球磨机毕业设计

目 次目次摘要IIIAbstractIV插图或附表清单V引言11 磨机概述21.1 粉磨的意义21.2 磨机的分类及工作特点21.2.1 磨机的种类21.2.2 磨机工作的特点31.2.3 磨机粉磨系统31.3 球磨机的分类及性能41.3.1 球磨机的种类41.3.2 球磨机的优缺点61.4 球磨机的主要构造71.4.1 球磨机的基本结构71.4.2 球磨机的主要部件92 球磨机进料装置的优化设计152.1 磨机的进料形式152.2 磨机进料口的改进设计172.2.1 磨机进料口存在的问题172.2.2 对进料口的改进182.2.3 进料端材质的选择192.3 合理选取磨机进料点192.3.1 球磨机的工作原理192.3.2 实际生产中的进料方式202.3.3 研磨体的运动轨迹222.3.4 研磨体及物料的受力分析242.3.5 影响研磨的原因282.3.6 对进料点的选取282.3.7 球磨机进料方式的改进303 进料装置相关参数及计算313.1 磨机作业的技术条件和工艺技术指标323.2 主要参数343.3 磨机填充率353.4 磨机的适应转速363.5 磨机功率计算394 结 论42致 谢43参考文献44ContentsContentsAbstractChart listing.Mill introduction.11 Summarize.21.1 The meaning of mill21.2 Mills sort and grinding trait.21.2.1 Mills sort.21.2.2 Grinding trait.31.2.3 Grinding system.31.3 Ball mills sort and opinion.41.3.1 Ball mills sort.41.3.2 Ball mills opinion61.4 Ball mills structure71.4.1 Ball mills basic structure71.4.2 Ball mills importance structure.92 Ball mills feed-part designing optimize.152.1 Mills feed form.152.2 Mills feed inlet designing optimize172.2.1 The problem of mills feed inlet172.2.2 Feed inlet improving182.2.3 Choose material192.3 Choose feed-in point.192.3.1 Ball mills work principle.192.3.2 Feed-in fashion in fact.202.3.3 Grinders movement.222.3.4 Grinder and materiels force analysis242.3.5 Grind reason summarize282.3.6 Select feed-in point282.3.7 Improve ball mills feed-in fashion303 Ball mills feed-part parameter and account313.1 Grinding trait and technique index.323.2 Important paramerer343.3 Mill filling velocity.353.4 Mill condign rotate speed.363.5 Mill power account.39Conclusion.42Compliment43Reference.44- II -摘 要摘要球磨机是通过圆筒内的钢球在材料之上作用来碾磨材料的，是一种能有效的碾磨多种材料的工具。其被广泛地被用于建材、化工、选矿等行业。球磨机的能量利用率很低，这和物料在磨内分布情况有极大的关系。越靠近筒体的外层运动轨迹，研磨作用越大。而磨机实际生产时，物料进入筒体就直接落入内层，内层的物料要经过较长时间才能进入外层充分碾磨，从而损失了大量能量。为了使物料合理地分布，对磨机进料部分进行改进。将旧式的直角下料溜改为倾角式下料溜，使物料溜角大于休止角，物料顺畅进给。合理的选取进料点，使物料直接进入筒体外层。最后通过计算和一些经验数据，确定进料装置的材质，物料填充率，筒体适应转速和磨机功率等相关参数。关键词：球磨机；进料装置；进料口；进料点- V -AbstractAbstractBall mill winch grinds material by rotating a cylinder with steel grinding balls, is an efficient tool for grinding many materials into fine powder. It is widely used in building material, chemical industry, etc. A Ball Mill The ball mill energy use factor is low, the distribution situation has the enormous relations with the material in grinding. Therefore discovered more approached the grinding machine outer layer, the abrasive action is bigger. When grinding machine actual production, the materials entered the mill to fall directly the inner layer, the process dynamics analysis, the inner layer material had to through the long time to enter the outer layer, reduced the production efficiency greatly.In order to cause the material to be quickly even, it has made the improvement to grinding machine feeding. First the old-style right angle feeding change the inclination angle type, then slide the angle to be bigger than stops the angle, will cause the material fast smoothly to enter. Then reasonable selection feeding spot, causes the material to enter the tube body outer layer directly. Finally through the computation and empirical dates, had determined the device material, the material feeding rate, the mill the rotational speed and the grinding machine power and so on.Key Words：Ball mill; feed-in; feed inlet 插图或附附表清单插图或附表清单图 1 磨机的分类方式3图 2 球磨机按筒体形状及卸料方式分类4图 3 磨机按传动装置分类5图 4 中心传动和边缘传动球磨机8图 5 球磨机的构造8图 6 球磨机筒体断面9图 7 衬板的主要类型10图 8 中心传动中心卸料装置11图 9 中心传动边缘卸料装置12图 10 边缘传动磨机的卸料端12图 11 调心球面在壳体外的主轴承13图 12 调心球面在壳体内的主轴承14图 13 截头圆锥漏斗进料端15图 14 螺旋叶片进料端16图 15 加料螺旋进料端16图 16 原进料口设计方式17图 17 改进后的进料口下料溜子18图 18 磨机磨碎物料的作用20图 19 磨机转速对粉磨工作的影响20图 20 N区域内富集大量粗颗粒物料21图 21 锥体进料方式和螺旋进料方式21图 22 滑履磨进料方式22图 23 研磨体运动轨迹23图 24 研磨体运动轨迹内的受力情况25图 25 粗颗粒物料运动轨迹29图 26 滑履磨进料方式的改进简视图29表 1 不同品种水泥的细度要求33表 2 各种物料的含水量33表 3 磨机主要性能参数35图 27 研磨体填充率35图 28 球的运动轨迹37引 言引言随着现代科技发展，提高生产效率成了机械行业追求的目标。因此对机械设备的改进优化就相当重要。本文主要研究的是球磨机进料装置，并对其进行优化改进。进料装置是球磨机中一个不可缺少的部分，进料部分的设计结构直接影响着磨机的生产效率，因此它的结构设计对磨机整体十分重要。这里通过对磨机整体的深入理解和探索，总结出进料部分对整体的影响因素，通过对以前图纸的分析和现场的观察记录，确定以前磨机进料部分存在的问题。最终结合相关文献资料和计算参数，完成磨机进料部分的改进设计。磨机进料部分的改进将大大提高进料速率，从而提高生产效率。- 30 -1 磨机概述1 磨机概述1.1 粉磨的意义磨机是发电、选矿、化工和建材等许多工业部门广泛采用的粉磨机械。磨机能粉碎各种硬度的材料，在选矿场中被广泛的用来细磨各种矿石；在发电厂用来制备煤粉；在水泥厂经过破碎的原料、熟料和其它混合材料都需要在磨机中进行粉碎。归纳起来，粉碎的目的是：1.增加物料的暴露面积。保证生料在窑中得到充分的化学反应，使能够充分完成燃烧，水泥完全水化，产生较高的强度。为此目的，对水泥生料的细度应控制在0.08毫米方孔筛的筛余为10%以下，水泥应控制在8%以下，煤粉应控制在14%以下。2.使用各种物料混合均匀。水泥生料里的石灰石、粘土和铁粉，水泥中的矿渣、石膏和熟料等经过磨机粉磨以后不但能将其粉碎，还能使之混合均匀，以保证水泥的质量。1.2 磨机的分类及工作特点1.2.1 磨机的种类由于物料被磨碎的方式不同，是否采用研磨介质，磨机运动方式以及磨机结构等不同，粉磨设备也就有各种形式，有的彼此差别也很大。建材工业中一般能见到的磨机有球磨机、棒磨、环辊磨（中速磨）、自磨磨机（无介质磨）等。有时候生产和科研工作中还使用振动磨，气力磨等超细磨设备。就上述的几种磨机设备归类如图1。图1中a、b、c、d类磨是靠允许磨介质的冲击和压研作用磨碎；e则靠压研粉碎；f、g借锤与料，料与料间撞击摩擦来粉碎。同时a、b、c类磨装有研磨介质，d则无研磨介质，称自磨机。在结构上，a、b、c为圆筒形。建材工业中以球磨（包括棒磨）应用最多，最普通、环辊式中速磨也常用粉碎煤，这两种磨的历史较长，其他型式磨机都是生产中逐步发展起来的。图 1 磨机的分类方式1.2.2 磨机工作的特点在建筑材料、冶金和化工生产中有大量经过破碎到一定粒度的物料：如水泥原料里的石灰石、矿渣、石膏等，选矿场里的矿石颗粒，根据工艺要求，都还要进行细磨作业。但是细磨作业的工作量是相当大的，这项繁重的工作，目前都是在磨机里进行的。可是磨机的工作效率非常低（15%30%），所以耗用的电能比较多，能量损失严重，碾磨中金属的消耗量也比较大。为了降低生产成本，就必须在了解磨机这些作业特点的前提下，根据物料的性质（硬度、含水分多少），如物料粒度和出磨成品的细度要求，合理选择粉磨工艺流程和细磨设备。而且对现有的设备进行与生产相适应的改进。1.2.3 磨机粉磨系统粉磨系统有开流和圈流两种。开流在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品；而圈流是物料出磨后经过分级设备选出成品，而使粗料返回磨内再磨。开流系统的优点是：流程简单，设备少，投资省，操作简单；但物料必须达到产品细度要求后才能出磨。因此要求产品较细时，以被磨细的物料将会产生过粉碎现象，并在磨内形成缓冲垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效果，增加了电损耗。采用圈流系统，可以及时将细粉排出，消除了过分碎现象，使磨机产量提高；同时产品粒度均匀，并且可以用调节分级设备的方法改变产品细度。1.3 球磨机的分类及性能1.3.1 球磨机的种类球磨机主要的工作部分是回转圆筒，一般是两端支承，一端出料并由电动机经过传动装置变速后带动，另一端喂料。筒中装有球、段、棒等研磨介质，与物料一起被回转筒体不断带起抛落冲击、研磨将物料磨碎。球磨机具体类型很多，其差别在于所装载的研磨介质、进出料方法、传动与支承方式的不同。各种型式球磨机，现归纳如下： (一)按所装研磨介质的不同来分:1.球磨机：筒体内装钢球或钢段，这种磨机使用最普通。2.棒磨机：简体内装钢棒作为粗磨机介质，这种磨机产品粒度均匀。3.砾磨机：用砾石、卵石、瓷球为研磨介质，花岗岩、瓷料等衬板，用于生产白色或色彩水泥以及陶瓷工业用。(二)按筒体的形状分:1.短筒形磨机：筒体长度与直径之比L/D1.01.5（图2中a、c），一般用于粗磨或一级磨。2.长筒形磨机：筒体长度和直径之比L/D1.5(图2中b、d)，当L/D之值增加至37则称为管磨机,管磨机内部分隔为几个仓，称为仓式管磨机，这种磨机在水泥厂用的较多。3.圆锥形磨机。筒体仍为圆筒形，两端盖成圆锥形，其L/D=0.251.0，如图2中（c）所示。图 2 球磨机按筒体形状及卸料方式分类(三)按卸料方式分1.中心卸料。这种磨机出料口是在磨机中心轴孔，其中又分为：(1)溢流式中心卸料：如图2中a、c，这种磨机在粉磨时，磨内料面必须高出卸料口，而使物料溢流而出，工作时料球装的多，磨内结构简单，而操作不灵活，粉磨过程不宜调整。(2)格子式卸料磨机：为克服上述缺陷在磨尾装有格子式提升板以帮助卸料，如图2中b,这类磨机在水泥厂最多。2.周边卸料。这种磨机的卸料是在筒体的周壁，如图表2中d，实际上它相当于两台端部周边卸料磨机的合体，而使设备紧凑，材料省，单位动力产量高，为新的一种磨机，多用于有选粉机的圈流系统。（四）按传动方式分1.中心传动。由卸料端经空心轴直接与减速机出轴联接，由电动机带动，传动轴的中心与简体中心线一致（图3.a）。2边缘传动磨机。这种磨机的传动装置是将电动机的动力经过减速机后，传到与磨机筒体中心线相平行的传动轴上，在经过这根轴上的齿轮带动装在磨机筒体上的大齿轮，使磨机回转（图3.b）。3.摩擦传动。仍属于边缘传动磨机，它是由安装在筒体上的轮带与主动轴上的拖轮相摩擦而传动(图3.c)。图 3 磨机按传动装置分类（五）其他分类其他还可以按支承方式分为轴承支承与托锟支承，或两者混合支承等。按工艺和操作又分为干法磨和湿法磨，间歇磨和连续式磨，其中间歇磨多作为化验室的试验磨，工业生产都用大型连续式磨。1.3.2 球磨机的优缺点由于球磨机有许多优点，所以在许多部门中受到重现，得到了广泛的应用，它的主要特点如下：（一）优点1.对于各种物料都能适应，能连续生产，生产能力大，可满足较大规模生产的需要。2.粉碎比大，可达到300以上，并易于调整产品的细度。3.可适度各种不同情况下工作，能干法生产，也可湿法生产，还可以把干燥的粉磨工序合并在一起同时进行。4.设备本身操作可靠，能够长时间连续运转。5.维护管理简单易进行。6.有很好的密封装置，防止粉尘飞扬。(二)缺点1.工作效率低：在生产水泥的过程中，用于粉碎作业的电量约占全厂的2/3，据统计，每生产一吨水泥的耗电量不低于70千瓦小时，但这部分电能的有效利用率却很低，据分析，磨机输入的功率用于粉碎物料(做有用功)的功率消耗只占一小部分，约5%7%，而绝大部分电能消耗于其他方面，主要是转变为热能和声能而消失掉，这是一项很大的浪费。2.体型笨重：大型磨机的总重量可大几百吨以上，这样一次性投资必然很大。3.配置昂贵：由于磨机筒体转速和很低(每分钟1525转)，如用普通电动机驱动，则需配置昂贵的减速装置。4.生产成本高：研磨体在冲击和研磨物料的同时，本身也要受到磨剥，筒体内的衬板等零件也被磨剥，因此在整个水泥生产过程中，粉碎作业（生料制备、磨水泥）所消耗的铁板量是很多的，据分析，大约每生产一吨水泥的钢铁消耗为1公斤左右。1.4 球磨机的主要构造1.4.1 球磨机的基本结构球磨机是一种重要的细磨设备，这种设备在水泥工业中应用很广泛。这种磨机，由于筒体较长，可使物料在磨机中被粉磨的时间较长，得到成品的细度和品质也较高。球磨机的规格是以筒体的内径和筒体的长度的乘式来表示的，如F2.213m磨机。如图4中(a)、(b)分别是F2.213m中心传动中心卸料和边缘传动中心卸料球磨机的构造图，这两种磨机除传动装置外，其他部分的构造基本相同。如图5所示是中心传动的球磨机。出料端盖与带有出料孔的传动接管相联接。出料端部设有格子板、扬料板和出料螺旋。螺旋线的方向与磨机的转向相同，在传动接管上装有一个圆筒筛。筛内装有振打装置，防止筛孔堵塞。这些装置都被密封在出料罩内。出料罩上部用管路通向收尘器，下部通过成品输送设备将物料运走。传动接管的另一端从出料罩伸出来通过齿形联轴节与减速机出来的低速轴相连接。在传动系统中还设有慢速驱动装置，以备检修时可用它将筒体上的人孔门随时转到所需要的位置，以及在启动磨机时应用。图 4 中心传动和边缘传动球磨机（a）中心传动磨机；（b）边缘传动磨机图 5 球磨机的构造在多仓室的球磨机内，各仓室之间用隔仓板将它们隔开避免不同规格的研磨体互相串通。整个磨机筒体部分的重量由两端的主轴承支撑，并在其上转动。图6是球磨机筒体的断面。为了更好地适应粉磨工作的需要，各仓室要安装一定形状的衬板：一般在一、二仓铺设阶梯衬板或压条衬板，后面的细磨仓铺设波形衬板。图 6 球磨机筒体断面1仓室衬板；2仓室衬板；3、仓室隔仓板；4扬料板1.4.2 球磨机的主要部件（一）筒体磨机筒体是用钢板卷制焊接而成的圆筒形薄壁壳体，筒体内装设有不同形状的衬板和隔仓板，在筒体本身还开有人孔，以便检修和装填研磨体。筒体是一种承受交变动载荷并处于低速而长期运转的构件，而且又是磨机的主体。因此在设计中必须考虑它是不是更换零件，即要保证工作中安全可靠，长期使用。在制造中的关键就是保证筒体的圆度和焊接质量。（球磨机筒体断面如图6）筒体的设计原则有：1 钢板材质的选择；2 排列筒体钢板的原则；3 对于直径比较大的球磨机筒体，在其中部如有环向焊缝，可按等强度理论，把中部的钢板选的适当厚些，但筒体的内表面应保证光滑。4 筒体上固定衬板和隔仓板的螺栓孔应根据衬板尺寸等距离开设，纵横成行，以便于加工。5 筒体上的人孔应开在各仓的中部位置，各仓的人孔还要沿筒体母线对称错开，这样对调整仓板位置有较大的余度，对筒体强度也有好处，也便于装卸研磨体。6 人孔的规格。人孔也叫磨门，它的作用就是为了使筒体内的零件和人能自由进出，便于检修，所以其尺寸不宜太小，但也不宜过大，若人孔开的过大，对筒体的断面强度消弱严重。（二）衬板衬板是铺设在筒体内的一种保护筒体和起研磨作用的重要辅助部件。其对材质要求较高，在粗磨仓中要靠研磨体的冲击作用，所以要求材料有足够抗冲击的韧性，在受到冲击后，其表面能够冷作硬化，变得十分坚硬耐磨。在细磨仓中主要靠研磨体的研磨作用，对衬板材质要求是坚硬而耐磨。衬板表面形状不同对研磨体的牵制能力也不一样，可根据磨机特性和粉磨物料粗细不同选择衬板的表面形状。衬板的主要类型如图：图 7 衬板的主要类型a.压条衬板b.凸棱衬板c.波形衬板d.阶梯衬板e.平衬板f.波纹衬板（三）磨头磨头是磨机主要零件之一，它承受整个磨机的动载荷，在使用中要长期安全可靠，所以设计应考虑为不更换件。（四）隔仓板磨机根据筒体长度与直径比值的不同，在筒体内用隔板仓分隔成不同数目的仓室。一般是：L/D2.0为单仓磨；L/D=2.03.0为双仓磨；L/D3.0为三仓或四仓磨。隔板仓的主要作用有：1 分隔研磨体；2 防止大颗粒物料窜向出料端；3 控制物料的移动速度。(五)磨机的出料装置中心传动磨机的出料端，有以下三种结构形式。1 如图8所示的中心传动中心卸料端。它的卸料篦子1用螺栓5与磨头2连结在一起，在卸料篦子与磨头之间有叶板4，在叶板中间装有卸料锥3。物料由卸料篦子1的孔排出后，被叶板4带起。当物料被带到上部时，便由叶板上滑下，经卸料锥3滑到轴颈内的截头漏斗6内，最后从中间接管7上的椭圆孔落到控制筛8上。筛8用螺钉固定到中间接管7的法兰盘上，随法兰盘旋转。9为卸料罩子，物料成品由罩子底部卸出，落入运输机中，没有通过筛子的粗粒物料，沿筛子滑下来从孔10卸出。图 8 中心传动中心卸料装置2 图9是一种中心传动边缘卸料的装置。在磨机端盖内表面和卸料篦板3之间，形成一个环行空间，在端盖壁上等距切割椭圆形孔2，物料从此孔卸出，落到外罩下部（图中外罩未画出）。图 9 中心传动边缘卸料装置3 边缘传动磨机的卸料端（图10）。卸料篦子1和磨头2间有叶片3，在篦子的中部装有螺旋叶片4，叶片3能将物料带起并撒在螺旋叶片4上。通过螺旋叶片4和装在套筒5里的螺旋叶片6使物料顺畅地从轴颈中卸出。7为漏斗，用螺钉固定在轴颈的端面上，物料沿着漏斗落到控制筛8上，9为机罩，10为通风管道与排风机和收尘系统相联结。图 10 边缘传动磨机的卸料端1卸料篦子；2磨头；3叶片；4螺旋叶片；5套筒；6螺旋叶片；7漏斗；8控制筛；9机罩；10通风管道（六）主轴承主轴承是磨机的支承部件，磨机的全部重量和研磨体与物料的重量及离心力等都由主轴承承受。磨机是以空心轴支承于主轴承上的，由于物料是由空心轴内出入磨机，所以空心轴的外径和主轴承轴瓦直径都比较大，管磨机的主轴承轴瓦内径为6001400毫米。磨机回转时各作用力的合力方向近似垂直向下，因此主轴承只需要下轴瓦。磨机主轴承采用滑动轴承结构（滑动轴承都设计成自位调心的）的有两大类：一种是把自动调心的球面置于壳体之外如图11；还有一种是把球面置于壳体之内如图12。图 11 调心球面在壳体外的主轴承1轴承上盖；2联结螺栓；3进水管；4主轴承瓦；5冷却水管道；6轴承座；7冷却水管道；8出水管；9油管；10螺栓；11密封圈；12排油管13圆柱销图11主轴承的轴瓦4支承在凹形球面的轴承面6上，轴瓦下面具有凸形球面，而上部浇注轴承合金，轴承座和轴瓦的接触球面要精加工。这样磨机工作时，可灵活地自动调位，可消除轴瓦局部过负荷的可能性。由于轴承上盖不承受载荷，为了减轻制造工作量，减轻重量，它可采用钢板焊接的结构，用螺栓2与瓦座刚性联结。为了防止轴瓦从轴承座内滑出，利用圆柱形销13稳定在轴承座上。为了防止灰尘由轴瓦侧边和中空轴之间缝隙进入轴承内，并防止润滑油流出，在轴瓦两侧用螺栓固定密封圈11，每一个密封圈都由两半组成，用毛毡10密封。当中空轴回转时,在环行槽内充满了润滑油则同样起密封作用。润滑油沿着油管9进入轴承，油管一端封闭，下部壁上分布许多小孔，润滑油通过这些小孔，沿着回转中空轴均匀分布。用过的油，由轴瓦下部接管12和与其相连的集油管而流入循环油系统的过滤装置。图12磨机主轴承球面瓦6支承在底座1上，球面瓦只有120，由于中空轴在球面瓦上接触面夹角小于90缘故。轴承上盖以钢板焊接结构。为了防止球面瓦从轴承座内滑出，用两个定位螺钉7和压板8是为了把中空轴上的油刮下，防止流到外面，对环境卫生有利。这两种主轴承比较起来：金属用量方面“外球面”的比较省；轴承密封，“外球面”的比较优，因为轴承两侧的密封圈有可能随调心球面瓦一起自动调整，减小缝隙。但这种“外球面”轴承储油量较少，有时需要另外的油池或油箱，使系统复杂化。另外“外球面”的球瓦比较形大体重，则在机械加工和浇注轴承衬时比较麻烦。图 12 调心球面在壳体内的主轴承1轴承座；2轴承上盖；3挂油器；4架板；5挂油刷；6钨金瓦；7顶块；8挂油板2 球磨机进料装置的优化2 球磨机进料装置的优化设计2.1 磨机的进料形式进料装置是给磨机供料的一个完整的系统，其对磨机产量影响很大。传统的进料形式一般有三种：1 截头圆锥漏斗形式的进料端。如图13所示：物料经铸铁加料溜子1加入磨机，溜子支撑在支座8上，物料从溜子进入锥形漏斗2，漏斗嵌入轴颈内腔。漏斗有较大的中心角，以保证加料充足，进料漏斗的物料能迅速沿轴线向筒体内移动，钢环5起磨头衬板的作用，以保护磨头不受物料和研磨体的冲刷磨损。肋板4起加强磨头钢度的作用，同时也是环5的支架，钢环5以螺栓与磨头联结。采用这种结构形式，在设计截头圆锥时，要使倾斜角大于物料的休止角。图 13 截头圆锥漏斗进料端1加料溜子；2锥形漏斗；3刮油板；4肋板；5钢环；6轴瓦；7油圈；8支座；9密封垫2 利用螺旋叶片进料的进料端。如图14所示，物料由进料口1进入装料接管2内，接管有钢板制成，内装有螺旋叶5和隔板6，接管用螺钉固定到空心轴径的端部，并随之一起旋转，空心轴径内装有套筒3，套筒的里面焊有螺旋叶片4。当接管和套筒随磨机旋转时，由进料口进入接管中的物料，在螺旋叶5的推动下进入隔板6中，并由隔板带起流入套筒中，进入套筒中的物料在螺旋叶片4的作用下被推入磨体中。在加料溜子和接管之间，装有毛毡密封圈7以防止漏料。图 14 螺旋叶片进料端3 利用加料螺旋进料的进料端。如图15所示的进料装置，只在一些原有的老式球磨机上还有使用，新型磨机以不在采用。它的结构空心轴径中装有固定的套筒1，由单独的传动机构带动螺栓2在套筒中转动，物料由加料口3加入套筒中，在螺栓2的作用下，将物料推入磨体中。图 15 加料螺旋进料端2.2 磨机进料口的改进设计近几年随着新技术、新工艺的不断完善，球磨机的台时产量发生了较大的变化，同规格的生料开路磨和闭路磨台时产量相差两倍以上。降低入磨物料粒度，增强磨内通风，对提高磨机的产量、质量起到了很关键的作用。改善磨机通风，许多工厂在这方面都作了较大的努力和探索。在磨头设置鼓风与增加磨尾抽风相结合，收到了较好的效果，但相应增大了风机的能耗与磨尾收尘系统的处理难度。因此最行之有效的一种方式就是改进进料口。2.2.1 磨机进料口存在的问题球磨机的台时产量很大程度受到进给率的影响，根据大量的参考数据显示，其实影响磨机进给率和通风好坏的主要原因，是在磨机的进料口。现就老式系列球磨机接料口为例分析，磨机制造厂家原基本设计配套制造为图16型式。图 16 原进料口设计方式原设计中进料口通常水平安装，物料在料口底面形成45的自然堆积，使进料口的有效通风面积约为0.065m ，相当于设计通风截面积的13。当其使用斗式秤配料与闭路循环负荷高的时候，进料口的通风面积被物料堵塞至基本没有，物料在磨内仅靠压力流动。生料磨由于物料自身水份较大，物料在磨内粉磨升温过程中，物料蒸发出来的水汽与微粉不能及时排出，在磨机前部形成回旋气流，增加了磨内的过粉碎现象，并带来的缓冲作用，使钢球的冲击力减弱，造成前筒体转角部分的微粉逐步粘结，形成磨机严重的糊磨现象。特别是冬天这种现象普遍存在。水泥磨由于对产品的细度要求较高，物料需要在磨内停留较长时间，由于磨机通风不良，使粉磨时产生的热量不能及时的排出，磨内温度增高。温度增高使水泥微粉细颗粒表面带上电荷，在静电的作用下，使颗粒与颗粒之间，颗粒与研磨体之间进行聚结，造成研磨体表面静电吸附细粉包球现象，很大程度上削弱了研磨体的冲击研磨功能，使磨机的粉磨效率降低，能耗增高。2.2.2 对进料口的改进由进料口出现的问题可以看出，进料口最主要的问题是下料溜子的问题，由于直角下料会造成物料对进料口的堵塞现象，从而影响到进料口的通风。因此现对进料口的改进主要将解决方法放在了下料溜子上。改造方法是：将原来进料口的下料溜子取掉，改成如图17所示的圆筒型倾角式的下料溜子（圆筒直径F500，详细尺寸见CAD图），这样将中空螺旋F500净空间让出，使磨机在任何条件下都保持01963m的通风面积，为磨机创造良好的通风条件。由于有一定的角度，因此入料会在重力作用下顺畅进给，不会在进口造成堵塞现象，影响磨机正常工作。冬天在进料管口导人一根F200的钢管进入放大体内，适时通人热风，降低磨内温差，增加磨机冲击研磨功能，稳定物料在磨内流速，减少磨内水蒸汽结露。另外，为了加强下料溜子的强度，增加其使用寿命，要在圆筒的下半边加固衬板，以提高下料溜子的耐磨性并对进料口起到很好的保护作用（衬板的详细尺寸见CAD图）。这项改进从理论分析是可行的，实际操作也很简单，企业不须比以前增加投入。这项技术对改善磨机的粉磨工况条件，降低能耗，促进企业技术进步有一定的积极推动作用。图 17 改进后的进料口下料溜子2.2.3 进料端材质的选择球磨机进料端随不象筒体部分磨损严重但也有磨损，它的损坏会导致停机，所以为了保证磨机的正常运行要严格选取进料端的材质。磨机进料端采用高铬铸铁制造。高铬铸铁按国家标准GB82638抗磨白口铸铁技术中的KMTBCr20Mo2Cu1制造，适用于承受较大冲击载荷。其中化学成份是(%)：C 2.03.0，Si1.0，Mn 0.51.0，Cr 18.O22.0，Mo 1.52.5，Ni 01.5，Cu 0.81.2。在实际制造中，可根据矿山存在的湿磨腐蚀磨损情况和衬板的厚度来确定各元素的增减量，以保证适应各工作状况条件的使用性能。热加工工艺主要是：浇铸空冷正火(960980，保温2h) 空冷回火(450，保温2h)空冷。2.3 合理选取磨机进料点通过在机械厂的现场观察结合球磨机粉磨动力学原理，发现实际生产中球磨机粗磨仓有一种不合理现象，现在对球磨机内抛落式运动时研磨体和物料的运动轨迹及相互之间的作用力进行分析，探求此现象产生的原因。发现球磨机进料装置在进料点选择上存在不合理之处。从而降低了球磨机粉磨效率和提高了消耗。所以为了优化进料装置，改善不合理问题，需要进行进料点的改进。2.3.1 球磨机的工作原理球磨机具有一个水平放置的回转圆筒，管磨机的筒体用隔仓板分成25个室，在各个室内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球或钢段，在棒磨机的粗磨仓研磨体内为钢棒。当磨机回转时，物料与研磨体混合，在离心力和与筒体内壁产生的摩擦力的作用下被带到一定的高度，如图18所示，在重力的作用下自由下落，落下的研磨体冲击底部的物料把物料击碎。在磨机回转时，研磨体还有滑动和滚动现象，这样，物料于研磨体之间产生摩擦，将物料磨碎，由于进料端不断加入新物料，并且研磨体下落时冲击物料所造成的轴向推力，使之向出料端流动。当磨机中的研磨体尺寸越大，装载量越少和磨机的回转速度越高时，则研磨体被带起的高度越高，滑动和滚动现象越小，对物料的冲击作用就越大。反之，研磨图 18 磨机磨碎物料的作用体被带起的高度越小，研磨体相互之间的滑动和滚动现象就显著，对物料的研磨作用就较大。多室的管磨机，靠近入料端室，往往装入较大直径的钢球，装载量较少，以利于击碎粒度较大的物料。在靠近出料端的室，往往装入直径较小的钢球和钢段，装载量较大，以便细磨粒度较小的物料。另外，磨机筒体的转速，对粉碎作用和磨机产量影响也很大，如图7-2所示。当筒体转速过低时（图19 a图），筒体不能将研磨体带到一定的高度，冲击物料的作用很小。反之，若筒体的转速过大（图19 c图），转速超过“临界转速”时，研磨体在其惯性离心力的作用下贴附在筒体上，与筒体一起作圆周运动，也根本起不到对物料的冲击作用。只要当筒体的转速适宜时（以“临界转速”的60%70%），研磨体抛出后，才能获得最大的降落高度，对物料产生较大的冲击效果，如图19 b图所示。图 19 磨机转速对粉磨工作的影响2.3.2 实际生产中的进料方式根据很多资料和正常生产紧急停车时的观察显示：若进磨物料较粗，则在靠近磨机进料端很长一段距离的N区域内，如图20中横截面：图 20 N区域内富集大量粗颗粒物料N区富集着大量的粗颗粒和混入的小研磨体，越靠近磨头这种现象越严重，在截面的其它区域情况较少。为什么会产生这种现象，进行了以下分析：球磨机进料装置的作用是将物料顺畅送入磨内进行粉磨。球磨机最常用的两种进料方式：锥体进料方式和螺旋进料方式(如图21)。1.锥体进料方式：物料依靠惯性冲入和锥体内表面的斜度进入磨内。2.螺旋进料方式：物料依靠螺旋作用强制导入磨内。由于中空轴也随着筒体一起运转及物料和中空轴之间的摩擦力存在，故实际上这两种进料方式的物料大都是从图21中EFM处进入磨内的。图 21 锥体进料方式和螺旋进料方式滑履磨多采用进料溜筒直接进料(如图22)，通常进料点多选择在磨机进口的中心线靠下处，即大约在图21中的M部位。图 22 滑履磨进料方式2.3.3 研磨体的运动轨迹球磨机的工作原理是利用旋转筒体内的研磨体对物料的不断冲击和研磨，使物料最终粉磨成合格的产品。球磨机粉磨动力学通过建立数学模型，对球磨机内研磨体抛落式运动规律进行分析，得出了几个重要结论：(如图23)：(1)研磨体运动的基本方程式： 1式中：R任一层研磨体的回转半径。球磨机筒体的角速度。g重力加速度。回转半径为r的研磨体的脱离角。(2)研磨体运动脱离点A0AA1的轨迹： 2即：脱离点的轨迹是以(O， )为圆心，以为半径的圆。图 23 研磨体运动轨迹(3)研磨体作抛物线运动ABC的轨迹： 3 4或 5(4)研磨体运动最高点B0BB1的轨迹： 6(5)最内层的脱离角：(6)理论适宜转速时最外层脱离角：从以上结论可以看出，研磨体从C1CC2界面起，由于离心力和摩擦力的作用，研磨体随着筒体一起转动。任何一层研磨体的运动轨迹都是以筒体中心为圆心的圆周运动。当研磨体与筒体一起转动而被提升到一定高度(AIAA2界面)以后，因研磨体的离心力小于重力的向心分力，此时，研磨体就以初速度v(研磨体的圆周速度)离开筒壁作抛物线运动，下落后重新回落到圆的轨迹上。在运转过程中，研磨体在球磨机内按圆与抛物线的轨迹周而复始地运动着，可以看出当磨机在一定转速下正常操作时，任何一层上的研磨体，经历了上述轨迹曲线的运动后，仍然返回到其原来所在的位置或相近的位置。即运动轨迹外层的研磨体回落到C1CC2界面时在外层的概率最大，同样对于在内层运行的研磨体则大多仍在内层。据最新研究表明：研磨体在AIAA2界面到B1BB2界面之间的运动轨迹并不是传统理论认为的松散状抛物线运动，因为密不可压缩的研磨体在脱离AIAA2界面后，由于在y轴方向上有一个向下的重力加速度g，致使同一层相邻两研磨体之间以及相邻层研磨体之间的运动轨迹相交而产生相互作用力。简单而言在此段不是松散状、无干扰的抛物线运动而是一种呈密集态、存在相互作用地向上运动。这里不着重研究。2.3.4 研磨体及物料的受力分析（一）研磨体在圆周运动轨迹内(C1CC2界面到A1AA2界面)的受力情况(以图24中点A4的研磨体为例)，图中：f1研磨体受到磨机筒体内壁或较之外层的研磨体对该层研磨体的摩擦力；f2内层研磨体对该层研磨体的摩擦力；G0研磨体自身的重力；G1其内层研磨体受重力影响而对它产生的压力；N0研磨体自身作圆周运动承受的离心力；N1其内层研磨体做圆周运动而对它发生的压力；F以及简体内壁或外层研磨体对它的反作用力。（在着忽略了一些气流影响和衬板磨损的影响）图 24 研磨体运动轨迹内的受力情况从其受力分析可以看出：(1)磨体离开C1CC2界面后在f1、f2的作用下，(因flf2)，研磨体随磨机筒体做圆周运动，最终达到和筒体相同角速度，同时研磨体在此作用力下还作自身旋转运动。(2)研磨体越靠近运动轨迹外层，则所承受的G1、N1、f1、f2、F的作用力就越大；同时磨机每运行一圈研磨体运行的的距离就越长；运动线速度就越大。(3)研磨体通过A3后，由于其离心力抵消掉一定的重力向心分力，研磨体越靠近A1AA2处所受的作用力F就越小。（二）研磨体在A1AA2界面到B1BB2界向轨迹内的受力情况，因存在较复杂的因素影响，再此不作深入研究。但可以看出在此段内研磨体之问作用力很小；因做减速运动，运动速度也较小。也是一个动能向势能转化的过程。（三）研磨体在B1BB2界面到C1CC2界面轨迹内，研磨体呈霰弹状的抛落运动，研磨体之间是松散状的，正常情况下，研磨体之间不存在相互作用力，是一个势能向动能转化的过程。到达C1CC2界面时达到各自最大速度V。 7Vc研磨体在C1CC2时的速度；m单个研磨体的质量；HBCB点与C点的高度差。公式8表明，VC是同VB(B点Y轴方向的分速度为0)、HBC有关的。结合公式1至公式4可以看出VB和HBC均同，有关。因值一定，故越靠近运动轨迹外层，VC值越大。（四）在C1CC2界面处，研磨体的动能通过碰撞转化为对物料、研磨体或衬板的冲击力P。 8公式9表明，P除同VC有关外，还受m、t的影响，即还同单个研磨体的重量和力的作用时间t有关。单个研磨体的重量同研磨体的材料和直径有关。研磨体的材料受其强度和成本的限制，而直径也不可能无限大，否则会大大减少研磨体的碰撞总次数。t值除与被撞击物体的材料特性有关外，更重要是和被撞物体在运动轨迹中所处位置有直接关系，在运动轨迹的内层时，由于被撞击物料下面有大量物料存在，作用力得到缓冲，作用时间必然就长，t值大；即在碰撞界面C1CC2处，越靠近C1点，t值越小，冲击力P越大；越靠近C2点，则t值越大，冲击力P越小。由上分析可以得出，同样是越靠近磨机筒体的外层P值越大，越靠近运动轨迹内层P值越小。（五）通常认为：物料进入球磨机后，是填充在研磨体的间隙中，和研磨体一起做圆和抛物线运动的，在运动轨迹中的受力情况同研磨体相似。（根据一项关于磨机模拟的实验研究表明：物料进给的填充率对物料在筒体的运动也是很有影响的，在这里假设所取填充率合适。）但是由于细小物料的流动性好，在研磨体间隙中可以相对自由地运动，而粗大物料在研磨体间隙中运动阻力则大很多，难以在研磨体之间快速、均匀分布，这种情况必然影响不同粒度物料的运动轨迹和受力况。下面分析物料在运动轨迹中的受力和运动情况：（1）圆周运动轨迹内(C1CC2界面到A1AA2界面)：较细物料填充在研磨体的间隙中，研磨体构成的支承骨架承受着主要的作用力G1、N1、F，物料受力较小。对物料主要是因研磨体相对滑动和旋转而产生研磨作用，但是应做抛落运动的研磨体直径都较大，研磨体总