對球磨機鋼球尺寸選擇的探索

張玉川 王 剛

（北方重工集團有限公司傳動設備分公司，遼寧 沈陽 110027）

當球磨機工作時，筒體繞其軸線回轉，筒體內部的磨礦介質被提升到一定的高度，呈拋落或瀉落狀態，礦石的磨碎主要是靠磨礦介質落下時的沖擊力和運動時的磨剝作用。物料由給料口連續地進入回轉體內部，被運動的磨礦介質粉碎并通過溢流或料位差將物料排出筒體，以進行下一段工序處理。在運動中鋼球尺寸對磨機的影響很大，其主要影響在以下幾方面：

影響磨機生產率大小。影響磨礦產品粒度分布的均勻性。影響磨礦產品中礦物單體解離度高低。影響球耗的高低。影響電耗高低。影響磨機工作噪聲的大小。

1 磨機內磨球轉速理論

國、內外的一些研究入員對磨機內磨球的運動做了很多研究，研究發現:所有的磨球都繞一個固定的軸線運動；磨球下落時的沖擊力主要取決于下落的高度。

磨機內介質由筒體帶動，沿筒壁向上運動，即鋼球是轉動著向上運動的。當上升到一定高度，離心力C小于N(N為重力C的法向分量)，即C

當磨機轉速過高時，磨球將上升到筒體的最高點，由于此時磨球的離心力C大于重力G,故磨球不會下落，不能對磨機內物料形成打擊作用，這種情況一般是不允許出現的。理論上,球磨機達到臨界轉速時，研磨介質貼住筒壁作離心回轉狀態運動，起不到磨碎作用。實際上，由于推導運動方程式時忽略了研磨介質的滑動、物料對研磨介質的影響以及內層研磨介質尚未達到臨界轉速等因素，因此，球磨機的實際臨界轉速比理論臨界轉速要大一些。對格子型圓筒形球磨機上進行的臨界轉速的試驗表明:

臨界轉速隨磨球填充率的增加呈減小趨勢；無礦石和水時的臨界轉速比加礦石和水時的轉速大，而且隨著磨球填充率的增加，這種趨勢在增大。

球磨機高于臨界轉速旋轉，就會產生功率消耗激劇增大的現象，所以不管從磨礦角度，還是從耗能角度，都不能使磨礦轉速過高。

對于主要以沖擊破碎物料的磨機，其破碎功與介質拋起點與落點的勢能的減少及介質沖擊物料時能量的轉換情況有關。拋落點越高，初始勢能就越大，可以轉化為沖擊功的能量就越多，所以大型球磨機就可以使拋落點提高很多，國外大型磨機轉速率也并不太高，多為65%～75%。另外，還有一種超臨速球磨機，比傳統球磨機多了一個導向結構，使磨球在大于臨界轉速的運動下仍然處于拋落狀態，從而具有較大的沖擊力。

2 鋼球尺寸對磨機生產能力的影響

影響球磨機生產能力的因素很多，因此球磨機的生產能力還很難用理論公式準確地計算出來。設計中的球磨機的生產能力只能用試驗的近似的方法，或者用與試驗球磨機對比的方法確定。影響球磨機生產能力的主要因素有:球磨機的型式，它的直徑和長度，倉數界各倉的長度比值，襯板及隔倉板形狀，筒體轉速，粉磨物料的種類、性質，加料粒度，要求產品細度；研磨體的種類，裝載量，尺寸大小的配合等。

此外，磨機的操作方法(如干法或濕法)，加料的均勻程度，研磨體與物料重量的比例，在干法中風的通過情況及濕法中水的加入量、流速等都會影響球磨機的生產能力。

2.1 入磨物料

被粉磨的物料性質直接影響生產能力，就同一種物料不同給料粒度來講，減小給料粒度可以提高磨機產量，但其產量隨著產品粒度的變細而降低。從能量觀點看，磨機的粉磨效率遠低于破碎機的效率。可通過破碎作業設法減小入磨給料粒度，對節省電耗提高磨機產量都是有利的。當給料粒度減小至5毫米以下時，生產能力變化很小，甚致無變化。對于干法作業的磨機，物料平均水份最好不超過1%，水份高將影響粉磨與運輸操作。隨著入磨物料濕度的增加，磨機的產量就會降低。物料的粘性也影響磨機的生產能力。

2.2 研磨體的裝載量、補充與配合

研磨體又稱研磨介質。鋼球是磨機中普遍采用的研磨體，它具有高密度、高硬度、高抗磨和高韌性等性能。常用中碳鋼、高碳鋼或鉻鋼鍛制而成，也有用鑄鋼和鑄鐵的。各種規格鍛制鋼球的單重與容乘，鋼段是尺寸較小的圓柱體，它的長度大于直徑，具有較大的研磨表面積，適合于作細磨之用。鋼棒通常采用軋制圓鋼，鋼捧首先是粉碎大塊物料，然后才依次粉碎較小的物料，對粒度適應性很強，特別適于粗磨之用。

研磨體的裝載量。研磨體裝載量少，粉磨效率低;研磨體裝載量過多，內層球運動時產生干涉，破壞了球的正常循環，粉磨效率也要降低，并將增加電耗。

研磨體的配合為了提高粉磨效率，單純考慮研磨體的填充率是不夠的，還應確定研磨體大小尺寸的適當配合。在磨機中進行粉磨時，一方面物料受到研磨體的沖擊作用，另一方面還受到研磨體的研磨作用。在單位時間內，如欲使粉磨作業很快進行，則研磨體與物料的接觸點愈多愈好，也就是說當研磨體的裝載量一定時，研磨體的尺寸愈小愈好。但從另一方面看，要想將較大塊的物料粉碎則要求研磨體具有足夠的重量才行，即入磨物料粒度愈大，要求研磨體的尺寸愈大。磨機中研磨體的大小尺寸應很好的搭配。

鋼球的直徑主要取決于給料粒度、物料性質及所要求的產品粒度等因素。給料和產品粒度愈大，物料愈堅硬，要求鋼球直徑愈大。給料和產品粒度愈小，物料愈松脆，則要求鋼球的直徑愈小

3 確定鋼球尺寸的過程與方法

由于鋼球尺寸對磨礦的影響至關重要，因此、長期以來選礦和粉碎工作者均在研究如何精確地確定鋼球尺寸。然而，因為影響鋼球尺寸的參變數太多，使這個問題很難解決。盡管這樣.入們還是不斷地探索，力求找到精確確定鋼球尺寸的科學辦法

3.1 試驗確定球徑的方法

試驗確定球徑的方法，當然受多種可變參數的影響，為了簡化問題，只能將一些重要的可變參數固定在一定值域內，然后通過試驗求出給礦粒度與球徑之間的關系。在具體做法上，選定待計算磨機在生產上常用或確認的工作參數如轉速率、裝球率、礦漿濃度等為固定值，然后根據經驗確定幾組鋼球分別進行試驗，效果好的一組球即為選擇的最佳球徑。

3.2 經驗球徑公式的局限性與誤差

經驗球徑公式是在大量試驗資料或生產資料的基礎上總結出來的數學模型。此種方法對于影響因素錯綜復雜而在理論上難于取得進展的球磨過程來說，仍不失為一種有用的方法。此類方法得出的公式其可貴之處在于它來源于實踐而高于實踐，既有可靠性也有實用性。在這以前的漫長歲月中，選礦工作者也正是利用這些經驗球徑公式加上自己的經驗來解決磨機的球徑，解決問題的。

3.3 實踐確定球徑經驗方法的普遍性

由于影響球徑的因素錯綜復雜，難于從理論上解決球徑的計算問題，入們只有通過實踐的辦法確定球徑的最佳值。用試驗確定球徑的辦法，以及依據生產實踐資料而提出經驗公式的辦法，均屬于實踐解決問題的范圍。盡管這類辦法得到的結果有局限性和誤差較大，但它畢竟來源于實踐，有真實可靠的一面，在沒有更好的辦法之前它仍然是入們廣泛應用的辦法。

結束語

在球磨機中，球的大小和配比，對磨機的生產和工作效率影響很大。實踐證明，有時因適當地選擇了球，可使磨機的生產率和工作效率提高20%或更多。

[1]段希祥.球磨機介質工作理論與實踐[M]北京：冶金工業出版社.1999.

[2]王國強.離散單元法及其在EDEM上的實踐[M]西安：西北工業大學出版社.2010.