压辊磨机(又称辊压机，或HPGR)是前西德Schooert教授在20世纪80年代设计制造的，由于其出色的性能而在美国、中国、前西德、加拿大、澳大利亚、希腊和南非等国家均有使用，并形成了多种规格系列。据不完全统计，在世界各地的应用超过台，大部分都应用在水泥领域。随着辊面磨损问题逐渐得到解决，在金属矿领域的应用也越来越广。自年以来，已有余台应用在铁矿、有色和贵金属矿，且规格越来越大，处理量从早期的每台50t/h左右，到目前在Boddington现场应用的φmm×mm型，处理量为每台t/h，驱动功率2×kW。在金属矿领域，高压辊磨机通常用于第三段或第四段碎矿，在自磨流程中的顽石破碎，在球团矿中挤压铁精粉增加比表面积等，与传统破碎机相比节能20%～50%。
目前，国外成功应用于金属矿粉碎的高压辊磨机主要生产厂家有：德国的polysius(蒂森克虏伯旗下的子公司)、KHD(洪堡·威达克)和Koppern3个公司。在国内，沈矿集团曾于年与东北大学联合研制出了国内第一台应用于金属矿的φ0mm×mm高压辊磨机，但由于制造过程中制造精度未得到较好保证及试验时矿物硬度过高等诸多原因，未能得到工业化推广应用。近年来，成都利君、合肥水泥院、中信重工机械股份有限公司等单位在水泥用高压辊磨机的基础上开发了金属矿用高压辊磨机，并已取得了一定的应用业绩。目前，北方重工矿山公司与合肥水泥院合作，在结合各自优势的基础上，联合致力于柱钉结构高压辊磨机集成系统及铁矿预选磁选系统的开发和应用推广。
1高压辊磨机发展概况1.1高压辊磨机的结构及工作原理
高压辊磨机主要由给料、机架、固定辊和浮动辊等部件，电动机，减速器及液压、润滑和控制等系统组成。电动机通过万向联轴器、减速器与安装在机架水平滑轨上的辊子系统连接，运转时不能在滑轨上滑动的辊子为定辊，可在滑轨上作小幅滑动的为动辊，动辊两端独立的液压系统将动辊推向定辊，产生破碎所需的压力，动、定辊轴承座间有防止辊子接触的间距块，高压辊磨机如图1所示。
图1高压辊磨机Fig1Highpressuregrindingroll(HPGR)
高压辊磨机喂料仓内的待粉碎物料，通过可调节开口大小的给料器进入高压辊磨机的破碎腔，在辊子的相向转动摩擦力和料柱重压的双重作用下，强制进入不断压缩的空间并被压实(排矿料饼密度达到矿石真密度的0.8~0.88倍，取决于辊子之间的压强)，达到一定压力时遭到粉碎或在颗粒内部形成微裂纹，其原理如图2所示。料饼的形态主要取决于矿石的类型：硬岩、原生矿生成的料饼较软易碎，黏矿石生成的料饼比较密实，在进入下一段流程前需打散。
图2高压辊磨机工作原理Fig2WorkingprincipleofHPGR
1.2辊面结构及其性能特征
常用的高压辊磨机辊面结构有3种：表面堆焊辊面(主要应用于水泥等脆性矿，见图3)，六面形粉末冶金辊面(koppern专利，专利名称HEXADUR，见图4)，镶嵌粉末冶金耐磨柱钉辊面(KHD专利，polysius获得生产授权，见图5)。
图3堆焊辊面Fig3Overlayingweldedrollersurface
图4粉末冶金耐磨辊面Fig4Powdermetallurgicalwear-resistantrollsurface
图5镶嵌粉末冶金耐磨柱钉辊面Fig5Rollsurfacewithmosaicpowdermetallurgicalwear-resistantcolumnnails
表面堆焊工艺主要是在辊胎基体上焊接两层，内层为过渡层(软)，外层焊接一层耐磨层(硬，辊面硬度HRC55)。表面堆焊辊面在国外金属矿的应用很不理想，国内主要几个研制高压辊磨机的企业正在进行积极的探索，但到目前为止还没有一台使用时间超过h，运行较为稳定的应用案例。
Koppern公司的HEXADUR采用粉末冶金方法(见图6)，在高温、高压条件下制造，利用分子的扩散渗透使辊胎基体和耐磨表面熔合为一体，提高了高价材料的利用率，同时有效克服了柱钉性脆易折、很难修复、边端效应大及工作压力低等弱点，并具备一定的自我修复功能。但是受制造设备的限制，到目前为止，该种辊体直径未能超过φmm，单机处理量限制在0t/h以内。同时由于其辊面比较光滑，与下落物料的滑移磨损较严重，大大降低了其使用寿命。
图6HEXADUR等静压高温高压粉末冶金加工工艺Fig6HEXADURhightemperatureisostaticpressingpowdermetallurgyprocess
KHD公司的粉末冶金耐磨柱钉技术已经获得了业界的普遍认可，其制造工艺简单，通过在辊体钻铰孔，镶嵌耐磨柱钉，在挤压过程中，柱钉之间被压实的物料形成自磨层，保护辊体。辊面侧面保护也从最初的堆焊发展到镶嵌粉末冶金块模式(见图5)。
2高压辊磨机在金属矿的应用2.1在有色金属和贵金属矿中的应用
高压辊磨机在有色金属和贵金属的解离通常应用于第三段或第四段碎矿。年，秘鲁CerroVerde铜矿投产4台φmm×mm型、处理量t/h的高压辊磨机，用于破碎铜钼金矿石，日处理量10万t，原矿经两段破碎后粒度-50mm物料进入高压辊磨机，高压辊磨机闭路碎矿后粒度-6mm入球磨机，磨后浮选，工艺流程如图7所示；年西澳Boddington金矿投产的4台φmm×mm高压辊磨机应用于破碎铜金矿石，与秘鲁CerroVerde铜矿流程相似，原矿经两段破碎后粒度-50mm物料进入高压辊磨机，高压辊磨机闭路碎矿后粒度-11mm给入后续的球磨机。
图7CerroVerde铜钼金矿石碎矿流程Fig7FlowofcrushingcoppermolybdenumgoldoreinCerroVerdeMine
近年来，高压辊磨机还应用于PTFreeport铜钼金矿、Anglo铂金矿、SpinifexRidge钼矿、淡水河谷Salobo铜矿以及Penasquito金矿等。
2.2在铁矿中的应用
高压辊磨机在铁矿领域的应用主要包括：球团矿中挤压铁精粉增加比表面积，铁矿石第三、四段细碎或超细碎，与自磨机联合使用的顽石细碎等。
在球团矿中，高压辊磨机代替润磨机或者与润磨机配合使用。如武钢程潮铁矿，铁矿经碎磨选别过滤后，经带式输送机到精矿堆场，后经圆筒干燥机干燥，含水3%~8%，铁精粉细度1～cm2/g，经过φmm×mm高压辊磨机挤压，产品粒度～cm2/g；巴西CVRD公司Hispa-nobras矿使用φ1mm×1mm高压辊磨机挤压含水8.6%的铁精粉，处理量t/h，采用柱钉辊面，辊面寿命10h；印度Kudremukh铁矿有限公司使用φ1mm×1mm高压辊磨机挤压含水9%～11%的铁精粉，处理量t/h，采用柱钉辊面，辊面寿命h；巴西CVRD公司Vitoria矿采用φ1mm×mm高压辊磨机与润磨机联合作业流程，混合料堆给料水分8.5%，经挤压后粒度增加cm2/g，高压辊磨机辊面采用柱钉形式，寿命h。
在铁矿石碎矿方面，高压辊磨机目前主要应用在磁性矿，除了其良好的节能效果外，粗颗粒预选及抛尾效果也较明显。智利CHM公司采用高压辊磨机—两段干选工艺，原矿经两段破碎后，0～63.5mm、含水3%的粗粒铁矿石进入φmm×mm高压辊磨机，经挤压后，产品粒度-6.35mm占55%～75%，柱钉辊面寿命14h。毛里塔尼亚SNIM公司使用2台φmm×mm高压辊磨机，用于顽石破碎，粒度0~20mm、含水3%的铁矿石经高压辊磨机挤压后，产品粒度-1.6mm占57%~70%，电耗低于1.2kW·h/t。马钢南山矿业公司凹山选厂采用φmm×1mm高压辊磨机与直线筛组成闭路作为第四段碎矿，入料0～18mm，出料筛上+3mm物料返回闭路破碎前磁滑轮抛废，筛下0~3mm湿式粗粒高效中磁抛尾，在入磨前抛出品味8%～8.5%合格尾矿约占产率的60%，有效降低原矿的入磨粒度和入磨量，提高入磨品位。近期鞍钢与澳大利亚合建的原矿年处理万tKarara磁铁矿项目，采用2台φmm×mm高压辊磨机，经两段碎矿后粒度-50mm入高压辊磨机，辊压后粒度-1.8mm经一次湿式磁选抛尾，入4台φ6mm×mm球磨机。
3对金属矿用高压辊磨机及其系统工艺的思考高压辊磨机单位粉碎能耗低，破碎比大，单机产量和设备作业率高，伴随着辊面技术的日臻完善，其良好的节能效果在金属矿领域崭露头角，与圆锥破碎机、(半)自磨机等配合使用，可大幅度提高粉碎效果，随着以高压辊磨机为核心的后续分选设备的成功研发，其应用将越来越广。
3.1对低品位铁矿进行高压辊磨预选抛尾的试验探索
高压辊磨机在低品位磁性矿应用方面，毛里塔尼亚SNIM公司、马钢凹山铁矿都有较好的借鉴经验。北方重工选矿试验室曾对河北承德地区某铁矿干法抛尾进行过不同破碎工艺的抛尾试验：传统三段一闭路-12mm碎矿，强磁永磁磁选机预抛28%合格尾矿；而采用高压辊磨机系统碎矿到-6mm，强磁永磁预选后，可抛掉合格尾矿达到63%。在针对攀枝花、承德地区的低品位钒钛磁铁矿和鞍山市赤铁矿表外矿进行高压辊磨磁力预选抛尾试验研究中发现，除了高压辊磨系统良好的碎矿节能效果外，预选抛尾作业磁选装备的结构形式对整个选矿流程也至关重要。针对高压辊磨系统工艺，北方重工矿山公司近年来分别针对低品位磁性矿和赤铁矿表外矿开发了用于15mm以下磁性矿预选的GHC永磁预选磁选机(分干式和湿式两种型号)，以及用于6mm以下赤铁矿预选的强磁高梯度磁选机(分永磁和电磁2种形式，同时各有干式、湿式2种型号)。高压辊磨机闭路碎矿后的低品位磁铁矿，经磁选机预选后一次可抛尾30%~65%(湿式一般比干式高出10%以上)；而对于高压辊磨机闭路碎矿后的赤铁矿表外矿或者品位在30%以下的赤铁矿、磁铁矿伴生矿，经高梯度磁选机预选后，一次可抛尾20%~55%(湿式一般比干式高出15%以上)，且回收率均可达到80%以上。
3.2对高压辊磨系统工艺参数的探讨
影响高压辊磨机性能的参数比较多，比如矿石的性质、粒度分布、辊压、最大给料粒度和排料口间隙等。
高压辊磨机是基于层压原理碎矿的，要求被挤压料层至少3层，要实现层压破碎，给料粒度至少要小于排料口宽度，这在国内外已成功应用的金属矿高压辊磨机系统中已经得到了验证。在全粒级给料时，排料口间隙的调整范围为辊径的0.02~0.倍，典型金属矿柱钉辊面单位处理量~ts/(m3·h)(矿石相对密度2.7)。国内某铁矿试验性地采用表面堆焊结构的高压辊磨机，入料粒度最大高达80mm，使用不到h，辊面就大面积损毁。若高压辊磨机新给料筛除细粒，物料间的空隙率增加，要想获得相当的矿石密实度，必须减小排料口的宽度(约为辊径的0.~0.02倍)，并使产量减少25%左右，物料间没有细粒物料的填充，物料之间的相对流动性增加，辊胎磨损率增高。国内某低品位铁矿采用高压辊磨机进行工业试验，新给料中筛除-25mm以下粒级，在使用30天左右时，辊面就出现大面积脱落。
一般情况下，在金属矿山领域，辊压取值范围2.5~5MPa，虽然高的压力可以获得较多的细粒产品，但是随着压力增加，功耗也相应增加，处理量减少。通常粉碎金属矿石的单位能耗约为1.5～3.5kW·h/t；另外，给料湿度过高也会加速磨损，使处理量减少。
3.3辊面结构的探讨
针对金属矿用高压辊磨机的辊面，国内外已做了多方面探索，表面堆焊辊面目前在金属矿硬岩碎矿领域还没有成功的案例，从其结构和堆焊工艺特性来看，该结构很难适应高硬度矿石的破碎作业要求，且使用寿命得不到可靠保证；等静压粉末冶金辊面在金属矿虽已有成功的应用案例，但该结构制造工艺难度大，成本高，并很难大型化；表面镶嵌耐磨柱钉辊面在金属矿硬岩粉碎领域的成功应用，使高压辊磨机在金属矿的大规模推广应用成为可能。但是镶嵌的粉末冶金柱钉硬而脆，对辊胎上柱钉的保护成为该类辊面首先考虑的问题。
针对镶嵌柱钉辊面，柱钉的强度决定着高压辊磨机的压力和最大给料粒度；柱钉的寿命取决于矿石的磨蚀性；矿石破碎的效果取决于有多少能量被矿石吸收，而且在实际使用过程中，动辊的磨损比定辊快。以南非PPRustNorth工程应用的φmm×mm试验型镶嵌柱钉高压辊磨机为例，预计辊面使用寿命将超过h(见图8)。在使用一段时间后动定辊可以互换，从传动机构来看，驱动电动机输出同扭矩比输出同转速更能减少辊面的磨损率。除新给料必须严格除铁外，应严格控制给料最大粒度和粒度分布，合理匹配辊压及功率等。若柱钉基体表面破损，可以自动生成耐磨层；若柱钉损毁深度较大，需重新更换柱钉或周围镶嵌小柱钉，或堆焊修复；若辊面柱钉大面积连同基体脱落将是很严重的问题(见图9)，所以要求制造过程中应对锻件质量、热处理工艺、机体孔与柱钉的装配严格规范。而且伴随着辊压机规格的增大，辊子的惯性也越大，对辊钉的保护、辊端的液压系统灵敏度的要求也需相应提高。
图8浮动辊、固定辊磨损情况Fig8Wearingsituationoffloatingrollerandfixedroller
图9柱钉辊胎大面积损坏Fig9Large-areadamageofrollercoatswithcolumnnails
4结论高压辊磨系统的工艺及装备对于金属矿而言，必然是今后一段时间各大矿山企业进行原有流程改造和新项目建设中重点