球磨机衬板形状对工作效率的影响分析

赵亮+++王裕龙

摘 要：球磨机是一种在工业生产领域中应用极为广泛的粉碎设备。球磨机大型化发展是现今国内外研究的热点之一，通过球磨机的大型化提高粉碎效率并降低单位能耗是球磨机大型化的主要目標。在球磨机大型化的过程中仅仅通过"比例放大"的方式对球磨机进行设计是无法取得良好的粉碎效果的，应当在总结分析球磨机大型化后钢球运动特性的基础上找出合理的球磨机衬板形状，以确保球磨机能够取得良好的工作性能。文章在分析球磨机衬板形状对运动介质（钢球等）运动轨迹所造成的影响的基础上，对如何做好球磨机衬板形状的选取进行分析阐述。

关键词：球磨机；衬板；形状；效率

前言

通过球磨机大型化来提高球磨机的工作效率是国内外球磨机大型化研究中的重点也是难点。在球磨机大型化的设计过程中如仅仅采用传统的“比例放大”方式来对球磨机大型化进行设计，将会导致球磨机存在诸多的设计缺陷，不利于球磨机工作效率的提升。球磨机在工作的过程中主要依靠的是球磨机内运动介质对矿石的冲击和研磨作用，球磨机中衬板形状的不同将会对球磨机介质的运动轨迹产生不同程度的影响，进而影响磨矿效率。为使得球磨机内的运动介质获得良好的运动轨迹，通过在球磨机内部设计了不同形状的衬板并对运动介质的工作特性进行了采样分析，从而找出球磨机大型化中各工作参数的最佳匹配。

1 球磨机内衬板形状对球磨机内运动介质运动轨迹产生的影响分析

球磨机在物料粉碎时主要依靠的是其内部的运动介质与物料之间的相互作用来实现的。其内部的运动介质在工作的过程中主要有泻落、抛落和离心三种典型的运动轨迹。在上述三种运动轨迹中，运动介质在抛落运动轨迹时其所具有的冲击力既对物料产生冲击破碎作用，又能够对物料产生一定的研磨作用，从而在球磨机工作过程中取得较为良好的磨矿效果。球磨机衬板是球磨机中重要的组件，其形状的不同会对球磨机中运动介质的运动轨迹、运动介质的有用功率和碰撞能量分布等造成一定的影响。为确保球磨机的运动效果应当做好球磨机衬板形状与球磨机转速等不同参数的匹配，从而最大限度的确保球磨机的研磨效果。球磨机衬板会对球磨机筒体旋转时运动介质与筒体接触的方式和抛落点的受力体系造成改变，并对球磨机中介质的运动轨迹产生极大的影响。下文将就不同衬板形状对球磨机内介质运动轨迹所产生的影响进行分析：（1）矩形衬板对于球磨机中运动介质的影响。通过研究发现，在采用矩形衬板时，在球磨机筒体转速率较低的情况下，筒体内的矩形衬板会对最外层介质（钢球等）产生良好的提升效果，使得最外层介质产生抛落运动。而对于最内层的介质所产生的提升效果并不明显，内层介质会在球磨机的内部产生一个倾斜面，并在这一倾斜面达到一定的角度时倾斜面上的运动介质会沿着倾斜面自由滑落。随着筒体转速的提升直至达到临界转速60%时，筒体内的运动介质的运动特性并未产生明显的改变，但是最外层介质的抛落运动轨迹较为理想，介质抛落的高度较大、作用在物料上的力较大从而产生较强的破碎冲击。随着转速率的进一步提升，最外层介质产生的降落点将会逐渐离开矿石存在的区域，从而作用在裸露的衬板表面，在这一过程中会伴随着巨大的噪音和振动，加快衬板的磨损，减少衬板的使用寿命，也不利于磨机的平稳运行。通过上述分析后发现，在球磨机中采用矩形衬板将会导致筒体内的介质在运动时产生明显的内、外层分层现象，内、外层介质的运动形态有所差异，在筒体转动时需要达到特定的转速率才能使得内、外层介质获得相对理想的运动形态。为使得选用矩形衬板的球磨机获得良好的工作特性，应当确保最外层介质处于理想的运动状态。根据这一特性分析应当将选用矩形衬板的球磨机的转速率控制在60%以内。（2）梯形衬板对球磨机中运动介质运动轨迹的影响。当球磨机中采用梯形衬板时，在球磨机的筒体转速达到临界转速60%时，梯形衬板会对筒体内的最外层介质及靠近最外层的部分介质产生较为明显的提升效果，从而使得这一部分的介质获得抛落运动，剩余的靠近内层的运动介质将处于泻落运动状态。随着球磨机转速率进一步提升，球磨机中外层运动介质的抛落高度也随之进一步的提高。而当球磨机的转速率提高至75%时，运动介质处于抛落运动状态的介质增多，且各层介质抛落高度均变大，运动介质的抛落轨迹处于理想状态。随着球磨机转速的进一步提升，运动介质中处于抛落状态的占比较高且介质抛落较为均匀，但是一部分的外层介质由于抛落高度较高导致超出了矿石存在区域而直接冲击在裸露的衬板上，对球磨机的运动造成了一定的影响。通过对球磨机中运动介质的运动轨迹进行分析后发现，采用梯形衬板的大型球磨机，球磨机工作时在75%的临界转速下都能够得到较好的抛落效果。（3）波形衬板对于球磨机中运动介质抛落轨迹的影响。通过对运动介质的抛落轨迹进行试验分析后发现，在球磨机转速低于临界转速70%时其筒体内的运动介质发生抛落运动的介质占比较低且抛落的高度不高，因此无法对物料形成较强的冲击力，多数的运动介质都处于泻落状态。泻落运动状态下的磨矿作用以研磨为主，冲击为辅，磨矿效率不高。当转速率提升时，球磨机筒体内的抛落介质占比增加，但是运动介质上升阶段会产生一定的滑动现象。当球磨机转速率提升至85%时，筒体内的运动介质大部分处于抛落状态且外层运动介质的抛落高度较高，其落在介质冲击区时能够产生较强的冲击效果，介质的抛落轨迹较为理想。当球磨机的转速逐渐提升至临界转速时，筒体中的运动介质在筒体内部会产生离心运转现象，此时运动介质之间和运动介质与衬板之间几乎没有相对运动，也就不对矿石产生研磨作用。

通过对几种球磨机中不同衬板形状运动介质的运动轨迹进行分析后发现，在相同的转速率条件下，筒体中的衬板会对运动介质的抛落点和降落点产生较大的影响。在球磨机中使用矩形、梯形和波形衬板后其最佳抛落轨迹分别发生在球磨机转速率为60%、75%和85%的情况下。在运行的过程中，矩形衬板会使得运动介质发生较为严重的分层问题，冲击破碎效果不强。采用梯形衬板的球磨机其筒体内的运动介质抛落高度相对较大，从而能够形成较为理想的运动轨迹。而波形衬板的球磨机在工作时运动介质的抛落高度较低，从而无法对物料形成较为良好的破碎效果。

2 球磨机中衬板形状对球磨机中有用功率的影响

球磨机的有用功率指的是稳定功率与旋转角速度的乘积。当球磨机的转速率低于球磨机的临界转速时，使用矩形、波形、梯形衬板都会使得球磨机的有用功率随着转速的增大而增大。矩形衬板的球磨机在转速率达到70%-80%的区间范围时，球磨机中的有用功率的振幅会较为平稳，当超过80%时球磨机的有用功率将会产生较大的增幅。而采用梯形衬板的球磨机，其有用功率在转速率<80%的区段是呈逐渐上升趋势的，而当转速率超过80%时球磨机的有用功率的增幅将会变缓。而采用波形衬板的球磨机其有用功率与球磨机的转速率呈线性关系。通过结合球磨机中运动介质的运动形态分析后发现，当球磨机的转速率低于60%时，采用矩形衬板的球磨机将能够得到较好的有用功率，其运动介质降落在介质区能够获得良好的冲击效果，而当转速率在60%-75%的区间内时，梯形衬板的球磨机所获得的有用功率最大。

3 结束语

不同的衬板形状会对大型球磨机中的运动介质的运动轨迹产生影响。相同转速率条件下不同衬板形状的球磨机之间所产生的有用功率差别较大，此外，在衬板形状的选择上还需要充分考虑物料直径与介质之间的碰撞能量。

参考文献

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