美卓HRC(TM)3000是新一代的高壓輥磨機(jī)(HPGR)，其消除了傳統(tǒng)高壓輥磨機(jī)的固有缺陷，可使礦山行業(yè)的能效提升至一個(gè)新高度。
 

背景介紹
Morenci銅礦Metcalf選礦廠的礦石為斑巖銅礦，功指數(shù)11.5–19kWh/t，礦石硬度Axb值45-67。Metcalf選礦廠于2014年5月投入運(yùn)行，平均設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力63,500噸/天，這使Morenci銅礦的總產(chǎn)量提高至113,400噸/天。HRC(TM) HPGR的給料物料為中碎圓錐破碎機(jī)的產(chǎn)品，粒度F80=26mm、最大粒度50mm。HRC(TM) HPGR安裝在一個(gè)閉路回路中，并配備有一臺(tái)篩孔為8mm的濕篩，其產(chǎn)品喂入兩臺(tái)7.3m(24ft)球磨機(jī)。

迫于礦石品位下降和能源成本提高的經(jīng)營(yíng)壓力，礦山行業(yè)急需獲得更高能效的解決方案。Freeport-McMoRan（簡(jiǎn)稱FMI）銅礦也不例外。在建設(shè)其位于美國(guó)亞利桑那州Morenci銅礦山的Metcalf選礦廠項(xiàng)目中，F(xiàn)MI與美卓合作安裝了革命性的碎磨工藝回路。

以最高能效為目標(biāo)
眾所周知，破碎回路的效率高于傳統(tǒng)的半自磨回路。然而，對(duì)于大型選礦廠而言，破碎回路需要的設(shè)備數(shù)量更多，使得生產(chǎn)和維修更復(fù)雜。從另一方面來說，半自磨回路雖然效率較低，但操作簡(jiǎn)單、輔助設(shè)備數(shù)量少。

Metcalf選礦廠的目標(biāo)是，構(gòu)建高能效的高壓對(duì)輥破碎回路，以滿足整個(gè)選廠的產(chǎn)能需求。此外，這臺(tái)HPGR不僅要比市場(chǎng)上的現(xiàn)有機(jī)型更大，而且還要消除傳統(tǒng)HPGR的某些固有缺陷，包括偏移和邊緣效應(yīng)等。

因此，美卓開發(fā)了世界上最大的高壓輥磨機(jī)HRC(TM)3000，其總重量達(dá)900噸，輥?zhàn)又睆?m，寬度2m，總裝機(jī)功率11,400kW。根據(jù)不同應(yīng)用，該設(shè)備的總產(chǎn)能可超過5,400噸/小時(shí)。

拱形機(jī)架消除偏移
在設(shè)計(jì)HRC(TM)3000之前，美卓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的主要任務(wù)是開發(fā)出能夠滿足硬巖加工特定需求的HPGR。經(jīng)考量后，必須消除諸如輥?zhàn)悠?、邊緣效?yīng)和輥?zhàn)幽p不均等設(shè)備固有的技術(shù)缺陷，以確保實(shí)現(xiàn)美卓的設(shè)計(jì)理念。

HRC(TM) HPGR的最初設(shè)計(jì)理念是設(shè)計(jì)專利的拱形機(jī)架，以吸收不平衡負(fù)荷和消除因偏移而導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷。偏移是由于給料分布不均勻而致使兩個(gè)輥軸不平行。在HRC(TM) 類型的高壓輥磨機(jī)上，拱形機(jī)架兩側(cè)裝入帶銷機(jī)架中。機(jī)架頂部的液壓油缸施加破碎力。借助樞軸拱形機(jī)架的機(jī)械優(yōu)勢(shì)，液壓缸僅施加一半破碎力。如同堅(jiān)果鉗采用機(jī)械杠桿原理增加破碎力一樣。

采用拱形機(jī)架，除了使用拱形機(jī)架消除因偏移而導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷外，還可使用法蘭式輥?zhàn)訉?shí)現(xiàn)同樣效果。這種設(shè)計(jì)是，一個(gè)輥?zhàn)铀ń佑谄鋫?cè)面的一組法蘭。法蘭可解決傳統(tǒng)HPGR固有的邊緣效應(yīng)，即輥?zhàn)舆吘壊糠值乃槟バ氏陆?。法蘭栓接在輥?zhàn)由?，與礦石同方向和同速度轉(zhuǎn)動(dòng)，可將料層保持在破碎區(qū)內(nèi)。這與安裝在輥?zhàn)舆吘壐浇膫鹘y(tǒng)固定式頰板布置方式截然不同。

法蘭使壓力分布更均勻
美卓在輥?zhàn)觾?nèi)裝有壓力傳感器的實(shí)驗(yàn)型HPGR上實(shí)施了一系列試驗(yàn)。在傳統(tǒng)的頰板型HPGR上，棍子邊緣的壓力遠(yuǎn)低于中心部位。因此，邊緣部分的產(chǎn)品粒度較大。反之，采用法蘭替代頰板后，輥?zhàn)诱麄€(gè)寬度上的壓力分布更加一致。這意味著充分利用了輥?zhàn)拥恼麄€(gè)寬度進(jìn)行破碎。

破碎礦石時(shí)，存在一個(gè)給料的最佳破碎力。低于這個(gè)最佳破碎力，產(chǎn)量下降；而高于最佳破碎力，則能效下降。所以，在輥?zhàn)诱麄€(gè)寬度上保持一致的壓力很重要，可以使最佳壓力作用在整個(gè)料層上。在采用傳統(tǒng)頰板設(shè)計(jì)的情況下，一般通過提高系統(tǒng)總壓力，來增加輥?zhàn)舆吘壍乃榱蚜?。但是，這樣會(huì)使輥?zhàn)又虚g部位的壓力過高，導(dǎo)致能源浪費(fèi)并加大中間區(qū)域的磨損。此外，選擇柱釘硬度和成分時(shí)，需要考慮與頰板相關(guān)的較高局部壓力，以防止柱釘斷裂。試驗(yàn)結(jié)果堅(jiān)定了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在中試裝置上實(shí)施法蘭式HPGR試驗(yàn)的信心。

中試試驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果
安裝HRC(TM)3000之前，Morenci選礦廠安裝了一套中試裝置，以試驗(yàn)HRC(TM) HPGR。

中試裝置包含1臺(tái)HRC(TM) HPGR（輥?zhàn)?50mm x 400mm）、1臺(tái)一級(jí)濕式振動(dòng)篩和二級(jí)濕式振動(dòng)篩。兩臺(tái)濕式振動(dòng)篩的篩上物被喂入HRC(TM) HPGR，而其篩下物則被轉(zhuǎn)運(yùn)至下游工藝。中試裝置的產(chǎn)能隨工藝配置有所不同，但在絕大多數(shù)情況下約為50-70 tph。喂入HRC(TM) HPGR的F80差異顯著，粒度范圍11mm或+16mm。

共在中試裝置上實(shí)施了12次工藝檢測(cè)，以便更好地了解法蘭式輥?zhàn)訉?duì)HRC(TM) HPGR工藝性能的影響。邊緣效應(yīng)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)頰板式HPGR相比，在所有條件和壓力下，法蘭可在輥?zhàn)诱麄€(gè)寬度上實(shí)現(xiàn)更多破碎，并提高HRC(TM) HPGR的產(chǎn)量。平均可降低工藝回路比能耗13.5%和循環(huán)負(fù)荷24%，并同時(shí)提高比通過量19%。

除驗(yàn)證設(shè)計(jì)外，中試試驗(yàn)的目的還在于更好地了解回路性能，并為操作人員提供操作和維護(hù)保養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)。

從解決問題到成功安裝
HRC(TM)3000的產(chǎn)能是之前使用的最大型號(hào)的HPGR的兩倍。設(shè)計(jì)原型機(jī)放大50多倍后，無法預(yù)知可能出現(xiàn)的問題。在HRC(TM)3000最終設(shè)計(jì)確定前，進(jìn)行了一系列結(jié)構(gòu)分析，以確保拱形機(jī)架設(shè)計(jì)合理。

在消除傳統(tǒng)HPGR的某些設(shè)計(jì)問題的同時(shí)，也引入了新的設(shè)計(jì)理念。例如，精心設(shè)計(jì)樞軸拱形機(jī)架與輥?zhàn)涌偝珊凸潭ㄊ椒缐m密封罩與給料溜槽之間的連接。開發(fā)整體過鐵釋放系統(tǒng)，從而無需額外增加基礎(chǔ)設(shè)施。

2013年9月，Metcalf 選礦廠開始安裝HRC(TM)3000。美卓提供了安裝人員和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)監(jiān)督，以確保設(shè)計(jì)與安裝團(tuán)隊(duì)間的密切溝通。

需要考慮安裝階段的大型組件尺寸。必須協(xié)調(diào)從倉庫到選廠車間的重達(dá)97噸軸的運(yùn)輸，以適時(shí)安排卡車和所需的天車。

需要構(gòu)筑能夠支承HRC(TM)3000這樣大型設(shè)備的堅(jiān)固基礎(chǔ)。很多情況下，鋼結(jié)構(gòu)與設(shè)備間的實(shí)際尺寸與原設(shè)計(jì)有所不同。在某些情況下，補(bǔ)救辦法并非是簡(jiǎn)單易行的解決方案。例如，安裝液壓油缸時(shí)，原設(shè)計(jì)的鋼構(gòu)架間距無法滿足液壓油缸的安裝需要。需要使用不同的吊裝設(shè)備使油缸就位。此外，必須仔細(xì)考慮維護(hù)保養(yǎng)需求，以確保大型組件拆裝時(shí)的安全通道。鋼結(jié)構(gòu)塔內(nèi)設(shè)計(jì)有20噸天車，以吊裝料斗和給料導(dǎo)板。另外，還需使用0.5噸機(jī)器人臂來維護(hù)邊緣護(hù)板和分段式法蘭。

可喜的成果
HRC(TM)3000是迄今為止已投入運(yùn)行的最大的HPGR。撰寫本文時(shí)，其已運(yùn)行11,000多個(gè)小時(shí)，破碎46,100,000噸礦石。HPGR回路的總礦石加工量超過30,600,000噸。

HRC(TM)3000法蘭式輥?zhàn)拥牟僮鲀?yōu)勢(shì)遠(yuǎn)超預(yù)測(cè)。表1所示為HRC(TM)3000基于中試實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果的比較。超預(yù)期的設(shè)備產(chǎn)能和破碎量，提高了回路產(chǎn)量和降低了回路比能耗。此外，法蘭使輥?zhàn)诱麄€(gè)寬度上的壓力分布均勻。這樣，可安裝硬度更高的柱釘，從而延長(zhǎng)輥?zhàn)拥氖褂脡勖?br />
表1-運(yùn)行結(jié)果