球磨機襯板形狀對工作效率的影響分析

趙亮+++王裕龍

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

關(guān)鍵詞：球磨機；襯板；形狀；效率

前言

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

1 球磨機內(nèi)襯板形狀對球磨機內(nèi)運動介質(zhì)運動軌跡產(chǎn)生的影響分析

球磨機在物料粉碎時主要依靠的是其內(nèi)部的運動介質(zhì)與物料之間的相互作用來實現(xiàn)的。其內(nèi)部的運動介質(zhì)在工作的過程中主要有瀉落、拋落和離心三種典型的運動軌跡。在上述三種運動軌跡中，運動介質(zhì)在拋落運動軌跡時其所具有的沖擊力既對物料產(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，從而在球磨機工作過程中取得較為良好的磨礦效果。球磨機襯板是球磨機中重要的組件，其形狀的不同會對球磨機中運動介質(zhì)的運動軌跡、運動介質(zhì)的有用功率和碰撞能量分布等造成一定的影響。為確保球磨機的運動效果應(yīng)當做好球磨機襯板形狀與球磨機轉(zhuǎn)速等不同參數(shù)的匹配，從而最大限度的確保球磨機的研磨效果。球磨機襯板會對球磨機筒體旋轉(zhuǎn)時運動介質(zhì)與筒體接觸的方式和拋落點的受力體系造成改變，并對球磨機中介質(zhì)的運動軌跡產(chǎn)生極大的影響。下文將就不同襯板形狀對球磨機內(nèi)介質(zhì)運動軌跡所產(chǎn)生的影響進行分析：（1）矩形襯板對于球磨機中運動介質(zhì)的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，在采用矩形襯板時，在球磨機筒體轉(zhuǎn)速率較低的情況下，筒體內(nèi)的矩形襯板會對最外層介質(zhì)（鋼球等）產(chǎn)生良好的提升效果，使得最外層介質(zhì)產(chǎn)生拋落運動。而對于最內(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)會在球磨機的內(nèi)部產(chǎn)生一個傾斜面，并在這一傾斜面達到一定的角度時傾斜面上的運動介質(zhì)會沿著傾斜面自由滑落。隨著筒體轉(zhuǎn)速的提升直至達到臨界轉(zhuǎn)速60%時，筒體內(nèi)的運動介質(zhì)的運動特性并未產(chǎn)生明顯的改變，但是最外層介質(zhì)的拋落運動軌跡較為理想，介質(zhì)拋落的高度較大、作用在物料上的力較大從而產(chǎn)生較強的破碎沖擊。隨著轉(zhuǎn)速率的進一步提升，最外層介質(zhì)產(chǎn)生的降落點將會逐漸離開礦石存在的區(qū)域，從而作用在裸露的襯板表面，在這一過程中會伴隨著巨大的噪音和振動，加快襯板的磨損，減少襯板的使用壽命，也不利于磨機的平穩(wěn)運行。通過上述分析后發(fā)現(xiàn)，在球磨機中采用矩形襯板將會導(dǎo)致筒體內(nèi)的介質(zhì)在運動時產(chǎn)生明顯的內(nèi)、外層分層現(xiàn)象，內(nèi)、外層介質(zhì)的運動形態(tài)有所差異，在筒體轉(zhuǎn)動時需要達到特定的轉(zhuǎn)速率才能使得內(nèi)、外層介質(zhì)獲得相對理想的運動形態(tài)。為使得選用矩形襯板的球磨機獲得良好的工作特性，應(yīng)當確保最外層介質(zhì)處于理想的運動狀態(tài)。根據(jù)這一特性分析應(yīng)當將選用矩形襯板的球磨機的轉(zhuǎn)速率控制在60%以內(nèi)。（2）梯形襯板對球磨機中運動介質(zhì)運動軌跡的影響。當球磨機中采用梯形襯板時，在球磨機的筒體轉(zhuǎn)速達到臨界轉(zhuǎn)速60%時，梯形襯板會對筒體內(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)獲得拋落運動，剩余的靠近內(nèi)層的運動介質(zhì)將處于瀉落運動狀態(tài)。隨著球磨機轉(zhuǎn)速率進一步提升，球磨機中外層運動介質(zhì)的拋落高度也隨之進一步的提高。而當球磨機的轉(zhuǎn)速率提高至75%時，運動介質(zhì)處于拋落運動狀態(tài)的介質(zhì)增多，且各層介質(zhì)拋落高度均變大，運動介質(zhì)的拋落軌跡處于理想狀態(tài)。隨著球磨機轉(zhuǎn)速的進一步提升，運動介質(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，對球磨機的運動造成了一定的影響。通過對球磨機中運動介質(zhì)的運動軌跡進行分析后發(fā)現(xiàn)，采用梯形襯板的大型球磨機，球磨機工作時在75%的臨界轉(zhuǎn)速下都能夠得到較好的拋落效果。（3）波形襯板對于球磨機中運動介質(zhì)拋落軌跡的影響。通過對運動介質(zhì)的拋落軌跡進行試驗分析后發(fā)現(xiàn)，在球磨機轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速70%時其筒體內(nèi)的運動介質(zhì)發(fā)生拋落運動的介質(zhì)占比較低且拋落的高度不高，因此無法對物料形成較強的沖擊力，多數(shù)的運動介質(zhì)都處于瀉落狀態(tài)。瀉落運動狀態(tài)下的磨礦作用以研磨為主，沖擊為輔，磨礦效率不高。當轉(zhuǎn)速率提升時，球磨機筒體內(nèi)的拋落介質(zhì)占比增加，但是運動介質(zhì)上升階段會產(chǎn)生一定的滑動現(xiàn)象。當球磨機轉(zhuǎn)速率提升至85%時，筒體內(nèi)的運動介質(zhì)大部分處于拋落狀態(tài)且外層運動介質(zhì)的拋落高度較高，其落在介質(zhì)沖擊區(qū)時能夠產(chǎn)生較強的沖擊效果，介質(zhì)的拋落軌跡較為理想。當球磨機的轉(zhuǎn)速逐漸提升至臨界轉(zhuǎn)速時，筒體中的運動介質(zhì)在筒體內(nèi)部會產(chǎn)生離心運轉(zhuǎn)現(xiàn)象，此時運動介質(zhì)之間和運動介質(zhì)與襯板之間幾乎沒有相對運動，也就不對礦石產(chǎn)生研磨作用。

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

2 球磨機中襯板形狀對球磨機中有用功率的影響

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

3 結(jié)束語

不同的襯板形狀會對大型球磨機中的運動介質(zhì)的運動軌跡產(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。

參考文獻

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