對球磨機(jī)鋼球尺寸選擇的探索

張玉川 王 剛

（北方重工集團(tuán)有限公司傳動(dòng)設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110027）

當(dāng)球磨機(jī)工作時(shí)，筒體繞其軸線回轉(zhuǎn)，筒體內(nèi)部的磨礦介質(zhì)被提升到一定的高度，呈拋落或?yàn)a落狀態(tài)，礦石的磨碎主要是靠磨礦介質(zhì)落下時(shí)的沖擊力和運(yùn)動(dòng)時(shí)的磨剝作用。物料由給料口連續(xù)地進(jìn)入回轉(zhuǎn)體內(nèi)部，被運(yùn)動(dòng)的磨礦介質(zhì)粉碎并通過溢流或料位差將物料排出筒體，以進(jìn)行下一段工序處理。在運(yùn)動(dòng)中鋼球尺寸對磨機(jī)的影響很大，其主要影響在以下幾方面：

影響磨機(jī)生產(chǎn)率大小。影響磨礦產(chǎn)品粒度分布的均勻性。影響磨礦產(chǎn)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(jī)工作噪聲的大小。

1 磨機(jī)內(nèi)磨球轉(zhuǎn)速理論

國、內(nèi)外的一些研究入員對磨機(jī)內(nèi)磨球的運(yùn)動(dòng)做了很多研究，研究發(fā)現(xiàn):所有的磨球都繞一個(gè)固定的軸線運(yùn)動(dòng)；磨球下落時(shí)的沖擊力主要取決于下落的高度。

磨機(jī)內(nèi)介質(zhì)由筒體帶動(dòng)，沿筒壁向上運(yùn)動(dòng)，即鋼球是轉(zhuǎn)動(dòng)著向上運(yùn)動(dòng)的。當(dāng)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(dāng)磨機(jī)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，磨球?qū)⑸仙酵搀w的最高點(diǎn)，由于此時(shí)磨球的離心力C大于重力G,故磨球不會(huì)下落，不能對磨機(jī)內(nèi)物料形成打擊作用，這種情況一般是不允許出現(xiàn)的。理論上,球磨機(jī)達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，研磨介質(zhì)貼住筒壁作離心回轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，起不到磨碎作用。實(shí)際上，由于推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)方程式時(shí)忽略了研磨介質(zhì)的滑動(dòng)、物料對研磨介質(zhì)的影響以及內(nèi)層研磨介質(zhì)尚未達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速等因素，因此，球磨機(jī)的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速比理論臨界轉(zhuǎn)速要大一些。對格子型圓筒形球磨機(jī)上進(jìn)行的臨界轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)表明:

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

球磨機(jī)高于臨界轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，就會(huì)產(chǎn)生功率消耗激劇增大的現(xiàn)象，所以不管從磨礦角度，還是從耗能角度，都不能使磨礦轉(zhuǎn)速過高。

對于主要以沖擊破碎物料的磨機(jī)，其破碎功與介質(zhì)拋起點(diǎn)與落點(diǎn)的勢能的減少及介質(zhì)沖擊物料時(shí)能量的轉(zhuǎn)換情況有關(guān)。拋落點(diǎn)越高，初始勢能就越大，可以轉(zhuǎn)化為沖擊功的能量就越多，所以大型球磨機(jī)就可以使拋落點(diǎn)提高很多，國外大型磨機(jī)轉(zhuǎn)速率也并不太高，多為65%～75%。另外，還有一種超臨速球磨機(jī)，比傳統(tǒng)球磨機(jī)多了一個(gè)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，使磨球在大于臨界轉(zhuǎn)速的運(yùn)動(dòng)下仍然處于拋落狀態(tài)，從而具有較大的沖擊力。

2 鋼球尺寸對磨機(jī)生產(chǎn)能力的影響

影響球磨機(jī)生產(chǎn)能力的因素很多，因此球磨機(jī)的生產(chǎn)能力還很難用理論公式準(zhǔn)確地計(jì)算出來。設(shè)計(jì)中的球磨機(jī)的生產(chǎn)能力只能用試驗(yàn)的近似的方法，或者用與試驗(yàn)球磨機(jī)對比的方法確定。影響球磨機(jī)生產(chǎn)能力的主要因素有:球磨機(jī)的型式，它的直徑和長度，倉數(shù)界各倉的長度比值，襯板及隔倉板形狀，筒體轉(zhuǎn)速，粉磨物料的種類、性質(zhì)，加料粒度，要求產(chǎn)品細(xì)度；研磨體的種類，裝載量，尺寸大小的配合等。

此外，磨機(jī)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(fēng)的通過情況及濕法中水的加入量、流速等都會(huì)影響球磨機(jī)的生產(chǎn)能力。

2.1 入磨物料

被粉磨的物料性質(zhì)直接影響生產(chǎn)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(jī)產(chǎn)量，但其產(chǎn)量隨著產(chǎn)品粒度的變細(xì)而降低。從能量觀點(diǎn)看，磨機(jī)的粉磨效率遠(yuǎn)低于破碎機(jī)的效率?？赏ㄟ^破碎作業(yè)設(shè)法減小入磨給料粒度，對節(jié)省電耗提高磨機(jī)產(chǎn)量都是有利的。當(dāng)給料粒度減小至5毫米以下時(shí)，生產(chǎn)能力變化很小，甚致無變化。對于干法作業(yè)的磨機(jī)，物料平均水份最好不超過1%，水份高將影響粉磨與運(yùn)輸操作。隨著入磨物料濕度的增加，磨機(jī)的產(chǎn)量就會(huì)降低。物料的粘性也影響磨機(jī)的生產(chǎn)能力。

2.2 研磨體的裝載量、補(bǔ)充與配合

研磨體又稱研磨介質(zhì)。鋼球是磨機(jī)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(guī)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(xì)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(yīng)性很強(qiáng)，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(nèi)層球運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生干涉，破壞了球的正常循環(huán)，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(yīng)確定研磨體大小尺寸的適當(dāng)配合。在磨機(jī)中進(jìn)行粉磨時(shí)，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(shí)間內(nèi)，如欲使粉磨作業(yè)很快進(jìn)行，則研磨體與物料的接觸點(diǎn)愈多愈好，也就是說當(dāng)研磨體的裝載量一定時(shí)，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(jī)中研磨體的大小尺寸應(yīng)很好的搭配。

鋼球的直徑主要取決于給料粒度、物料性質(zhì)及所要求的產(chǎn)品粒度等因素。給料和產(chǎn)品粒度愈大，物料愈堅(jiān)硬，要求鋼球直徑愈大。給料和產(chǎn)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(guān)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?yàn)橛绊戜撉虺叽绲膮⒆償?shù)太多，使這個(gè)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(xué)辦法

3.1 試驗(yàn)確定球徑的方法

試驗(yàn)確定球徑的方法，當(dāng)然受多種可變參數(shù)的影響，為了簡化問題，只能將一些重要的可變參數(shù)固定在一定值域內(nèi)，然后通過試驗(yàn)求出給礦粒度與球徑之間的關(guān)系。在具體做法上，選定待計(jì)算磨機(jī)在生產(chǎn)上常用或確認(rèn)的工作參數(shù)如轉(zhuǎn)速率、裝球率、礦漿濃度等為固定值，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定幾組鋼球分別進(jìn)行試驗(yàn)，效果好的一組球即為選擇的最佳球徑。

3.2 經(jīng)驗(yàn)球徑公式的局限性與誤差

經(jīng)驗(yàn)球徑公式是在大量試驗(yàn)資料或生產(chǎn)資料的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的數(shù)學(xué)模型。此種方法對于影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜而在理論上難于取得進(jìn)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(shí)踐而高于實(shí)踐，既有可靠性也有實(shí)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(jīng)驗(yàn)球徑公式加上自己的經(jīng)驗(yàn)來解決磨機(jī)的球徑，解決問題的。

3.3 實(shí)踐確定球徑經(jīng)驗(yàn)方法的普遍性

由于影響球徑的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，難于從理論上解決球徑的計(jì)算問題，入們只有通過實(shí)踐的辦法確定球徑的最佳值。用試驗(yàn)確定球徑的辦法，以及依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐資料而提出經(jīng)驗(yàn)公式的辦法，均屬于實(shí)踐解決問題的范圍。盡管這類辦法得到的結(jié)果有局限性和誤差較大，但它畢竟來源于實(shí)踐，有真實(shí)可靠的一面，在沒有更好的辦法之前它仍然是入們廣泛應(yīng)用的辦法。

結(jié)束語

在球磨機(jī)中，球的大小和配比，對磨機(jī)的生產(chǎn)和工作效率影響很大。實(shí)踐證明，有時(shí)因適當(dāng)?shù)剡x擇了球，可使磨機(jī)的生產(chǎn)率和工作效率提高20%或更多。

[1]段希祥.球磨機(jī)介質(zhì)工作理論與實(shí)踐[M]北京：冶金工業(yè)出版社.1999.

[2]王國強(qiáng).離散單元法及其在EDEM上的實(shí)踐[M]西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社.2010.