球磨机工作原理 立磨机参数型号

球磨机工作原理及研磨体运动分析

一、 球磨机工作原理

球磨机的主要工作部件是安装在两个大轴承上并水平放置的旋转圆筒。气缸由隔板分隔成若干隔间，每个隔间内安装有一定形状和尺寸的研磨体。研磨体一般为钢球、钢锻件、钢条、卵石、砾石和瓷球。为了防止气缸磨损，气缸内壁上安装了一个衬套。

当球磨机旋转时，研磨体在与筒体内壁衬面产生的离心力和摩擦力的作用下粘附在筒体内壁衬面上，随筒体旋转，并被带到一定高度（如图1所示），在重力作用下自由下落。当下落时，研磨体像炮弹一样撞击底部的材料并将其打碎。研磨体上升和下降的圆周运动是无止境的。此外，在磨机旋转过程中，研磨体也会滑动和滚动，因此研磨体、衬板和材料之间会发生研磨作用，从而使材料变得精细。

由于进料端新物料的不断进料，进料端和出料端的物料之间存在料位差，可以迫使物料流动，研磨体下落时的冲击产生的轴向推力也迫使物料流动，磨机中的气流运动也有助于物料流动。因此，尽管磨机的机筒是水平放置的，但物料可以从进料端缓慢地流向出料端，以完成研磨操作。

二、研磨体运动的基本状态

球磨机筒体的转速和填充率对研磨材料有很大影响。当圆筒以不同速度旋转时，圆筒中的研磨体可能出现三种基本状态，如图2.2所示。

图2.2（a）当转速太慢时，研磨体和物料由于摩擦被气缸带到与动态摩擦角相等的高度，研磨体和物料将向下滑动，这种状态称为“倾倒状态”，对物料有研磨作用，但对物料的影响很小，从而使研磨效率很差；图2.2（c），转速太快，研磨体和材料都受到其惯性离心力的作用。

附着在圆筒上一起旋转（做圆周运动）称为“翻转状态”，研磨体不能冲击和研磨物料；如图2.2（b）所示，转速合适。研磨体提升到一定高度后落下，称为“下落状态”。研磨体对物料的冲击和研磨作用大，研磨效率高。

其实运动状态很复杂，是依附于磨机筒壁的向上运动；沿着筒壁和研磨体层向下滑动；类似抛射体的投掷运动；自转运动和绕其自身轴的滚动等。所谓研磨体对材料的基本作用是上述各种运动对材料综合作用的结果，其中主要作用可归于冲击和研磨。

分析研磨材料基本功能的目的是确定合理的运动状态，这是正确选择和计算磨机合适的工作速度、所需功率、生产能力和力学计算的基础。

三、球磨机内运动分析

球磨机的研磨作用主要是研磨体对物料的冲击和研磨。为了进一步了解磨机运行过程中研磨体对物料作用的实质，确定磨机的工作参数，如合适的工作速度、功耗、生产能力、研磨体的填充量，以及影响磨机研磨效率的因素、筒体受力和强度计算等。因此，有必要对磨机中研磨体的运动状态进行分析和研究。

研磨体运动的实际状态非常复杂。为了简化问题分析，做出以下基本假设:

（1）磨机正常工作时，研磨体在筒体中的运动轨迹按其位置只有两种:一种是以筒体横截面的几何中心为中心逐层随筒体旋转向上运动；另一种是以抛物线轨迹逐层降落；

（2）研磨体与筒壁之间以及研磨体层间的相对滑动极小，因此在具体计算中忽略不计；

（3）忽略磨机筒体内物料对研磨体运动的影响；

（4）研磨体为颗粒，因此最外层的旋转半径可以用圆柱体的有效内径表示。

研磨体随着圆柱体的旋转按圆弧向上运动，到达一定高度时开始脱离圆弧轨迹，沿抛物线轨迹下落。这个瞬时研磨体中心称为脱离点，每层研磨体的脱离点连线称为脱离点轨迹，如图7.3中AB线所示。当研磨体以抛物线轨迹下落时，它到达着陆终点。这个瞬时研磨体中心点称为落点，每层研磨体落点的连线称为落点轨迹，如图7.3中的CD线所示。

四、球磨机的生产能力

影响球磨机生产能力的因素很多，如物料性质、入磨物料的粒度、要求的产品细度、给料均匀性和磨内填充度等。此外，它还与磨机的结构有关，如磨机筒的长度和直径、料仓的数量、料仓之间的长度比、料仓隔板的形式和有效截面尺寸、研磨体的类型和衬板的形状。采用新技术也是提高磨机生产能力的有效措施。

⑴材料

研磨后的物料易碎易磨，生产能力高；反之，生产能力低。

当物料的粒度较大时，磨机的第一仓必须填充更多的大钢球，这样研磨体才能达到破碎物料的目的，而第一仓在一定程度上会起到破碎机的作用，导致研磨过程不合理，因为磨机的破碎效率远低于破碎机。因此，减小研磨粒度可以提高磨机生产能力并降低功耗。

如果给料均匀，给料量适当，磨机的生产能力就会提高。如果进料量太小或太大，生产能力将降低。因为当进给量过小时，当研磨体下落时，它们并不都冲击在材料上，而是一些研磨体相互碰撞，做无用功；另一方面，如果给料量过多，则不能充分发挥冲击能量，也不能提高磨机的生产能力。

②球磨机的结构

磨机的长径比与生产方式有关。对于明流生产系统中的磨机，长径比L/D = 3.5 ~ 6，以保证产品细度一次性合格。对于循环流生产系统的磨机，应选择L/D=2.5~3.5以增加物料循环。

磨机内的料仓数量一般为2~4个，长径比越大，料仓数量越多。根据实际生产经验，一般的干式环流磨机:用两个料仓粉磨时，第一个料仓的长度为30%~40%，第二个料仓的长度为60% ~ 70%；三仓研磨时，第一仓的长度占总长度的25%~30%，第二仓的长度占总长度的25%~30%，第三仓的长度占总长度的45%~50%。对于开流生产的磨机，细磨仓的长度应适当增加。生产高强水泥时也是如此，以增加物料的细磨时间，使产品达到细度要求。

在磨机中隔板的形式中，隔板中篦孔的数量和尺寸应合适。如果篦孔数量少、尺寸过小，隔板的有效通风面积就会小，从而增加排气阻力，在一定程度上影响物料流速。如果篦孔数量过多或过大，隔板的强度不够，容易使粗颗粒进入下一个仓库，加重负荷，使每个仓库的工作失去平衡。

磨机衬板的表面形状对磨机产量有很大影响，因为它可以改变提升高度，即影响研磨体对物料的冲击和研磨效率。因此，应正确选择衬垫的形式。

物料在磨机中的研磨效率还与物料的类型、规格、级配和填充率有关。因此，我们必须正确合理地选择。

③采用新技术

①研磨系统的自动控制。根据磨机的噪声，采用电耳法控制电磁振动给料机或皮带给料机，控制磨机中物料的适当加入量并自动调节物料的均匀加入量，使磨机中的物料量始终保持在最佳状态，可提高磨机的产量。

②加强磨内通风。磨机内有一定的风速，使研磨过程中产生的微粉能及时被气流带走，减少了微粉的缓冲作用，提高了研磨效率，不影响产品质量。当通风良好时，磨机内的水汽会及时排出，使隔板的篦孔不会堵塞，减少粘连现象，降低磨机内的温度，有利于磨机的运行和产品质量的提高。磨内的通风速度因不同的物料而异，一般为0.3 ~ 1.0m/s..生产高强度水泥应采用低速；相反，你应该选择更大的速度。

③磨内喷水。粉磨水泥时产生大量热量，不利于水泥质量和粉磨效率，影响产量。高压空气体将水雾化喷入磨内，有效带走磨内热量，实现磨内冷却。水是一种表面活性物质，容易分解颗粒的聚集体，防止研磨体被材料包覆。磨内喷水根据磨内温度而定，100℃以下一般不喷水。此外，喷水量取决于进入磨机的熟料温度，约占水泥量的1%~2%，喷入磨机的水完全蒸发，无残留水。水可以从研磨头或研磨尾喷出。当研磨材料的温度很高时，从研磨头喷水是有利的，但一般情况下，从研磨尾喷水。磨内喷水可提高生产能力5%~10%。

（4）在磨机中加入助磨剂可以提高10%左右的生产能力。一般使用三乙醇胺，掺量占研磨料的0.04%~0.1%。

（4）球磨机生产能力计算

上述所有因素都会影响磨机的生产能力。到目前为止，还没有一个计算公式可以包含所有这些因素，确切的数据只能通过生产实践来确定。现将常用的计算公式介绍如下

q = 0.2 vdngv 0.8k（7.70）

式中:q——球磨机的生产能力，t/h；

V——球磨机筒体的有效容积，m3；

D——圆筒的有效内径，m；

K——球磨机单位功率时间的产量，t/（kW·h）。

球磨机单位功率时间的产量如表1所示。

五、研磨体种类与材质

1.类型

不同形状和尺寸的研磨体在研磨过程中具有不同的研磨功能。水泥厂球磨机中使用的研磨体根据其形状主要分为以下几类:

①钢球钢球是球磨机中广泛使用的一种研磨体。根据研磨工艺的要求，通常选用φ 20 ~ φ 130 mm各种规格的钢球；球磨机粗磨仓一般选用φ 50 ~ φ 100 mm的各种钢球，细磨仓一般选用φ 20 ~ φ 50 mm的各种钢球。

（2）钢锻件钢锻件的形状为短圆柱体，其规格以直径乘以长度的毫米数表示。锻钢一般用于开路球磨机的细粉磨仓，也用于闭路球磨机的细粉磨仓。

钢锻件常用规格为φ10mm×φ10mm×10mm ~φ50mm×60mm。小磨仓的钢锻件直径小至φ 12 mm× 12 mm。

③钢棒钢棒是棒材轧机使用的一种研磨体。钢筋规格以直径乘以长度的毫米数表示。一般钢筋直径为φ 40 ~ φ 90 mm，钢筋长度应比磨机钢筋仓长度短φ 50 ~ φ 100 mm。例如:φ2.4m×13m湿式棒球粉碎机，第一个料仓的有效长度为2.75m，使用的钢筋规格为φ60mm×2650mm、φ65mm×2650mm和φ70mm×2650mm。

2.研磨体的材料选择

研磨体应具有高耐磨性和抗冲击性。要求坚硬、耐磨、不易破碎。研磨体表面无明显毛刺和裂纹，钢球圆度不得超过其直径的2%。

在水泥工业中，磨机的研磨体和衬板的消耗量相当大。研磨体材料的质量不仅影响磨机的研磨效率，而且影响磨机的运转率。世界各国在提高耐磨性方面取得了成就，高铬铸铁（钢）球在20世纪60年代至70年代得到广泛应用。日本主营高铬钢球、低铬钢球和合金白口铸铁球；德国主营高铬铸铁球和低合金钢球；美国和加拿大通常使用合金钢球。

近年来，在中国水泥行业中，球磨机中使用的研磨材料如下:

（1）高铬铸球高铬铸球是一种含铬量高（10% Cr以上）的合金白口铸铁球，其特点是耐磨、耐热、耐腐蚀，并具有相当的韧性。马氏体基体高铬铸铁球的表面硬度HRC可达58 ~ 66。高铬铸铁球的耐磨性是普通碳钢球的8 ~ 12倍。

（2）低铬铸球含有少量的铬，可以保持白口铸铁并获得珠光体金相。低铬铸球的韧性和耐磨性与高铬铸球有很大不同。

（3）锻造轴承钢球锻造轴承钢球可以制造各种直径的钢球，碳含量约为1.0%，铬含量约为0.5%，其他元素为常规含量。球耗高于高铬铸铁球，但由于合金元素含量低，仍有广阔的应用市场。

棒球轧机的钢棒材料要求硬度高、耐磨、连续破碎、不弯曲，通常由40Mn钢或70 #高碳钢轧制而成。

3.研磨体的合理承载能力

（1）填充率计算公式

研磨体在磨机中填充的体积与磨机有效体积之比的百分比称为研磨体的填充率。

φ=VsVm×100%

式中:φ ——磨内研磨体的填充率，%；

Vs——磨机中被研磨体填充的体积，m3；

Vm——磨机（料仓）的有效容积，m3。

（2）测量磨机中的球面高度并计算填充率。

当磨机装载研磨体时，验证其填充率是否与配球方案中规定的值一致，或者当磨机运行过程中研磨体磨损后添加一些钢球和钢锻件时，通常通过实际测量和查表来计算填充量。其做法是在磨机内无物料或仅有少量物料时，用直尺测量磨机的有效内径di；然后通过磨机中心测量研磨表面到顶部衬板的垂直距离H，然后计算H/Di值，关系如下（图11）。

φ=β360-sinβ2π

h=Di2cosβ2

H1=Di2-h=Di21-cosβ2

式中:φ——磨机研磨体的填充率；

β-研磨体填充表面与磨机中心的圆心角；

H——磨机中心到研磨体充填面的距离，m；

Di——磨机有效内径，m；

H1——磨内研磨体充填面的高度，m

表7.2中列出了计算的H/Di值。

对于研磨体填充率大于32%的磨机，以下经验公式也可用于直接计算填充率。

φ0=113-126Hdi

式中:φ0——磨内研磨体的填充率，%。

在测量磨机中研磨体的填充表面高度时，应注意磨机中物料的填充情况。如果料位高于研磨体15 ~ 20 mm，则应从计算的填充率中减去2% ~ 4%的误差。

磨矿充填率对磨机的磨矿效率影响很大，磨矿体充填率过高或过低都会降低磨矿效率。

影响研磨体最佳填充率的因素很多，如磨机的形式、规格、内部结构特征和被研磨物料的性质等。因此，在生产中应通过实验找到最佳填充率，并根据影响因素的变化程度进行适当调整。表7.3显示了中国水泥厂各种磨机的一般磨体填充率。

水泥厂各种磨机研磨体的填充率

中部出料或尾部出料的干燥磨的填充比φ（%）为25 ~ 28；一次闭路长磨的充填率φ（%）为30 ~ 36；开路长磨填充率（%）为25 ~ 30；粉体选择和干燥短球磨填充率（%）为35 ~ 38；棒球磨的填充率（%）为20 ~ 25；两段闭路短球磨的填充率（%）为40 ~ 45。

对于两级闭路球磨机和多仓磨机，应根据各级磨矿或各仓磨矿的平衡状态调整磨矿体的填充率。例如，如果三仓磨机在生产中表现出粗磨能力不足而细磨能力较强，则应适当提高第一仓中钢球的填充率并降低第三仓中钢锻件（球）的填充率，以使各仓的研磨效果达到相对平衡。

在生产中改变产品品种或质量要求时，我们还应考虑适当调整填充率。

（3）研磨体载荷计算

装载到磨机（或料仓）中的研磨体的质量称为研磨体装载，它取决于磨机的填充率。

G=Vφρ

G=0.00785D2iLφρ

式中:g——磨机中研磨体的负载能力，t；

V——磨机（料仓）的有效容积，m3；

Di——磨机（料仓）的有效直径，m；

L——磨机（仓）的有效长度，m；

φ ——磨内研磨体的填充率，%；

ρ ——研磨体的体积密度，t/m3。

钢球的容重一般为4.56 ~ 4.85 t/m3。

4、钢球分级

钢球的大小和直径及其质量称为钢球分级。钢球分级直接影响磨机的产量、产品质量和金属消耗。钢球级配的合理选择主要是根据被磨物料的理化性能、磨机的结构和所要求的产品细度来确定的。

在研磨物料的过程中，钢球应具有足够的冲击力和研磨效果。在研磨体负载量不变的情况下，小钢球的总表面积大于大钢球，与物料接触的机会更多。因此，对于经过研磨和精细研磨的细粒材料，应选择小钢球。但另一方面，为了进行有效的精细研磨，需要粉碎大块材料，因此需要使钢球具有更大的能量。所选钢球的大小与研磨料的粒度有一定的关系。材料的粒径越大，钢球的直径就应该越大。可见，磨机中完全使用大直径或小直径钢球都是不合适的，必须进行合理的配合。

根据生产经验，钢球级配的选择一般由以下因素决定:

（1）根据被磨物料的粒度、硬度、可磨性和细度要求确定钢球等级。当被磨物料粒度小、可磨性好、产品细度较细时，需要加强对物料的研磨作用，钢球直径应较小。另一方面，如果被磨物料的粒度较大，可磨性较差，则需要加强对物料的冲击破碎效果，此时应选择大直径钢球。

（2）大钢球混合钢球组的空间隙比大于小钢球混合钢球组。为了控制磨机中物料的流速，大小钢球一般一起使用。适当减小钢球之间的空间隙可以减缓物料在磨内的流速，延长物料在磨内的停留时间，提高研磨效率。钢球的分级数不宜过多，因为钢球的直径不同，其线速度也不同，这往往会导致钢球自然分层，直径较大的在内层。如果级配过多，分层会更严重，从而影响研磨效率。

（3）钢球直径还与磨机中单位体积物料的产量有关。在闭路磨矿过程中，分级机的回流增加了磨机中单位体积物料的产量。在这种情况下，钢球在受到冲击时会得到“缓冲”。因此回收量高，钢球直径略大；相反，它很小。

（4）磨机衬板的表面形状也是配球时需要考虑的因素之一。如果衬板的表面形状导致携球能力不足，则钢球提升能力不足。

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