球磨机及相关技术的发展状况

2022-04-03 09:46:02 | 浏览次数：

摘　要　本文主要介绍了当今陶瓷工业中球磨机的研发及相关技术进展情况。

关键词　球磨机，相关技术

1前言

球磨机自1893年出现以来就一直广泛应用于矿业、冶金、建材、化工及电力等行业的原料粉碎。随着陶瓷工业的发展，球磨机已成为陶瓷工业粉磨工序中不可缺少的机械设备。长远来看，球磨机仍将是该行业的主要设备，其相关研究已经受到高度重视，并取得了丰硕成果^[1]。

2新型球磨机简介

八十年代中期，意大利I.C.F公司的科研人员借鉴水泥工业中连续式球磨机的粉磨原理，设计制造了世界上第一台陶瓷工业连续式球磨机^[2]。该连续式球磨机问世至今，已有多种新型的球磨机研发成功并应用于生产。

2.1 连续式球磨机

因具有产量大、研磨效率高、单位产品功耗低、占地面积小及生产管理费用低等优点，连续式球磨机在国内外得到了广泛的应用。意大利Bologna陶瓷中心研发的陶瓷原料连续锥形球磨机近年来在我国的陶瓷工业中得到一定应用，它的优点主要有：（1）节省了隔板及停机时间，使产量增加；（2）降低能耗^[3]。

2.2 行星球磨机

德国一家公司最近研制出一种新型行星式球磨机，该设备可根据原料试样状况控制其运转速度，故能获得最佳研磨效果。同时，该球磨机可提供最大能量的传递，能研磨硬度较大的原料。

南京大学仪器厂最近推出一种卧式行星球磨机。该机的特点是四只球磨罐被卧式安装在一竖直平面放置的大盘上作行星运动。在运动过程中，球磨罐没有固定的底面，罐内磨球和磨料在竖直平面内受到公转离心力、自转离心力和重力的共同作用。机器旋转时，罐内各点所受力的大小与方向都在不断变化，运动轨迹杂乱无章，这就使得磨球与磨料在高速运转中相互之间猛烈碰撞、挤压，大大提高了研磨效率和研磨效果。特别是球磨罐处于水平卧放方式，且由于自转，没有固定的底面，避免了一部分原料的结底现象^[4]。

Retsch公司最近展示了其最新的PM100行星磨。PM 100行星磨的球磨罐容积从l2毫升到500毫升，有6种不同的容积；在转速增加到650rpm以后，样品可连续球磨至微米级甚至更小。由于增加了振动补偿，球磨机实现了自动工作。此外，PM100行星磨还具有方便的参数设置和控制屏、负载、能量输入和参数记忆功能及外带锁。

2.3 搅拌球磨机

爱立许（Eirich）机械厂研制了一种新型的干湿两用搅拌球磨机--马斯（Maxx）磨机。该设备的优点是能量分布好、单位能耗低、破碎比大、设备小但处理能力大，即使球装得很密实也没有堵塞的危险，可用于球磨很粗的颗粒，效果好、可靠性高、物料不受温度应力，没有粉磨死角；同一台磨机可用于干、湿研磨，可以实现自磨；干、湿的产品可不经预先混合分别加入，且在筒壁和底上没有物料层^[5]。

河南省荥阳市微粉设备厂成功研发了SBM系列立式搅拌球磨机。该机采用螺旋装置，高耐磨聚氨酯衬里，对物料无污染、操作性能良好、粒度分布范围窄、出料方便、能把多种物料均匀混合研磨、自动化程度高；在相同条件下，球磨效率是滚动磨、振动磨的10～20倍，经实践验证，可替代同类型进口产品。

2.4 其它类型球磨机

Stedman最近推出的H系列多笼式球磨机，有2、4、6组三种不同的型号，最高功率可达250t/h。该机采用了新型的输送器、加热器及水压机活塞。空气输送器安装在进口及出口，用来防止湿粘材料阻塞；加热器安装在研磨室；水压机活塞替代齿轮等，降低了维护成本。

中信重型机械公司成功研制了Φ5.5m×8.5m溢流型球磨机。该机是目前国内最大的球磨机，电机功率、设备重量、装球载荷比一般磨机增加了35%，对设备的机械强度、使用寿命也提出了更高的要求。主电机采用4500kN国产无刷励磁低速同步机，主轴承单个载荷4000kN，采用铜瓦的全静压轴承，具有润滑良好、工作可靠、调心灵活、保护完善的优点。

北京贝思达工贸有限公司研制了一种新型的节能球磨机。这种球磨机用滚动轴承代替滑动轴承，减少了球磨机运转的阻力，降低了能耗。因此，与传统的球磨机相比，该球磨机配用电功率减少了20%以上，综合节能达20%，且轴承10年不用更换，延长了球磨机的使用寿命。

3球磨机衬板材料的发展

球磨机衬板除了承受研磨体与物料的冲击和磨损之外，还有提升研磨体的作用。随着物料粉磨技术的快速发展，球磨机趋于大型化，对衬板材料的性能也提出了更高的要求，其中耐磨性的提高是研究的重点。目前球磨机中应用的衬板材料除石衬和中高铝衬之外主要有以下几类。

3.1 高锰钢

兰州理工大学、甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室的李常锋^[6]采用金属型板和镁橄榄石碱性涂料，利用石灰和萤石对熔炼炉进行保护，先用高碳锰铁预脱氧，再加入合金化锰铁和加铝终脱氧的熔炼工艺，并采用常规和直接水韧处理的高锰钢球磨机衬板的生产工艺，有效提高了产品的尺寸精度、表面品质和铸件内在品质，生产出高品质的球磨机衬板铸件。

3.2 高铬铸铁

用2.2%～2.8%C、13%～16%Cr、0.5%～1.O%Si、0.6%～1.2%Mn、0.5%～1.3%Mo并适当加入Cu、Ti、V等多种微量金属，采用砂型或半金属型的铸造工艺，进行强制风冷淬火，配合适当的低温回火工艺，得到基体组织为马氏体和少量残余奥氏体，碳化物以M7－C3型为主的高铬铸铁合金。用该合金制造的球磨机衬板使用寿命较长^[7]。

3.3 中碳钢

西安建筑科技大学的朱军^[8]等人成功开发了一种适合于制造大型球磨机衬板的耐磨新材质，其成分为：C0.4wt%～0.7wt%、Si0.89wt%～1.2wt%、Mn0.8wt%～1.5wt%、Cr1.0wt%～1.5wt%，同时加入微量Ti、Ca、B、Y和Na；衬板材料经油淬和中温回火后，硬度＞55HRC、抗拉强度＞1300MPa、冲击韧性＞25J/cm²、断裂韧性＞40MPa•m^1/2。新材质衬板在Φ4.5m的大型球磨机上应用，安全可靠，其使用寿命比高锰钢衬板提高了1倍以上，价格则降低了15%以上。

3.4 橡胶

橡胶内衬选用的是耐磨橡胶，厚度约为50mm，比石质衬板薄（约1/3～1/4），同时因为橡胶比重较小，故其总重量只有石质衬板的1/6左右，且具有以下优点：（1）同型号球磨机内部有效工作空间增加l0%～20%；（2）球磨机自重小，为石质衬板的50%左右，工作电耗大大降低；（3）工作噪音低；（4）使用寿命长，更换容易^[9]。

4相关技术

4.1 润滑技术

球磨机运行环境恶劣、负荷较大，其使用效率及寿命在一定程度上取决于传动装置，而传动装置主要由相互啮合的大小齿轮组成。齿轮的使用寿命除与运行工况、负荷、材质、热处理、安装精度等有关外，还与润滑状况有着密不可分的关系。球磨机传统的润滑方式有：轴承油杯润滑、大齿圈带油润滑、油轮带油润滑、稀油集中润滑、沥青涂抹润滑和人工定期涂抹润滑等。

中小型球磨机滑动轴承与空心轴之间的润滑常采用油杯滴油润滑和毛线润滑，若油漏或供油不及时，易造成轴瓦烧毁。通过分析，采用二硫化钼固体润滑剂代替滴油润滑具有可靠性高、耗油少的优点，使用效果良好^[10]。

据文献^[11]报道，一种ZPGR-2000型干稀油智能润滑装置在球磨机上的实际应用效果表明，该装置良好的润滑延长了球磨机的运行周期和齿轮的更换周期，使传动轴承的实际寿命提高了1～2倍，减小了维修工作量，使停机检修频率降低，提高了生产效益。另外，由于该装置定期定量喷射雾状润滑脂，数量少、效率高，节油效果也较为显著。

4.2 助磨剂

助磨剂是一种粉磨助剂，在粉磨过程中只需添加少量便能起到提高粉磨效率、降低粉磨电耗的作用，且不需大量的设备投资，是一项投资少、见效快的实用技术，因此在陶瓷生产中有很大的推广应用价值。

助磨剂种类较多，根据其作用机理，可将助磨剂分为以下3类：（1）单一改善流变性的助磨剂：这类助磨剂仅改善料浆的流变性，对颗粒表面自由能基本没有影响，如无机分散剂；（2）单一降低颗粒表面自由能及硬度的助磨剂：这类助磨剂对料浆流变性几乎无影响，如一些气体助磨剂；（3）既能降低颗粒表面自由能和硬度，又能改善料浆流变性的助磨剂，如亲水性长分子有机化合物^[12～13]。第三种助磨剂作为一种复合助磨剂逐渐引起人们的重视，它代表着助磨剂的一种发展方向。陕西科技大学的黄剑锋、曹丽云^[14]等人应用曼尼奇反应制备出多胺基磷酸钠陶瓷助磨剂，该助剂对氧化铁以及石英滑石等原料的助磨测试表明，它是一种高效的陶瓷助磨剂，同时还具有减水作用。

4.3 合理配球

球磨机的装球量、装球种类、装球比例以及日常生产中的补加球量、补加种类、补加比例等，都对磨矿处理量及其产品质量有很大影响^[15]。近年来研究人员对球磨机的合理配球做了较为系统的研究。

4.4 球磨机噪声控制

球磨机既是陶瓷企业产生能耗的重要设备，也是企业噪声的主要来源。在环境问题越来越严峻的21世纪，如何控制和减少球磨机的噪声受到科技工作者的日益重视。目前我国陶瓷企业的噪声控制技术主要有：

（1）减少工作时间和劳动过程。同时，操作工人也要采取防护措施，常用的防声用具有耳塞、防声棉、头盔等。

（2）合理布置或调整安装布局：将球磨机一侧的护栏全部换成能活动的隔声屏，这样不仅可以吸收球磨机的噪声，还可以起到隔声作用，保护检修人员。另外可将工人值班室改成隔声室，并在四周加装隔声板。

（3）加强对球磨机的维修和管理：球磨机在年久失修，带故障运转的情况下，噪声就会加大，因此要做好球磨机的日常保养、维修^[16]。

5 结语

球磨机是陶瓷工业的能耗大户，积极地开发新型球磨机及其相关技术，对于提高陶瓷产业的经济效益意义重大。笔者认为，我国的球磨机发展应着重注意以下几个方面：

（1）当今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，并把对环境造成的影响降到最低；

（2）借鉴和吸收国外先进技术的同时，积极加以创新，大力发展本国的球磨机技术；

（3）加大在材料科学、机械制造科学及金属冶炼科学等相关学科上的研究投入，促进我国球磨机及其相关技术的研究开发；