高能球磨機技術探索

李 浩 李鴻操

（北方重工集團有限公司傳動設備分公司，遼寧 沈陽 110027）

球磨機是粉磨工業領域中最具歷史的并被廣泛采用的一類粉磨設備。但是由于至今還沒有完全弄清楚球磨機的粉磨機理，在提高效率、降低能耗和減少鋼耗等方面的研究仍未取得突破性進展。

在球磨機的工作過程中，研磨介質在旋轉的筒體內高速運動，通過相互沖擊與碰撞傳遞能量，物料在這種運動過程中被粉碎與研磨。球磨機的工作參數在很大程度上影響了其內部研磨介質的運動形態，合適的工作參數配置能使球磨機具有更大的研磨效能，球磨機的工作參數大致可以分為結構參數、操作參數和研磨體參數等。

1 高能球磨法的基本原理

高能球磨法是利用球磨機的轉動或振動，使硬球對原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌，把金屬或合金粉末粉碎為納米級微粒的方法。如果將兩種或兩種以上金屬粉末同時放入球磨機的球磨嘴中進行高能球磨，粉末顆粒經壓延，壓合，又碾碎，再壓合的反復過程(冷焊一粉碎一冷焊的反復進行)，最后獲得組織和成分分布均勻的合金粉末。由于這種方法是利用機構能達到合金化，而不是用熱能或電能，所以，把高能球磨制備合金粉末的方法稱做為機械合金化。

高能球磨制備納米晶，需要控制以下幾個參數和條件，即正確選用硬球的材質(不銹鋼球，瑪瑙球，硬質合金球等)，控制球磨溫度與時間，原料一般選用微米級的粉體或小尺寸條帶碎片，球磨過程中顆粒尺寸、成分和結構變化通過不同時間球磨的粉體的X光衍射，電鏡觀察等方法來進行監視。

2 球磨機運轉特性

球磨機工作時是利用以一定轉速旋轉的，轉筒內的鋼球隨筒壁轉動上升到一定高度后在其重力作用下脫離筒壁砸向原料再又隨轉筒壁轉動上升，周而復始地對原料進行粉磨及混合。球磨機在正常運行時的負荷是基本恒定的，即使是連續進、出料型球磨機進料不一定均勻，但對于負荷影響不大。連續進、出料型球磨機(包括圓筒混合機)一旦啟動后很少停機，故其啟動沒有間歇進、出料型球磨機頻繁，而且它可以在啟動之后再開始進料，故正常啟動不一定是滿載工況。但考慮到運轉中途可能會因斷電等原因停機，再次啟動時為滿負荷啟動。當然，球磨機應盡量在滿載下運轉，因為研磨體所占的質量分數最大，空載與滿載運轉的功率消耗相差無幾。

3 球磨機研磨體運動分析

球磨機工作時筒體作等速回轉運動，帶動裝填于簡體內的研磨體運動，使物料受到沖擊與研磨作用而粉碎。研究研磨體在筒體內的運動情況對于了解研磨體對物料的作用實質，掌握影響效果的各項因素和提高粉磨效率，縮短球磨時間，確定球磨機的主要工作參數(轉速、功率、裝填量等)，以及工作件的受力分析和強度計算等，有很大的實際意義。

由球磨機的透明模型實驗觀察可以看到，機中研磨體的運動是比較復雜的，有隨筒壁的上升運動，有研磨體與筒壁之間的相對滑動，有拋落運動等。

在不同的筒體轉速下，研磨體的運動規律可簡化為三種基本形式：在轉速很低時，研磨體靠摩擦力作用隨筒體升至一定高度，當面層研磨體超過自然休止角時，研磨體向下滾動瀉落，主要以研磨的方式對物料進行細磨，由于研磨體的動能不大，故碰擊力量不足；在筒體轉速很高時，研磨體受慣性離心力的作用貼附在筒體內壁隨筒體一起回轉，不對物料產生碰擊作用，主要靠研磨;筒體在某個適宜的轉速下，研磨體隨筒體的轉動上升一定高度后拋落，物料受到碰擊和研磨作用而粉碎。

4 高能球磨機的分類和工作原理

目前使用的球磨機可以分為普通球磨機和高能球磨機兩類。而常用的高能球磨機又分為攪拌式、行星式和振動式三種。

4.1 普通球磨機

由于各行業用途及工藝要求的不同，所使用的球磨機品種類型也不盡相同。礦山選礦廠、水泥廠、化工廠等行業使用的球磨機為連續進、出料類型。該類型又分為周邊齒輪傳動型(、膠輪傳動型(即托輾式)、中心傳動等型式;輕工業用于涼席竹片打磨，陶瓷廠用于長石、石英、泥料等原料進行濕法間歇細磨與混合等所使用的球磨機為間歇進、出料類型，即球磨機一次性裝料粉磨完成后須停機卸料再重新裝料啟動運行。此類型球磨機多為周邊皮帶傳動型。目前市場上出售的用于礦山、建材等行業的連續進、出料型球磨機的型號規格從MQ1200x2400至MQ2700x3600，電動機功率由37kW至380kW不等，并有向更大規格方向發展的趨勢。鋼鐵廠所使用的圓筒混合機的電動機功率由四五百千瓦至一千多千瓦;而輕工業企業所用間歇進、出料型球磨機型號規格從QMP30kg至QMP100t，主電動機功率由0.75kW至250kW。

4.2 高能球磨機

攪拌式高能球磨機。攪拌球磨機是指由一個靜置的內填研磨介質的筒體和一個旋轉攪拌器構成的一類超細研磨設備。

攪拌球磨機的筒體一般做成帶冷卻夾套，研磨物料時，冷卻夾套內可通入冷卻水或其他冷卻介質，以控制研磨時的溫升。研磨筒內壁可根據不同研磨要求鑲襯不同的材料或安裝固定短軸(棒)和做成不同的形狀，以增強研磨作用。

攪拌器是攪拌球磨機最重要的部件，主要有軸棒式、圓盤式、穿孔圓盤式、圓柱式、圓環式、螺旋式，等等。

連續研磨時或研磨后，研磨介質和研磨產品(料漿)要用分離裝置分離。這種介質分離裝置種類很多，目前常用的是圓筒篩，篩孔尺寸一般為 50～1500μm。

攪拌球磨機主要通過攪拌器攪動研磨介質產生不規則運動，對物料施加撞擊或沖擊、剪切、摩擦等作用使物料粉碎。

超細研磨時，攪拌球磨機一般使用平均粒徑小于6mm的球形介質。研磨介質的直徑對研磨效率和產品粒徑有直接影響。此外，研磨介質的密度(材質)及硬度也是影響攪拌球磨機研磨效果的重要因素之一。常用的研磨介質有氧化鋁、氧化鋯或剛玉珠、鋼球(珠)、鋯珠、玻璃珠、天然砂等。

行星式高能球磨機。行星式球磨機的特點是磨球的運動方式更為復雜，獲得的能量更高，此種球磨機在相同的工藝參數下，可以同時制備幾組物料，便于進行科學研究，應用最廣泛。其工作原理是，在旋轉盤的圓周上裝有幾個隨轉盤公轉又做高速自轉的球磨罐。球磨罐內的磨球在慣性力的作用下，對物料形成很大的高頻沖擊和摩擦，進行快速細磨。振動式高能球磨機。振動式高能球磨機是利用研磨介質(球形或棒狀)在做高頻振動的筒體內對物料進行沖擊、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎的細磨與超細磨設備。工作中，介質的運動取決于振動類型、磨筒形狀和充填率。振動的振幅、頻率越高，物料粒度越細，物料充填率越大，則粒度越粗，介質的充填率以60%～80%為宜，在一定范圍內，物料的比表面積與粉碎時間成正比，根據給料粒度，通過選擇適宜的介質尺寸，調節振動的振幅和頻率以及給料量和介質的充填率等可以得到所要求的物料細度。

結束語

高能球磨機集強力沖擊、研磨及振動等高能動作于一體，研磨罐在周期性運動過程中，研磨球高速旋轉運動與樣品相互撞擊，達到研細樣品的目的。我們從業者要深入的研究，以使其在工作中發揮重要作用。

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