高压辊磨机是20世纪80年代中期发展起来的一种新型高效节能粉碎设备。设备工业应用之初，受辊面耐磨技术的制约，主要用于水泥工业领域。随着高压辊磨机合金柱钉辊面、液压耦合传动以及万向传动轴辊轴直连等关键技术的日趋成熟，其被成功应用于国内外金属矿山特别是铁矿山，用以粉碎中等以上硬度的金属矿石。高压辊磨机具有处理能力大、粉碎产品粒度细、粉碎效率高和设备作业率高等优点，是铁矿石细碎和超细碎的理想设备。笔者结合铁矿选矿生产实践历史，综述高压辊磨机碎磨工艺及其在铁矿石粉碎中的工业应用。
1 结构特点及工作原理
高压辊磨机与对辊破碎机类似，都有2个工作辊，但其粉碎原理完全不同。高压辊磨机由机架、高压工作辊、液压系统和给料系统等部分构成。高压辊磨机的工作部件是1对平行排列且相向转动的高压辊，每个辊子由1台电动机通过行星齿轮减速机驱动，其中固定辊位置固定，动辊可在水平滑道上移动。滑动辊轴上的液压系统提供极高的工作压力(最高达MPa)到工作辊面上。
高压辊磨机的工作原理为层压粉碎，于20世纪70年代末由德国的舒纳教授提出，目前已成为节能粉碎设备研制和改造的指导思想。高压辊磨机工作时，给料通过可调节开口大小的给料器进入高压辊磨机两辊之间的破碎腔，实行挤满给料，在料柱自身重力和2个压辊相向转动的双重作用下，入料被强行挤入不断压缩的破碎腔中并被压实，达到一定压力时遭到粉碎，最终形成密实但充满裂缝的片状料饼产品排出。料饼内存在大量的细粒、微细粒及颗粒内微裂纹，这使料饼机械强度很低，间接提高了磨机处理能力和磨矿效率。高压辊磨机层压粉碎原理如图1所示。
图1 高压辊磨机的层压粉粹原理示意
2 典型破碎工艺流程
在常规破碎工艺中，高压辊磨机主要用于三段一闭路破碎流程中的第三段细碎设备和第四段超细碎设备，其典型破碎工艺流程分为开路流程和闭路流程，其中闭路流程又分为带边料返回的闭路流程和带检查筛分的闭路流程。典型破碎工艺流程如图2所示。
图2 高压辊磨机典型破碎工艺流程
采用开路破碎流程的典型矿山有三山岛金矿新立选矿厂、金堆城钼业公司百花岭选厂、马钢和尚桥铁矿选厂等。三山岛金矿t/d选矿厂破碎工艺流程采用三段破碎流程，其中中碎采用检查筛分，配置1台PR/型高压辊磨机进行开路细碎。高压辊磨机入料粒度25mm，破碎产品粒度为P80=10mm，破碎产品中-0.mm含量约占18%。该厂高压辊磨机采用柱钉耐磨辊面，辊面使用寿命长达h以上，设备运转率为93%，采用先进的液压控制系统和稳定的操作系统。高压辊磨机开路破碎流程的优点是配置简单，运行稳定，占地面积小，生产成本低，操作与管理方便；缺点是采用开路流程，未考虑高压辊磨机的边缘效应，把边料未粉碎的粗颗粒矿石也作为高压辊磨机最终产品，成品中粒度跨度大，粗细分布不均，影响最终的破碎效果。
采用带边料返回闭路流程的典型矿山有司家营铁矿和赛普鲁塞尔雷它铜矿等。司家营铁矿二期万t/a选矿厂破碎系统的细碎采用高压辊磨工艺，采用2台德国洪堡·威达克公司生产的RP型高压辊磨机，将粒度为50~6mm给料破碎至产品粒度P80=8mm。高压辊磨机增设边料返回工艺，通过切边法把压辊边缘粗粒产品返回高压辊磨机继续破碎，边料循环量可根据选厂实际情况调节，辊子中部排矿产品输送至球磨机进行磨矿。带边料返回的高压辊磨闭路破碎流程同样具有配置简单、运行稳定、占地面积小、生产成本低、操作与管理方便等优点，同时又考虑到了边缘效应和侧漏情况。采用边料返回闭路流程时，要特别注意根据实际情况选择适宜的边料循环量，以满足对高压辊磨机处理能力和粉碎产品粒度的要求。
采用带检查筛分闭路流程的典型矿山有山东*金集团昌邑铁矿、马钢南山铁矿、重钢西昌矿业有限公司太和铁矿、澳大利亚OneSteel选厂、智利CMH公司和西澳BGM公司等。澳大利亚OneSteel选厂的碎矿流程中采用德国魁伯恩公司生产的2台高压辊磨机进行物料的超细碎，该破碎流程于年6月投入运行。高压辊磨机与湿式筛分构成闭路，将粒度为-25mm给料破碎至3~0mm的超细碎产物。高压辊磨机辊面采用柱钉点阵辊面，带检查筛分闭路破碎工艺流程实现了入料的高效破碎，使最终粉碎产品粒度范围更窄、颗粒内部的微裂纹更丰富、-0.mm细料含量更高，后续磨矿更容易，有利于改善有用矿物的精矿品位和回收率。高压辊磨机闭路破碎工艺流程的最大优点是节能降耗、增产提质和简化后续磨选流程。高压辊磨机的破碎产品以料饼形式居多，要根据现场情况选择干式或者湿式闭路筛分作业。若采用干式闭路筛分作业，则筛分前通常需设置打散工艺。此外，筛分设备的筛孔尺寸选择影响筛分效率和高压辊磨机的处理能力。
3 在铁矿石粉碎中的工业应用
近些年来，随着高压辊磨机制造技术和控制水平的日臻完善，高压辊磨工艺逐步在金刚石矿、金矿、铁矿、钼矿和炉渣等各种矿物的粉碎作业中得以工业应用。特别是合金柱钉辊面、液压耦合传动和万向传动轴辊轴直连等关键技术的日趋成熟，高压辊磨机在国内外金属矿山的工业应用愈来愈多，并在铁矿山破碎方面得到广泛应用。高压辊磨机在铁矿石破碎流程中主要有细碎或超细碎、预处理铁精矿增加比表面积以及完善自磨流程等几种应用。
3.1 国外的工业应用
高压辊磨机用于铁精矿球团前的预处理是其在铁矿石粉碎领域的重要应用。用高压辊磨机代替球磨机或与其配合使用，作为铁精矿球团前的预粉磨设备已有20多年历史。年，瑞典的LKAB公司率先在马尔姆贝尔格特球团厂安装了世界上第1台辊径为mm、辊宽为mm、处理量为50t/h高压辊磨机用于粉碎铁精矿，预处理后提高物料成球性能和降低能耗效果明显。随后该公司又于年在基如那球团厂安装了另1台辊径为0mm、辊宽为mm、处理量达t/h的高压辊磨机用于粉碎铁精矿。
年，巴西淡水河谷公司购置了1台处理量为t/h、2台处理量为t/h和3台处理量为t/h的高压辊磨机，用于3个球团厂的铁精矿预处理作业。
美国IronDynamics公司采用高压辊磨机粉碎-2mm铁矿石，得到粒度-75μm占50%的产品作球团给料，设备为洪堡·威达克公司生产的KHDRP7-/80型，驱动功率为2×kW，处理能力为t/h，单位电耗小于1.75kW·h/t，柱钉辊面寿命达h。
印度Kudremukh铁矿有限公司使用高压辊磨机用于粉碎铁矿石作球团给料，设备为KHDRP7-/型，驱动功率为2×kW，处理能力t/h，单位电耗2.2kW·h/t，柱钉辊面寿命达h。
高压辊磨机用于铁矿石选厂原料的细碎或超细碎是其在铁矿石粉碎领域的另一重要应用。在细碎或超细碎作业中引入高压辊磨机可以降低进入磨机物料的平均粒度，达到多碎少磨、降低粉碎能耗的效果。高压辊磨机可代替磨矿作业的份额越大，选厂节能降耗的潜力就越大，这是未来高压辊磨机在铁矿石粉碎中的重要发展方向。
高压辊磨机在国外铁矿石破碎流程中已有众多成功的工业应用。智利CMH公司的LosColorados选厂是全球首家采用高压辊磨机完成细碎作业的铁矿石选厂。该公司采用KHDRP16-/型高压辊磨机，驱动功率为2×kW，最大给矿粒度为65mm，给入高压辊磨机后用2台立式冲击破碎机打散料饼，产品粒度-6.35mm占55%~70%。该设备于年11月投产，辊面为柱钉点阵辊面，辊面使用寿命长达h。与圆锥破碎机相比，采用高压辊磨机生产能力提高了30%，单位电耗和生产成本显著降低。
非洲毛里塔尼亚SNIM公司铁选厂采用KHD高压辊磨机粉碎铁矿石，辊径为0mm，辊宽为0mm，驱动功率为2×kW。原矿经自磨机磨碎后的-25mm给料送入高压辊磨机，闭路破碎至-1.6mm占65％左右，高压辊磨机最大给料量为t/h。
澳大利亚OneSteel选厂年处理磁铁矿矿石万t，其碎矿流程中采用德国魁伯恩公司生产的2台0mm×0mm型高压辊磨机进行物料超细碎。该超细碎回路于年6月投入运行，高压辊磨机与湿式筛分构成闭路破碎工艺，将粒度为-25mm给料矿物破碎至0~3mm的超细碎产品。高压辊磨机辊面采用柱钉点阵辊面。
自磨流程适宜碎磨易泥化或易碎比例较高的矿石，但自磨流程难以避免高硬度顽石恶性循环而影响自磨机处理能力和磨矿效率的问题。采用高压辊磨机粉碎自磨机中的顽石，之后再返回自磨机闭路磨矿，解决了顽石恶性循环的问题。美国EmpireIronoreMine公司采用KHD0mm×0mm高压辊磨机破碎自磨机中的顽石，驱动功率为2×kW。该设备于年安装，与1台圆锥破碎机配合破碎来自于3台自磨机排矿中粒度为12～64mm的顽石物料，产品粒度-2.5mm占50％，高压辊磨机处理能力为t/h，其排矿产物直接返回到自磨机中。高压辊磨机设备运转率高达95％，单位电耗小于1.7kW·h/t，柱钉辊面的工作寿命长达h。
3.2 国内的工业应用
高压辊磨机在我国铁矿石粉碎中的工业应用起步较晚，仅有10多年的历史。武钢集团程潮铁矿最早于年在其新建的万t/a球团厂中引进1台KHDRP3.6-/50B型高压辊磨机，用于粉碎球团厂的铁精矿给料的预处理。该机驱动功率为2×kW，处理能力为t/h，单位电耗小于2.6kW·h/t，并于年底投入生产。该设备投产后，磁铁精矿的造球性能得到了极大地改善，生球质量得到了提高，经济效益和社会效益明显。之后，我国其他大型球团厂如柳钢球团厂等也引进高压辊磨机作为铁精矿球团前的预处理设备，用以增加铁精矿的比表面积。
国内首次将高压辊磨机成功地应用于超细碎作业的铁矿山为马钢集团南山铁矿凹山选厂。该选厂采用德国魁伯恩公司生产的RP/17-0型高压辊磨机对极贫磁铁矿石进行第4段破碎，高压辊磨机规格为0mm×0mm，驱动功率为2×kW。设备于年投产，将给矿粒度为0~25mm的细碎产品闭路破碎到0~3mm，进行高效湿式粗粒磁选提前抛尾，实现了将不合格粗粒尾矿提前抛弃送往排土场堆存的目的，使选厂年处理贫磁铁矿石能力增加约万t/a。
司家营铁矿二期万t/a选矿厂设计的破碎系统采用粗碎-中碎与闭路筛分系统-高压辊磨工艺。高压辊磨工艺引进2台德国KHDRP型高压辊磨机，在入料粒度6~50mm条件下，排矿产品粒度P80达8mm，高压辊磨机小时处理能力为t。高压辊磨机破碎工艺为带边料返回的闭路流程，压辊中心排矿产品输送至球磨机进行磨矿作业，以满足对最终破碎产品的粒度要求。细碎采用高压辊磨工艺以来，球磨机的节能降耗效果非常显著。
山东*金集团昌邑铁矿选矿厂生产规模为万t/a，其破碎系统采用三段两闭路工艺流程，细碎设备为HPGR/15-型高压辊磨机，辊径为mm，宽度为mm，处理能力为t/h。高压辊磨机的入料粒度小于40mm，排矿产品经螺旋分级机进行湿式打散和水力分级，脱水后的沉沙进行10mm筛分，筛上产物返回高压辊磨机，控制最终破碎产品粒度在-10mm。与常规三段一闭路破碎工艺条件相比，采用高压辊磨机细碎后，球磨机的钢耗和能耗指标均降低50%，处理每吨原矿单位运行成本节省近6元，取得了显著的经济效益和社会效益。
攀枝花立宇矿业有限公司使用1台成都利君生产的CLM/80型高压辊磨机，采用边料循环工艺，破碎系统处理量为t/h，给矿粒度Pmm，产品粒度-5mm占70%。使用高压辊磨机后，球磨机产量提高40%以上，比原系统节电30%以上。
到目前为止，国内采用高压辊磨机作为细碎设备的铁矿山还有马钢和尚桥铁矿、马钢张庄铁矿、首云矿业股份有限公司、重钢西昌矿业有限公司太和铁矿、攀枝花丰源矿业有限公司以及河北首秦龙汇矿业有限公司等。
4 结语
高压辊磨装备技术经过30多年的改进发展，已经在水泥行业和金刚石粉碎中得到广泛应用，并成为行业标准设备配置。近10年来，随着其在铁矿石加工领域的逐步推广应用及柱钉辊面技术的成熟，高压辊磨机陆续在铜矿山和*金矿山实现了工业应用，并且开始在钼矿和铂族等金属矿山的矿石破碎流程中得到工业应用。
我国铁矿石资源储量巨大，但绝大部份属“贫、细、杂”的贫矿，矿山企业要取得良好经济效益，前提是革新选矿技术与装备水平，实现大规模生产。高压辊磨机是适应矿产资源日趋贫化和选矿厂规模化生产需要而迅速发展起来的高效碎磨设备。采用高压辊磨机碎磨工艺，可以有效降低处理贫细矿石的生产成本，是铁矿选矿等矿业未来的发展趋势之一。特别是高压辊磨机在低品位铁矿石中的破碎-粗粒抛尾工艺流程的成功应用，为大规模开发国内外其他低品位矿产资源提供示范作用。
高压辊磨机适合处理中等硬度以上、含水量小于12%、给料粒度低于70mm、含泥量少的金属矿石。今后，将高压辊磨机大型化、智能化，与配套的碎磨工艺流程及辅助设备结合起来，简化高压辊磨机工艺流程，降低使用成本，把高压辊磨机优势最大限度地发挥出来将是未来重点研究的方向。
高压辊磨机作为高效粉碎设备，充分体现了“多碎少磨”的选矿理念。在铁矿石破碎方面，高压辊磨机应用已经非常成熟。今后凭借其处理能力大、产品粒度细、节能降耗、设备作业率高、破碎比大，占地面积小等突出优点，必将在铁矿石碎磨工艺中发挥越来越重要的作用。