摘要：球磨机是现代选矿企业中重要的机械设备，主要用来进行破碎物料的再粉碎作业。结合当前低碳经济发展的要求来说，球磨机一方面在选矿工艺、企业生产中发挥着重要的作用，另一方面也关系到企业的经营成本，在生产中展开节能降耗的空间很大。本文中将结合球磨设备再选矿企业中的具体应用进行研究，并从不同的层面展开节能效果分析和应用探索。
关键词：选矿作业，球磨设备，节能分析，应用研究
矿产资源的种类丰富，在自然界广泛分布，对我国的经济发展和社会建设发挥着重要的作用。但从矿产资源的自然存在形态来说，往往与其他物质融合在一起，再应用之前需要进行必要的分拣、粉碎。球磨设备是完成这一作业的重要工具，也是当前选矿企业中的重量级设备，相应地，球磨设备的运行功率较大，对能源的消耗较多，这对当前构建低碳经济、节约资源应用的背景下来说，存在一定的生产性矛盾；通过对球磨设备展开节能分析，提出相应的技术改进，降低生产中的能耗成本，是未来我国选矿企业的一个重要发展方向。
1、球磨设备能耗节约的重要性
2016年“十三五”开局之间，党中央明确提出了经济发展的平衡性、包容性和可持续性要求。在以构建“生态文明”社会、提高人民幸福度为目标的前提下，做好节能减排工作至关重要，这也是在全球经济一体化背景下，国际社会对生态环境维护的客观要求。基于此，中共“十八大”五中全会中提出了“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念。笔者认为，尤其应该在我国传统产业领域中加强节能降耗策略的探索与研究。
球磨设备的主要对象是球磨机，这是一种在矿山、建材、冶金、化工、火力发电等众多行业中应用广泛的机械设备，主要展开对矿石材料的粉碎、磨碎作业，对国名经济的发展具有重要意义。但相应的，球磨机作为一种“破坏性”的加工设备，需要强大的外力（机械力）作用来实现磨碎效果，同时在内部的钢球有具有随机性破碎的工作特点，从选矿厂的角度来说，为了实现粉碎效果，必须反复的作业直到矿石原料符合工艺设计标准；很显然，球磨设备的高能耗是企业生产成本的重要组成部分，加对球磨设备的节能研究是对企业降低生产成本有着重大意义。
以卧式钢球磨机为例进行研究，其原理并不复杂，球磨机在转动的过程中，将内部的矿石利用离心力原理带到一定的高度，然后在强大冲击力的作用下落下，对物料实现冲击和研磨；很显然球磨机筒体的转动速度直接影响了其生产效率，这一过程中电力的消耗也很大；球磨设备的运转主要依靠电力（超过90%），结合“十二五”期间统计的数据显示，选矿行业中的电能消耗中有50%是作用于球磨设备的，这一数据放在世界范围内来说，约占全球电量消耗的3%-4%；以大红山铜矿为例：大红山铜矿共有2个选矿厂，有14台球磨机，球磨机总装机功率达到8190KW，每月用电量约为589万kWh；占2个选矿厂用电总量的63%，是选矿厂主要用能设备。因此，促进球磨机节能技术改进，是矿山企业需要面对的技术问题。球磨设备中耗能最多的是磨矿工序，其次为尾矿输送工序，这两方面的能耗加起来占球磨机电能消耗的70%，因此也是一直以来节能研究的重点。
近年来我国经济快速增长，社会进入了信息化时代，对电力的消费总量也在持续上升。如果继续维持原有的生产方式和设备状况，必然会造成社会电力资源的供求不稳定，同时对选矿厂来说，生产经营成本也会不断的提高；从目前来看，球磨机从诞生至今已经在工业领域服役超过一百年，而在将来较长的一个时期还会继续发挥作用，因此必须针对其能耗进行控制，从而实现高效的工业生产模式，因而，加大对选矿厂球磨设备的节能分析与研究具有重要的意义。
2、球磨设备节能原理分析及途径研究
2.1 球磨设备节能原理分析
球磨设备的设计原理并不复杂，我们从物料进入球磨机的过程来看：球磨机的物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机，磨机内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在磨机内部在磨机不断旋转的作用下，逐渐排出磨机，这就是1个完整的粉磨作业程序。本质上说，球磨设备要实现节能，从设备管理技术来说，要降低磨机能耗，就必须降低工作负荷，即要满足企业生产需要、又要达到工艺技术要求的前提下有效减少设备负荷。
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本质上说，球磨设备要实现节能，就必须降低破碎功耗，即减少介质所携带的能量并确保其按照要求实现粉碎效果。球磨设备的设计原理并不复杂，选矿的过程就是一个矿石破碎的过程，而在内部作用于矿石的力学过程，是将机械外力转化为矿石粉碎内力，实现力的转换，并促使矿石在球磨机筒体内部发生变形并进一步破碎。很显然，根据不同的矿石类型，在选矿中所需求的“破碎力”也不同，所涉及的理论也较多，主要包括以下几种。
第一，面积学说。面积学说是在18世纪60年代提出的，是一个经典物理学理论，研究者认为物体的本质破坏在于新面积的增加；结合选矿破碎来说，矿石在不断的翻滚碰撞中，从整体形成碎块，表面积是不断增加的，而所需要的作用功与新增表面积呈现出正比关系，公式如下所示：A1=K1ΔS；这其中A1代表的新增面积ΔS所需要的作用功，而K1是一个比例常数，即某一种矿石在产生新表面积所需要的平均作用功。面积学说的应用存在一定的局限性，特别是针对矿石新增面积的作用功常数计算，需要具有针对性的实验，同时在自然环境中的复杂成矿条件下，实验室所给出的数据并不完全具有合理性。
第二，体积学说。体积学说与面积学说存在很多类似的地方，其区别在于体积学说强调的是破碎矿石所做的作用功为主要研究对象，并采取灵活的开展形式。矿石在球磨设备内被外力作用，并不断产生变形，当变形达到极限且外力一致提供的情况下，就会产生破碎；而这一过程是周而复始进行的。其计算公式为：A2=K2ΔV；很显然，A2代表的是促使矿石体积发生变化所需要的作用功，而K2是比例系数，即产生一个单位体积变形所需要的作用功定额。这一学说的进步性在于，它重点讨论做功的研究的优势，功率越大，矿石破碎和筛选效率就越高。但很显然，这种学说并没有考虑到节能问题。
2.2 球磨设备节能途径研究
为了更加清晰的研究球磨设备的节能途径，笔者首先针对能耗的过程进行分析。选矿过程中导致的能源消耗主要发生在磨矿过程，电能从电力供应网络中输入，并转化成机械能，这过程中的能耗损失可以忽略；但相对的，筒体进行高速旋转并引发矿石碰撞的过程中，绝大部分力量并没有直接用来产生新的面积或体积，而是在摩擦过程中损失掉；数据表明，这一部分消耗的电能约占总能耗的20%左右，如果能够实现摩擦生热的能源转化，就会产生很大的节能效应。
基于此，在进行球磨设备节能途径实现的过程中，其主要目的就是提高破碎的效率，具体来说，是磨矿过程中依靠钢球打击和剥离的力学做功过程；针对这一情况，进行节能降耗的途径主要有两个方面：
第一，减少矿石磨碎过程中的做功损失。即通过提高钢球机械运转的方式，减少矿石单体的破碎功耗。根据现阶段的选矿技术，要减少矿石磨碎过程中的做功损失，可以考虑在碎矿作业时就将矿石粒度尽可能降低，以减少矿石在球磨机内的做功损失，也就是实现多碎少磨，在有效降低球磨机能耗的同时还可以提高企业系统生产能力。
第二，提高球磨机的整体破碎概率。很显然，在筒体内进行破碎的矿石是随机命中的，无法保障每一次做功都有相应比例的矿石被磨碎。钢球作为磨矿的介质，可以从配比、球径、数量等方面进行优化。例如，一般情况下钢球配比不超过30%，对于一些硬度系数在8以上的矿石（普式硬度），可以设置40%左右的钢球配比，在矿石装载量固定的前提下，球径越大、数量越少，矿石被命中的机率就越小，相应地破碎机率也就越大，反之，矿石被命中的几率增加，但破碎的机率则会降低。因此，如何将球体的大小、数量平衡在一个有效的区间内，是研究的重点内容；同时，近年来由于选矿工作的复杂性，也存在一些特殊形状的介质代替钢球，其目的也同样是提高破碎效率。
3、结束语
综上所述，矿产资源在我国经济发展和社会进步中具有重要的地位，选矿工作涉及到冶金、化工、建材、发电等多项国民经济支柱产业，对其展开节能生产优化，具有深远的经济意义和环境意义。球磨机作为一项重要的生产设备，在目前以及未来一个时期内，还没有一种有效地代替性产品，通过降低生产中的能耗，对我国社会节能减排、低碳经济的可持续性发展具有重要意义。
参考文献
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论文作者:冯发举
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/31
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