进口铁矿石再次涨价，增加了钢铁企业的成本，并引起钢材涨价，但对国内的铁矿山来说无疑是一个利好消息。矿山的效益好，为技术改造提供了坚实的资金保证。铁矿的“多碎少磨”技术和工艺是一个提了很多年的话题，降低球磨机的入磨粒度，在球磨机前增加一段预磨或超细碎工艺，是矿山企业节能降耗的重要技术革新。许多矿山在这方面进行了有益的尝试，取得了不少成果。本文拟从结构分析和实际运行的角度，对目前国内外较常用的预磨设备的介质磨耗进行分析对比。
1．国内铁矿的基本情况和碎磨要求
1.1国内铁矿的基本情况
全国已探明的铁矿区有1800余处，其中大型和超大型铁矿区主要有：辽宁鞍山一本溪铁矿区、冀东一北京铁矿区、河北邯郸一刑台铁矿区、四川攀枝花一西昌钒钛磁铁矿、云南滇中铁矿区、陕西略阳鱼洞子铁矿、甘肃镜铁山铁矿、新疆哈密天湖铁矿，等等。  铁矿石储量为450多亿吨，按照每年开采3亿吨的速度，可供开采150多年。但是，中国铁矿石的品位及中国铁矿开采企业的技术力量制约了中国的铁矿开采。中国铁矿资源丰而不富，贫矿多、富矿少，全国铁矿石平均品位33%，低于世界铁矿石平均品位11个百分点，97.2%为贫矿。  一些大型铁矿山，如鞍山矿业公司和齐大山矿、本钢矿业公司、攀钢矿业公司、首钢矿业公司等，从铁矿石资源储量看并不缺乏，但与国外铁矿石相比，技术和规模性明显处于劣势。
铁矿的种类繁杂，有褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿、硫铁矿等。在国内，选矿厂处理的铁矿石主要是磁铁矿和赤铁矿两大类，其中磁铁精矿产量约占我国铁精矿产量的3/4，国内大部分铁矿山在选矿技术革新方面针对的也主要是这两类矿石。
1.2  铁矿的碎磨要求
碎磨工艺的研究是矿物加工工程技术中的重点之一。碎磨工艺是利用能量对矿石进行挤压、冲击和研磨，使矿石中有用矿物单体解理，利于下阶段进行选别的过程。破碎是利用机械能对矿石进行挤压使其碎裂解理，磨矿是利用冲击、研磨使矿石碎裂、剥蚀达到解理。
根据破碎理论，采用破碎的方式达到某一粒度所消耗的能量小于采用磨矿的方式达到同一粒度所消耗的能量，这也是通常工程中所采用的“多碎少磨”方案的由来，这也仅是从能量的消耗上来考虑。
各种铁矿的品位不同，铁的形态各异，矿石的结构也有较大区别，根据铁在脉石中的嵌布情况和解理粒度不同，确定选矿工艺。从磨矿角度来看，除极少数铁矿采用干法粉磨外，绝大多数都采用湿法磨矿、选矿。球磨机或棒磨机磨矿，通过筛、螺旋分级机、旋流器等设备进行分级，最终磨矿粒度为-200目占65%左右。
球磨机或棒磨机的给矿粒度一般为25mm左右。下面针对降低球磨机或棒磨机的给矿粒度进行预磨设备对比。
2.  常用预磨设备简介
几十年来，我国的金属矿山一直为节能降耗、提高经济效益而努力，“多碎少磨”，在球磨机前增加预磨工艺是基本的途径。预磨设备的种类较多，但由于铁矿普遍具有硬度高、处理量大等特性，高转速、冲击式设备由于磨损大、设备可靠性低，根本不能使用。
笔者认为，可以用于铁矿的预磨设备总体来说可划分为四类，新型颚式破碎机，新型圆锥破碎机，高压辊压机，新型立式辊磨。下面分别就其粉磨特征进行简述。 
2.1新型颚式破碎机
颚式破碎机的工作原理是:借助动颚板周期性地靠近或离开固定颚板的摆动运动,使进入破碎腔的物料受到挤压,劈裂,弯曲和冲击作用而破碎,破碎后的物料靠自重或颚板摆动时的下向推力,从排料口排出。
这种破碎机具有结构简单,制造容易,工作可靠,维护方便,体积和高度较小的优点,最为常用,既可以用于粗碎,也可以用于中碎和细碎。其粉磨特点是，允许的进料粒度大，电耗低，磨损小。但其结构特点决定了其排料粒度较粗，不能普遍满足铁矿预磨的要求。
国产的新型外动颚匀摆颚式破碎机、双腔颚式破碎机、冲击颚式破碎机等破碎设备在国内已有使用，但在技术上、使用效果上和国外引进的破碎设备相比，还有一定差距。
2.2新型圆锥破碎机
旋回破碎机的工作部件是两个相反放置的截头园锥形环体(内园锥体为动锥体,外园锥形环体为固定锥体),它们所形成的工作区称为破碎腔,被破碎的物料从破碎腔底部排出。
园锥破碎机的工作原理与旋回破碎机相似,不同的是两个锥体的放置方式。园锥破碎机的两个锥体顶点都在同一个方向(向上),而旋回破碎机的动锥体顶点向上,固定锥体顶点向下。园锥破碎机具有比旋回破碎机高2.5倍的旋摆频率和4倍大的摆动角,由于高摆动频率和大冲程的原因,园锥破碎机的破碎腔中的物料有95 %的时间处于沿锥间下滑的运动状态,就是在任意瞬间只有5 %的物料处于被破碎的状态。
进年来，国内铁矿企业主要采用美卓、山特维克等国外公司的高效圆锥破碎机，使最终破碎粒度平均降低5～8mm。美卓的GP型园锥破碎机在破碎腔腔型、转速（破碎频率）及偏心距（冲程）等技术参数较常规的园锥破碎机进行了优化，采用并实现了层压破碎，使排料粒型更趋于立方状，排料粒度最低可达10mm左右。
园锥破碎机具有破碎比大, 通过能力大,效率高,功耗少,产品粒度均匀等优点,适用于对硬岩物料的中碎,细碎和超细破碎。但是，用于预磨，这类设备的排料粒度较大，排料中细粉含量低，对球磨机的产量提高作用有限。
2.3高压辊压机
高压辊磨机是在对辊破碎机的基础上改进发展的一种高效挤压破碎机械，利用液压产生的巨大压力将物料粉碎。高压辊磨机为卧式结构，二挤压辊轴线均与地面平行，物料通过二挤压辊最小间隙处被压碎，排出饼状物料。
高压辊磨机是基于静压粉碎原理开发的一种新型矿岩(物料)高效、节能粉碎设备，其粉碎机制是使矿岩不论其大小在压辊的高压载荷(静压)作用下，内部结构受到破坏，产生众多微裂纹，甚至被压酥成饼状或更细粉末。排出的料饼不仅含有较高比例的细粒成品，而且在非成品颗粒的内部产生大量的裂纹，从而大幅度提高后续磨矿球磨机的产量。
目前，辊磨机的最大规格为2.1m×2.3m，单台最大处理能力为3000t／h，最大给料粒度为90mm。我国一些铁矿山引进了德国的高压辊磨机，主要用于球团厂增加铁精矿的比表面。高压辊磨机的最突出的特点是节能，一般认为：高压辊磨机利用1kW的能耗等于自磨机或常规球磨机利用2kW的能耗。
在国内，东北大学等单位承担国家攻关计划项目，研制GM1000×400型高压辊磨机，目前正在马钢的姑山铁矿进行工业试验。初步的工业化连续粉磨试验结果表明：通过与球磨机联用，可显著提高后续球磨机处理能力30—60％、节电10—15％、节省球磨机钢耗40％以上。此外矿石经高压辊磨后，有助于矿石和脉石的分离，提高矿石的回收率。
但是，由于高压辊磨机的液压系统压力高，结构复杂，制造精度高、投资大，对工艺条件（如进料的粒度分布、 水量、稳定性、不含金属异物等）要求甚严，出料还须打散，同时由于辊面、侧板磨损后修复困难甚至无法修复，因而使用成本很高，限制了其在铁矿山的使用。值得一提的是，由于辊面存在严重的滑动磨擦，对材料的耐磨性要求极高。
2.4新型立式辊磨
新型立式辊磨主要产自湖南长沙。长沙矿冶研究院的王桂福教授从事该方面的技术研究长达四十余年，其研究成果曾获得国家科技进步奖。他的研究成果对长沙新型立式辊磨的开发、研究起到了示范和重大的指导作用。在长沙，可以用于铁矿预磨的新型立式辊磨，就有GPY型广义磨和柱磨机，等。下面分别介绍二者的粉磨原理，在下节介绍二者在结构、应用效果等方面的异同点。
广义磨是系列产品，作为铁矿预磨的设备是按照专利ZL99233773.9生产的国家重点新产品—GPY型广义磨。该机描述及工作原理：通过位于机器下部的机座与设备基础联结，轴承座、中机体通过螺钉与机座固定连接成整体，整个机器是稳定的整体结构；摇臂、磨辊因旋转产生的离心力或与施压弹簧产生的弹簧力形成合力是该立磨的粉磨力来源；通过装在花盘上对应于每个磨辊的定位装置向内调节每个磨辊与耐磨衬板的相对位置达到分别调节磨辊与耐磨衬板间隙的目的；皮带轮通过主轴使撒料盘、花盘、摇臂和磨辊、定位装置、施压弹簧同步旋转，磨辊可自转又可随摇臂绕铰轴摆动。物料从机器上方溜入通过撒料盘落至粉磨工作腔，物料在磨辊与耐磨衬板间被粉碎，被粉磨的物料通过机座下方的出料口排出机外。当物料层较厚或遇大颗粒物料或金属异物时，磨辊可随摇臂绕花盘上的铰轴向内摆动使间隙增大。
柱磨机是以专利ZL94110912.7为基础生产的立式辊磨，该机中部安装在设备基础上，下机壳可相对基础上下移动。工作前，通过上下机壳之间的调节螺钉调节好磨面与磨辊之间的间隙，同时调整好连结螺钉上的弹簧的工作压力。工作时，物料从上部进入机内，在重力作用下落至锥形磨面上，电机带动使主轴、支架转动，磨辊在随支架同步转旋的同时在物料阻力作用下自转，对磨面上的物料碾压，当物料大小改变或料层厚度变化或有过大的杂铁进入机内时，下机壳可下移，被压碎的物料从下机壳的下面装有的出料套管排出机外，当物料含水较高时，在支架上安装刮板强制刮料以防堵塞机器。
3  新型立式辊磨—GPY型广义磨与柱磨机的异同点
3.1   GPY型广义磨与柱磨机的相同点
二者均为立式辊磨，从上部进料，下部出料，物料均在磨辊和可更换的耐磨衬板之间被压碎，磨辊的数量一般为三个，主轴旋转带动磨辊公转，磨辊在物料阻力作用下自转。磨辊和耐磨衬板采用同类材质制造。
相对新型颚式破碎机和新型圆锥破碎机而言，具有出料细粉含量高、电耗低等特点。
相对高压辊磨机而言，具有出料无结饼、易损件受命长，设备结构简单、可靠，造价低等特点。
因此，二者在国内部分铁矿山中均有一定程度的应用，可显著提高球磨系统的产量。
3.2 粉磨力来源的不同
GPY广义磨的粉磨力来自旋转产生的离心力和施压弹簧力的合力，改变磨机转速或弹簧的压缩量可方便调整粉磨力的大小；柱磨机的粉磨力由上下机壳之间的弹簧产生，通过改变弹簧的压缩量来调整磨机的工作压力。
3.3 传动上的区别
GPY广义磨采用皮带传动，极其平稳可靠；柱磨机采用螺旋伞齿轮传动。
3.4 间隙调整方式的不同
GPY广义磨打开检视门后垫入调整板，紧固定位块即可方便地调好，每磨辊单独调整；柱磨机，采用调整中机体与悬挂的下机体间的调节螺栓、弹簧、调整垫等整体调整，工人到机器下边操作。
3.5 工作腔与工作方式的不同
GPY广义磨的耐磨衬板固定不动，磨辊通过轴承安装在可绕横销轴旋转的摇臂套上,工作时，当料层变化，磨辊可相对耐磨衬板作径向摆动；柱磨机的磨辊通过轴固联在支架上, 耐磨衬板安装在悬吊的下机体内,工作时料层变化耐磨衬板与下机体上下移动。
3.6 耐磨衬板的斜度不同
GPY广义磨的耐磨衬板与垂直线成200角，柱磨机则因结构限制设置为300。这种区别对水份高的物料能否正常下料影响很大。
二者间有以上几方面的重大区别，决定了GPY广义磨与柱磨机在粉磨效果、电耗、易损件磨耗、物料的适应性等方面均有不同。
4  主要预磨设备的介质磨耗对比
本文所说的介质是指直接使物料在其间被粉碎的零件，如颚破的颚板，立式辊磨的磨辊和耐磨衬板等。
4.1介质磨耗的主要影响因素
笔者认为，粉磨设备的介质磨耗取决于四个因素：粉磨方式，粉磨力的大小，相对滑动速度的快慢，介质材料的耐磨性。
粉磨方式取决于设备类型，在所有方式中以料床粉碎的压碎最为节能，并且磨耗最低。前面列举的四类预磨设备均以压碎为主的粉磨方式，但并非都形成料床。
粉磨力的大小一般由物料的强度来决定，粉磨力越大，介质越容易磨损。物料被粉碎后，作用在介质上的粉磨力会降低。
相对滑动速度的快慢由机器的类型决定，相对滑动速度快则介质磨损快。
介质材料的耐磨性是重要的因素，一般来说，介质越硬则越耐磨，现在工程材料中以高铬耐磨材料的性价比最高。
4.2介质磨耗对比
现将前面提及的预磨设备的介质磨耗分析列表，对比如下：
 
项目 新型
颚式破碎机 新型
圆锥破碎机 高压辊压机 新型立式辊磨   
    GPY广义磨 柱磨机   
粉磨方式 压碎 压碎 碾压，
料床粉磨 碾压，
料床粉磨 碾压，
料床粉磨   
粉磨力来源及大小 机械力
较大 液压力或弹簧力
较大 液压力
最大 离心力+弹簧压力
较大 弹簧力
较大   
相对滑动速度的快慢 较慢 较慢 慢 较慢 较快   
介质材料的耐磨性 一般 一般 材料耐磨
磨损不均匀 材料耐磨
磨损均匀 材料耐磨
磨损较快   
预磨后的物料 粗 较粗 细
成饼 细
不成饼 较粗
   
处理能力 大 大 大 较大 一般   
设备投资 小 较大 大 较小 较小 
5  结语
 综上所述，新型颚式破碎机和新型圆锥破碎机由于出料较粗，对球磨机的增产作用不大，不是理想的预磨设备；高压辊压机投资大，且磨损不均匀问题难以解决，只适合于物料较软的、处理量大的大型矿山；新型立式辊磨有广泛的应用前景，尤其是GYP型广义磨应用于中、小型铁矿企业，无论从投资、电耗、介质磨耗、物料水份的适应性等方面来看，是目前技术水平和工艺条件下最为理想的预磨设备。