1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 1.837M 球磨机的设计 一、提要 在加气混凝土原料制备中最重要的 设备 就是球磨机， 自 1983 年第一台球磨机 1诞生之后，它就被广泛 用于石灰，石膏，砂，矿渣等物料的粉磨。物料只有经过粉磨并到要求细度后才能进行充分混合相互作用，才能使制品达到强度，粉磨是加气混凝土生产中的重要程序，粉磨过程耗电量大，球磨机一般是加气混凝土工厂中电机容量最大的设备。球磨机主要用于选矿、陶瓷、化工、水泥、玻璃、耐火财料等行业。球磨机分为干、湿两种，干式用于耐火财料，水泥、化肥、玻璃行 业；湿式用于选矿、陶瓷、化工行业 2。 二、 国内外新型球磨机的研究 1 低温
2、冷冻球磨机 德国 Fritsch 公司的 Pulverisette 0(简称 P0) 冷冻球磨机 /振动研磨机 3，通过研磨球的冲击和摩擦来粉碎实验室样品。适用于分析化学、 X 射线和光谱分析、电子显微镜、红外分光光度测定、核研究、痕量分析、矿物学、微生物学。 该冷冻球磨机 /振动研磨机还可以对欧盟“ RoHS”指令中的电子产品进行常温及冷冻的研磨，达到分析级别的研磨效果。 低温冷冻球磨机的性能特点： 低温冷冻球磨机是专为低温冷冻研磨设计的一款新 型球磨机，该设备具备了传统行星式球磨机的干磨和湿磨的功能。在样品研磨之前，先进的预冷却程序可持续自动地用液氮冷冻研磨罐，使样品变脆，并防止样品中挥发
3、性物质的挥发。液氮的加入，消耗和补充完全由程序进行监控和处理，避免了手动的繁琐和危险性，同时也保证了实验的可重复性。样品的研磨过程始终处在 -196 低温下，因此可满足于热敏性材料及生物领域的应用 4。 低温冷冻球磨机的应用范围： 适用于：在常温和冷冻条件下对硬性、中硬性、韧性、脆性及纤维材料的研磨破碎，如： 在常温和冷冻条件下进行植物、动物组织、花粉、孢子、细 胞破碎、基因提取样品的前处理。 在常温和冷冻条件下进行热敏感性物质，如化学品、塑料、高分子材料、树脂等的研磨和破碎。 在常温条件下快速对陶瓷、玻璃、矿石、土壤等进行快速有效的研磨，广泛用于 ICP， X-衍射等大型检测仪器的样品置备。
4、 冷冻和常温对头发，骨头，牙齿等法医鉴定样品的分析前出理。 低温冷冻球磨机的研磨原理： 低温冷冻球磨机的研磨罐是在水平方向上进行径向振动，研磨球的惯性带动它们以高能量撞击位于弧形内表面的样品材料，从而达到粉碎效果，在整个研磨过程中自动冷冻系统会持续将液氮补充到研磨罐中。 2 行星 式球磨机 KQM-X4 型系列行星式球磨机 5是实验室、小批量生产用高效超细研磨、混合设备。该机美观新颖，结构紧凑，操作方便，工作效率高，磨细粒度均匀。可广泛在电子材料、磁性材料、生物医药、陶瓷釉浆、非金属矿、新型材料等行业使用 9。该机的行星轮传动采用全自动涨紧装置涨紧传动带新技术，传动扭巨大，运转平稳，不用维护
5、,免除了因传动带磨损而频繁调整、更换传动带麻烦。型号有： KQM-X4Y(3.2 升 )、 KQM-X4(6 升 ) 、 KQM-X4A(12 升 ) 、 KQM-X4B(20升 ) 、 KQM-X4C（ 40 升 ) 、 CKQM-X4D（ 80 升 ) 6。 随着现代科技的飞跃发展，新材料的开发与应用在各高校、研究所乃至各行各业正引起人们的日益重视。然而，无论是提高材料的性能还是分析材料的成份，均需要制备更细、更均匀的材料样本。常规的机械制取方法是采用普通球磨机方式，通过球磨机的旋转，机内磨球与材料之间高能撞击，达到粉碎、研磨、混合材料的目的。 普通球磨机的研磨罐体是滚筒式，筒内装有若干磨
6、球，当电机旋转时，带动滚筒旋转，筒内磨球和材料在作竖直圆周运动过程中，互相撞击，研磨材料。我们知道：物体作竖直圆周运动 ，必须满足一定条件 7：否 则 起不到良好的研磨作用；另一方面，由于筒体和筒内磨球与材料均匀同方向旋转，这就使得球与球，球与材料之间的碰撞能量与碰撞几率大大降低，其研磨效果和研磨效率也随之下降；当转速 0 时，由于离心力的作用，磨球和材料均贴在滚筒内壁上跟随旋转，失去相互之间的碰撞，同样起不到研磨作用。所以，要想通过普通球磨机获取粒度很小的材料，混合均匀的物料，是不容易的。 行星式球磨机不同于普通球磨机的最大特点是该球磨机中的物料和磨球是在一个二维旋转空间作高能运动，其运动方
7、式见原理图。在一个转 盘上对称装有四个球磨罐，当转盘旋转时（公转），球磨罐围绕各自的中心轴作旋转（自转），罐中磨球在高速运动中研磨和混合样品。在某一确定的时刻，大转盘所产生的较强的离心力使所磨材料与球从罐的内壁分开，并在自转的高速条件下，球和材料从罐的一侧飞越到另一侧，相互撞击，使得被磨材料的颗粒更小、更细。由于公转与自转两个离心力同时作用在磨球和物料上，而且合力的方向在不断变化，这就使得磨球与物料在球磨罐中的运动轨迹是杂乱无序的，这样，就可以通过提高转速，使磨球与材料获取足够的碰撞能量，达到高效研磨的作用。 3 ALX 系列连续 式卧式球磨机 ALX 系列连续式卧式球磨机 8是硅酸盐制品，新
8、型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色与有色金属、石英沙以及玻璃陶瓷 等生产行业进行干式或湿式粉磨的关键设备。 工作原理： 机为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮、链轮或皮带传动，两仓格子型球磨机。物料由送料机经入料中空轴螺旋均匀地进入球磨机第一仓，内装三种不同规格的球介，筒体转动产生离心力将球介带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内装有四种不同规格的球介，将物料进一步研磨。粉状物通过出料口筛栏板排出，进入振动筛粉机进行分级完成粉磨作业 9。 结构特点：本机由送料机、出料部、回转部、传动部、分级部等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可按用户要求
9、制作，设备运转平稳，工作可靠。 技术参数 10： 规格 转速 (r/min) 装球重量(T) 给粒速度(mm) 产量 (T/h) 电机功率（ KW） ALX-9001800 38 1.7 25 0.5-1.5 15 ALX-9003000 35 2.2 25 0.8-2 22 ALX-12002400 32 3.9 20 1.5-2.5 37 ALX-12004500 30 5 15 1.7-3.2 45 ALX-15003000 28 7.8 30 2.5-4.2 55 三球磨机的发展 1球磨机的发展之一：效率的提高 13 （ 1）保证适当的筒体转速，使原料和研磨体形成抛落运动。 转速过慢，
10、离心力就小，摩擦力也小， 研磨体不能随筒壁上升，也就不可能形成抛落运动，反之，转速过快，离心力就大，摩擦力也大，研磨体紧贴筒体内壁转动，也不能形成抛落运动，没有抛落运动，研磨体就没有对原料形成碰撞，而只有研磨作用，效率降低，故筒体转速过慢或过快都是不可取的。 （ 2）选择合适的内衬和研磨体。 内衬有两方面的作用，一方面是保护筒体不被磨坏，另一方面防止物料与铁接触、避免物料污染。一般选用较耐磨和规则的内衬，保证坚固耐用。同时增加有效容积、在配方、入料量不变的前提下，应选择密度大、硬度高、大小配比合理的研磨体，以缩短球磨时间，同时减少研磨 体的磨损率。 （ 3）确定适当的料、球、水比例。 研磨体的
11、装载量对球磨效率的提高有重大影响，装载量过少，对物料的碰击和研磨作用小，装载量过多，入料量减少，研磨体相互作用增加，对物料作的功和研磨作用降低。在研磨体装载量一定的时候，每球入料量不同其球磨是不一样的，入料量过少，虽能缩短球磨时间，但日产量却降低了，入料量过多，筒体内剩余空间少，研磨体的碰击作用减少，球磨效率低 4。物料与水的比例要适当，最终要看泥浆的含水率、流动性而定入水量，水太少，浆料过于稠厚，物料的分散性差，对研磨体的运动阻力加大，削弱了对物 料的粉碎作用，反之，水分太多，则必然要减少加料量，而且浆料过于稀薄，研磨体之间直接碰击和研磨的机会多，既损失了能量又增大了研磨体的磨损率，一般情况
12、下，料、球、水的比例为 1：18： 6，但总量 料、球、水混合后的体积应是有效容积的 90 左右。 此外，还可以调整配方，减少硬质原料的种类，控制粗颗粒物料的最大直径，选用适当的添加剂等方法以达到提高球磨机的效率。 2.球磨机的发展之二：节能 14 （ 1）预选抛废，减少入磨量 随着金属矿石需求量的增加，贫矿石开采日益扩大，高强度采矿方法和大型采掘设备的应用，矿石 贫化日趋严重。据统计，露天开采贫化率 5 10，地下开采贫化率 20 25。全国重点铁矿入选原矿中约有 1000 万吨以上废石，既影响选矿生产能力的提高，又增加了电耗 11。预选可以抛弃大量混入矿石中的废石，目前全国已有 30 多个
13、磁选厂增加了预选，主要采用大块磁选机和电磁感应辊式强磁选机。弱磁性铁矿和有色金属矿预选主要用跳汰机等重力选矿法。通过预选可减少入磨矿量，降低废石在磨、选过程中电耗，减少钢耗和选别材料的消耗，增加生产能力，提高企业经济效益。 马鞍山矿山研究院研制的 CTDG 系统永磁大块磁选机 15已 在全国大小磁选厂应用。如漓渚铁矿使用的 CTDG1210 型大块磁选机在自磨机前对 350 0mm 的大块矿石进行预选，抛废率为 17 20，年节电 670 万 kWh。 武钢程潮铁矿选厂 16，入选矿石品位 42.1 44.3，废石混入率 1620。采用了预选抛废流程，将中碎机排矿筛分成 75mm 13mm 1
14、3mm3mm 3mm 0 三个粒级。前两个粒级用干选抛废，后一级用湿式抛废，抛废率分别为 27和 4.09，合计 31.09。每年抛除废石 62万吨，约占入磨量 45.1，可节电 500 万 kWh/a，成为全国 铁矿厂耗电最少的选厂。 重选法预选抛废也是降低磨矿电耗的有效方法。马鞍山矿山研究院研制的AM-30、 LTC-50 和 YMT-75 等型跳汰机用于马鞍山黄梅山铁矿选厂、洒钢桦树沟等铁矿选厂，抛废率在 90以上，对降低磨矿电耗收到显著效果。广西长坡锡选厂用重介质预选法，抛废率 40，节电 7.7kWh/t 原矿 。目前国内有 10 多个选厂采用跳汰机预选均收到明显的技术经济效果。 （
15、 2）多碎少磨、降低入磨粒度 确定合理的最终产品粒度十分重要，它直接影响磨机处理能力、电耗和破磨作业的综合成本。通过改变破碎产品性质，降低产品粒度 ，增加细粒级含量以及提高磨机处理能力，降低电耗，增加经济效益。 物料破碎是靠破碎设备的挤压和冲击作用，而磨矿则靠离心力、摩擦力作用，使矿石不断受到冲击、挤压、剪切和研磨而粉碎。常规破碎范围内能量随粒度减小的变化率很小，而磨矿范围内能量随粒度减小急剧增加，破碎比磨矿能耗低是选矿界公认的观念。因此实现多碎少磨，减小入磨粒度，可以大幅度提高生产能力，降低电耗。 鞍钢东鞍山选矿厂 17为降低入磨粒度，引进美国 AC 公司 2133.6mm 底部单缸液压圆锥
16、破碎机用于四段破碎。使入磨粒度由 20 0mm 减至 12 0mm， 3.2m3.6m球磨机台时处理能力增加 8t，每吨原矿电耗减少 2.7kWh。 德兴铜矿选厂 18三期扩建工程，破碎作业采用三段 闭路流程，细碎设备为 Renord 公司 SXHD 型西蒙斯圆锥破碎机。使入磨粒度由 20mm 降为 12mm，使磨矿单位电耗下降 6.88。 （ 3）实现多碎少磨的主要措施 根据矿石硬度、最大粒度及其组成和矿石含水、含泥量等矿石性质以及选矿厂生产规模和磨矿工艺等确定破碎工艺流程。以山东某选厂生产实际为例进行各种流程分析对比结果表明：三段 闭路破碎流程的最终产品粒度最小，又比较均匀。从单 位矿石电
17、耗来看，两段开路破碎流程是两段 闭路破碎流程的 1.26倍，是三段 闭路破碎流程的 1.39 倍。因此三段 闭路的破碎流程可以获得较小的破碎产品粒度、较低的电耗。对某些选厂特殊要求，也可采用四段 闭路流程。 高效节能破碎设备不仅本身有较低的电耗，而且由于其产品粒度较小，更深层次作用在于对破碎流程的影响，如减少作业段数，将闭路简化为开路，可减少设备数量，节省基建投资，降低运营成本。随着这些新设备的使用，可以得到更小的产品粒度，降低粉碎原矿的单位电耗，从而获得全流程的效率。 近年来，在改进传统圆锥破碎 机的基础上美国 AC 公司推出高能圆锥破碎机、俄罗斯乌拉尔重型机器厂推出惯性圆锥破碎机、德国的
18、krupp polgsius 公司等推出辊压机以及各国推出的新型腭式破碎机等高效节能破碎设备，大幅度降低了破碎产品粒度，提高了磨机产量，降低了单位原矿的电耗。从 1985 年辊压机问世以来，首先在水泥工业推广应用，其增产节电所带来的经济效益引起国际水泥行业极大兴趣和关注 19。 （ 4）强化分级，降低磨矿循环负荷 过磨是磨矿中能耗损失主要原因之一，导致过磨涂磨机本身原因之外，主要是分级效率低。目前我国大部分选矿厂分级作业采用 螺旋分级机，分级效率低，因而在返砂中夹杂相当数量的合格产品粒度；尽管有些选厂用水力旋流器代替螺旋分级机，要达到高的分级效率也比较困难 ,致使大量合格产品粒度返回磨机再磨，
19、既影响产量又使矿物过磨增加电耗 20。 芬兰海诺宁教授 21研究表明：分级效率从 51提高到 80，可使磨矿效率提高 25，电耗减少 20。强化分级作业，提高分级效率，减少磨矿循环负荷是降低电耗的重要措施。 细筛在我国取代螺旋分级机进行粗粒分级得到发展。首钢大石河铁矿选厂一段磨矿回路中用 KBX1856A 型双轴直线振动筛取代 2400mm 双螺旋分极机，分级效率提高 12.69，台时处理能力增加 19.79t，磨一吨原矿电耗下降1.9kWh22。 当前，因内外已经出现水力圆锥分级机、高频振动细筛、直线振动细筛、旋流细筛、立式圆筒筛及双涡流水力旋流器等新型分级设备以及两段分级工艺的应用，为我国
20、强化分级作业创造了条件。对粗粒分级用细筛取代螺旋分级机；细粒分级以水力旋流品为主，以水力圆锥分级机或高频细筛、旋流细筛、立式圆筒筛为辅的二次二段分级。但要迅速解决好水力旋流器的结构、参数、材质和自动控制等问题，以保持其工艺指标的稳定 23。 （ 5）选用 新型高效衬板，降低电耗 磨机衬板结构、材质的优劣，直接影响磨矿的电耗。目前我国金属矿选厂球磨机仍以高锰钢为主，存在问题是钢耗大，为 0.25kg/t；电耗大，磨碎每吨矿石耗 8 20kWh 的电能，约占选矿厂总电耗的 45 65 ；寿命短，在一段球磨机中为 6 8 个月，二段为 12 18 个月，重量大，噪音高，在湿磨中抵抗矿浆化学腐蚀性磨损
21、能力差。近年研制成功橡胶衬板、圆角方型衬板和磁性衬板等，在球磨机上应用取得明显地节能效果。 海南钢铁公司橡胶衬板厂引进瑞典司克嘉公司橡胶衬板制造技术，生产直径0.9m 5.5m(长度不限 )球磨机的整套衬板已在国内许多选厂应用。橡胶衬板具有独特的弹性和突出的抗腐蚀性能。受冲击时可以变形，寿命高，重量轻，节电效果显著。一般可降低电耗 10 15 24。 圆角方形衬板即角螺旋衬板，由于这种衬板相互错开一定角度沿磨机排列，因而筒体内的物料与磨机轴线形成了相垂直的剪切面，对物料产生附加的剪切作用，显著地降低了电耗。马鞍山矿山研究院开发的圆角方形衬板，在马钢凹山选矿厂 2.7m3.6m的二段球磨机使用，
22、降低电耗 22.66 25。 金属磁性衬板靠磁力紧紧吸附在球磨机筒体上，其表面吸附磨 碎的钢球和不同粒度的磁性物料形成 20 50mm厚的滚动保护层，呈波纹状对入磨矿石有提升作用。细粒易磁化物料稳定的固结在最底层，能有效消除衬板磨损。其特点是使用寿命长，比高锰纲衬板高 6 8 倍。厚度薄、重量轻、钢耗少，可以降低球磨机电耗 6 7 。目前已在我国选矿厂百余台球磨机上应用。磁性衬板的问世是球磨机衬板史上一次重大突破 26。 （ 6）改进现有球磨机，发展高效节能设备 球磨机是选厂耗电最高的设备，为降低电耗在改进现有球磨机的基础上，要发展新型节能设备。近年，球磨机的发展是从降低电耗和钢耗的角度来改善
23、磨机性能，大型磨机普遍采用液压动力和静压轴承、气胎离合器、齿轮润滑使用喷油装置等新技术，使磨机整体技术水平和经济效益得到较大提高，单位电耗平均下降 20，生产能力增加 10，钢耗下降 40 27。 三、结束语 随着我国机械工业的飞速发展，相应的新工艺、新装备、新材料也不断涌现，市场竞争越来越激烈。所以球磨机的发展也应当是日新月异的变化，在以下几个方面要多加注意。 （ 1）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，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，积极地加以创新，大力发展我国自身的球磨机技术。
24、（ 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，以促进我国球磨机及其相关技术的研发。 （ 4）加强球磨机及其相关技术的知识产权保护工作，打造自主的球磨机品牌。 四、参考文献 1 洛阳矿山机械研究所主编 .机械工程手册 N.北京：机械工业出版社出版 2 成大先主编 .机械设计手册 .北京：化学工业出版社， 1997 3 中国农业机械化科学研究院主编 .使用机械设计手册 N.中国农业机械出版社出版 4 机械工程手册电机工程手册编辑委员会主编 .机械工程手册 N.北京：机械工业出版社， 1996 5 胡家秀主编 .简明机械零件设计使用手册 (jian3 ming2 ji1
25、xie4 ling2 jian4 she4 ji4 shi3 yong4 shou3 ce4)N.北京：机械工业出版社， 1999 6 周开勤 .机械零件手册 N.北京：高等教育出版社， 2001 7新编机械设计师手册 N.北京：机械工业出版社出版， 1995 8 陈统坚主编 .机械工程英语 N.北京：机械工业出版社主编， 1996 9 林栋梁主编 .英汉机电工程词典 N.北京：机械工业出版社， 1997 10 赵泉，郭常红主编 .袖珍英汉机械制造词典 N.北京：科学普及出版社， 1995 11数字化手册系列编委会 .机械设计手册 R2.0N， 2003 12 段希祥，曹亦俊 .球磨机介质工作
26、理论与实践。北京：冶金工业出版社， 1999 13 蒋文俊，潘龙 .浅谈陶瓷连续锥形球磨机。江苏陶瓷， 2001 14 卧式行星球磨机在南京大学仪器厂问世。中国粉体工业， 2001 15 许 利民，吴静然，马世辉 . 球磨机衬板的选材及应用，承德石油高等专科学校学报， 2005 16 朱军，杨军 . 大型球磨机衬板材料的研究和应用，铸造技术 ,2005 17 刘兴国 . 橡胶内衬球磨机的特点，山东陶瓷 ,2003 18 张书辉 . 二硫化钼润滑块在球磨机上的应用，润滑与密封 ,2003 19 Businesses transit mall bill may grow by JIM REDDEN Sep26,2006 20 蔡飞虎 . 浅谈利用助磨剂提高球磨效率，陶瓷工程 ,1992 21 Asia Pacific Journal Chemical Engineering,3(2):230-235, A.Sahoo*and GK Roy， 2008 22 唐新民 . 格子型球磨机筒体衬板改形， 2002
