球磨機及相關技術的發(fā)展狀況

摘 要 本文主要介紹了當今陶瓷工業(yè)中球磨機的研發(fā)及相關技術進展情況。

關鍵詞 球磨機，相關技術

1前言

球磨機自1893年出現(xiàn)以來就一直廣泛應用于礦業(yè)、冶金、建材、化工及電力等行業(yè)的原料粉碎。隨著陶瓷工業(yè)的發(fā)展，球磨機已成為陶瓷工業(yè)粉磨工序中不可缺少的機械設備。長遠來看，球磨機仍將是該行業(yè)的主要設備，其相關研究已經受到高度重視，并取得了豐碩成果^[1]。

2新型球磨機簡介

八十年代中期，意大利I.C.F公司的科研人員借鑒水泥工業(yè)中連續(xù)式球磨機的粉磨原理，設計制造了世界上第一臺陶瓷工業(yè)連續(xù)式球磨機^[2]。該連續(xù)式球磨機問世至今，已有多種新型的球磨機研發(fā)成功并應用于生產。

2.1 連續(xù)式球磨機

因具有產量大、研磨效率高、單位產品功耗低、占地面積小及生產管理費用低等優(yōu)點，連續(xù)式球磨機在國內外得到了廣泛的應用。意大利Bologna陶瓷中心研發(fā)的陶瓷原料連續(xù)錐形球磨機近年來在我國的陶瓷工業(yè)中得到一定應用，它的優(yōu)點主要有：（1）節(jié)省了隔板及停機時間，使產量增加；（2）降低能耗^[3]。

2.2 行星球磨機

德國一家公司最近研制出一種新型行星式球磨機，該設備可根據原料試樣狀況控制其運轉速度，故能獲得最佳研磨效果。同時，該球磨機可提供最大能量的傳遞，能研磨硬度較大的原料。

南京大學儀器廠最近推出一種臥式行星球磨機。該機的特點是四只球磨罐被臥式安裝在一豎直平面放置的大盤上作行星運動。在運動過程中，球磨罐沒有固定的底面，罐內磨球和磨料在豎直平面內受到公轉離心力、自轉離心力和重力的共同作用。機器旋轉時，罐內各點所受力的大小與方向都在不斷變化，運動軌跡雜亂無章，這就使得磨球與磨料在高速運轉中相互之間猛烈碰撞、擠壓，大大提高了研磨效率和研磨效果。特別是球磨罐處于水平臥放方式，且由于自轉，沒有固定的底面，避免了一部分原料的結底現(xiàn)象^[4]。

Retsch公司最近展示了其最新的PM100行星磨。PM 100行星磨的球磨罐容積從l2毫升到500毫升，有6種不同的容積；在轉速增加到650rpm以后，樣品可連續(xù)球磨至微米級甚至更小。由于增加了振動補償，球磨機實現(xiàn)了自動工作。此外，PM100行星磨還具有方便的參數設置和控制屏、負載、能量輸入和參數記憶功能及外帶鎖。

2.3 攪拌球磨機

愛立許（Eirich）機械廠研制了一種新型的干濕兩用攪拌球磨機--馬斯（Maxx）磨機。該設備的優(yōu)點是能量分布好、單位能耗低、破碎比大、設備小但處理能力大，即使球裝得很密實也沒有堵塞的危險，可用于球磨很粗的顆粒，效果好、可靠性高、物料不受溫度應力，沒有粉磨死角；同一臺磨機可用于干、濕研磨，可以實現(xiàn)自磨；干、濕的產品可不經預先混合分別加入，且在筒壁和底上沒有物料層^[5]。

河南省滎陽市微粉設備廠成功研發(fā)了SBM系列立式攪拌球磨機。該機采用螺旋裝置，高耐磨聚氨酯襯里，對物料無污染、操作性能良好、粒度分布范圍窄、出料方便、能把多種物料均勻混合研磨、自動化程度高；在相同條件下，球磨效率是滾動磨、振動磨的10～20倍，經實踐驗證，可替代同類型進口產品。

2.4 其它類型球磨機

Stedman最近推出的H系列多籠式球磨機，有2、4、6組三種不同的型號，最高功率可達250t/h。該機采用了新型的輸送器、加熱器及水壓機活塞。空氣輸送器安裝在進口及出口，用來防止?jié)裾巢牧献枞?；加熱器安裝在研磨室；水壓機活塞替代齒輪等，降低了維護成本。

中信重型機械公司成功研制了Φ5.5m×8.5m溢流型球磨機。該機是目前國內最大的球磨機，電機功率、設備重量、裝球載荷比一般磨機增加了35%，對設備的機械強度、使用壽命也提出了更高的要求。主電機采用4500kN國產無刷勵磁低速同步機，主軸承單個載荷4000kN，采用銅瓦的全靜壓軸承，具有潤滑良好、工作可靠、調心靈活、保護完善的優(yōu)點。

北京貝思達工貿有限公司研制了一種新型的節(jié)能球磨機。這種球磨機用滾動軸承代替滑動軸承，減少了球磨機運轉的阻力，降低了能耗。因此，與傳統(tǒng)的球磨機相比，該球磨機配用電功率減少了20%以上，綜合節(jié)能達20%，且軸承10年不用更換，延長了球磨機的使用壽命。

3球磨機襯板材料的發(fā)展

球磨機襯板除了承受研磨體與物料的沖擊和磨損之外，還有提升研磨體的作用。隨著物料粉磨技術的快速發(fā)展，球磨機趨于大型化，對襯板材料的性能也提出了更高的要求，其中耐磨性的提高是研究的重點。目前球磨機中應用的襯板材料除石襯和中高鋁襯之外主要有以下幾類。

3.1 高錳鋼

蘭州理工大學、甘肅省有色金屬新材料省部共建國家重點實驗室的李常鋒^[6]采用金屬型板和鎂橄欖石堿性涂料，利用石灰和螢石對熔煉爐進行保護，先用高碳錳鐵預脫氧，再加入合金化錳鐵和加鋁終脫氧的熔煉工藝，并采用常規(guī)和直接水韌處理的高錳鋼球磨機襯板的生產工藝，有效提高了產品的尺寸精度、表面品質和鑄件內在品質，生產出高品質的球磨機襯板鑄件。

3.2 高鉻鑄鐵

用2.2%～2.8%C、13%～16%Cr、0.5%～1.O%Si、0.6%～1.2%Mn、0.5%～1.3%Mo并適當加入Cu、Ti、V等多種微量金屬，采用砂型或半金屬型的鑄造工藝，進行強制風冷淬火，配合適當的低溫回火工藝，得到基體組織為馬氏體和少量殘余奧氏體，碳化物以M7－C3型為主的高鉻鑄鐵合金。用該合金制造的球磨機襯板使用壽命較長^[7]。

3.3 中碳鋼

西安建筑科技大學的朱軍^[8]等人成功開發(fā)了一種適合于制造大型球磨機襯板的耐磨新材質，其成分為：C0.4wt%～0.7wt%、Si0.89wt%～1.2wt%、Mn0.8wt%～1.5wt%、Cr1.0wt%～1.5wt%，同時加入微量Ti、Ca、B、Y和Na；襯板材料經油淬和中溫回火后，硬度＞55HRC、抗拉強度＞1300MPa、沖擊韌性＞25J/cm²、斷裂韌性＞40MPa#8226;m^1/2。新材質襯板在Φ4.5m的大型球磨機上應用，安全可靠，其使用壽命比高錳鋼襯板提高了1倍以上，價格則降低了15%以上。

3.4 橡 膠

橡膠內襯選用的是耐磨橡膠，厚度約為50mm，比石質襯板?。s1/3～1/4），同時因為橡膠比重較小，故其總重量只有石質襯板的1/6左右，且具有以下優(yōu)點：（1）同型號球磨機內部有效工作空間增加l0%～20%；（2）球磨機自重小，為石質襯板的50%左右，工作電耗大大降低；（3）工作噪音低；（4）使用壽命長，更換容易^[9]。

4相關技術

4.1 潤滑技術

球磨機運行環(huán)境惡劣、負荷較大，其使用效率及壽命在一定程度上取決于傳動裝置，而傳動裝置主要由相互嚙合的大小齒輪組成。齒輪的使用壽命除與運行工況、負荷、材質、熱處理、安裝精度等有關外，還與潤滑狀況有著密不可分的關系。球磨機傳統(tǒng)的潤滑方式有：軸承油杯潤滑、大齒圈帶油潤滑、油輪帶油潤滑、稀油集中潤滑、瀝青涂抹潤滑和人工定期涂抹潤滑等。

中小型球磨機滑動軸承與空心軸之間的潤滑常采用油杯滴油潤滑和毛線潤滑，若油漏或供油不及時，易造成軸瓦燒毀。通過分析，采用二硫化鉬固體潤滑劑代替滴油潤滑具有可靠性高、耗油少的優(yōu)點，使用效果良好^[10]。

據文獻^[11]報道，一種ZPGR-2000型干稀油智能潤滑裝置在球磨機上的實際應用效果表明，該裝置良好的潤滑延長了球磨機的運行周期和齒輪的更換周期，使傳動軸承的實際壽命提高了1～2倍，減小了維修工作量，使停機檢修頻率降低，提高了生產效益。另外，由于該裝置定期定量噴射霧狀潤滑脂，數量少、效率高，節(jié)油效果也較為顯著。

4.2 助磨劑

助磨劑是一種粉磨助劑，在粉磨過程中只需添加少量便能起到提高粉磨效率、降低粉磨電耗的作用，且不需大量的設備投資，是一項投資少、見效快的實用技術，因此在陶瓷生產中有很大的推廣應用價值。

助磨劑種類較多，根據其作用機理，可將助磨劑分為以下3類：（1）單一改善流變性的助磨劑：這類助磨劑僅改善料漿的流變性，對顆粒表面自由能基本沒有影響，如無機分散劑；（2）單一降低顆粒表面自由能及硬度的助磨劑：這類助磨劑對料漿流變性幾乎無影響，如一些氣體助磨劑；（3）既能降低顆粒表面自由能和硬度，又能改善料漿流變性的助磨劑，如親水性長分子有機化合物^[12～13]。第三種助磨劑作為一種復合助磨劑逐漸引起人們的重視，它代表著助磨劑的一種發(fā)展方向。陜西科技大學的黃劍鋒、曹麗云^[14]等人應用曼尼奇反應制備出多胺基磷酸鈉陶瓷助磨劑，該助劑對氧化鐵以及石英滑石等原料的助磨測試表明，它是一種高效的陶瓷助磨劑，同時還具有減水作用。

4.3 合理配球

球磨機的裝球量、裝球種類、裝球比例以及日常生產中的補加球量、補加種類、補加比例等，都對磨礦處理量及其產品質量有很大影響^[15]。近年來研究人員對球磨機的合理配球做了較為系統(tǒng)的研究。

4.4 球磨機噪聲控制

球磨機既是陶瓷企業(yè)產生能耗的重要設備，也是企業(yè)噪聲的主要來源。在環(huán)境問題越來越嚴峻的21世紀，如何控制和減少球磨機的噪聲受到科技工作者的日益重視。目前我國陶瓷企業(yè)的噪聲控制技術主要有：

（1） 減少工作時間和勞動過程。同時，操作工人也要采取防護措施，常用的防聲用具有耳塞、防聲棉、頭盔等。

（2） 合理布置或調整安裝布局：將球磨機一側的護欄全部換成能活動的隔聲屏，這樣不僅可以吸收球磨機的噪聲，還可以起到隔聲作用，保護檢修人員。另外可將工人值班室改成隔聲室，并在四周加裝隔聲板。

（3） 加強對球磨機的維修和管理：球磨機在年久失修，帶故障運轉的情況下，噪聲就會加大，因此要做好球磨機的日常保養(yǎng)、維修^[16]。

5 結語

球磨機是陶瓷工業(yè)的能耗大戶，積極地開發(fā)新型球磨機及其相關技術，對于提高陶瓷產業(yè)的經濟效益意義重大。筆者認為，我國的球磨機發(fā)展應著重注意以下幾個方面：

（1） 當今社會越來越重視能源利用效率與環(huán)境保護，因此新型球磨機的研制必須在滿足工藝要求的基礎上重點考慮降低能耗，并把對環(huán)境造成的影響降到最低；

（2） 借鑒和吸收國外先進技術的同時，積極加以創(chuàng)新，大力發(fā)展本國的球磨機技術；

（3） 加大在材料科學、機械制造科學及金屬冶煉科學等相關學科上的研究投入，促進我國球磨機及其相關技術的研究開發(fā)；

（4） 加強我國球磨機及其相關技術的知識產權保護工作，打造我國自主的球磨機品牌。

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