1、 1 球磨机总体及筒体毕业设计 1 前言 建材产品的生产，从原料、燃料到半成品都需要进行破碎和粉磨，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。水泥熟料和石膏一起磨碎成最终产品 ,其磨碎的粒度越细 ,比表面积越大 ,则水泥的标号就越高。改善和提高产品的质量和数量 ,减少动力消耗 ,降低生产成本 ,即达到优质、高产、低能耗具有重要意义。 球磨机不但在建材工业中广泛应用，而且在冶金、选矿、化工、电力等工业中也广泛采用。它的优点是物料适应性强； 粉碎比大；适应强；结构简单、坚固、操作可靠，维护管理方便，
2、能长期连续运转。缺点是工作效率低；体形笨重；磨机转速低；研磨体和衬板的消耗量大；操作时噪声大。 本课题源于 大志环保科技有限公司，课题为 2.4 11m 球磨机，本人主要承担 2.4 11m 球磨机的总体及筒体部分的设计。技术性能：生产能力达到42t/h。技术要求：机械设计应保证其功能良好、使用可靠、维护方便；零件结构设计要选择合理的毛坯型式和材料，并尽可能的采用标准件和通用件，并具有良好的工艺性。 本课题着重解决的问题是正确选择粉磨工艺系统，合理设计磨 机的回转部分，提高粉磨效率，最大幅度达到高细、高产和低能耗运转。 设计思路：首先进行总体设计，确定磨机主要参数、磨机回转部件各主要部件的结构
3、参数并进行强度校核，改进型高效筛分隔仓板，改进型磨尾出料装置，挡料装置。 预期成果：达到所要求的技术性能，解决磨机粉磨效率低下，能量利用率低等各种问题，降低水泥的粉磨电耗，提高水泥企业效益，同时也符合国家对水泥产业结构调整的要求，即节能利废。 2 2 粉磨工艺系统 2.1 粉磨 2.1.1 粉碎的意义及分类 用机械方法或非机械方法克服固体物料内部的 内聚力而将其分裂的过程称为粉碎。粉碎包括破碎和粉磨，大块物料破碎成小块物料称为破碎：小块物料磨成细粉称为粉磨。相应地完成这些作业的机械，称为破碎机械和粉磨机械，或统称为粉碎机械。粉碎作业的分类见表 2-1。 表 2-1 粉碎作业的分类 粉 碎 破
4、碎 破 碎 碎至 100mm 中 碎 碎至 100 30mm 细 碎 碎至 30 3mm 粉 磨 粗 磨 碎至 3 0.1mm 细 磨 碎至 0.1 0.06mm 超细磨 碎至 20 5 m 物料经粉碎后，比表 面积增加，可提高化学反应速度和物理作用效果；几种不同固体物料的混合，在细粉状态下易达到均匀的效果；物料经粉碎后，便于干燥、传热、贮存和运输；物料经粉碎后，还可用于材料科学，环境保护和选矿等部门。 在建筑材料生产中，粉磨作业是很重要的过程。粉磨作业的情况直接关系着产品质量和产品成本。 2.1.2 粉碎比及粒度表示 粉碎比是指粉碎前后物料的平均粒径之比。它表示物料粒径在粉碎过程中的缩小程度
5、，是评价粉碎过程的技术指标之一。对破碎而言，称为破碎比，它是确定破碎系统和设备选型的重要依据。由于各种粉碎设备的粉碎比各有一 定的范围，若要求物料的粉碎比较大，一台粉碎机难以满足要求时，就要用几台粉碎机串联粉碎，这种粉碎过程称为多级粉碎。第一级的进料平均粒径与最后一级的出料平均粒径之比称为总破碎比 i 。 i 等于各级破碎比 ni 的乘积 i =1i 2i ni (2-1) 粉碎过程中，各种粒径的物料组成了混合体，这种混合体称为颗粒群。颗粒群的平均粒径，通常用质量平均法测算。步骤如下： 首先，取有代表性的试样，用套筛以筛分法把物料分成若干粒级，并用以下方法分别求出各粒级物料的平均粒径 md ；
6、设相邻两级筛子的孔径为 id (大孔筛 )和 1id （小孔筛） ,则该两级筛之间颗粒群（既小于 id 且大于 1id 的颗粒群）可用算术平均粒径表示为 md =( id + 1id )/2,得到 1md 、 2md 、 3md 、 mnd 。其次，分别称出物料的质量，得到 1G 、 2G 、 3G 、 nG 。最后，求出颗粒群的平均粒径 mD 。 3 筛分所得的粒度级数越多，算得的颗粒群平均粒径越准确。 2.1.3 物料的易碎性和易磨性 易碎性是表示物料被破碎难易程度的特性。它与其强度、硬度、密度、结构均匀性、含水率、粘性、裂痕、表面形状等有关。易 碎性通常用易碎性系数表示，又称相对易碎性系
7、数。某物料的易碎性系数 mk 是指用同一台粉碎机械在同一物料尺寸变化条件下，粉碎标准物料的单位产品电耗 bE 与粉碎该物料的单位产品电耗 E 之比 EEk bm （ 2-2） 水泥工业一般以中等易碎的回转窑熟料作为标准易碎性物料，并令其易碎性系数为 1。易碎性系 数大的物料易于粉碎。 易磨性是表示物料本身被粉磨难易程度的特性。它与物料的种类和性能有关。矿渣比熟料难磨、熟料比石灰石难磨，是由它们的种类不同；种类相同时，脆性大的物料比脆性小的易磨，因此。水淬快冷矿渣比自然慢冷矿渣易磨，高饱和比熟料比低饱和比熟料易磨、地质年代短的石灰石比地质年代长的石灰石易磨。 国家标准 GB9964-88水泥原料
8、易磨性试验方法规定了球磨机易磨性的试验方法。该法原理：物料经规定的球磨机研磨至平衡状态后，以磨机每转生成的成品量计算粉磨功指数 iW ， 毕业设计论文代做平台 580 毕业设计网 是专业代做团队 也 有 大 量 毕 业 设 计 成 品 提 供 参 考 QQ3449649974 此指数定量地表明物料粉磨的难易程度。辊式磨易磨性一般用小型试验磨进行。 易碎性和易磨性之间没有规律性的关系。 2.2 粉磨系统流程 按一定粉磨流程配量的主机及辅机组成的系统称作粉磨系统。粉磨系统可根据入磨物料的性能、产品种类、产品细度、产量、电耗、投资以及是否便于操作与维护等因素，通过比较选择适当的粉磨系统。水泥厂的粉
9、磨作业有生料、水泥和煤粉三部分。 2.2.1 开路流程及其特点 在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为成品的流程为开路流程，如图 2-1所示。其优点是：流程简单，设备少，投资省，操作简便。其缺点是：由于物料 全部到达细度要求后才能出磨，已被磨好的物料会出现过粉磨现象，并形成缓冲大垫层，妨碍粗料进一步磨细，有时甚至出现细粉包球现象，从而降低了粉磨效率，增加了电耗。 4 图 2-1 粉磨系统流程 2.2.2 圈路流程及其特点 物料出磨后经过分级设备选出成品，合格的细粉为成品，而使粗粒返回磨内再粉磨的流程为圈路流程如图 2-1。其优点是：可以及时将细粉排出、减少了过粉现象，使磨机产量提高，同时产品粒度
10、均匀，并且可以用调节分级设备的方法改变的粒度。其缺点是：圈路流程复杂、设备多、投资大、厂房高、操作麻烦、维修工作量大。 本课题选用的是开路流程。 5 3 球磨机的总体设计 3.1 球磨机的工作原理 球磨机的主要工作部分是一个装在两个大型轴承上水平放置的回转筒体，筒体用隔仓板分为几个仓室，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、钢段、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。 当磨机回转时，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，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击
11、底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在磨机回转的过程中，研磨体还产生滑动和滚动，因而研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用，使物料磨细。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着能强制物料流动，并 且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力迫使物料流动，另磨内气流运动也帮助物料流动。因此，磨机筒体虽然是水平放置，但物料却可以由进料端缓慢流向出料端，完成粉磨作业。 3.2 球磨机的主要参数计算 3.2.1 球磨机的临界转速 0n 当磨机筒体的转速达到摸某一数值时，研磨体产生的离心力等于它本身的重力，因而使研磨体升至脱离角 =0 ，即研磨体将紧贴附在筒体上，随筒体一
12、起回转而不会降落下来，这个转速就称为临界转速。当研磨体处于 极限位置时，脱离角 =0 ，将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速，由 4 0 030 42.4n RD（ 3-1） 式中： 0n 临界转速， r/min； R 筒体有效半径， m； 0D 磨机筒体有效直径 , m。 代入公式（ 3-1） 0 03 0 4 2 .4 4 2 .4 2 7 .9 6 / m in2 .3nrRD 以上公式是在几个假定的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。因此，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且与磨机结构、衬板形状、研磨体填充率
13、等 因素有关。 3.2.2 球磨机的理论适宜转速 n 6 使研磨体产生最大粉碎功时的筒体转速称作球磨机 的理论适宜转速 n 。当靠近筒壁的最外层研磨体的的脱离角 =54 44时 ,研磨体具有最大的降落高度，对物料产生粉碎功最大。将 =54 44代入式 cos 902Rn ，可得理论适宜转速，由 4 02.328.22 DRn （ 3-2） 代入公式（ 3-2） 03 2 .2 3 2 .2 2 1 .2 3 / m in2 .3nrD 3.2.3 转速比 球磨机的理论适宜转速与临界转速之比，简称为转速比，由 4 76.04.422.32000DDnn （ 3-3） 上式说明理论适宜转速为临界转
14、速的 76%。一般磨机的实际转速为临界转速的 70 80%。 3.2.4 磨机的实际工作转速 磨机理论适宜转速是根据最外层研磨体能 够产生最大粉碎功观点推导出来的。这个观点没有考虑到研磨体随筒体内壁上升过程中，部分研磨体有下滑和滚动现象。根据水泥生产中磨机运转的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个经验公式是对干法磨机的实际工作转速的确定方法，由 5 当 D2.0 时 032.2 0.2gnDD （ 3-4） 当 1.8mD 2.0时 032.2gn D （ 3-5） 当 D 1.8m 03 2 .2 (1 1 .5 )gn D （ 3-6） 式中 : gn 磨机的实际工作转速，
15、 r/min； 0D 磨机的有效内径， m； D 磨机规格直径， m。 7 代入公式（ 3-4） 032. 2 32. 20.2 0.2 2.4 20. 752.3gnDD r/min 3.2.5 磨机的功率 影响磨机需用功率的因素很多，如磨机的直径、长度、转速、装载量、填充率、内部装置、粉磨方式以及传动形式等。计算功率的方法也很多，常用的计算磨机需用功率的计算式有以下三种，由 4 0.8000.2 ( )GN VD n V（ 3-7） 0.2000.148N D n （ 3-8） 000 . 1 8 4 6 . 1 6 5 . 7 5N V D n（） （ 3-9） 式中 : 0N 磨机需用
16、功率， kW； V 磨机有效容积， m3 ； 0D 磨机有效内径， m； n 磨机的适宜转速， r/min； G 研磨体装载量， t； 磨机填充率（以小数表示）。 选用公式（ 3-7）计算： 2 0 . 80 . 800 2 . 3 7 9 . 8 30 . 2 ( ) 0 . 2 1 0 . 6 8 2 . 3 2 0 . 7 5 6 7 7 . 5 32 4 4 . 3 7GN V D n V kW 磨机配套电动机功率计算 021 NKKN =1.3 1.0 677.53=880.789kW 式中 : 1K 与磨机结构、传动效率有关的系数， 见表 3-1； 2K 电动机储备系数，在 1.0
17、 1.1 间选取。 表 3-1 与磨机结构、传动效率有关的系数 1K 磨机形式 干法磨 中卸磨 边缘传动 1.3 1.4 中心传动 1.25 1.35 3.2.6 磨机的生产能力 A.磨机小时生产能力的计算 影响磨机需用功率的因素很多，主要有以下几个方面：粉磨物料的种类、物理性质和产品细度；生产方法和流程；磨机及主要部件的性能；研磨体的填充率和级配；磨机的操作等。常用磨机生产能力 经验计算式为，由 4 8 10000 qNQ（ 3-10） 式中 : Q 磨机生产能力， t/h； 0N 磨机所需功率， kg/kW； q 单位功率生产能力， kg/kW； 流程系数，开路取 1.0；闭路 1.15
18、1.5。 代入公式（ 3-10） 10000 qNQ 678 601000= 40.68t/h 将 q 一起考虑，干法开路长磨粉磨系统， q 值为 55 60。 B. 球磨机的年生产能力，由 4 nQ =8760 n Q （ 3-11） 式中 : nQ 磨机的年生产能力， yt/ ； Q 磨机台时生产能力， ht/ ； n 磨机的年利用率，生料开路磨 n 80%，生料闭路磨 n 78%，水泥开路磨 n 85%,水泥闭路磨 n 82%。所有系统的年利用率 n 不得低于 70%。 代入公式（ 3-11） nQ =8760 n Q =8760 80% 40.86=285085.44 t/y 9 4
19、球磨机的回转部分设计 4.1 筒体部分设计 4.1.1 筒体的结构设计 A筒体的结构形式 一般筒体都设计成整体式结构，因为整体式结构的制造综合偏差相对较小。且加工费用相对也低一些。 大规格的筒体则往往会受运输条件和制造加工能力的限制，而不得不将筒体设计成“分段式” 结构。筒体段节之间一般采用带定位止口的法兰联接结构。筒体分段的另一种办法是现场焊接：筒体在制造厂按运输条件分段，然后准确地加工出带止口的特殊焊缝坡口，连同专用的全套施焊设备运到现场，由制造厂的焊接技师在现场进行焊接和消除焊接应力。这 种方法只有在该地区有几台磨机的筒体需要在现场焊接才比较合算，否则是不经济的。 B筒体与端盖的联接形式
20、 筒体与磨头端盖的联接形式有以下三种： a.外接型法兰联接 在磨机规格大型化之前，筒体采用外接型法兰与端盖相联接的结构被广泛应用，其特点是与磨头组装比较方便，但筒体外形直径大，切削加工面和材料消耗也比较大。 b.内接型法兰联接 内接型法兰联接是大中型磨体广泛采用的结构。其特点是原材料的利用率相当高，结构设计比较合理。 c.无法兰联接 无法兰联接实际上是将筒体和磨头端盖直接焊为一体的结构形式，焊接接头都是对 接焊结构。从端盖结构的发展趋势来看，这种无法兰对接焊联接的 形式，将通用于各种规格和各种类型的磨体，因为它具有结构合理、制造简便和使用可靠等特点。 本磨机选用的是内接法兰联接。 4.1.2
21、磨门与人孔 磨门是为封闭人孔设置的，要求装卸方便、固定牢固。 人孔的主要作用是：检修和更换磨体内的各种易损件，装卸研磨体以及对磨内物料的采样。 A.磨门 磨门分“内提式”和“外盖式”两种结构类型。 a.内提式磨门 内提式磨门有两种结构形式：一种是把磨门和磨门衬板铸造成一整体这种结构只适用于韧性高的耐磨材料，因为造型大而复 杂，脆性材料容易断裂。 10 另一种结构是把磨门和磨门衬板分开制造。磨门衬板用螺栓固定在型钢或铸钢制造的磨门上，然后用弓形架再把磨门固定在筒体上。 b.外盖式磨门 外盖式磨门的突出优点是磨门衬板和筒体衬板完全一样。 本磨机选用的是外盖式磨门。 B人孔 a.内提式磨门的人孔 内
22、提式磨门的人孔有带补强板和不带补强板之分。 b.外盖式磨门的人孔 外盖式磨门的人孔，均须设置固定磨门的“人孔框”。人孔框同时也起到补强板的作用，与筒体的联接均采用铆钉铆接。人孔的尺寸、孔口倒棱、孔面粗糙以及四个孔角的圆角半径等，基本要求和内 提式磨门的人孔相同。 4.1.3 筒体的基本要求和规定 A.钢板材质和厚度的选择 筒体属于不更换的零件，要保证工作中安全可靠，并能长期连续使用。所以要求制造筒体的材料的金属材料的强度要高，塑性要好，且应具有一定的抗冲击性能。筒体是由钢板卷制而成，要求可焊性要好。因此，一般用于制造筒体的材料是普通结构钢板 Q235，它的强度、塑性、可焊性都能满足这些要求，且
23、易购到。钢板厚度采用 40mm。 B.筒体的有效内径和有效长度， 由 4 a.筒体的有效内径 0 2 pDD （ 4-1） 式中 :D 筒体的规格直径， m； 0D 筒体的有效直径， m； p 衬板平均厚度， m；一般取 p =0.05m。 代入公式（ 4-1） 02.4 2 0.05D 0 2.3D m b.筒体的有效长度 0 1 2 3LL （ 4-2） 式中 : L 筒体的规定长度， m； 0L 筒体的有效长度， m； 1 、 2 、 3 分别为隔仓板、端盖衬板、扬料装置的厚度 ,m；取0.32m。 代入公式 (4-2) 011 0.32L 0 10.68L m C.筒体钢板的排列原则 a.充分利用钢板的规格尺寸和卷板机的最大能力，使筒体的焊缝总长达到最短为原则来排列钢板，厚钢板与薄钢板对接焊的过渡斜率不大于 1： 10为宜。当
