球磨机（包括棒、管磨机）选型设计第一节磨机的分类与工作原理一、磨机的分类第一节磨机的分类与工作原理一、磨机的分类物料经过破碎机械破碎（粗、中、细破碎）的物料粒度在 8-20 mm 之间，为了达到生产工艺所需要的细度要求，破碎后的物料还必须经过粉磨机械磨细。粉磨是现代工业生产中的重要过程。在选矿、建材、水泥、煤炭、化工、电力、轻工和冶金等工业部门中，都需要磨碎作业，球磨机、振动磨机、气流磨机和其他磨机是这些工业部门的重要设备之一。而球磨机的应用最为广泛，这类粉磨机的主要部件都是一个缓慢旋转的筒体，筒体内装有磨碎介质，由于球磨机结构简单坚固、操作可靠、维护管理简单、能长期连续运转、对物料适应性强、破碎比大（可达 300 以上）和生产能力大，所以能满足现代化大规模工业生产的需要。但球磨机的缺点也比较明显，其工作效率低、体型笨重、研磨体和衬板的消耗量大、操作时噪声大，因而在选用粉磨机械时，应综合物料的物性、物料磨碎的要求、操作条件、生产环境、机械能耗、工作效率及基建投资等多种因素，进行比较、筛选后才能决定。由于每一种粉磨机械都有其局限性及优缺点，在选用设备时必须按上述要求进行综合比较，选取最合理的粉磨机械。1. 按筒体的长度与直径之比分类（1）短磨机长径比在2以下时为短磨机，或称球磨机。一般为单仓，用于粗磨或一级磨，也可将2-3台球磨机串联使用。（2）中长磨机长径比在3左右时为中长磨机。（3）长磨机长径比在4以上时为长磨机或称管磨机。中长磨和长磨，其内部一般分成 2-4 个仓。在水泥厂中用得较多。2. 按磨内装入的研磨介质形状分类（1）球磨机磨内装入的研磨介质主要是钢球或钢段。这种磨机使用最普遍。（2）棒磨机磨内装入直径为 50 -100 mm 的钢棒作研磨介质。棒磨机筒体长度与直径之比一般为1.5-2。（3）棒球磨机这种磨机通常具有2-4个仓。在第一仓内装入圆柱形钢棒作为研磨介质，以后各仓则装入钢球或钢段。棒球磨机的长径比应在5左右为宜，棒仓长度与磨机有效直径之比应在1.2-1.5之间，棒长比棒仓短100mm左右，以利于钢棒平行排列，防止交叉和乱棒。（4）砾石磨磨内装入的研磨介质为砾石、卵石、瓷球等。用花岗岩、瓷料做衬板。用于白色或彩色水泥以及陶瓷生产。3. 按卸料方式分类（1）尾卸式磨机欲磨物料由磨机的一端喂入，由另一端卸出，称为尾卸式磨机。（2）中卸式磨机欲磨物料由磨机的两端喂入，由磨机筒体中部卸出，称为中卸式磨机。该类磨机相当于两台球磨机并联使用，这样设备紧凑，简化流程。按尾卸式磨机的排料方式有格子排料、溢流排料、周边排料和风力排料等多种类型（见图1-1、图1-2、表1-1）。图 1-1 球磨机的分类（a）短筒形（格子排料）；（b）长筒形（溢流排料）；（c）长筒形（周边排料）；（d）锥形（风力或溢流排料）；（e）管形（格子排料）图 1-2 棒磨机的类型（a）溢流型；（b）周边排料型；（c）中部周边排料型表 1-1 磨机分类表?

磨机类型 磨介 磨机筒体形状 长径关系 排料方式

球磨机 钢球(钢段) 短筒 L＜2D 1.溢流排料2.格子排料

中长筒 L=-3D 1.溢流排料2.格子排料

长筒 L≥4D 1.溢流排料2.格子排料3.筒体中部周边排料

锥形 L=(0.25-1)D 溢流排料

棒磨机 钢棒 筒形 L≤2D 1.溢流排料2.周边排料3.筒体中部周边排料4. 按传动方式分类（1）中心传动磨机电动机通过减速机带动磨机卸料端空心轴而驱动磨体回转。减速机的出轴与磨机的中心线同在一条直线上。（2）边缘传动磨机电动机通过减速机带动固定在卸料端筒体上的大齿轮而驱动磨机筒体回转。3. 其他分类根据工艺操作又可分为干法磨机、湿法磨机、间歇磨机和连续磨机。连续磨机与间隙磨机相比，前者产量高、单位重量产品的电耗低、机械化程度高和所需操作人员少。但基建投资费用大，操作维护较复杂。现在间歇式磨机极少使用，常用作化验室试验磨。二、磨机的工作原理球磨机主要由圆柱形筒体1、端盖2、轴承3 和传动大齿圈4等部件组成，筒体1内装入直径为25-150mm的钢球或钢棒，称为磨介，其装入量为整个筒体有较容积的25%-50%。筒体两端有端盖2，端盖利用螺钉与筒体端部法兰相连接，端盖的中部有孔，称为中空轴颈，中空轴颈支承在轴承3上，筒体可以转动。筒体上还固定有大齿轮圈4。在驱动系统中，电动机通过联轴器、减速器和小齿轮带动大齿轮圈和筒体，缓缓转动。当筒体转动时，磨介随筒壁上升至一定高度，然后呈抛物线落下或泻落而下，如图1-3中的右图所示。由于端盖上有中空轴颈，物料从左方的中空轴颈给入筒体，并逐渐向右方扩散移动，当物料自左向右的移动过程中，旋转筒体将钢球带至一定高度而落下将物料击碎，而一部分钢球在筒体成泻落状态对物料有研磨作用，整个移动过程也是物料的粉碎过程。图1-3的球磨机工作原理中，由于筒体的旋转和磨介的运动，物料逐渐向右方扩散，最后从右方的中空轴颈溢流排出，该类型的球磨机称为溢流型球磨机。另一种球磨机在右端（排料端）安设有格子板（见图1-4），格子板由若干块扇形箅孔板组成，扇形板上的箅孔宽度为7-20mm，一般以7-8mm为宜，物料可以通过箅孔进入格子板与端盖之间的空间内，然后由举板ù，将物料向上提升，物料延着举板滑落经过锥形块面向右至中空轴颈，再由中空轴颈排出机外。图 1-3 球磨机的示意图1—筒体；2—端盖：3—轴承；4—大齿圈图 1-4 格子型球磨机1—格子板；2—举板第三种方式是采用风力排料，图1-5是风力排料球磨机。物料从给料口1进入球磨机，随着磨机回转，磨机内磨介（钢球）对物料进行冲击与研磨，物料从磨机的左端（进口）逐惭向右端移动，在移动过程也即物料的破碎、粉磨过程。在球磨机的出口端与风管相连接，在管路系统中串接着选粉机、旋风分离器、除尘器及风机的进口。当风力系统开车时，球磨机机体内也处于低负压操作。当磨细的物料随着磨机的转动成松散状，并随着风力从出料口进入管道系统，由选粉器将粗颗粒分离后再送入球磨机进口，细粉由分离器分离回收，气体由风机排入大气。当钢球的充填率（全部钢球的容积占筒体内部容积的百分数）占40%-50%，球磨机以不同转速回转时，筒体内的磨介可能出现三种基本运动状态。第一种情况如图1-6（a），转速太高，离心力使钢球随着筒体一起旋转，整个钢球形成紧贴筒体内壁的一个圆环，称为“周转状态”，磨介对物料起不到冲击和研磨作用。第二种情况如图1-6（b），转速太慢，物料和磨介沿磨机旋转才升高至40°-50°（在升高期间各层之间也有相对滑动，称滑落），当磨介和物料与筒体的摩擦力等于动摩擦角时，摩介和物料就下滑，称为“泻落状态”。对物料有研磨作用，但对物料没有冲击作用，因而使粉磨效率差。第三种情况如图1-6（c），磨机转速比较适中。磨介随筒体提升到一定高度后，离开圆形轨道而沿抛物钱轨迹是自由落体下落，称为“抛落状态”，沿抛物线轨迹下落的钢球，对筒体下部的钢球或筒体衬板产生冲击和研磨作用，使物料粉碎。图 1-5 风力排料球磨机1—给料口；2—密封装置；3—筒体；4—石棉垫；5—毛毡；6—端盖；7—排料口图1-6筒体转速与研磨体运动的关系?球磨机的结构

球磨机由于规格、卸料和传动方式等不同而被分成多种类型，但其主要构造大体上是相同的。图 1-7 为格子型球磨机结构，图 1-8 为溢流型棒磨机结构，图 1-9 为管磨机结构。球磨机主要由圆柱形筒体、衬板、隔仓板（多仓磨机才具备）、主轴承、进出料装置和传动系统等部分组成。一、机体部分1. 筒体（包括主轴承，见图 1-10 ）球磨机的筒体是球磨机主要工作部件之一。筒体工作时除承受研磨体的静载荷外，还受到研磨体的冲击，且筒体是回转的，所以筒体上产生的是交变应力。因此，它必须具有足够的强度和刚度。这就要求制造筒体的金属材料的强度要高，塑性要好，具有较好的机械性能和工艺性能才能保证磨机筒体的安全运行。图 1-7 格子型球磨机1—给料器；2—进料管；3—主轴承；4—扇形衬板；5—端盖；6—筒体；7—筒体衬板；8—人孔；9—楔形压条；10—中心衬板；11—排料格子板；12—大齿圈；13—端盖；14—锥形体；15—楔铁；16—弹性联轴器；17—电动机；18—传动轴图 1-8 溢流型棒磨机1 —筒体；2—给料端端盖；3—大齿圈；4—轴承；、5—衬板；6—给料器；8—给料管；9—排料管；10—法兰盘；11—人孔图 1-9 管磨机的结构1—出料端盖；2—传动接管；3—格子板；4—举板；5—出料螺旋叶片；6—圆筒筛；7—出料罩；I、II、III—第一、二、三仓室一般用于制造筒体的材料是普通结构钢，此种材料的强度、塑性、可焊性都能满足要求，随着工业的发展，磨机能力（产量）也向大型化发展，近来设计的大型磨机的筒体是用16Mn 钢制造的。其弹性强度限σ比Q235的高约50%，耐蚀能力比Q235高50%，冲击韧性（尤其低温时）比Q235高得多。而且16Mn还具有良好的切削加工性、可焊性、耐磨性和耐疲劳性。所以16Mn是一种相当适宜的钢材。磨机运转时与长期停止时筒体的长度是不一样的。这是由于筒体温度不同引起热胀冷缩所致。因此，在设计、安装与维护时都必须考虑到筒体的这一热胀冷缩特点。一般磨机的卸料端靠近传动装置，为保证齿轮的正常啮合，在卸料端是不允许有任何轴向窜动的，故都是在进料端有适应轴向热变形的结构。筒体的轴向热变形在磨机结构上有两种考虑方法：一种是用中空轴颈的轴肩与轴承间的预留间隙（a、b）来考虑，如图1-11所示。另一种是在轴承座与底板之间水平安装数根钢棍，如图1-12所示。当筒体热胀冷缩时，进料端主轴承底座可沿辊子移动。图 1-10 湿法球磨机的主轴承1—轴承底盘；2—球面瓦座；3—定位销；4—球面瓦；5—轴承盖；6—螺钉图 1-11 球磨机筒体轴向热变形的预留间隙图1-12筒体上每个仓都应开设一个磨门（又称人孔）。磨门的作用是镶换衬板、隔仓板，装填或倒出研磨体及停磨检查磨机仓内情况等。球磨机的主轴承最常用的是滑动轴承，其直径很大，但长度很短，如图1-10所示。轴瓦用巴氏合金浇铸。与一般滑动轴承不同之处在于仅仅下半部有轴瓦。整个轴承除轴瓦用巴氏合金浇铸外，其余都用铸铁制成。由于球磨机的跨度和载荷很大，将发生一定程度的挠曲，而且制造和装配的误差也难以保证准确的同轴度，因此，轴承制成自动调位型，球面瓦座2和球面瓦4之间以球心为旋转中心能够稍有相对移动，使作用于轴瓦上的载荷分布均匀。球面瓦座2和球面瓦4之间还设有定位销3，以限制球面瓦移动的范围。在安装时，可以用螺钉6调整球面瓦座2的位置。也有用斜楔调整的。主轴承是球磨机的一个关键部件，对于其润滑问题必须充分重视，一般都采用稀油集中循环润滑，小型机也有的采用油环润滑、油环滴油润滑或毛线润滑等方式。2. 衬板（1）衬板的材料和作用衬板是用来保护筒体，使筒体免受研磨体和物料的直接冲击和磨擦；同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。球磨机的衬板大多数是用金属材料制造的，也有少量用非金属材料制造。筒体衬扳除保护筒体外，还对研磨体的运动规律有影响，为适应各种不同工作状态（粉碎或细磨）的要求，衬板的形状和材料也不同。当以粉碎为主时，要求衬板对研磨体的推举能力较强，同时衬板应具有良好的抗冲击性能。高锰钢2GMn13有足够的抗冲击韧性，并且在受到一定的冲击时它的表面能够冷作硬化，变得坚硬耐磨。因此，以粉碎为主的磨机筒体衬板大多采用高锰钢制造。当以细磨为主时，衬板的突出就比较小，对研磨体的推举作用就弱，冲击较小，而研磨作用较强。要求衬板具有良好的耐磨性能。国内用于以细磨为主的磨机筒体衬板材料一般为耐磨白铁、冷硬铸铁、中锰稀土球墨铸铁等。近年来，橡胶衬板应用较广。橡胶衬板的形状一般由橡胶压条和平衬板两部分组成。根据磨机的工作状态（粉碎或细磨）的不同，橡胶衬板的压条也制成不同的形状予以对应，以便改变研磨体在磨机筒体内的运动规律（冲击或研磨）。（2）橡胶衬板的优缺点a. 抗磨损。由于橡胶的弹性好，在承受钢球冲击时可以变形，使受力较小，对于软物料，橡胶衬板寿命比锰钢衬板高 2-3 倍，而物料硬度越高，橡胶衬板的优越性就越显著。 b. 耐腐蚀。钢衬板能被酸性料浆所腐蚀，但橡胶衬板对酸性或碱性介质、水、蒸汽等在一定温度下都不敏感，仅油和臭氧（由大功率电动机产生的）对它发生腐蚀。c. 拆装方便。由于橡胶衬板的重量轻，同规格的橡胶衬板的质量仅是锰钢衬板质量的 1/5-1/6。因而拆装方便，安装橡胶衬板的时间只需安装钢衬板的1/3-1/4。更换钢衬板时，常需把全部钢球卸出，而更换橡胶衬板时则没有必要。d. 维修方便。使用钢衬板时，常需要对螺钉进行检查，而橡胶衬板很少发生螺钉漏损现象。e. 橡胶衬板较薄，筒体的有效容积增大。衬板厚度通常仅50mm。f. 橡胶制的排料格子板的堵塞现象较钢格子板少。g. 橡胶衬板工作时噪声较少。橡胶衬板的缺点是：不耐高温，不适宜用在干法磨机上。（3）衬板的类型磨机衬板最常见的磨损现象是形成槽沟形。为了避免这种情况，对磨机衬板的表面形状作了各种改进，使研磨体从分布的各种滑槽之一中落下来。要使研磨体保持正确的运动轨道，实际上不可能通过改变磨机转速来解决这个问题，而适当地选定磨机衬板的表面形状是解决研磨体的运动轨迹的惟一办法。根据工作表面的形状，可分为平衬板，压条衬板、凸棱衬板、波形衬板、阶梯衬板、半球形衬板、小波纹衬板（无螺栓衬板）和端盖衬板。a. 平衬板（图1-13（a）） 凡表面平整或铸有花纹的衬板都属平衬板，它对研磨体的作用基本上都是依赖衬板与研磨体之间的静摩擦力，对研磨体有一定的提升作用。湿磨时它们之间的摩擦系数是0.35，干磨时是0.4。而平衬板提升研磨体所需的摩擦系数比以上数据要大得多，因此，筒体回转时研磨体不可避免地要出现滑动，降低了研磨体的上升速度和提升高度，正因为有滑动现象，增加了研磨体的研磨作用。所以平衬板适用于以细磨为主的磨机的筒体。b. 压条衬板（图1-13（b）） 由平衬板与压条组成，压条上有螺栓，通过压条（螺栓）将衬板固定。这种衬板的压条比衬板高，压条侧面对研磨体的推力与平衬板对研磨体的摩擦力使研磨体升得较高，具有较大的冲击能量。所以压条衬板适用于以粉碎（粗磨）为主的磨机的筒体。尤其是对物料粒度大、硬度高的情况更合适。压条衬板的缺点是带球高度不均匀，压条前侧面的研磨体带得很高，而远离压条的地方的研磨体像在平衬板那样出现局部滑动。当磨机转速较高时，压条前侧的研磨体带得过高，抛落到对面衬板上，不但粉碎作用小，反而加速了衬板与研磨体的磨损。对转速较高的磨机不宜安装压条衬板。压条衬板的主要参数是压条高度和密度。压条的高度不应超过磨机（或本仓）最大钢球的半径。压条的边坡角应在40°- 50°为宜。两道压条之间的距离等于该磨机（仓）最大球径的3倍为最好。c. 凸棱衬板（图1-13（c）） 是在平衬板上铸成半圆形或梯形的凸棱。凸棱的作用与压条相同。它的刚性大，不易变形，但凸棱一经磨损，必须更换整块衬板，不如压条衬板经济。d. 波形衬板（图1-13（d）） 使凸棱衬板的凸棱平缓化就形成了波形衬板。这种衬板带球能力较凸棱衬板差，在一个波节中，上升部分对提升研磨体是很有效的，而下降部分却有些不利的作用。这种衬板适用于棒磨机或棒球磨机的棒仓。e. 阶梯衬板（图1-13（e）） 衬板表面呈一倾角，使之与原有的摩擦角合成，安装后成为许多阶梯，可以加大衬板对研磨体的推力。阶梯衬板对同一层钢球的提升高度均匀一致，衬板的表面磨损后其形状改变不显著，能防止研磨体之间的滑动和磨损。阶梯衬板适用于粗磨机及多仓磨机的粉碎仓。图 1-13 衬板类型（a）平衬板；（b）压条衬板；（c）凸棱衬板；（d）波形衬板；（e）阶梯衬板；（f）半球形衬板；（g）小波纹衬板；（h）端盖衬板；（i）k型橡胶衬板；（j）B 型橡胶衬板f. 半球形衬板（图1-13（f）） 应用半球形衬板可以完全避免在衬板上产生环向磨损沟槽，能大大降低研磨体及衬板的金属消耗，比表面光滑的衬板可提高产量10%左右。半球体的直径应为该磨（仓）的最大球径的2/3，半球的中心距不大于该磨（仓）平均球径的2倍，半球应成三角形排列，以利阻止钢球沿筒体滑动。g. 小波纹衬板（图1-13（g）） 这是一种适合细磨磨机（仓）装设的无螺栓衬板。其波峰和节距都较小。h. 分级衬板分级衬板形状的主要特点是沿轴向方向具有斜度。在磨内安装方向是大端向着磨尾，即靠进料端直径大，出料端直径小。这种衬板的形状会引起研磨体按其大小沿着磨机内通道自动分级，结果使大直径的研磨体留在磨机进料端地区，小直径的研磨体聚集到靠近磨机卸料端的一边。这样自动地将钢球沿磨机轴向方向由大到小的排列，即能够自动分级，符合物料粉磨过程的要求。因而可减少磨机的仓数，增加磨机有效容积，减少通风阻力，提高磨粉效率和产量，降低电耗。为了避免进料端大钢球或粗粒物料堆积过多，可在靠进料端装1-2排平衬板。为避免小钢球或物料集中于磨机的出料端，也可将靠出口处1-2排衬板安装成平衬板。分级衬板只适用于球磨机及磨机的球仓。i. 端盖衬板（图1-13（h）） 端盖衬板的表面都是平的，用螺栓固定在磨机的端盖上，以保护端盖不受研磨体和物料的磨损。（4）衬板的规格衬板尺寸的大小应考虑搬运、装卸和进出磨门时方便。近年来，磨机衬板尺寸已统一，宽度为314mm，整块衬极长500mm，半块衬板长为250mm，厚度40-50mm，质量约在45-55。衬板的固定有用螺栓联接和镶砌两种方式。当用螺栓固定衬板时，要使衬板紧贴在筒体内壁上，不得有空隙存在。为了防止料浆或料粉进入冲刷筒体，应在衬板与筒体间装设衬垫。为了防止料浆沿螺栓孔流出，固定衬板的螺栓配有带锥形面的垫圈（图1-14）。在锥形面内填塞麻圈，拧紧螺母时麻圈被紧紧压在锥形垫圈内，这样螺栓与筒体螺栓孔之间的间隙即被消除。为了防松，螺栓要求带双螺母或防松垫圈。图 1-14 衬板的螺栓联接1—衬板；2—衬垫；3—筒体；4—螺栓及螺母；5—弹簧垫圈；6—密封垫圈；7—锥面整圈螺栓联接固定的优点是抗冲击、耐振动，比较可靠。其缺点是需要在筒体上钻孔，耗费人力物力，减弱筒体强度，且可能漏料。小波纹衬板一般都是互相交错地镶砌在筒体内，彼此挤紧时就形成“拱”的结构，再加上水泥砂浆的凝结固化，一般是十分牢固的。为了能够挤紧，在衬板的环向用铁板楔紧。另一种无螺栓衬板，其结构和安装方法如图 1-15 所示。衬板的两侧边皆带有半圆形销孔当衬板彼此挤紧时，在销孔内打入楔形销钉。在每圈首尾衬板相接时，其销钉孔打入特殊楔形销钉。在衬板筒体间加有衬垫。图 1-15 无螺栓衬板及其安装方法（a）无螺栓衬板结构；（b）无螺栓衬板安装图铸石衬板的安装，应交错环砌，不宜用螺栓固定。一般镶砌在10mm左右厚的一层粘合材料上。橡胶衬板在磨机内安装如图1-16所示。橡胶压条安放在橡胶衬板的凹槽内，利用夹板螺栓使之与筒体牢固联接。图 1-16 橡胶衬板安装图1—橡胶衬垫；2—筒体；3—橡胶衬板；4—螺母；5—垫圈；6—橡胶垫圈；7—夹板螺栓；8—橡胶压条3. 隔仓板（1）作用把磨机分隔成几个仓，将各种大小的研磨体粗略地加以分开。要求研磨体开始以冲击作用为主，向磨尾方向逐渐过渡到以研磨作用为主，充分发挥研磨体的粉磨能力。隔仓板的箅板孔决定了磨内物料的充填程度，也就控制了物料在磨内的流速。隔仓板对物料有筛析作用，可防止过大的颗粒进入冲击力较弱的区域，否则会造成粉碎不了的料块堆积起来，严重影响粉磨效果，或者未经磨细的物料出磨，造成产品细度不合格