ما هو معدل تعبئة الكرات الأمثل في مطحنة الكرات؟

تعمل مطحنة الكرات بشكل طبيعي، لكن إنتاجها النوعي لا يزال منخفضًا. التيار مرتفع جدًا، واستهلاك الكرات الفولاذية لا يزال مرتفعًا - والسبب الجذري للعديد من هذه المشكلات يكمن في نسبة تحميل الكرات. نسبة تحميل الكرات هي النسبة المئوية لحجم المطحنة الفعال الذي تشغله الكرات الفولاذية. وهي تحدد مسار الكرات، وطاقة الصدم، ومنطقة الطحن. إذا كانت نسبة التحميل مرتفعة جدًا، تصبح المطحنة "مختنقة"؛ وإذا كانت منخفضة جدًا، فإن الكرات الفولاذية "تصطدم بفراغ". يمكن أن يؤدي اختلاف بنسبة 5 نقاط مئوية فقط في معدل التحميل إلى فرق يتراوح بين 15% و20% في كفاءة المطحنة.

لماذا يُعد معدل ملء الكرة مهمًا جدًا في تشغيل مطحنة الكرات?

تعتمد آلية عمل مطحنة الكرات على رفع كرات فولاذية بفعل قوة الطرد المركزي والجاذبية، ثم سقوطها لتصطدم بالخام وتطحنه. ويؤثر معدل ملء الكرات بشكل مباشر على ثلاثة معايير رئيسية:

ارتفاع سقوط الكرات الفولاذية

عندما تكون كمية الكرات مناسبة، تسلك الكرات الفولاذية مسارًا مكافئًا بعد رفعها إلى الارتفاع الصحيح، مما يُركز طاقة الصدم على الخام. أما إذا كانت كمية الكرات عالية جدًا، فإنها تتراكم في قاع المطحنة، فيقل ارتفاع الرفع، وتتضاءل قوة الصدم. وإذا كانت كمية الكرات منخفضة جدًا، فعلى الرغم من ارتفاع السقوط، إلا أن عدد الكرات يكون غير كافٍ، مما يؤدي إلى عدد أقل من الصدمات في وحدة الزمن.

حالات حركة الكرة الفولاذية:

يمكن تصنيف حركة الكرات الفولاذية داخل مطحنة الطحن إلى ثلاث حالات: التساقط، والدوران، والطرد المركزي. عندما تكون كمية الكرات أقل من 30%، تتساقط الكرات بشكل أساسي، مما يؤدي إلى ضعف عملية الطحن. وعندما تتراوح كمية الكرات بين 30% و45%، يتعايش الدوران والتساقط، مما يخلق توازنًا بين الصدم والطحن. أما عندما تكون كمية الكرات أكبر من 45%، تتراكم الكرات، ويتعطل الدوران، وتنخفض كفاءة الطحن.

القدرة الفعالة لطاحونة الكرات:

تزداد قدرة مطحنة الكرات أولاً ثم تنخفض مع زيادة كمية الكرات. وتُعدّ كمية الكرات التي تُحقق ذروة الأداء هي القيمة المثلى. الصيغة التجريبية: كمية الكرات المثلى = 0.7–0.8 × (معدل تعبئة الكرات الفولاذية). بالنسبة لمطاحن الكرات الشبكية، تُضبط هذه الكمية عادةً عند 40%–45%؛ أما بالنسبة لمطاحن الكرات ذات التدفق الزائد، فتُضبط عند 35%–40%.

ما هو معدل ملء الكرات الموصى به لأنواع مختلفة من مطاحن الكرات?

مطحنة كروية من نوع الشبكة: معدل تفريغ سريع، أقل عرضة لتراكم الطين، ويمكنه استيعاب نسبة تحميل كرات أعلى. النطاق الموصى به: 40%–45%. تعمل صفيحة الشبكة على دفع التفريغ، مما يضمن تفريغ الطين بسرعة حتى مع نسبة تحميل كرات أعلى قليلاً. لا تُحاط الكرات الفولاذية بالطين بشكل مفرط.

مطاحن الكرات من نوع الفائض: يعتمد تصريف الملاط على التدفق الطبيعي له. إذا كان معدل تحميل الكرات مرتفعًا جدًا، فلن يتم تصريف الملاط، مما يؤدي إلى خطر تراكمه. يُوصى بمعدل تحميل كرات يتراوح بين 35% و40%. تُعد المطاحن ذات التدفق الزائد حساسة لمعدلات تحميل الكرات؛ حيث تنخفض الكفاءة فعليًا عندما يتجاوز المعدل 40%.

مطاحن الكرات المخروطية: تقع هذه بين النوعين؛ يوصى بمعدل تحميل الكرات من 38% إلى 42%.
مطاحن قضبان الطحن: بما أن قضبان الصلب تختلف عن كرات الصلب، فإن معدل تحميل القضيب عادة ما يكون 35%–40%؛ إذا كان مرتفعًا جدًا، فمن المحتمل حدوث تشابك القضيب.

مطاحن الطحن الدقيق (إعادة الطحن): بما أن حجم جزيئات التغذية دقيق نسبياً، يمكن تقليل معدل تحميل الكرات إلى 30%–35%. الطحن هو العملية الأساسية، بينما يُعدّ تأثير الصدم وظيفة ثانوية.

ماذا يحدث إذا كان معدل ملء الكرة مرتفعًا جدًا؟

تيار المطحنة غير طبيعي:

عندما يتجاوز معدل تحميل الكرات 45%، يرتفع تيار بدء تشغيل المطحنة بشكل حاد، بينما ينخفض تيار التشغيل الفعلي. ويعود ذلك إلى أن تراكم الكرات الفولاذية يقلل من ارتفاع السقوط، مما يقلل من حمل المحرك. وهذا لا يُعد توفيرًا للطاقة، بل يعني أن الكرات الفولاذية لا تؤدي وظيفتها.

ضجيج مطحنة مكتوم:

تُصدر المطحنة العادية صوتاً حاداً لاصطدام كرات فولاذية. أما عند زيادة الحمل، فتمتص الكرات الفولاذية بعضها البعض، ويتحول صوت الاصطدام إلى أزيز منخفض مكتوم، كما لو كانت المطحنة مغطاة بغطاء.

انخفاض كفاءة الطحن:

تتراكم الكرات الفولاذية في قاع الأسطوانة، مما يقلل من ارتفاع السقوط الفعال ويضعف طاقة الصدم. في الوقت نفسه، تضيق الفجوات بين الكرات الفولاذية، مما يصعب مرور المادة اللزجة. ونتيجة لذلك، تبقى المادة في المطحنة لفترة طويلة جدًا، مما يؤدي إلى طحن زائد.

حجم الجسيمات الخشنة الناتجة عن التفريغ:

على الرغم من أن الطحن المفرط يُعدّ مشكلة خطيرة، إلا أن الجسيمات الخشنة لا تُطحن جيدًا بسبب عدم كفاية طاقة الصدم. تنخفض نسبة الجسيمات الأصغر من 200 مش في التفريغ، بينما تزداد نسبة الجسيمات الخشنة.

زيادة تآكل البطانة:

تتراكم الكرات الفولاذية في الأسفل، مما يزيد من الاحتكاك الانزلاقي. ويتسارع تآكل بطانات الهيكل وبطانات الأغطية الطرفية. وعلى وجه الخصوص، فإن ألواح الشبكة معرضة للتشقق نتيجة اصطدام الكرات الفولاذية بها.

استهلاك الطاقة المهدرة:

تُستخدم طاقة خرج المحرك للتغلب على الاحتكاك بين الكرات الفولاذية بدلاً من سحق الخام. ويزداد استهلاك الكهرباء لكل طن من الخام بمقدار يتراوح بين 15% و25%.

بيانات القياس الفعلية:
في إحدى مطاحن خام الحديد، زاد معدل تحميل الكرات في مطحنة الكرات الشبكية من 42% إلى 48%. وانخفض تيار المطحنة من 320 أمبير إلى 280 أمبير، وانخفضت الإنتاجية لكل وحدة من 105 أطنان/ساعة إلى 85 طن/ساعة. وارتفع استهلاك الكهرباء لكل طن من الخام من 18 كيلوواط ساعة إلى 24 كيلوواط ساعة.

ماذا يحدث إذا كان معدل ملء الكرة منخفضًا جدًا؟

طاقة تأثير عالية ولكن بتكرار منخفض لسقوط الكرة:

عندما تكون شحنة الكرات أقل من 30%، فعلى الرغم من ارتفاع سقوط الكرات الفولاذية، إلا أن عددها غير كافٍ. ويكون عدد الاصطدامات في وحدة الزمن منخفضًا. وتكون كفاءة تكسير الجسيمات الخشنة منخفضة، ويكون حجم الجسيمات الخارجة خشنًا.

مساحة سطح الطحن غير كافية:

تتناسب مساحة سطح الطحن بين الكرات الفولاذية وبين الكرات الفولاذية والبطانة تناسبًا طرديًا مع نسبة شحن الكرات. وتؤدي نسبة شحن الكرات المنخفضة إلى عدم كفاية قدرة الطحن الدقيق، كما أن محتوى الكرات ذات حجم -200 مش لا يفي بالمتطلبات.

البطانات المكشوفة والتآكل المتسارع:

مع انخفاض عدد الكرات الفولاذية، يتسبب الطين والكرات الفولاذية في تآكل البطانات بشكل مباشر، مما يزيد من التآكل. وفي الوقت نفسه، تصطدم الكرات الفولاذية مباشرة بالبطانات المكشوفة، مما يؤدي إلى حدوث حفر وتشققات.

تيار المطحنة مرتفع للغاية:

عندما يكون معدل تحميل الكرات منخفضًا جدًا، تسقط الكرات الفولاذية من ارتفاع أكبر، مما يضع حملاً ثقيلاً على المحرك ويتسبب في ارتفاع قراءة التيار. ومع ذلك، فإن عملية الطحن ليست دقيقة، فالتيار العالي مؤشر خاطئ.

انخفاض كفاءة المطحنة:

الطاقة الإنتاجية منخفضة لأن طاقة المطحنة غير مستغلة بالكامل. زيادة معدل التغذية ستؤدي فوراً إلى زيادة خشونة المنتج النهائي.

كيف يمكن للمشغلين تحديد ما إذا كان معدل ملء الكرات مناسبًا؟

أسلوب الاستماع

طبيعي: صوت ارتطام إيقاعي "كلانغ-كلانغ" واضح وغير مكتوم.
تحميل الكرات بشكل مفرط: الصوت مكتوم، منخفض النبرة، ومستمر بدون إيقاع.
تحميل غير كافٍ للكرات: الصوت واضح ولكنه متفرق، مع إحساس أجوف، وتصطدم الكرات الفولاذية بالبطانة مباشرة.

طريقة قياس التيار

سجّل قيمة التيار I0 في حالة عدم التحميل (عند عدم وجود طين أو كرات فولاذية). يجب أن يكون تيار الحمل العادي I0 × 1.3 إلى 1.5. إذا كان التيار أعلى بكثير من هذه القيمة، فقد تكون كمية الكرات منخفضة جدًا (يتم قذف الكرات الفولاذية إلى ارتفاع عالٍ جدًا). إذا كان التيار أقل بكثير من هذه القيمة، فقد تكون كمية الكرات عالية جدًا (لا يتم قذف الكرات الفولاذية إلى ارتفاع كافٍ).

طريقة قياس استهلاك الكرات

احسب الكمية الشهرية من كرات الصلب المضافة وحدد استهلاك الكرات بناءً على إنتاجية المطحنة.
معدل استهلاك الكرات الطبيعي: 0.5-1.5 كجم/طن من الخام. قد يشير الاستهلاك المرتفع بشكل غير طبيعي للكرات إلى أن معدل تحميل الكرات مرتفع للغاية (مما يتسبب في تآكل الكرات الفولاذية ضد بعضها البعض) أو منخفض للغاية (مما يؤدي إلى تسريع تآكل البطانة).

راقب الإفرازات

حجم الجسيمات الخشنة في التفريغ والتيار العالي للطاحونة ← قد يكون تحميل الكرات منخفضًا جدًا.
حجم الجسيمات الخشنة عند التفريغ والتيار المنخفض للمطحنة ← قد يكون تحميل الكرات مرتفعًا جدًا.
حجم جسيمات التفريغ الدقيق ولكن كفاءة الطحن المنخفضة ← طحن مفرط شديد؛ قد يكون تحميل الكرات مرتفعًا جدًا.

طريقة فحص الإيقاف

بعد إيقاف التشغيل، افتح فتحة تفتيش المطحنة ولاحظ ارتفاع الكرات الفولاذية فوق سطح الطين. يجب أن يبرز الجزء العلوي من كومة الكرات الفولاذية بمقدار 100-200 مم فوق سطح الطين. إذا كانت مغمورة بالكامل، فإن نسبة تحميل الكرات مرتفعة جدًا؛ وإذا كانت بارزة أكثر من اللازم (>300 مم)، فإن نسبة تحميل الكرات منخفضة جدًا.
قم بقياس المسافة من أعلى كومة الكرات الفولاذية إلى مركز المطحنة باستخدام مسطرة فولاذية لتقدير نسبة تحميل الكرات.

خاتمة

معدل ملء الكرة ليس معيارًا يكون فيه "الأكثر أفضل".

بالنسبة لمعظم التطبيقات:

• مطحنة الكرات الشبكية: 40%–45%
• مطحنة الكرات الفائضة: 35%–40%

ينبغي على المشغلين القيام بما يلي بشكل روتيني:

• استمع إلى صوت الطاحونة
• مراقبة تيار المحرك
• استهلاك كرات الصلب للسكك الحديدية
• قم بفحص المطحنة أثناء فترات التوقف.
• قم بإزالة الكرات المكسورة كل ثلاثة أشهر
• قم بتجديد وسائط الطحن للحفاظ على التدرج المناسب للوسائط

يُعد الحفاظ على معدل ملء الكرات الصحيح أحد أكثر الطرق فعالية لتحقيق تشغيل مستقر، وإنتاجية أعلى، واستهلاك أقل للطاقة، وكفاءة طحن قصوى.

---

شكرًا لقراءتكم. آمل أن يكون مقالي مفيدًا. يُرجى ترك تعليق أدناه. يمكنكم أيضًا التواصل مع ممثل خدمة عملاء زيلدا عبر الإنترنت لأي استفسارات أخرى.

— نشر بواسطة إميلي تشين

---