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)生產領域中應用極為廣泛的粉碎設備。球磨機大型化發(fā)展是現今國內外研究的熱點之一，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計是無法取得良好的粉碎效果的，應當在總結分析球磨機大型化后鋼球運動特性的基礎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（鋼球等）運動軌跡所造成的影響的基礎上，對如何做好球磨機襯板形狀的選取進行分析闡述。

關鍵詞：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計，將會導致球磨機存在諸多的設計缺陷，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運動介質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的運動軌跡產生不同程度的影響，進而影響磨礦效率。為使得球磨機內的運動介質獲得良好的運動軌跡，通過在球磨機內部設計了不同形狀的襯板并對運動介質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的最佳匹配。

1 球磨機內襯板形狀對球磨機內運動介質運動軌跡產生的影響分析

球磨機在物料粉碎時主要依靠的是其內部的運動介質與物料之間的相互作用來實現的。其內部的運動介質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，運動介質在拋落運動軌跡時其所具有的沖擊力既對物料產生沖擊破碎作用，又能夠對物料產生一定的研磨作用，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的運動軌跡、運動介質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當做好球磨機襯板形狀與球磨機轉速等不同參數的匹配，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時運動介質與筒體接觸的方式和拋落點的受力體系造成改變，并對球磨機中介質的運動軌跡產生極大的影響。下文將就不同襯板形狀對球磨機內介質運動軌跡所產生的影響進行分析：（1）矩形襯板對于球磨機中運動介質的影響。通過研究發(fā)現，在采用矩形襯板時，在球磨機筒體轉速率較低的情況下，筒體內的矩形襯板會對最外層介質（鋼球等）產生良好的提升效果，使得最外層介質產生拋落運動。而對于最內層的介質所產生的提升效果并不明顯，內層介質會在球磨機的內部產生一個傾斜面，并在這一傾斜面達到一定的角度時傾斜面上的運動介質會沿著傾斜面自由滑落。隨著筒體轉速的提升直至達到臨界轉速60%時，筒體內的運動介質的運動特性并未產生明顯的改變，但是最外層介質的拋落運動軌跡較為理想，介質拋落的高度較大、作用在物料上的力較大從而產生較強的破碎沖擊。隨著轉速率的進一步提升，最外層介質產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，在球磨機中采用矩形襯板將會導致筒體內的介質在運動時產生明顯的內、外層分層現象，內、外層介質的運動形態(tài)有所差異，在筒體轉動時需要達到特定的轉速率才能使得內、外層介質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，應當確保最外層介質處于理想的運動狀態(tài)。根據這一特性分析應當將選用矩形襯板的球磨機的轉速率控制在60%以內。（2）梯形襯板對球磨機中運動介質運動軌跡的影響。當球磨機中采用梯形襯板時，在球磨機的筒體轉速達到臨界轉速60%時，梯形襯板會對筒體內的最外層介質及靠近最外層的部分介質產生較為明顯的提升效果，從而使得這一部分的介質獲得拋落運動，剩余的靠近內層的運動介質將處于瀉落運動狀態(tài)。隨著球磨機轉速率進一步提升，球磨機中外層運動介質的拋落高度也隨之進一步的提高。而當球磨機的轉速率提高至75%時，運動介質處于拋落運動狀態(tài)的介質增多，且各層介質拋落高度均變大，運動介質的拋落軌跡處于理想狀態(tài)。隨著球磨機轉速的進一步提升，運動介質中處于拋落狀態(tài)的占比較高且介質拋落較為均勻，但是一部分的外層介質由于拋落高度較高導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的運動軌跡進行分析后發(fā)現，采用梯形襯板的大型球磨機，球磨機工作時在75%的臨界轉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拋落軌跡的影響。通過對運動介質的拋落軌跡進行試驗分析后發(fā)現，在球磨機轉速低于臨界轉速70%時其筒體內的運動介質發(fā)生拋落運動的介質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，多數的運動介質都處于瀉落狀態(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。當轉速率提升時，球磨機筒體內的拋落介質占比增加，但是運動介質上升階段會產生一定的滑動現象。當球磨機轉速率提升至85%時，筒體內的運動介質大部分處于拋落狀態(tài)且外層運動介質的拋落高度較高，其落在介質沖擊區(qū)時能夠產生較強的沖擊效果，介質的拋落軌跡較為理想。當球磨機的轉速逐漸提升至臨界轉速時，筒體中的運動介質在筒體內部會產生離心運轉現象，此時運動介質之間和運動介質與襯板之間幾乎沒有相對運動，也就不對礦石產生研磨作用。

通過對幾種球磨機中不同襯板形狀運動介質的運動軌跡進行分析后發(fā)現，在相同的轉速率條件下，筒體中的襯板會對運動介質的拋落點和降落點產生較大的影響。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的運動介質拋落高度相對較大，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)定功率與旋轉角速度的乘積。當球磨機的轉速率低于球磨機的臨界轉速時，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速的增大而增大。矩形襯板的球磨機在轉速率達到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生較大的增幅。而采用梯形襯板的球磨機，其有用功率在轉速率<80%的區(qū)段是呈逐漸上升趨勢的，而當轉速率超過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速率呈線性關系。通過結合球磨機中運動介質的運動形態(tài)分析后發(fā)現，當球磨機的轉速率低于60%時，采用矩形襯板的球磨機將能夠得到較好的有用功率，其運動介質降落在介質區(qū)能夠獲得良好的沖擊效果，而當轉速率在60%-75%的區(qū)間內時，梯形襯板的球磨機所獲得的有用功率最大。

3 結束語

不同的襯板形狀會對大型球磨機中的運動介質的運動軌跡產生影響。相同轉速率條件下不同襯板形狀的球磨機之間所產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之間的碰撞能量。

參考文獻

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