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1、- 23 -第一章 绪论球磨机(ball grinding mill)是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备，是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。其目的是使物料的比表面积增加,以提高物理作用的效果及化学反应的速度,如促进均匀混合 ,提高物料的流动性,便于贮存和运输,提高产量等。它不但在建材行业中大量应用，而且在冶金选矿化工行业中也广泛采用，是水泥行业一直沿用至今的粉末设备。它具有如下优点：对各种性质的物料适应性强，如软的硬的脆的柔韧性的等都能粉磨。由于可制成各种大小规格的球磨机，因而能适应各种生产能力的的要求，粉碎比大，可大300以上，易于调整与控制物料细度，产品粒度均匀，混合作用好，可适应
2、不同的情况进行操作，即可干法，也可湿方法作业，还可把干燥和粉磨合并在一起同时进行。结构简单，坚固，操作可靠维护管理容易，易损件便于检查和更换，能长期连续运转。在粉磨过程中，每生产1吨水泥需要粉末各种物料33.5吨；而粉末过程的电消耗约占水泥生产的6070%，材料消耗也很大。而粉磨的效率主要与筒体及其内部的零件机构有直接的联系。所以一直以来人们都在对球磨机磨机筒体内部的零件：衬板，隔仓板，研磨体等进行研究改造。以使球磨机在电耗，材料消耗上降低成本，提高粉磨的效率及经济效益。当今的社会越来越重视能源利用效率与环境保护，因此新型球磨机的研制必须在满足工艺要求的基础上重点考虑降低能耗，在借鉴和吸收国外
3、先进技术的同时，积极地加以创新，大力发展我国自身的球磨机技术。本文主要介绍了球磨机的工作原理及结构，球磨机的发展新动态。对实验室用小型500800mm型球磨机的筒体结构，选材进行比较分析，并根据有关资料设计了部分零件的尺寸，并对零件及相关连接进行强度的校核，通过对大量参考文献及对大型磨机的结构的研究，研发出一种适合实验室应用便于学生掌握其结构的小型磨机，该球磨机有结构比较简单，比较轻便，转速平稳，噪声较小等特点。具体的研究方法是通过对球磨机不同结构的研究，计算找到最适合的结构和材料，组合成本次所设计的球磨机，对新型节能球磨机的研究创新有着重要得意义。1.1粉磨系统的简介粉磨系统的介绍：粉磨系统
4、的选择应该考虑入磨物料的性能、产量、电耗、维修与是否便于操作和维护等因素。粉末系统有开路和闭路两种。在粉磨过程中，当物料一次通过磨机后就成为产品时，称为开路系统；当物料出磨机后经过分级设备选出产品，而使粗料分会磨机内再磨时，称为闭路系统。开路系统的优点是：流程简，设备少，投资省，操作简便；但物料要全打到合格粒度才能出磨机。因此，当要求产品细度较细时，以粉末的物料就产生过粉磨现象，并在磨机内形成缓冲层，妨碍物料进一步细磨；有时甚至会出现粉末包球现象，从而降低了粉末效率，提高了耗电。采用闭路系统可以消除过粉磨现象，使磨机产量提高，同时，闭路系统产品粒度均匀；而且可以调节分级设备的方法来改变产品细度
5、。产品细度越细，返回磨机内的粗料也越多。粗料量与产品量之比称为闭路系统的循环负荷率。水泥厂的钢球磨机按其长度与直径之比可分为短磨、中长磨和长磨三种。长径比值在2以下时称为短磨，一般称为球磨机；长径比在3左右时为中长磨；长径比在4或4以上时为长磨。短磨一般为弹仓，长磨和中长磨为24仓。后两者也叫管磨或多仓磨。在闭路系统粉磨时，由于要求出磨的吸细度较粗，一般采用短磨或中长磨与分级设备组合成闭路系统。当分级设备与一台磨机形成闭路时，成为一级闭路系统；与两台短磨机形成闭路系统时，则称为二级闭路系统。由于长磨的出料较细，一般只用于开路系统，或用于循环负荷效率较低的闭路系统。二级闭路的优点是：物料出一级磨
6、后经过分级设备即使现出产品，以减少二级磨的喂料中的细料，从而提高了二级磨的粉磨效率。但二级闭路系统需要设备多，流程复杂。为了简化流程，采用中卸磨机。中卸磨机一般为中长磨机，物料由第一仓出后，先有经级设备，然后再进入第二仓中。中卸磨为一种提升循环磨；它是一级闭路系统，但具有二级闭路系统的作用。前者的优点是工艺操作简单，物料出磨后即为成品。缺点是物料在磨内流速慢，滞留时间长，为保证出磨物料的粒度全部符合要求其中已磨细的物料也不能即使排除磨机，经常造成粉磨现象。开路磨系统生产能力相对较低，能耗较高，不可能随时灵活地调整出磨物料的的细度。后者加了选粉设备，可及时德将已磨细的细分、粉排除磨外，有效地避免
7、了过粉磨现象，并可通过调节选粉机的工作参数灵活调节成品水泥的细度。此外，闭路磨内物料流速加快，各仓的研磨体分别恰当地承担者粉碎或粉磨任务，故产量提高，电耗降低，尤其是实例很多，如某厂的3m11m水泥磨由开路改为带SEPAX3.5型选粉机的闭路系统后，产量由来的20t/h提高至27t/h，粉磨机电耗则由52.8kWh/降低至t42.3kWh/t产量提高35%，电耗降低19.9%。图11.2球磨机的发展1.2.1球磨机背景球磨机是矿山，水泥，化工和电力等工业部门广泛使用的一种粉磨设备，主要工作机构是装有研磨介质的筒体，依靠筒体回转时介质的冲击和剥磨等作用使物料粉碎。自1893年球磨机出现100多年
8、来，它在金属矿及非金属矿选矿厂、冶金、建材、华工急电力部门等若干基础行业的矿料粉碎中得到广泛的应用。球磨机在工业上应用及发展中经历了如此长时间而未被淘汰的这个事实本身就说明它从结构到工作原理基本上是可靠的，合理的，性能也是比较好的，虽然它也有些缺点，但要将它从矿料粉碎中淘汰出去是相当困难的。球磨机在今后相当长的时期内仍是十分必要的及有价值的。未来在破碎粉磨作业上，球磨机依然有着很大的发展空间，一段时间都不会被淘汰掉的。所以对于球磨机的设计是有很大意义的。1.2.2球磨机的新技术动态（1）内选选筛粉磨技术目前，国内的部分高产、高细、筛分磨存在筛分装置中筛分板孔径大（2.53.5mm）通料面积小（
9、只有30%左右的通料面积）筛分板容易松动造成物料跑粗，蓖板蓖缝容易堵塞等弱点。导致用户在使用过程中产量提高不大，且质量波动大，有时甚至要停下机来，处理筛板和清理蓖板蓖缝，给用户造成很大的损失。经国内数十台高产、高细、筛分磨的分析和论证，创新开发的内选粉筛粉磨技术，汇集了康必登磨、高产、高细、筛分磨的技术，并针对上述缺点做了重大改进。该技术及设备是在磨机中采用新型筛分装置，以原有粉磨生产工艺为基础，考虑到生产系统中各个环节的工艺情况，如熟料粒度，温度，易磨性、混合材料种类、水分等。通过内选分装置的作用，将磨机粉磨过程中粗细颗粒及时有效分离。该技术以下特征：筛分装置中的筛分孔径可根据用户实际情况在
10、1.03.5mm范围内设计，筛板通料面积可达4060%。使用过程中筛板不容易松动，蓖板蓖缝不易堵塞。生产过程中可以在最短时间内将适合二仓研磨的颗粒从一仓中分离出来，并使二仓内研磨要求的颗粒及时排除仓外。这样一仓的粉碎和二仓的研磨分工更加明确，并基本上杜绝了磨内过粉磨现象，提高了磨机的生产效率;对磨内的衬板结构、球锻级配进行优化调整，使3每台设备都能达到系统能力的最大化；由于通风能力的加强，通料面积增大，粉磨高湿、高温材料时台时产量下降幅度大大低于普通高产、高细、筛分磨；台时产量可以提高2040%，比表面积可以控制在300450m2/kg范围内；一般三个月可以收回投资，磨内改造12天即可完成。本
11、技术适合于闭路磨、开路磨、超细3矿渣微粉改造。（2）生料烘干风扫磨技术 改造的闭路生料磨入磨水分高达3.5%时仍可达较高产量，一台2.27m的生料磨机改造费用最低几千元即可，磨内改造时间一般不超过24小时，同等条件下台产可以提高2080%左右。（3）细碎鄂式破碎机改造技术 细碎颚式破碎机时运用固体容积原理和层压理论并根据破碎物料的性质、粒度对破碎机进行优化设计。新的细碎颚式破碎机板使物料从进入破碎腔就收到连续不断地压挤，并在破碎腔下部受到一定距离的平行压挤。由于物料在破碎腔内受到压挤的的次数数倍于普通破碎机，故破碎效率得到很大的提高，出料粒度平均只有510mm，且30%左右粉料。应用该技术改造
12、细碎颚式破碎机只需投资鄂板改造费用，改造时间只要34小时，是水泥厂、粉磨站熟料颚式破碎机改造的最佳选择。（4）球磨机粉磨系统优化技术 是以原有粉磨生产工艺为基础，考虑物料刻粒度、温度、混合材料种类。运用系统平衡理论，对磨机内，一二仓长度、磨内通风过料能力，系统其他设备工作效率等进行优化调整，使整个系统的工作效率得到提高和平衡。应用本技术一般不需投资或很少投资，产量可提高1025%左右。1.2.3球磨机的发展方向（1）磨机设备的大型化：增大磨机筒体的有效内径，在同样的转速条件下，研磨介质具有良好的冲击粉磨效应，可使磨机的生产能力显著提高。（2）传动新型的多样化：a 中心传动 b 边缘传动 c 无
13、齿轮直接传动（3）控制自动化：一般趋向于生产过程控制自动化和计算机化有些水泥机械制造公司已经设计和制造了一系列的自动化和集中控制设备，包括控制板、模拟控制器、工业电视、x射线分析仪、大型和中小型计算机等。 （4）衬板的特殊化：为了克服磨矿介质在磨机筒体横断面和轴向刨面上的反向分级，产生了多种衬板：凸楞螺旋分级衬板、角螺旋分级衬板、沟槽衬板、阶梯衬板、波纹衬板等等。 1.3球磨机设计的目的和意义球磨机是矿山，水泥，化工和电力等工业部门广泛使用的一种粉磨设备，球磨机的结构特点：球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转
14、大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。主要工作机构是装有研磨介质的筒体，依靠筒体回转时介质的冲击和剥磨等作用使物料粉碎。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。2.使用各种物料混合均匀。当今的社会越来越重视能源利用效率与环境保护，因此新型球磨机的研制必须在满足工艺要求的基础上重点考虑降低能耗，在借鉴和吸收国外先进技术的同时，积极地加以创新，大力发展我国自身的球磨机技术。本次设计主要针对实验室用的小型球磨机，通过对大
15、量参考文献及对大型磨机的结构的研究，研发出一种适合实验室应用便于学生掌握其结构的小型磨机，该球磨机有结构比较简单，比较轻便，转速平稳，噪声较小等特点。具体的研究方法是通过对球磨机不同结构的研究，计算找到最适合的结构和材料，组合成本次所设计的球磨机，对新型节能球磨机的研究创新有着重要得意义。第二章 球磨机的基本知识2.1球磨机在工业部门中的应用球磨机是矿山，水泥，化工和电力等工业部门广泛使用的一种粉磨设备，是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备. 它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。在选
16、矿厂中，磨机的被用来对矿石进行粉磨，使其达到单体分离或下一段磨机所需的给矿粒度。在水泥厂中，磨机被用于将厂灰石、粘土及石膏等物料进行粉磨，并且同时将其均匀混合。在化学工业中，通过对物料粉磨，可增加其表面积，为缩短物料化学所应的时间创造有利条件。2.2球磨机的工作原理球磨机的主要工作部分（图2）是一个装在两个大型轴承上并水平放置的回转圆筒，筒体用隔仓板分成几个仓室，在各仓内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球、钢锻、钢棒、卵石、砾石和瓷球等。为了防止筒体被磨损，在筒体内壁装有衬板。图2当球磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度（如图3所示），在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体
