趙亮+++王裕龍

摘 要：球磨機(jī)是一種在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用極為廣泛的粉碎設(shè)備。球磨機(jī)大型化發(fā)展是現(xiàn)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一，通過球磨機(jī)的大型化提高粉碎效率并降低單位能耗是球磨機(jī)大型化的主要目標(biāo)。在球磨機(jī)大型化的過程中僅僅通過"比例放大"的方式對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)是無法取得良好的粉碎效果的，應(yīng)當(dāng)在總結(jié)分析球磨機(jī)大型化后鋼球運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)上找出合理的球磨機(jī)襯板形狀，以確保球磨機(jī)能夠取得良好的工作性能。文章在分析球磨機(jī)襯板形狀對(duì)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)（鋼球等）運(yùn)動(dòng)軌跡所造成的影響的基礎(chǔ)上，對(duì)如何做好球磨機(jī)襯板形狀的選取進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：球磨機(jī)；襯板；形狀；效率

前言

通過球磨機(jī)大型化來提高球磨機(jī)的工作效率是國內(nèi)外球磨機(jī)大型化研究中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。在球磨機(jī)大型化的設(shè)計(jì)過程中如僅僅采用傳統(tǒng)的“比例放大”方式來對(duì)球磨機(jī)大型化進(jìn)行設(shè)計(jì)，將會(huì)導(dǎo)致球磨機(jī)存在諸多的設(shè)計(jì)缺陷，不利于球磨機(jī)工作效率的提升。球磨機(jī)在工作的過程中主要依靠的是球磨機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)對(duì)礦石的沖擊和研磨作用，球磨機(jī)中襯板形狀的不同將會(huì)對(duì)球磨機(jī)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生不同程度的影響，進(jìn)而影響磨礦效率。為使得球磨機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)獲得良好的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過在球磨機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)了不同形狀的襯板并對(duì)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的工作特性進(jìn)行了采樣分析，從而找出球磨機(jī)大型化中各工作參數(shù)的最佳匹配。

1 球磨機(jī)內(nèi)襯板形狀對(duì)球磨機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生的影響分析

球磨機(jī)在物料粉碎時(shí)主要依靠的是其內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)與物料之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)的。其內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)在工作的過程中主要有瀉落、拋落和離心三種典型的運(yùn)動(dòng)軌跡。在上述三種運(yùn)動(dòng)軌跡中，運(yùn)動(dòng)介質(zhì)在拋落運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)其所具有的沖擊力既對(duì)物料產(chǎn)生沖擊破碎作用，又能夠?qū)ξ锪袭a(chǎn)生一定的研磨作用，從而在球磨機(jī)工作過程中取得較為良好的磨礦效果。球磨機(jī)襯板是球磨機(jī)中重要的組件，其形狀的不同會(huì)對(duì)球磨機(jī)中運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的有用功率和碰撞能量分布等造成一定的影響。為確保球磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)效果應(yīng)當(dāng)做好球磨機(jī)襯板形狀與球磨機(jī)轉(zhuǎn)速等不同參數(shù)的匹配，從而最大限度的確保球磨機(jī)的研磨效果。球磨機(jī)襯板會(huì)對(duì)球磨機(jī)筒體旋轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)與筒體接觸的方式和拋落點(diǎn)的受力體系造成改變，并對(duì)球磨機(jī)中介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生極大的影響。下文將就不同襯板形狀對(duì)球磨機(jī)內(nèi)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)軌跡所產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析：（1）矩形襯板對(duì)于球磨機(jī)中運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，在采用矩形襯板時(shí)，在球磨機(jī)筒體轉(zhuǎn)速率較低的情況下，筒體內(nèi)的矩形襯板會(huì)對(duì)最外層介質(zhì)（鋼球等）產(chǎn)生良好的提升效果，使得最外層介質(zhì)產(chǎn)生拋落運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于最內(nèi)層的介質(zhì)所產(chǎn)生的提升效果并不明顯，內(nèi)層介質(zhì)會(huì)在球磨機(jī)的內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)傾斜面，并在這一傾斜面達(dá)到一定的角度時(shí)傾斜面上的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)會(huì)沿著傾斜面自由滑落。隨著筒體轉(zhuǎn)速的提升直至達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速60%時(shí)，筒體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)特性并未產(chǎn)生明顯的改變，但是最外層介質(zhì)的拋落運(yùn)動(dòng)軌跡較為理想，介質(zhì)拋落的高度較大、作用在物料上的力較大從而產(chǎn)生較強(qiáng)的破碎沖擊。隨著轉(zhuǎn)速率的進(jìn)一步提升，最外層介質(zhì)產(chǎn)生的降落點(diǎn)將會(huì)逐漸離開礦石存在的區(qū)域，從而作用在裸露的襯板表面，在這一過程中會(huì)伴隨著巨大的噪音和振動(dòng)，加快襯板的磨損，減少襯板的使用壽命，也不利于磨機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。通過上述分析后發(fā)現(xiàn)，在球磨機(jī)中采用矩形襯板將會(huì)導(dǎo)致筒體內(nèi)的介質(zhì)在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生明顯的內(nèi)、外層分層現(xiàn)象，內(nèi)、外層介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)有所差異，在筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需要達(dá)到特定的轉(zhuǎn)速率才能使得內(nèi)、外層介質(zhì)獲得相對(duì)理想的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。為使得選用矩形襯板的球磨機(jī)獲得良好的工作特性，應(yīng)當(dāng)確保最外層介質(zhì)處于理想的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)這一特性分析應(yīng)當(dāng)將選用矩形襯板的球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速率控制在60%以內(nèi)。（2）梯形襯板對(duì)球磨機(jī)中運(yùn)動(dòng)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。當(dāng)球磨機(jī)中采用梯形襯板時(shí)，在球磨機(jī)的筒體轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速60%時(shí)，梯形襯板會(huì)對(duì)筒體內(nèi)的最外層介質(zhì)及靠近最外層的部分介質(zhì)產(chǎn)生較為明顯的提升效果，從而使得這一部分的介質(zhì)獲得拋落運(yùn)動(dòng)，剩余的靠近內(nèi)層的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)將處于瀉落運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。隨著球磨機(jī)轉(zhuǎn)速率進(jìn)一步提升，球磨機(jī)中外層運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的拋落高度也隨之進(jìn)一步的提高。而當(dāng)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速率提高至75%時(shí)，運(yùn)動(dòng)介質(zhì)處于拋落運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的介質(zhì)增多，且各層介質(zhì)拋落高度均變大，運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的拋落軌跡處于理想狀態(tài)。隨著球磨機(jī)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提升，運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中處于拋落狀態(tài)的占比較高且介質(zhì)拋落較為均勻，但是一部分的外層介質(zhì)由于拋落高度較高導(dǎo)致超出了礦石存在區(qū)域而直接沖擊在裸露的襯板上，對(duì)球磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)造成了一定的影響。通過對(duì)球磨機(jī)中運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，采用梯形襯板的大型球磨機(jī)，球磨機(jī)工作時(shí)在75%的臨界轉(zhuǎn)速下都能夠得到較好的拋落效果。（3）波形襯板對(duì)于球磨機(jī)中運(yùn)動(dòng)介質(zhì)拋落軌跡的影響。通過對(duì)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的拋落軌跡進(jìn)行試驗(yàn)分析后發(fā)現(xiàn)，在球磨機(jī)轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速70%時(shí)其筒體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)發(fā)生拋落運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)占比較低且拋落的高度不高，因此無法對(duì)物料形成較強(qiáng)的沖擊力，多數(shù)的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)都處于瀉落狀態(tài)。瀉落運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的磨礦作用以研磨為主，沖擊為輔，磨礦效率不高。當(dāng)轉(zhuǎn)速率提升時(shí)，球磨機(jī)筒體內(nèi)的拋落介質(zhì)占比增加，但是運(yùn)動(dòng)介質(zhì)上升階段會(huì)產(chǎn)生一定的滑動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速率提升至85%時(shí)，筒體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)大部分處于拋落狀態(tài)且外層運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的拋落高度較高，其落在介質(zhì)沖擊區(qū)時(shí)能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊效果，介質(zhì)的拋落軌跡較為理想。當(dāng)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸提升至臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，筒體中的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)在筒體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生離心運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象，此時(shí)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)之間和運(yùn)動(dòng)介質(zhì)與襯板之間幾乎沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就不對(duì)礦石產(chǎn)生研磨作用。

通過對(duì)幾種球磨機(jī)中不同襯板形狀運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在相同的轉(zhuǎn)速率條件下，筒體中的襯板會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的拋落點(diǎn)和降落點(diǎn)產(chǎn)生較大的影響。在球磨機(jī)中使用矩形、梯形和波形襯板后其最佳拋落軌跡分別發(fā)生在球磨機(jī)轉(zhuǎn)速率為60%、75%和85%的情況下。在運(yùn)行的過程中，矩形襯板會(huì)使得運(yùn)動(dòng)介質(zhì)發(fā)生較為嚴(yán)重的分層問題，沖擊破碎效果不強(qiáng)。采用梯形襯板的球磨機(jī)其筒體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)拋落高度相對(duì)較大，從而能夠形成較為理想的運(yùn)動(dòng)軌跡。而波形襯板的球磨機(jī)在工作時(shí)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的拋落高度較低，從而無法對(duì)物料形成較為良好的破碎效果。

2 球磨機(jī)中襯板形狀對(duì)球磨機(jī)中有用功率的影響

球磨機(jī)的有用功率指的是穩(wěn)定功率與旋轉(zhuǎn)角速度的乘積。當(dāng)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速率低于球磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，使用矩形、波形、梯形襯板都會(huì)使得球磨機(jī)的有用功率隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大。矩形襯板的球磨機(jī)在轉(zhuǎn)速率達(dá)到70%-80%的區(qū)間范圍時(shí)，球磨機(jī)中的有用功率的振幅會(huì)較為平穩(wěn)，當(dāng)超過80%時(shí)球磨機(jī)的有用功率將會(huì)產(chǎn)生較大的增幅。而采用梯形襯板的球磨機(jī)，其有用功率在轉(zhuǎn)速率<80%的區(qū)段是呈逐漸上升趨勢(shì)的，而當(dāng)轉(zhuǎn)速率超過80%時(shí)球磨機(jī)的有用功率的增幅將會(huì)變緩。而采用波形襯板的球磨機(jī)其有用功率與球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速率呈線性關(guān)系。通過結(jié)合球磨機(jī)中運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速率低于60%時(shí)，采用矩形襯板的球磨機(jī)將能夠得到較好的有用功率，其運(yùn)動(dòng)介質(zhì)降落在介質(zhì)區(qū)能夠獲得良好的沖擊效果，而當(dāng)轉(zhuǎn)速率在60%-75%的區(qū)間內(nèi)時(shí)，梯形襯板的球磨機(jī)所獲得的有用功率最大。

3 結(jié)束語

不同的襯板形狀會(huì)對(duì)大型球磨機(jī)中的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生影響。相同轉(zhuǎn)速率條件下不同襯板形狀的球磨機(jī)之間所產(chǎn)生的有用功率差別較大，此外，在襯板形狀的選擇上還需要充分考慮物料直徑與介質(zhì)之間的碰撞能量。

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