摘 要：【目的】通過對球磨設(shè)備領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的深入分析，有助于了解該領(lǐng)域面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和現(xiàn)有的解決方案，以及當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢?！痉椒ā客ㄟ^對球磨設(shè)備領(lǐng)域的全球?qū)＠麛?shù)據(jù)進行綜合梳理和分析，揭示專利申請趨勢、地理分布情況、主要申請人以及技術(shù)創(chuàng)新的熱點區(qū)域?！窘Y(jié)果】國內(nèi)外在球磨設(shè)備領(lǐng)域的主要申請人多為重工業(yè)企業(yè)，關(guān)鍵技術(shù)分支包括襯板改進和自動加球裝置。在襯板技術(shù)的發(fā)展上，重點在于通過材料改良或結(jié)構(gòu)設(shè)計來增強襯板的耐磨性和提升其帶球效率；而自動加球裝置的改進旨在解決卡球及堵球問題?！窘Y(jié)論】相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)應(yīng)密切關(guān)注這些技術(shù)熱點方向，有效避免重復(fù)研發(fā)并重視識別潛在的侵權(quán)風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：專利分析；球磨設(shè)備；襯板；自動加球

中圖分類號：TD453 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）18-0124-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.18.024

Patent Technology Analysis of Ball Milling Equipment

LI Hongqing ZHU Yaojian

（Patent Examination Cooperation （Tianjin） Center of the Patent Office， CNIPA， Tianjin 300304， China）

Abstract：[Purposes] The in-depth analysis of patented technologies in the field of ball milling equipment helps to understand the current trends of technological development， technical challenges and existing solutions. [Methods] By comprehensively sorting out and analyzing the global patent data in the field of ball milling equipment， this report reveals the trend of patent applications， geographic distribution， major applicants， and hotspot regions of technological innovation. [Findings] The analysis shows that the main applicants in the field of ball milling equipment at home and abroad are mostly heavy industrial enterprises. The key technical branches include liner improvements and automatic ball feeding devices.In the development of liner technology， the focus is on enhancing the wear resistance of the liner and improving its ball-carrying efficiency through material improvement or structural design; the improvement of the automatic ball filling device is mainly aimed at solving the problems of ball jamming or clogging. [Conclusions] Relevant enterprises and research institutions should pay close attention to these technological hotspot directions， effectively avoid duplicated R&D and pay attention to identifying potential infringement risks.

Keywords： patent technology analysis; ball milling; liner; automatic ball filling

0 引言

球磨設(shè)備廣泛應(yīng)用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)，對各種礦石和其他可磨性物料進行干式或濕式粉磨［1］。球磨設(shè)備的工作特點是低轉(zhuǎn)速、大荷重，且具有較大的沖擊載荷［2］。其磨礦過程主要依賴于沖擊、研磨和磨剝（即磨蝕作用）的組合作用，從而確保物料得以高效粉碎［3］。盡管根據(jù)介質(zhì)形狀、卸料方法和傳動方式的不同，球磨機可以分為多種類型且規(guī)格各異，但就其基本結(jié)構(gòu)而言，它們主要由五大核心部分組成：進料系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)裝置、卸料機制和動力傳輸系統(tǒng)，其中回轉(zhuǎn)部分包括中空軸以及筒體內(nèi)的關(guān)鍵零部件，如隔倉板、擋球環(huán)、擋料圈和襯板等［4］。

在專利分類體系中，球磨機技術(shù)相關(guān)的專利分類號呈現(xiàn)出高度集中的趨勢，主要歸集于B02C17/00大組，該分類涵蓋了使用圓筒形磨碎機進行物料粉碎的技術(shù)。本研究以全球范圍內(nèi)球磨設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮到發(fā)明專利從申請到公開通常需要3至18個月的時間，檢索時間截至2022年12月31日。

1 全球?qū)＠麘B(tài)勢分析

1.1 專利申請趨勢和地域分布

圖1所示為2005年以來球磨設(shè)備領(lǐng)域的全球?qū)＠暾堊兓厔?。從圖中可以看出，球磨設(shè)備領(lǐng)域的專利申請整體上呈現(xiàn)上升趨勢，其中第一階段為2005—2013年的技術(shù)積累期，申請量增長約80件/年；第二階段為2014—2022年的技術(shù)爆發(fā)期，申請量增長約為300件/年；2020年專利申請量達(dá)到歷史峰值，為3 698件，隨后兩年申請量小幅下跌，推測是因為受到新冠疫情的影響。雖然中國在球磨設(shè)備領(lǐng)域起步較晚，但是發(fā)展迅猛，目前在專利申請總量上占據(jù)絕對優(yōu)勢，占比超過43%；其次是日本，擁有川崎重工和三菱重工兩大制造巨頭，在該領(lǐng)域的專利申請量為全球第二，占比12%；美國在球磨設(shè)備領(lǐng)域的專利申請量為全球第三，占比6%。

1.2 主要申請人分析

圖2所示為該領(lǐng)域申請量排名前十的申請人，其中Smidth Co.A/S（來自丹麥）以其466項專利申請位居首位，該公司是全球采礦和水泥行業(yè)的全流程技術(shù)和服務(wù)供應(yīng)商，其專利戰(zhàn)略始于20世紀(jì)60年代，多個專利的同族數(shù)量超過10個；第二名和第八名分別是來自日本的川崎重工和三菱重工，其專利總量之和與丹麥的Smidth Co.A/S大致相當(dāng)，這兩家日本公司憑借豐富的研發(fā)經(jīng)驗和深厚的技術(shù)積累，不斷推出新型球磨機，且在立磨等其他粉磨設(shè)備也占有相當(dāng)大的市場份額；德國在該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新中也扮演著重要角色，有四家公司躋身前十名申請人之列，分別是DRAISWERKE、KLOECKNER、NETZSCH和SIEMENS，這得益于德國強大的工業(yè)基礎(chǔ)和對創(chuàng)新的重視；中國濟南重工以138項專利申請的成績位列第九名。

2 中國專利態(tài)勢分析

2.1 專利申請趨勢和省市分布

中國球磨設(shè)備專利申請趨勢如圖3所示。中國從新中國成立初期開始仿制國外球磨機，并在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)技術(shù)發(fā)展緩慢，2008年以前的年申請量變化不大，年均增長量約為20件，年申請量僅占全球年申請量的31%；2009—2013年中國球磨領(lǐng)域?qū)＠_始顯著增長，可能是由于水泥、建筑、玻璃和陶瓷等行業(yè)對球磨機的需求增大，加上創(chuàng)新主體知識產(chǎn)權(quán)保護意識的逐漸增強，該階段專利申請年增量約為130件，2014年中國的專利年申請量已經(jīng)占全球年申請量的62%；隨后的幾年伴隨經(jīng)濟的快速發(fā)展和知識產(chǎn)權(quán)強國建設(shè)，中國球磨領(lǐng)域的專利申請量進一步增長，于2020年達(dá)到頂峰，年申請量為3 268件，占該領(lǐng)域全球年申請量的88%。排名前三的地區(qū)分別為江蘇、廣東和山東，這三個省份同時也是2023年地區(qū)生產(chǎn)總值的全國前三名，知識產(chǎn)權(quán)是推動技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟增長的重要驅(qū)動力之一，而專利申請量可以從側(cè)面反映一個地區(qū)的創(chuàng)新能力。

2.2 主要申請人分析

中國專利主要申請人如圖4所示，濟南重工和中信重工分別位列第一和第二，申請量均超過100件；其次為昆明理工大學(xué)和鞍鋼集團，前十名申請人主要分布在重工機械和高校研究設(shè)計院。

濟南重工在球磨設(shè)備領(lǐng)域的專利布局覆蓋較為全面，重點分布在球磨機的進出料和加球裝置，以及球磨機的驅(qū)動和傳動控制，該公司將智能制造技術(shù)和濕式溢流球磨工藝結(jié)合，于2024年2月下線氧化鋁行業(yè)的全球最大球磨機。中信重工在該領(lǐng)域的專利布局側(cè)重襯板，篦板和監(jiān)控以及控制方法，該公司自主研發(fā)的直徑8.2m，長12.7m的溢流球磨機于2023年8月交付出口用于非洲加納金礦，這是目前全球最大的球磨機。昆明理工大學(xué)的專利布局側(cè)重于攪拌球磨機的攪拌裝置設(shè)計，尤其是試驗用球磨機的開發(fā)。

3 關(guān)鍵技術(shù)分支重點專利分析

在深入探討球磨設(shè)備領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)分支時，本文特別關(guān)注了專利的參考引證次數(shù)、同族數(shù)量以及訴訟次數(shù)，這些指標(biāo)是衡量專利重要性和影響力的關(guān)鍵參數(shù)。

3.1 襯板改進

提高襯板的耐磨性和帶球效果是球磨機襯板技術(shù)的主要改進方向之一，主要通過三種方式：①材料創(chuàng)新，通過改變現(xiàn)有襯板的材料成分從而整體提高耐磨性并延長使用壽命；②采用基材+鑲塊的方式，在易磨損部分設(shè)置耐磨材料結(jié)構(gòu)件，從而提高帶球效果的同時延長襯板使用壽命；③采用磁性襯板，利用襯板在球磨過程中吸附的含鐵物質(zhì)作為保護層，不但可以保護襯板，且有助于提高球磨效率。

川崎重工在JPH0711794Y中公開了一種球磨內(nèi)襯，襯板的各凹狀槽相連地形成與滾珠的曲率相等或比滾珠的曲率稍小的球形凹槽，這些凹槽在機體的旋轉(zhuǎn)軸心上相互錯位。鞍鋼集團在CN101455986A中公開一種破碎機雙金屬耐磨襯板及制造方法，通過使兩種合金的界面充分結(jié)合，內(nèi)部應(yīng)力分布均勻，從而耐磨且不產(chǎn)生裂紋，文中還具體限定了耐磨塊和板體的材料組分。高太在CN101664708A公開一種新型球磨機磁性襯板，襯板包括基體、耐磨襯板、復(fù)合磁極組和黏接劑，復(fù)合磁極組沿球磨機筒體軸向方向為同極性排列，沿球磨機筒體圓周方向為N、S交替排列，耐磨襯板采用特殊的ZG80Mn15Cr4鑄造，復(fù)合磁極組由高性能鐵氧體材料和高性能合金磁鋼組成，黏接劑采用美國福世藍(lán)新型材料制成。湖北省機電研究院在CN2347663A中通過筒體襯板、鉚板和預(yù)應(yīng)力塊之間耦合自鎖無螺栓方式結(jié)合，在安裝時對襯板施加了預(yù)應(yīng)力，且在運行過程中磨球和物料的直接沖擊使鉚板變形而不斷鉚緊襯板，可以做到使用壽命內(nèi)不漏粉不漏漿、不停機檢修。馬格托國際公司在US6206310B1中公開了一種管狀磨碎機襯板，所述襯板由一圈并置的單個襯板構(gòu)成，在內(nèi)部呈現(xiàn)縱向的提升輪廓，以便于在磨碎機旋轉(zhuǎn)時提升磨料和待磨碎的物質(zhì)。為了使所述提升輪廓與磨碎機的工作參數(shù)和工作條件相適應(yīng)，每一個襯板都在其從磨碎機旋轉(zhuǎn)方向上看的后表面上有一個臺階，其徑向高度比前表面要高。并且每一圈襯板各具有多種類型的襯板，它們至少在臺階徑向高度上不同，各襯板在圓周方向上按確定的順序依次排列，這種襯板組合形式可以形成一種最佳的提升輪廓，具有良好的耐磨性和抗震性，從而使得初始提升輪廓可以保持更長的時間。

3.2 自動加球裝置

自動加球裝置主要分為四類：滾筒式、轉(zhuǎn)盤式、吸盤式和U 型［5］。針對卡球、堵球的現(xiàn)象，專利中主要采用擋球片代替抓球裝置，或者設(shè)置松料滾筒機或者重新設(shè)計球爪結(jié)構(gòu)等措施進行改進。

KNIGHT公司在US201313804061A中公開了一種用于球磨機組件的自動加球系統(tǒng)包括自動球裝填、攪拌和分度組件，其構(gòu)造和布置成以受控的進給速率解聚并直接分配多個研磨球到所述設(shè)備。攀鋼集團在CN101318156A中通過對落球孔啟閉結(jié)構(gòu)每次開啟時間的控制實現(xiàn)精確控制加入鋼球的數(shù)量從而避免堵塞，具體為在儲球裝置的落球孔處設(shè)置有落球孔啟閉結(jié)構(gòu)，落球孔啟閉結(jié)構(gòu)每一次開啟到閉合所加入鋼球的數(shù)量相等。南京梅山冶金發(fā)展有限公司在CN103056002A中提及一種自動加球機，通過設(shè)置可調(diào)節(jié)的活動門適應(yīng)鋼球直徑，翹板松球器的松球凸撥的外側(cè)為與三點凸輪盤外圓周相切的圓弧，對緩沖區(qū)的鋼球松動從而避免堵塞。福建亞亨機械股份有限公司在CN108246429A中提出一種球磨設(shè)備抓球裝置，抓球部分包括一盤體，所述盤體的上端面與鋼絲繩連接，盤體的下端面上固定設(shè)有若干個電磁鐵，通過支撐臂和懸掛裝置懸掛在旋轉(zhuǎn)臺上的抓球部分，通過定量抓球加球，避免卡球或堵球現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通過對球磨設(shè)備專利技術(shù)的深入分析，可以看出中國在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的進步和成就。尤其是在專利申請數(shù)量和技術(shù)創(chuàng)新方面，中國企業(yè)如濟南重工和中信重工已處于領(lǐng)先地位，專利覆蓋了進出料裝置、襯板、潤滑、檢測和驅(qū)動控制等多個方面。該領(lǐng)域主要的技術(shù)改進方向集中在提高襯板的耐磨性和優(yōu)化自動加球系統(tǒng)等方面，這些技術(shù)的發(fā)展不僅提升了球磨機的工作效率和生產(chǎn)效率，還有助于降低能耗和材料消耗。隨著知識產(chǎn)權(quán)意識的增強和企業(yè)創(chuàng)新能力的提升，預(yù)計未來球磨設(shè)備技術(shù)將進一步向高端化、智能化發(fā)展，面對全球化競爭和技術(shù)快速迭代的挑戰(zhàn)，中國企業(yè)仍需加大研發(fā)投入，優(yōu)化專利戰(zhàn)略，以保持其在全球市場的競爭力。

參考文獻：

［1］ 韓長菊，楊曉杰. 生料制備與水泥制成［M］. 中國建材工業(yè)出版社， 2021： 2.

［2］ 俞章法，趙魏. 大型球磨機筒體襯板失效原因分析及改進［J］. 礦山機械，2012，11（41）：95-98.

［3］ R·圖尼爾，王春蘭，羅萬林. 攪拌球磨機的濕法細(xì)磨：磨礦的最佳條件及模型［J］. 國外金屬礦選礦，1999（8）：31-35.

［4］ 司緒. 智能型自動加球系統(tǒng)的研究與設(shè)計［D］. 昆明：昆明理工大學(xué)， 2017.

［5］ 趙子瑞. 選礦球磨機及其自動加球機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［D］. 昆明：昆明理工大學(xué)， 2021.

收稿日期：2024-05-13

作者簡介：李洪慶（1989—），男，碩士，助理研究員，研究方向：破碎和印刷領(lǐng)域?qū)＠麑彶椋恢煲珓?，?989—），男，碩士，助理研究員，研究方向：閥門領(lǐng)域?qū)＠麑彶椋ǖ韧诘谝蛔髡撸?/p>