球磨機(jī)工作原理及研磨體運(yùn)動(dòng)的基本狀態(tài)

球磨機(jī)工作原理

球磨機(jī)和內(nèi)部的鋼球研磨介質(zhì)

球磨機(jī)的主要工作部分是一個(gè)裝在兩個(gè)大型軸承上并水平放置的回轉(zhuǎn)圓筒，筒體用隔倉(cāng)板分成幾個(gè)倉(cāng)室，在各倉(cāng)內(nèi)裝有一定形狀和大小的研磨體。研磨體一般為鋼球、鋼鍛、鋼棒、卵石、礫石和瓷球等。為了防止筒體被磨損，在筒體內(nèi)壁裝有襯板。

當(dāng)球磨機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，研磨體在離心力和與筒體內(nèi)壁的襯板面產(chǎn)生的摩擦力的作用下，貼附在筒體內(nèi)壁的襯板面上，隨筒體一起回轉(zhuǎn)，并被帶到一定高度，在重力作用下自由下落，下落時(shí)研磨體像拋射體一樣，沖擊底部的物料把物料擊碎。研磨體上升、下落的循環(huán)運(yùn)動(dòng)是周而復(fù)始的。此外，在磨機(jī)回轉(zhuǎn)的過程中，研磨體還產(chǎn)生滑動(dòng)和滾動(dòng)，因而研磨體、襯板與物料之間發(fā)生研磨作用，使物料磨細(xì)。由于進(jìn)料端不斷喂入新物料，使進(jìn)料與出料端物料之間存在著料面差能強(qiáng)制物料流動(dòng)，并且研磨體下落時(shí)沖擊物料產(chǎn)生軸向推力也迫使物料流動(dòng)，另外磨內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)也幫助物料流動(dòng)。因此，磨機(jī)筒體雖然是水平放置，但物料卻可以由進(jìn)料端緩慢地流向出料端，完成粉磨作業(yè)。

研磨體運(yùn)動(dòng)的基本狀態(tài)：傾斜 、拋落、周轉(zhuǎn)

球磨機(jī)筒體的回轉(zhuǎn)速度和研磨體的填充率對(duì)于粉磨物料的作用影響很大。當(dāng)筒體以不同轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時(shí)，筒體內(nèi)的研磨體可能出現(xiàn)三種基本狀態(tài)，轉(zhuǎn)速太慢，研磨體和物料因摩擦力被筒體帶到等于動(dòng)摩擦角的高度時(shí)，研磨體和物料就下滑，稱為“傾瀉狀態(tài)”，對(duì)物料有研磨作用，但對(duì)物料的沖擊作用很小，因而使粉磨效率不佳；轉(zhuǎn)速太快，研磨體和物料在其慣性離心力的作用下貼附筒體一起回轉(zhuǎn)（作圓周運(yùn)動(dòng)），稱為“周轉(zhuǎn)狀態(tài)”，研磨體對(duì)物料起不到?jīng)_擊和研磨作用；轉(zhuǎn)速比較適宜，研磨體提升到一定高度后拋落下來，稱為“拋落狀態(tài)”，研磨體對(duì)物料較大的沖擊和研磨作用，粉磨效率高。 

實(shí)際上，研磨體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是很復(fù)雜的，有貼附在磨機(jī)筒壁向上的運(yùn)動(dòng)；有沿筒壁和研磨體層向下的滑動(dòng)；有類似拋射體的拋落運(yùn)動(dòng)；有繞自身軸線的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及滾動(dòng)等。所謂研磨體對(duì)物料的基本作用，正是上述各種運(yùn)動(dòng)對(duì)物料的綜合作用的結(jié)果，其中主要的可以歸結(jié)為沖擊和研磨作用。分析研磨體粉碎物料的基本作用，目的是為確定研磨體的合理運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這是正確選擇與計(jì)算磨機(jī)的適宜工作轉(zhuǎn)速、需用功率、生產(chǎn)能力以及磨機(jī)機(jī)械計(jì)算的依據(jù)。

球磨機(jī)內(nèi)研磨體的運(yùn)動(dòng)分析

研磨機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

球磨機(jī)的粉磨作用，主要是研磨體對(duì)物料的沖擊和研磨。為了進(jìn)一步了解磨機(jī)操作時(shí)研磨體對(duì)物料作用的實(shí)質(zhì)，以便確定磨機(jī)的工作參數(shù)，如適宜的工作轉(zhuǎn)速、功率消耗、生產(chǎn)能力、研磨體裝填量以及掌握影響磨機(jī)粉磨效率的各項(xiàng)因素、筒體受力情況與強(qiáng)度計(jì)算等，都必須對(duì)研磨體在磨機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加以分析研究。

基本假設(shè)研磨體運(yùn)動(dòng)的實(shí)際狀態(tài)是很復(fù)雜的，為了使問題分析簡(jiǎn)單化，作如下基本假設(shè)：

(1) 當(dāng)磨機(jī)在正常工作時(shí)，研磨體在筒體內(nèi)按所在位置的運(yùn)動(dòng)軌跡只有兩種：一種是一層層地以筒體橫斷面幾何中心為圓心，按同心圓弧軌跡隨著筒體回轉(zhuǎn)作向上運(yùn)動(dòng)；另一種是一層層地按拋物線軌跡降落下來；

(2) 研磨體與筒壁間及研磨體層與層之間的相對(duì)滑動(dòng)極小，具體計(jì)算時(shí)略去不計(jì)；

(3) 磨機(jī)筒體內(nèi)物料對(duì)研磨體運(yùn)動(dòng)的影響略去不計(jì)；

(4) 研磨體作為一質(zhì)點(diǎn)，因此最外層研磨體的回轉(zhuǎn)半徑，可以用筒體的有效內(nèi)徑表示。研磨體按圓弧隨筒體回轉(zhuǎn)作向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到某一高度時(shí)，開始離開圓弧軌跡而沿拋物線軌跡下落，此瞬時(shí)的研磨體中心稱為脫離點(diǎn)，各層研磨體脫離點(diǎn)的連線稱為脫離點(diǎn)軌跡。當(dāng)研磨體以拋物線軌跡降落后，到達(dá)降落終點(diǎn)，此瞬時(shí)的研磨體中心點(diǎn)稱為降落點(diǎn)，各層研磨體降落點(diǎn)的連線稱為降落點(diǎn)軌跡。

球磨機(jī)的生產(chǎn)能力

球磨機(jī)生產(chǎn)能力的影響因素

影響球磨機(jī)生產(chǎn)能力的因素很多，例如物料性質(zhì)、入磨物料粒度、要求產(chǎn)品細(xì)度、加料均勻程度和磨機(jī)內(nèi)裝填程度等。另外還與磨機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，例如磨機(jī)筒體長(zhǎng)度和直徑、倉(cāng)數(shù)、各倉(cāng)間長(zhǎng)度的比值、隔倉(cāng)板的形式和有效斷面大小、研磨體種類以及襯板形狀等。還有新工藝和新技術(shù)的采用，也是提高磨機(jī)生產(chǎn)能力的有效措施。

（1）物料方面：入磨物料易碎性大，容易粉磨，生產(chǎn)能力就高；反之則生產(chǎn)能力就低。

入磨物料粒度大時(shí)，磨機(jī)第一倉(cāng)必須裝入較多的大鋼球，這樣可使研磨體達(dá)到擊碎物料的目的，第一倉(cāng)在一定程度上便起到破碎機(jī)的作用，造成粉磨過程不合理，因磨機(jī)的破碎效率比破碎機(jī)低得多。所以減小入磨粒度能提高磨機(jī)生產(chǎn)能力，降低電耗。

加料均勻，而且加料量合適，則磨機(jī)生產(chǎn)能力提高。加料量太少或過多，都要降低生產(chǎn)能力。因?yàn)榧恿狭刻贂r(shí)，研磨體降落時(shí)，并不全部沖擊在物料上，而是有一部分研磨體互相撞擊，作了無(wú)用功；反之，加料量過多，研磨體的沖擊能量不能充分發(fā)揮，磨機(jī)生產(chǎn)能力也不能提高。

(2)球磨機(jī)結(jié)構(gòu)方面：磨機(jī)的長(zhǎng)徑比與生產(chǎn)方式有關(guān)，對(duì)于開流生產(chǎn)系統(tǒng)的磨機(jī)，為保證產(chǎn)品的細(xì)度一次合格，長(zhǎng)徑比L/D=3.5~6；對(duì)于圈流生產(chǎn)系統(tǒng)的磨機(jī)，為加大物料的流通量，應(yīng)選取L/D=2.5~3.5。

磨機(jī)內(nèi)的倉(cāng)數(shù)一般為2~4倉(cāng)，長(zhǎng)徑比愈大，倉(cāng)數(shù)愈多?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來確定，一般干法圈流生產(chǎn)磨機(jī)：雙倉(cāng)磨時(shí)，第一倉(cāng)倉(cāng)長(zhǎng)為全長(zhǎng)的30%~40%，第二倉(cāng)倉(cāng)長(zhǎng)為全長(zhǎng)的60%~70%；三倉(cāng)磨時(shí)，第一倉(cāng)倉(cāng)長(zhǎng)為全長(zhǎng)的25%~30%，第二倉(cāng)倉(cāng)長(zhǎng)為全長(zhǎng)的25%~30%，第三倉(cāng)倉(cāng)長(zhǎng)為全長(zhǎng)的45%~50%。對(duì)于開流生產(chǎn)的磨機(jī)，細(xì)磨倉(cāng)應(yīng)適當(dāng)增加長(zhǎng)度。生產(chǎn)高強(qiáng)度等級(jí)的水泥時(shí)也是這樣，這是為了增加物料的細(xì)磨時(shí)間，使產(chǎn)品達(dá)到細(xì)度要求。

磨機(jī)內(nèi)隔倉(cāng)板的形式，隔倉(cāng)板的篦孔數(shù)量和大小要恰當(dāng)，如果篦孔數(shù)量不多，尺寸太小，隔倉(cāng)板的有效通風(fēng)面積就小，這樣增加了抽風(fēng)阻力，而且物料流速也受到一定影響。如果篦孔數(shù)量太多或太大，則隔倉(cāng)板的強(qiáng)度不夠，且易使較粗顆粒進(jìn)入下一倉(cāng)，負(fù)荷加重，各倉(cāng)工作便失去平衡。

磨機(jī)襯板的表面形狀對(duì)磨機(jī)產(chǎn)量的影響也不小，因它可以改變研磨體的提升高度，即影響研磨體對(duì)物料的沖擊和研磨效率。所以，應(yīng)該正確選擇襯板的形式。

物料在磨內(nèi)粉磨效率也與研磨體的種類、規(guī)格、級(jí)配和填充率有關(guān)。因此，必須正確合理地選擇。

(3)采用新技術(shù)方面：粉磨系統(tǒng)自動(dòng)控制。根據(jù)磨機(jī)噪聲，采用電耳法控制電磁振動(dòng)給料機(jī)或皮帶喂料機(jī)，控制磨內(nèi)物料適量和自動(dòng)調(diào)節(jié)物料均勻加入，使磨內(nèi)物料量始終保持最佳狀態(tài)，這樣可提高磨機(jī)產(chǎn)量。

加強(qiáng)磨內(nèi)通風(fēng)。磨內(nèi)具有一定的風(fēng)速，使粉磨過程中產(chǎn)生的微粉能及時(shí)被氣流帶走，減少了微粉的緩沖作用，可以提高粉磨效率，產(chǎn)品質(zhì)量不會(huì)受到影響。當(dāng)通風(fēng)良好時(shí)，磨內(nèi)水蒸氣及時(shí)排出，隔倉(cāng)板篦孔不致被堵塞，研磨體的粘附現(xiàn)象也減少，并能降低磨內(nèi)溫度，這樣有利于磨機(jī)操作和提高產(chǎn)品質(zhì)量。磨內(nèi)通風(fēng)速度因粉磨不同物料而不同，一般為0.3~1.0m/s。生產(chǎn)高強(qiáng)度等級(jí)水泥應(yīng)選用低速；反之應(yīng)選用大一點(diǎn)的速度。

磨內(nèi)噴水。粉磨水泥時(shí)要產(chǎn)生很多熱量，這對(duì)水泥質(zhì)量和粉磨效率都是不利的，并影響產(chǎn)量。水以高壓空氣加以霧化噴入磨內(nèi)，有效地帶走了磨內(nèi)的熱量，實(shí)現(xiàn)磨內(nèi)冷卻。水是表面活性物質(zhì)，容易使微粒的聚結(jié)體實(shí)現(xiàn)解體，防止研磨體上包料。磨內(nèi)噴水是根據(jù)磨內(nèi)溫度而確定，一般在100℃以下不噴水。另外，噴水量根據(jù)入磨熟料溫度而定，約占水泥量的1%~2%，并使噴入磨內(nèi)水分完全蒸發(fā)，不殘留水分。從磨頭噴水或磨尾噴水都可以。當(dāng)入磨物料溫度很高時(shí)，從磨頭噴水比較有利，而在一般情況下是從磨尾噴水的。磨內(nèi)噴水可使生產(chǎn)能力提高5%~10%。磨內(nèi)加入助磨劑，可提高生產(chǎn)能力10%左右，一般用三乙醇胺，摻入量占入磨物料的0.04%~0.1%。

研磨體

研磨體的種類、材質(zhì)、鋼球級(jí)配 

5.1研磨體的種類與材質(zhì)

(1)研磨體的種類：不同形狀和大小的研磨體，在粉磨過程中具有不同的研磨作用。水泥廠中球磨機(jī)使用的研磨體按其形狀分類主要有以下幾種:

①鋼球：鋼球是球磨機(jī)廣泛使用的一種研磨體。根據(jù)粉磨工藝要求，通常選用20～120mm

的各種規(guī)格的鋼球；對(duì)于球磨機(jī)的粗磨倉(cāng)一般選用50～100mm的各種鋼球，細(xì)磨倉(cāng)則選用20～50mm的各種鋼球。

②鋼鍛：鋼鍛的外形為短圓柱形，其規(guī)格以直徑乘長(zhǎng)度的毫米數(shù)表示。鋼鍛一般用于開路球磨機(jī)的細(xì)粉磨倉(cāng)，也用于閉路球磨機(jī)的細(xì)粉磨倉(cāng)。常用的鋼鍛的規(guī)格有15mm×20mm、18mm×

22mm、20mm×25mm、25mm×30mm等。小磨細(xì)磨倉(cāng)的鋼鍛直徑小至12mm以下。

③鋼棒：鋼棒是棒磨機(jī)使用的一種研磨體。鋼棒規(guī)格以直徑乘長(zhǎng)度的毫米數(shù)表示。鋼棒直徑一般選用40～90mm，棒長(zhǎng)應(yīng)比磨機(jī)棒倉(cāng)長(zhǎng)度短50～100mm。例如：2.4m×13m濕法棒球磨，第一倉(cāng)有效長(zhǎng)度為2.75m，使用鋼棒規(guī)格為60mm×2650mm、65mm×2650mm和70mm×2650mm。

(2)研磨體的材質(zhì)選擇：研磨體應(yīng)具有較高的耐磨性和耐沖擊性。要求其材質(zhì)堅(jiān)硬、耐磨又不易破裂。研磨體表面不允許有毛刺和裂縫，鋼球的不圓度不得超過其直徑的2％。在水泥工業(yè)中，磨機(jī)研磨體及襯板的消耗量相當(dāng)大，研磨體材質(zhì)的好壞，不僅影響到磨機(jī)的粉磨效率，而且關(guān)系到磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。世界各國(guó)在提高研磨體的耐磨性上作出了成果，從20世紀(jì)60年代至70年代就廣泛應(yīng)用高鉻鑄鐵(鋼)球。日本主要有高鉻鋼球、低鉻鋼球和合金白口鑄鐵球；德國(guó)主要有高鉻鑄鐵球和低合金鋼球；美國(guó)、加拿大常用合金鋼球。

近年來，在我國(guó)水泥工業(yè)中，球磨機(jī)用的研磨體材質(zhì)有如下幾種：

①高鉻鑄鐵：高鉻鑄鐵是一種含鉻量高的合金白口鑄鐵，其特性是耐磨、耐熱、耐腐蝕，并具有相當(dāng)?shù)捻g性。馬氏體基體的高鉻鑄鐵球表面硬度HRC可達(dá)54～66。高鉻鑄鐵球的耐磨性為普通碳素鋼球的8～12倍。

②低鉻鑄鐵：低鉻鑄鐵含有少量的鉻元素，可保持鑄鐵的白口獲得馬氏體金相。低鉻鑄鐵韌性較高鉻鑄鐵差，但有良好的耐磨特性，用作小球、鐵鍛以及細(xì)磨倉(cāng)中的襯板是適宜的。

③鍛造軸承鋼：鍛造軸承鋼可以制造各種直徑的鋼球，含碳量為1.0％左右，含鉻量為1.5％左右，其余元素為常規(guī)含量。球耗比高鉻鑄鐵球高，但由于合金元素含量低，仍有較廣闊的使用市場(chǎng)。

棒球磨的鋼棒材質(zhì)要求硬度高、耐磨、不斷碎、不彎曲，常用40Mn鋼或70號(hào)高碳鋼軋制而成。

5.2鋼球級(jí)配

大小直徑的鋼球及其質(zhì)量的配合稱為鋼球級(jí)配。鋼球級(jí)配直接影響磨機(jī)的產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量和金屬消耗。鋼球級(jí)配的合理選擇，主要根據(jù)被粉磨物料的物理化學(xué)性能、磨機(jī)結(jié)構(gòu)以及要求的產(chǎn)品細(xì)度等因素確定。

物料在粉磨過程中，需要鋼球有足夠的沖擊作用，同時(shí)要有一定的研磨作用。在研磨體裝載量不變的情況下，小鋼球比大鋼球的總表面積大，與物料接觸的機(jī)會(huì)多，故對(duì)需要研碎、細(xì)磨的細(xì)顆粒物料應(yīng)選擇小鋼球。但從另一方面看，要將大塊的物料擊碎，才能進(jìn)行有效的細(xì)磨，因而必須使鋼球具有較大的能量。選用鋼球的大小與被粉磨物料的粒度有一定關(guān)系，

物料粒度越大，鋼球直徑也應(yīng)該越大。由此可見，磨機(jī)中完全使用大直徑或完全使用小直徑的鋼球是不合適的，必須進(jìn)行合理的配合。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選擇鋼球級(jí)配一般按如下因素關(guān)系確定：

(1)依據(jù)入磨物料的粒度、硬度、易磨性以及對(duì)產(chǎn)品的細(xì)度要求確定鋼球級(jí)配。當(dāng)入磨物料粒度小，易磨性好，產(chǎn)品細(xì)度要求較細(xì)時(shí)，就需要加強(qiáng)對(duì)物料的研磨作用，

選用的鋼球直徑應(yīng)小些。反之，若入磨物料粒度較大，易磨性差時(shí)，就需要加強(qiáng)對(duì)物料的沖擊粉碎作用，此時(shí)應(yīng)選用大直徑鋼球。

(2)由大鋼球配合的混合鋼球群較由小鋼球配合的混合鋼球群空隙率大。為了控制物料在磨內(nèi)的流速，一般采用大小鋼球配合使用。適當(dāng)減少鋼球之間的空隙，能使物料在磨內(nèi)的流速減慢，延長(zhǎng)物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間，提高粉磨效率。鋼球的級(jí)配數(shù)也不宜過多，因?yàn)殇撉蛟谶\(yùn)動(dòng)過程中，由于直徑不同其線速度不一樣，往往會(huì)產(chǎn)生鋼球的自然分層，直徑大的處在內(nèi)層。若級(jí)配過多，分層更嚴(yán)重，這會(huì)影響粉磨效率。

(3)選用鋼球直徑的大小，還與磨內(nèi)單位容積物料通過量有一定的關(guān)系。在閉路粉磨時(shí)，選粉機(jī)的回料使磨內(nèi)單位容積物料通過量增加，在此情況下，鋼球在沖擊時(shí)，會(huì)受到一定的“緩沖”作用。因此，循環(huán)回料量高，鋼球的直徑要稍為大些；反之則小。

(4)磨機(jī)襯板表面形狀也是配球需要考慮的因素之一。若襯板表面形狀致使帶球能力不足，則鋼球提升高度降低，沖擊力減小，此時(shí)鋼球直徑應(yīng)選大些。

總之，由于影響鋼球級(jí)配的因素較多，一個(gè)合理的鋼球級(jí)配是相對(duì)的，暫時(shí)的，不是固定不變的。最合理的鋼球級(jí)配是在生產(chǎn)中通過測(cè)定分析磨機(jī)粉磨情況，以及統(tǒng)計(jì)鋼球級(jí)配的歷史資料而不斷優(yōu)選出來的。