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

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月投入運行，平均設(shè)計生產(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的產(chǎn)品，粒度F80=26mm、最大粒度50mm。HRC(TM) HPGR安裝在一個閉路回路中，并配備有一臺篩孔為8mm的濕篩，其產(chǎn)品喂入兩臺7.3m(24ft)球磨機。

迫于礦石品位下降和能源成本提高的經(jīng)營壓力，礦山行業(yè)急需獲得更高能效的解決方案。Freeport-McMoRan（簡稱FMI）銅礦也不例外。在建設(shè)其位于美國亞利桑那州Morenci銅礦山的Metcalf選礦廠項目中，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
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，但操作簡單、輔助設(shè)備數(shù)量少。

Metcalf選礦廠的目標是，構(gòu)建高能效的高壓對輥破碎回路，以滿足整個選廠的產(chǎn)能需求。此外，這臺HPGR不僅要比市場上的現(xiàn)有機型更大，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HRC(TM)3000，其總重量達900噸，輥子直徑3m，寬度2m，總裝機功率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。

拱形機架消除偏移
在設(shè)計HRC(TM)3000之前，美卓設(shè)計團隊的主要任務(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，必須消除諸如輥子偏移、邊緣效應(yīng)和輥子磨損不均等設(shè)備固有的技術(shù)缺陷，以確保實現(xiàn)美卓的設(shè)計理念。

HRC(TM) HPGR的最初設(shè)計理念是設(shè)計專利的拱形機架，以吸收不平衡負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輥軸不平行。在HRC(TM) 類型的高壓輥磨機上，拱形機架兩側(cè)裝入帶銷機架中。機架頂部的液壓油缸施加破碎力。借助樞軸拱形機架的機械優(yōu)勢，液壓缸僅施加一半破碎力。如同堅果鉗采用機械杠桿原理增加破碎力一樣。

采用拱形機架，除了使用拱形機架消除因偏移而導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷外，還可使用法蘭式輥子實現(xiàn)同樣效果。這種設(shè)計是，一個輥子栓接于其側(cè)面的一組法蘭。法蘭可解決傳統(tǒng)HPGR固有的邊緣效應(yīng)，即輥子邊緣部分的碎磨效率下降。法蘭栓接在輥子上，與礦石同方向和同速度轉(zhuǎn)動，可將料層保持在破碎區(qū)內(nèi)。這與安裝在輥子邊緣附近的傳統(tǒng)固定式頰板布置方式截然不同。

法蘭使壓力分布更均勻
美卓在輥子內(nèi)裝有壓力傳感器的實驗型HPGR上實施了一系列試驗。在傳統(tǒng)的頰板型HPGR上，棍子邊緣的壓力遠低于中心部位。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，輥子整個寬度上的壓力分布更加一致。這意味著充分利用了輥子的整個寬度進行破碎。

破碎礦石時，存在一個給料的最佳破碎力。低于這個最佳破碎力，產(chǎn)量下降；而高于最佳破碎力，則能效下降。所以，在輥子整個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料層上。在采用傳統(tǒng)頰板設(shè)計的情況下，一般通過提高系統(tǒng)總壓力，來增加輥子邊緣的碎裂量。但是，這樣會使輥子中間部位的壓力過高，導(dǎo)致能源浪費并加大中間區(qū)域的磨損。此外，選擇柱釘硬度和成分時，需要考慮與頰板相關(guān)的較高局部壓力，以防止柱釘斷裂。試驗結(jié)果堅定了設(shè)計團隊在中試裝置上實施法蘭式HPGR試驗的信心。

中試試驗驗證實驗結(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HRC(TM) HPGR。

中試裝置包含1臺HRC(TM) HPGR（輥子750mm x 400mm）、1臺一級濕式振動篩和二級濕式振動篩。兩臺濕式振動篩的篩上物被喂入HRC(TM) HPGR，而其篩下物則被轉(zhuǎn)運至下游工藝。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。

共在中試裝置上實施了12次工藝檢測，以便更好地了解法蘭式輥子對HRC(TM) HPGR工藝性能的影響。邊緣效應(yīng)試驗檢測結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)頰板式HPGR相比，在所有條件和壓力下，法蘭可在輥子整個寬度上實現(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)負荷24%，并同時提高比通過量19%。

除驗證設(shè)計外，中試試驗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保養(yǎng)經(jīng)驗。

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的HPGR的兩倍。設(shè)計原型機放大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)計確定前，進行了一系列結(jié)構(gòu)分析，以確保拱形機架設(shè)計合理。

在消除傳統(tǒng)HPGR的某些設(shè)計問題的同時，也引入了新的設(shè)計理念。例如，精心設(shè)計樞軸拱形機架與輥子總成和固定式防塵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)場服務(wù)監(jiān)督，以確保設(shè)計與安裝團隊間的密切溝通。

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97噸軸的運輸，以適時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)備的堅固基礎(chǔ)。很多情況下，鋼結(jié)構(gòu)與設(shè)備間的實際尺寸與原設(shè)計有所不同。在某些情況下，補救辦法并非是簡單易行的解決方案。例如，安裝液壓油缸時，原設(shè)計的鋼構(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，必須仔細考慮維護保養(yǎng)需求，以確保大型組件拆裝時的安全通道。鋼結(jié)構(gòu)塔內(nèi)設(shè)計有20噸天車，以吊裝料斗和給料導(dǎo)板。另外，還需使用0.5噸機器人臂來維護邊緣護板和分段式法蘭。

可喜的成果
HRC(TM)3000是迄今為止已投入運行的最大的HPGR。撰寫本文時，其已運行11,000多個小時，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法蘭式輥子的操作優(yōu)勢遠超預(yù)測。表1所示為HRC(TM)3000基于中試實驗預(yù)測值與實際運行結(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，法蘭使輥子整個寬度上的壓力分布均勻。這樣，可安裝硬度更高的柱釘，從而延長輥子的使用壽命。

表1-運行結(jié)果