的日趋降低和入选矿量的逐年增多，对磨矿过程进行更有效、更完善的自动控制，也就越来越为国内外选矿界所重视，尤其是国外技术发达国家不惜花费大量的投资开展磨矿过程自动控制技术和生产装备及应用的研究。在我国1995年底国家自然科学基金委员会所分布布的自然科学学科发展战略调砸到报告《冶金与矿业科学》一书中，已将“选矿过程的数学模型、模拟、优化及自动控制的研究”列为选矿学科重点发展的研究领域之一。

球磨机合理的内部工作参数是取得最佳磨矿效果的必要条件。磨矿理论和实践表明：保持球磨机的最佳工作状态下运行，不仅能提高球磨机的处理能力，从而提高球磨机的工作效率，而且对提高磨矿产品乃至整个选矿厂的生产指标以及节能降耗都具有十分重要的意义。

在磨矿过程的自动控制中，球磨机内部参数的检测和控制是球磨机自动控制的重要内容。为了达到对磨矿过程的有效自动控制，包括用计算机控制，对球磨机内部参数的检测和控制是不可缺少的；其中能否准确地检测出球磨机的内部参数是整个球磨机控制成败的关键。但在生产过程中，能准确检测出球磨机内部工作参数是很困难的，因此也难实现优化控制。

鉴于上述各方面的原因，研究磨矿过程中球磨机内部参数的检测具有十分重要的理论意义和实际意义。

研究的目的在于：一方面解决球磨机自动控制中参数检测所存在的问题，即：球磨机内部参数的在线精确、适时检测，以了解球磨机内部的动态参数，为球磨过程的优化控制和智能控制提供精确、可靠的检测参数；另一方面是对球磨机的内部参数进行优化。