Измельчающие валки высокого давления


Давид Макстон, Генеральный Управляющий (Западная Австралия) KHD Humboldt Wedag GmbH
Франк ван дер Меер, Стефан Кёрш, (Германия) KHD Humboldt Wedag GmbH

В настоящей статье анализируется опыт использования роллер-прессов компании KHD Humboldt Wedag GmbH на некоторых рудниках в США, Чили, Мавритании (Африка) и Австралии, приводятся технологические схемы их использования.

Компания KHD Humboldt Wedag GmbH (KHD) за 25 лет поставила на мировой рынок свыше 220 измельчающих валков высокого давления (ИВВД) - роллер-прессов, что составляет примерно 45% от оборота на мировом рынке. Применяемые в основном для измельчения клинкера, установки ИВВД за последние 11 лет успешно используются в горнодобывающей промышленности при рудоподготовке, начиная от переработки железной руды (включая и крупное питание, и окатыши), алмазосодержащих руд, фосфатных руд, и заканчивая переработкой золотосодержащей руды. Технология ИВВД считается самой современной технологией, применяемой в алмазной и железорудной промышленностях в Канаде, Южной Африке и Южной Америке.

Рудник Cleveland Cliffs Empire (Мичиган, США)

Роллер-пресс компании KHD, работающий на руднике Empire, был первой промышленной установкой, запущенной в эксплуатацию в августе 1997 г., предназначенной для измельчения крупной железной руды. Разрабатываемое месторождение представлено осадочными железосодержащими рудами с включениями диабаза. Содержание кварца в представительной пробе по результатам анализов, выполненных KHD во время опытно-промышленных испытаний, составило приблизительно 37% (исходя из содержания Si).

Главной целью установки роллер-пресса было увеличение производительности схемы самоизмельчения. На рис. 1 представлена схема дробления на руднике с использованием роллер-пресса, а в табл. 1 приводятся ее технические и рабочие параметры.

Таб. 1 Технические и рабочие параметры роллер-пресса на руднике Cleveland Cliffs Empire

Перерабатываемый материал

Линия по производству окатышей

Влажность питания, %

3-5

Крупность питания, мм

-45...+0

Крупность продукта, мм

50%<2.5

Производительность, т/час

400

Энергопотребление, кВтч/т

<1.7

Наработка штифтованного бандажа, час

17000

После запуска роллер-пресса в эксплуатацию было отмечено увеличение производительности схемы измельчения первой стадии примерно на 20%. При этом удельное потребление мощности снизилось примерно на 10%.

Отбор проб клиентом на фабрике также показал, что в результате введения в схему роллер-пресса гранулометрический состав подрешетного продукта грохота, работающего в схеме первой стадии измельчения, стал более крупным. Доля шламов (-25 мкм) уменьшилась примерно на 5-10%, что, в свою очередь, позволило увеличить первичное извлечение магнетита при более низком его содержании. Взятые тесты на измельчаемость проб дробленой гали до и после ее прохождения через роллер-пресс подтвердили значительное увеличение измельчаемости, даже для руд, плохо поддающихся измельчению.

В 2002 г., по истечении приблизительно 4 лет после запуска в эксплуатацию, клиент сообщил компании KHD, что средняя произво дительность схемы первой стадии измельчения увеличилась более чем на 33% при переработке всех типов руд и что эксплуатационная готовность роллер-пресса составила примерно 95%, с учетом времени простоя роллер-пресса при замене валков, периодическом обслуживании, ремонте изнашиваемых элементов и т.д.

Опыт эксплуатации роллер-пресса на руднике Empire показал, что сегментную штифтованную футеровку следует применять, работая только при низких давлениях. Так, первый поставленный роллер-пресс имел сегментную футеровку и первого комплекта сегментов хватило только на 800 часов работы. Форма крышек (заглушек) для болтов крепления, которые были в первом комплекте запасных сегментов, была изменена, а сам материал крышки был заменен на карбид вольфрама. Рабочее давление было снижено с 5.4 Н/мм2 до 5.0 Н/мм2, скорость подачи питания увеличена. В результате срок службы сегментной футеровки увеличился до 7200 часов. С целью продления срока эксплуатации валков, было также принято решение о замене сегментной футеровки на бандажи. Первый комплект бандажей был установлен в июле 2000 г. и был заменен в октябре 2004 г., прослужив примерно 16000 рабочих часов. Замена изношенных бандажей производится примерно один раз в два-три года и занимает два дня.

Рудник CMH Los Colorados (Чили)

Роллер-пресс производства компании KHD, работающий на железорудной обогатительной фабрике на руднике Los Colorados, был первой крупномасштабной установкой, заменившей третью и четвертую стадии дробления железных руд. Роллер-пресс был сдан в эксплуатацию в ноябре 1998 г. (табл. 2, рис. 2).

На руднике Los Colorados перерабатываются различные типы руд, включая твердые и мягкие руды. Различные свойства руд означают и различное распределение размеров частиц после первой и второй стадий дробления, а также после прохождения материала через роллер-пресс. При средней твердости руды циркуляционная нагрузка надрешетного продукта грохота составляет около 35%.

По информации, полученной от клиента, роллер-пресс заменил две стадии дробления: третью, на которой потребовалась бы установка конусных дробилок, и четвертую, на которой потребовалось бы установка гирационных конусных дробилок, а также ряда вспомогательного оборудования (конвейеров, бункеров, желобов, измерительной аппаратуры и т.д.). В результате имело место значительное снижение общей себестоимости измельчения. Роллер-пресс производительностью 2000 т/ч потребовал только около 100 м2 площади основания.

Табл. 2 Технические и рабочие параметры роллер-пресса на руднике Los Colorados

Перерабатываемый материал

Крупная железная руда

Влажность питания, %

0-1

Крупность питания, мм

-63...+0

Крупность продукта, мм

55-70% <6.3

Производительность, т/час

2000

Энергопотребление, кВтч/т

0.8-1.2

Наработка штифтованного бандажа, час

14600

Выход мелких фракций (крупность частиц < 150 мм), образуемых в роллер-прессе, был вдвое большим, чем при традиционной схеме третьей и четвертой стадий дробления. Это создало значительные преимущества для дальнейшего технологического процесса, включая улучшенное качество магнитного грубого концентрата, с равным или даже увеличенным выходом продукта. Кроме того, на фабрике Huasco Pellet (заказчик рудника Los Colorados), которая получает грубый магнитный концентрат, отмечено более низкое потребление мощности при мокром измельчении до получения высококачественных окатышей, наряду с уменьшением циркуляционной нагрузки мельниц. Это позволяет увеличить производительность шаровой мельницы на 30% (с 210 т/ч до 280 т/ч).

В 1997 г. установка на Los Colorados представляла собой новшество, база данных KHD была незначительной, пришлось решать вопрос о сухой дезагломерации хлопьев, образуемых роллер-прессом.

Однако, во избежание рисков, клиент принял решение, ввести в технологическую схему стадию механической дезагломерации. Схема дезагломерации была выведена из эксплуатации несколько лет спустя, т.к. относительно сухие хлопья, образуемые роллер-прессом, разрушались во время подачи материала на грохот. Схема дезагломерации используется лишь изредка для переработки более прочных хлопьев.

Также клиент принял решение для снижения степени износа штифтованной футеровки осуществлять работу роллер-пресса при более низком давлении с увеличением циркуляционной нагрузки. Более низкая сила сжатия также способствует снижению прочности хлопьев и, таким образом, нет необходимости в механической дезагломерации. У роллер-пресса есть достаточный запас мощности, для того чтобы справиться с более высокой циркуляционной нагрузкой при меньшем рабочем давлении.

Благодаря опыту эксплуатации на руднике Los Colorados, компания KHD имеет возможность сопоставлять результаты проведения тестов на прочность хлопьев с фактическим опытом эксплуатации. К примеру, основываясь на данных отчета о результатах работы в Los Colorados, на железном руднике СМР-Romeral, находящемся рядом с ним, где в мае 2005 года был установлен роллер-пресс компании KHD, применяется только специальный желоб дезагломерации перед сухим грохочением.

На прочность хлопьев влияет минералогический состав руды, влажность, давление, и т.д. Непроведение тестов на исследование прочности хлопьев могло стать серьезным упущением, особенно, если применяется операция сухого грохочения продукта роллер-пресса. Дополнительные 1-2% влажности в Los Colorados могли бы улучшить образование аутогенного слоя и его стабильность, и повысить срок службы бандажей. С учетом местонахождения этого объекта (пустыня Атакама на севере Чили) и технических требований на фабрике окатышей к максимально допустимому содержанию влаги, эта оптимизация не эффективна. Штифтованная футеровка KHD служит уже примерно 10000 часов, что является отличным результатом, учитывая твердость этой руды, а также тот факт, что крупность питания роллер-пресса, может достигать 85 мм, что в 1.7 раза больше рабочего зазора роллер-пресса.

Проведенные компанией KHD многочисленные наблюдения позволяют считать штифтованную футеровку валков роллер-пресса наиболее приемлемой при его применении для измельчения крупнокусковой железной руды.

Рудник SNIM Gelbs El Rhein (Мавритания, Африка)

Два роллер-пресса, работающие на обогатительной фабрике железного рудника SNIM, были запущены в эксплуатацию в августе 2000 г. Добыча ведется на границе пустыни Сахара, где доступ к воде для технологического процесса просто невозможен. Технологическая схема измельчения предусматривает подачу руды после первичного дробления напрямую в две 34-футовых воздухоструйные мельницы сухого измельчения, в которых используются стальные измельчающие шары диаметром 120 мм.

Разгрузка мельниц осуществляется через 20 мм отверстия для разгрузки гали. Продукт мельницы направляется напрямую на сухое грохочение, размер ячейки сетки грохота - 1.6 мм. Продукт -20 мм +1.6 мм с каждой мельницы подается в два 500-тонных промежуточных бункера, с которых подавалось питание в два роллер-пресса, установленных параллельно.

Табл.3 Технические и рабочие параметры роллер-пресса на руднике SNIM Gelbs El Rhein

Перерабатываемый материал

Крупная железная руда

Влажность питания, %

0-0.5

Крупность питания, мм

-20...+1.6

Крупность продукта, мм

65% < 1.6

Производительность, т/ч

1800

Энергопотребление, кВтч/т

<1.0

Наработка штифтованного бандажа, час

5000

Роллер-прессы предназначались для измельчения надрешетного продукта воздушных мельниц, работающих в открытом цикле. Такая схема позволяет увеличить производительность и снизить энергопотребление. Роллер-прессы также перерабатывают промежуточную фракцию с магнитной сепарации (табл. 3, рис. 3).

Для фабрики SNIM очень важной задачей является снижение энергопотребления, т.к. фабрика снабжается знергией от дизель-генераторов, топливо для которых транспортируется из порта Нуадибу по железной дороге на расстояние более 500 км. Только две воздухоструйные мельницы сухого измельчения потребляют более 60 т дизельного топлива в день.

Применявшаяся ранее схема измельчения и сухого магнитного обогащения способствовала значительному выходу фракции +1.6 мм, которая с воздухоструйных мельниц сухого измельчения возвращалась обратно в питание мель ницы. Требовался очень эффективный с точки зрения потребления энергии метод, позволяющий увеличить производственную мощность и повысить прибыльность рудника.

После ввода в эксплуатацию роллер-прессов содержание мелкой фракции крупностью -1.6 мм в схеме измельчения увеличилось в два раза (с 960 до 1920 т/ч). В результате, энергоемкость всей схемы измельчения сократилось на 40% (с 12.9 до 7.7 кВт-ч/т). В настоящее время разрабатывается технико-экономическое обоснование по дальнейшему увеличению производительности рудника и фабрики, основываясь на успешных результатах работы роллер-пресса.

Алмазный рудник Argyle (Западная Австралия)

Роллер-прессы KHD на алмазном руднике Argyle решают наиболее сложные задачи, которые когда-либо выполняли роллер-прессы c рабочими валками, оснащенными штифтованной футеровкой.

Роллер-пресс был запущен в эксплуатацию в феврале 2002 года. Руда, перерабатываемая на алмазном руднике Argyle, представлена очень твердым скальным лампроитом, содер жащим примерно 60% кварца. Коэффициент абразивного износа по Бонду колеблется в пределах между 0.3 и 0.6. Оказалось, что рассматривать его как показатель абразивности руд, нельзя. При определении технических условий на оборудование ряд поставщиков недооценили абразивность руды Argyle. Так, комплекта профилированных сегментов роллер-пресса другого производителя хватило приблизительно на пять недель, тогда как гарантия на него дается на срок в 12 месяцев. Другой поставщик ИВВД гарантировал степень износа нихарда (белого чугуна, легированного хромом и никелем, придающего антиабразивные свойства) - 12 г/т. Фак тическая же степень износа составила около 60 г/т.

Установка роллер-пресса на руднике Argyle была модернизацией действующей схемы четвертой стадии измельчения (рис. 4, табл. 4). В схему доизмельчения поступали промытые крупные хвосты, из которых удалялась мелкая фракция крупностью -6 мм. Новое питание в схему поступает с крупномасштабной схемы тяжелосредной сепарации.

Главной целью введения роллер-пресса - повысить эффективность схемы доизмельчения и, одновременно, направить фракцию крупных хвостов +6 мм в питание на доизмельчение и таким образом увеличить степень раскрытия рудных зерен, повысить высвобождение кристаллов алмазов и общее их извлечение на фабрике. Такой результат необходимо было достигнуть без ограничения общей производительности технологической установки АК1.

Рис. 4 Технологическая схема измельчения на руднике Argyle

После установки роллер-пресса запланированное использование сита грохота (работающего в схеме тяжелосредной сепарации) с меньшим размером отверстий, дало дополнительно 1 млн. т/год нового питания, направляемого в схему доизмельчения. Даже принимая во внимание это увеличение, имея роллер-пресс, рециркуляционная нагрузка в схеме доизмельчения снизилась с 250% (которая была при схеме с конусными дробилками четвертой стадии дробления) до 60%.

Эффективность функционирования схемы доизмельчения заметно повысилась и, одновременно, появилась возможность перерабатывать дополнительно 1 млн. т/год крупных хвостов, содержащих неизвлеченные (мелкие) алмазы промышленного размера, которые до этого терялись с крупными хвостами. Достигнутый результат был впечатляющим, хотя основывался на результатах подробных тестов и моделирования технологического процесса, выполненного во время разработки технико-экономического обоснования проекта. Важно то, что общая производительность обогатительной фабрики осталась, как и ожидалось, на том же уровне.

Проведенная оценка Техническими Службами компаний Argyle Diamonds и Rio Tinto показала, что при использовании роллер-прессов пользователь имеет затраты примерно в 3.5 раза меньшие, чем с конусными дробилками. Роллерпресс компании KHD выполнил или превысил все заявлен ные гарантии по достижению производственных показателей. Производительность, удельное потребление энергии, распределение продукта по крупности и эксплуатационный ресурс штифтованного бандажа - достижение требуемых показателей всех этих параметров гарантировалось компанией KHD перед за ключением контракта, основываясь на данных проводимых ею подробных пилотных исследований. Однако, была выявлена одна важная проблема, которая отрицательно сказалась на эксплуатационной готовности роллер-пресса, а именно 1 комплект бандажа прослужил примерно 1000 часов после запуска в эксплуатацию из-за чрезмерного износа краев валков. Эта проблема в дальнейшем была решена путем добавления специальных сегментов на краях, изготовленных из высокоизносоустойчивого материала. После модификации крайних сегментов валков время простоя, напрямую связанное с проведением ремонта краев валков, сократилось примерно в 4 раза. В настоящее время KHD разработана новая конструкция валков (Lateral Studs - с боковыми штифтами), в которой предусмотрена защита от износа краев валков. Для валков диаметром 1.7 м количество боковых штифтов - около 132, с каждого края валка. В такой конструкции обеспечивается защита всего бокового края, а не только его верхней части. Профили износа, на основании опыта эксплуатации на руднике Argyle, указывают на то, что боковой край тоже требует защиты. Такая конструкция обеспечивает образование и наращивание защитного слоя прямо на краях валков, благодаря которому сокращается площадь поверхности металла, не защищенной от воздействия руды.

Табл. 4 Технические и рабочие параметры роллер-пресса на руднике Argyle

Перерабатываемый материал

Крупный лампроит

Влажность питания, %

2-4

Крупность питания, мм

-20...+6 (усечен.)

Крупность продукта, мм

40% < 1.2

Производительность, т/ч

800

Энергопотребление, кВтч/т

<1.7

Наработка штифтованного бандажа, час

7000

Технология рудоподготовки с использованием роллерпресса подтвердила свою надежность, экономическую эффективность в сравнении с традиционными методами измельчения. Установки роллер-пресса, описанные в данной статье, представляют некоторые из наиболее сложных (имеющихся на сегодняшний день) примеров применения штифтованной футеровки с точки зрения условий эксплуатации. Штифтованная футеровка KHD проявила свои эксплуатационные качества с исключительно хорошей стороны во всех описанных случаях применения, хотя есть отдельные вопросы, которые, с целью улучшения эксплуатационных качеств решаются путем введения незначительных конструктивных изменений. Самое большое препятствие - чрезмерный износ на краях валков, образующийся при переработке высокоабразивных руд, будет устранен с применением новой конструкции валков с боковыми штифтами, промышленное испытание которой будет проводиться в ближайшее время.

К сожалению, в одной статье невозможно полностью раскрыть все особенности опыта, накопленного по эксплуатации роллер-прессов.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2005