26.0 Шаровые и стержневые мельницы — «Железные воины» семейства измельчительных мельниц и его важных компонентов
2026-06-03
Шаровые и стержневые мельницы. Они выглядят как близнецы: обе представляют собой большие, горизонтально расположенные цилиндры, приводимые в движение электродвигателем, с одним концом, через который поступает руда, а с другого выходит мелкий порошок. Но их характеры совершенно разные: одна мощная, другая щадящая; одна может измельчать до очень мелкого порошка, другая — только до средне-крупного; одна потребляет много энергии, другая — немного энергоэффективна. Сегодня мы встретим этих двух стальных воинов и хорошенько пообщаемся. В горнодобывающей промышленности шаровые и стержневые мельницы — два наиболее распространенных типа измельчительного оборудования. Нет «лучшего» между ними, есть только «какой из них больше подходит».
Они похожи, но их «живот» отличается.
Если вы встанете перед шаровой мельницей и стержневой мельницей, на первый взгляд их трудно отличить друг от друга. Обе представляют собой горизонтально расположенные цилиндры с торцевыми крышками на обоих концах, а также футеровкой и подъемными стержнями на внутренней стенке.
Единственное отличие заключается в внутреннем устройстве: шаровая мельница заполнена стальными шариками. Эти шарики, различающиеся по размеру, занимают от 35% до 40% объема цилиндра. Некоторые имеют диаметр всего несколько миллиметров, в то время как другие превышают сто миллиметров. По мере вращения цилиндра подъемные планки перемещают стальные шарики на более высокие позиции, где они затем с грохотом падают на руду внизу. Подобно проливному дождю, бесчисленные капли обрушиваются на землю — мощно, но с широким охватом.
Стержневая мельница заполнена стальными стержнями. Они аккуратно уложены, как связка бревен. Диаметр стержней составляет от 40 до более 100 миллиметров, и они немного короче цилиндра. При вращении цилиндра стальные стержни не «летают», как стальные шарики; вместо этого они «кувыркаются» на дне цилиндра. Руда задерживается между стальными стержнями и медленно измельчается. Как скалка — мягко, но равномерно.
Эта небольшая разница приводит к тому, что эти два стальных инструмента работают совершенно по-разному. В горнодобывающей промышленности говорят о «точечном контакте» стального шара — стальной шар и руда соприкасаются только в одной точке; говорят о «линейном контакте» стального прутка — стальной пруток и руда соприкасаются вдоль линии.
Точечный удар подобен удару молотка — он сильный, но неточный. Линейный удар подобен скалке — он мягкий, но покрывает большую площадь.
Один жестокий, один добрый
Шаровая мельница: сильное воздействие . Шаровые мельницы обладают рядом ключевых преимуществ:
Во-первых, его можно измельчить до чрезвычайно мелкого размера, 200 меш или даже мельче — что означает 200 меш? Это означает 200 ячеек на дюйм, каждая из которых имеет размер всего 75 микрометров, то есть тоньше человеческого волоса. Для большинства металлических руд минеральные частицы могут быть полностью «высвобождены» при размере около 200 меш, что открывает путь для последующей флотации, магнитной сепарации и выщелачивания.
Во-вторых, она обладает высокой адаптивностью. Независимо от типа руды — твердая или мягкая, сухая или влажная, крупнозернистая или мелкозернистая — шаровая мельница может ее измельчить. Изменяя размер стальных шаров, их количество, степень заполнения и скорость вращения, она может адаптироваться к различным материалам. В горнодобывающей промышленности шаровая мельница считается «наименее требовательным» оборудованием для измельчения.
Во-третьих, она обладает большой производительностью по переработке руды в одном агрегате. Крупные шаровые мельницы могут перерабатывать сотни или даже тысячи тонн руды в час, а крупным рудникам часто достаточно одного или двух агрегатов для обеспечения работы всего завода по измельчению руды.
Однако у шаровых мельниц есть и очевидные недостатки: во-первых, они потребляют много электроэнергии. По данным горнодобывающей промышленности, коэффициент использования энергии шаровой мельницы составляет всего 1–3% — если подать на неё 100 киловатт-часов электроэнергии, то на измельчение фактически будет использовано только 1–3 киловатт-часа, а оставшиеся 97 киловатт-часов преобразуются в тепло и шум. Для горнодобывающего предприятия, перерабатывающего 10 000 тонн в сутки, затраты на электроэнергию только для шаровой мельницы могут достигать десятков миллионов юаней в год. Поэтому её и прозвали «пожирателем электроэнергии».
Во-вторых, он склонен к чрезмерному измельчению. Стальные шарики беспорядочно стучатся внутри флотационной камеры, многократно ударяя даже по мелким частицам и превращая их в «мелкодисперсную грязь». Эту мелкую грязь трудно извлечь в последующих процессах флотации, что контрпродуктивно.
Стержневая мельница: Бережное измельчение
Стержневая мельница идеально заполняет пробел в возможностях шаровой мельницы.
Во-первых, размер частиц получаемого продукта более однороден. В горнодобывающей промышленности говорят, что кривая размера частиц стержневой мельницы имеет более крутой наклон — большинство частиц сосредоточены вокруг целевого размера, без слишком большого количества «слишком крупных» или «слишком мелких» частиц. Это происходит потому, что стальные стержни находятся в «линейном контакте», то есть при нажатии стальной стержень измельчает ряд руды, а не просто ударяет по одной точке.
Во-вторых, это сводит к минимуму чрезмерное измельчение. Стальные стержни «перекатываются» внизу, уменьшая вероятность того, что мелкие частицы будут подниматься высоко и затем падать вниз. После того, как частицы измельчены до определенной степени, они выгружаются потоком воды, предотвращая дальнейшее чрезмерное измельчение. В горнодобывающей промышленности стержневые мельницы считаются лучшим выбором для обработки хрупких руд или для процессов, требующих последующего гравитационного разделения (чувствительных к мелкодисперсной глине).
Во-третьих, коэффициент использования энергии у них немного выше. Хотя стержневые мельницы также потребляют много энергии, их коэффициент использования энергии немного выше, чем у шаровых мельниц, поскольку больше энергии расходуется на дробление руды.
Однако у стержневых мельниц есть и недостатки: они не могут измельчать очень мелкие материалы, только до размера частиц около 0,5–2 миллиметров; они сложны в эксплуатации, подача материала не может быть прервана, и они не могут начинать работу с уже измельченным материалом; они не могут обрабатывать очень мелкие материалы, так как зазоры между стальными стержнями будут заполнены мелким материалом.
Как следует распределить обязанности? Один человек охраняет главные ворота, а другой — задние.
На горно-обогатительных комбинатах шаровые и стержневые мельницы обычно являются «партнерами», а не «противниками».
Наиболее классическая конфигурация: стержневая мельница для грубого помола и шаровая мельница для тонкого помола. Процесс выглядит следующим образом: материал из дробилки (5–20 мм) → стержневая мельница (помол до 0,5–2 мм) → шаровая мельница (помол до частиц размером менее 200 меш) → классификационное оборудование → флотация.
Почему такое разделение труда? Стержневые мельницы осуществляют грубое измельчение, превращая частицы руды из «гальки» в «крупный песок». Получаемый ими продукт однороден, с минимальным переизмельчением и не образует преждевременно слишком много мелкой ила. Шаровые мельницы осуществляют тонкое измельчение, превращая «крупный песок» в «муку». Они измельчают до мельчайших частиц, создавая оптимальные условия для последующей флотации. Это называется «выполнение каждой мельницей своей функции, дополняя сильные стороны друг друга».
Конечно, не все обогатительные фабрики сконструированы таким образом. На некоторых предприятиях для грубого помола вместо стержневых мельниц используются полуавтогенные мельницы, в то время как на других шаровые мельницы применяются непосредственно для первичного помола. В горнодобывающей промышленности выбор варианта зависит от свойств руды, требований к продукту и инвестиционного бюджета.
Один потребляет много энергии , другой немного экономит электроэнергию .
Потребление электроэнергии шаровыми мельницами является самой крупной статьей расходов на горно-обогатительном комбинате. Шаровая мельница с суточной производительностью 10 000 тонн может обходиться в десятки миллионов юаней в год на электроэнергию. А что насчет стержневых мельниц? Они немного более энергоэффективны, чем шаровые. Почему? Потому что стальные стержни «катаются», а не «падают», потребляя больше энергии для измельчения руды. Но не стоит слишком радоваться — стержневые мельницы лишь «более энергоэффективны, чем шаровые»; они все еще «потребляют много энергии», и их коэффициент использования энергии лишь на несколько процентных пунктов выше .
Для достижения реальной экономии энергии крайне важна правильная модернизация оригинальных компонентов мельницы, и футеровка мельницы является одним из ключевых компонентов, непосредственно защищающих корпус мельницы и напрямую влияющих на потребление тока. Компания Jiangsu Guotai Machinery Manufacturing Co., Ltd. самостоятельно разработала и производит биметаллические износостойкие композитные футеровки, используя биметаллический процесс литья (сталь KMTBCr28+35#, твердость износостойкого слоя HRC 58–62 ) . Срок их службы в 2–2,5 раза дольше, чем у традиционных футеровок, что обеспечивает защиту корпуса мельницы, снижает частоту замены футеровок и уменьшает трудозатраты обслуживающего персонала . Они не только наследуют износостойкие и твердые свойства высокохромистого чугуна, но и избегают его недостатков, таких как легкость разрушения и недостаточная прочность. Кроме того, этот тип биметаллической износостойкой композитной футеровки не ограничен в выборе типа мельницы и может использоваться с различными типами шаровых и стержневых мельниц. Снижая износ шаров, это также увеличивает почасовую производительность мельницы, значительно повышая эффективность оборудования. Это оптимальный выбор для быстрого и эффективного решения проблем, связанных с нечувствительными к износу футеровками мельниц и нестабильной скоростью подачи материала в мельницу.
Кроме того, благодаря высокой твердости самой футеровки и ее двухвершинной конструкции, стальные шары могут подниматься значительно выше, чем в оригинальной футеровке. За счет собственного веса и инерции они истирают руду. Таким образом, потребление электроэнергии каждой мельницы значительно снижается по сравнению с оригинальной футеровкой из высокомарганцевой стали. Для одной шаровой мельницы с переливом из стали 6096 биметаллическая футеровка, производимая компанией Jiangsu Guotai Machinery Manufacturing Co., Ltd., позволяет сэкономить около 30 ампер тока по сравнению с другими металлическими футеровками, просто за счет использования другой футеровки. Это хорошая футеровка для мельницы, которая действительно может поддерживать производственные мощности, снижать затраты и увеличивать прибыль предприятий по переработке полезных ископаемых.
