《水泥生产工艺及设备》
—球磨机转速与研磨介质运动状态的关系—
实 验 指 导 书
主编 刘继光 唐 毅
李 洪 李进春
西南科技大学制造科学与工程学院
2007年9月
西南科技大学实验指导书
球磨机转速与研磨介质运动状态的关系
一、实验目的
1. 了解球磨机的工作原理； 2. 了解球磨机与管磨机的区别；
3. 了解磨机转速对磨机动力、产量、磨介与衬板磨损的关系； 4. 掌握磨机临界转速、适宜转速的计算方法；
5. 通过实验验证转速的计算结果，分析差异的原因。
二、实验仪器和设备
实验仪器与设备：600型磨球抛掷机。
三、实验简介
通过该实验，使学生了解球磨机的工作原理，磨机转速对磨机的动力、产量、研磨介质和衬板磨损的影响，转速是磨机设计和工作的主要参数之一；掌握磨机临界转速、事宜转速的科学分析和计算方法，达到培养学生工程意识、节能意识和科学分析问题与解决问题能力的目的。
四、实验步骤及内容
1. 开机后，通过变频调速器调节筒体转速，由慢到快，观察磨介在筒体内泄落状态、抛落状态和离心状态三种运动状态；
2. 测量筒体直径D，计算理论临界转速n；
3. 选择适宜转速经验计算公式计算适宜转速n1，将筒体转速调到计算的适宜转速n1，观察磨介在筒体内的运动状态。如需要修正，再调筒体转速n1。最后计算理论临界转速百分数，是否在65~90%范围内；
4. 实验做完后，将实验过程、观察到的现象、分析、计算结果写出实验报告。
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附录
球磨机相关知识介绍
1.球磨机的工作原理
磨机都是在旋转的圆钢筒内靠研磨体的运动来粉磨物料。磨机圆筒的旋转把圆筒内面堆积的物料和研磨体提升到能够发生粉磨作用所必须的恰当高度。粉磨作用是靠研磨体相互之间以及研磨体与磨机衬板之间的冲击和摩擦进行的。
2. 球磨机类型
磨机分球磨机和管磨机，球磨机与管磨机之间的差别在于它们的长径比不同。管磨机的长径比为3：1~6：1，而球磨机的长径比小于2：1。
3. 球磨机的粉磨作业
生产水泥所消耗的总能量中约有85%作用于破碎原料和粉磨作业，但是粉磨作业就消耗了总能量的75%。对磨机效率的高低程度是有争论的，这是由于个人的观点不同、解释各异所引起的。按照一些截然不同的解释，转变为粉碎功的能量占供给磨机总能量的2~20%；其余的能量被下列各项所分占：物料颗粒之间的摩擦；物料颗粒与磨机部件之间的摩擦；声响、热和振动的产生；磨机内部物料的翻动以及电动机到磨机的机械效率损失。
从理论上说，供给能量的利用率低，引起粉磨装备设计人员的关心更甚与工厂操作人员，因为与粉磨工艺的好处相比较，可以认为粉磨能量的消耗支出费用是不大的。
下面是影响磨机效率的一些重要因素： (1) 取决于磨机直径的磨机转速； (2)研磨体的装填数量、种类和大小； (3)磨机各仓的正确尺寸； (4)喂入物料的易磨性； (5)磨机的长径比；
(6)磨机系统运行的方式、方法； (7)磨机衬板的类型。
4. 球磨机的转速及其计算
转速是磨机设计和操作的主要参数，在一定程度上决定研磨介质在磨内的运动状态。它对磨机的动力、产量、钢球和衬板的磨损都有影响。所以正确地选择磨机的转速非常重要。特别是当前磨机设计趋向大型化，其适宜转速和磨机直径之间的关系如何？更有必要进一步加以探讨。
磨机内装有钢球或钢段，当筒体旋转时，由于摩擦力、推力和离心力的作用，磨介随筒体往上运动一段距离，然后下落，或呈离心状态随筒体一起回转。如图1所示。
当钢球充填率较高、磨机转速较低时，磨介在泄落状态下工作。所有钢球顺旋转方向沿同心圆的轨迹升高至一定角度。然后一层层的泄落下来，这样不断的反复循环。在泄落式工作状态下，物料的粉碎主要靠钢球之间的相对滑动产生研
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磨作用而进行。
图1 磨介的运动状态
（a）泄落状态 （b）抛落状态 （c）离心状态
当钢球充填率较高、磨机转速较低时，磨介在泄落状态下工作。所有钢球顺旋转方向沿同心圆的轨迹升高至一定角度。然后一层层的泄落下来，这样不断的反复循环。在泄落式工作状态下，物料的粉碎主要靠钢球之间的相对滑动产生研磨作用而进行。
若磨机转速较高，钢球随筒体上升到较高的高度，将离开圆形轨道而沿抛物线轨迹呈自由落体下落，这种状态称为抛落。抛落式工作时，物料的粉碎主要靠落下来的钢球的冲击作用，但是也靠部分的研磨作用。
磨机的转速进一部提高，离心力使钢球停止抛射，整个钢球形成紧贴筒体壁的一个圆环随筒体一起回转。由于钢球与筒体内壁、以及相互之间不再有相对运动，物料的粉碎作用也停止。这种运动状态成为离心状态。在实际粉磨作业中已无实际意义。
1） 磨机的临界转速
管磨机的临界转速就是磨机旋转产生的离心力与影响研磨机的重力相抵消时的旋转速度；这时，研磨体在磨壁上不落下来，因此也就不做粉磨功。
磨机临界转速的计算： G——研磨体的质量，kg；
ω——磨机筒体的角速度，rad/s； D——磨机的内径，m； n——每分钟转速，r/min； C——离心力，kg；
D1——磨机的内径，inch。
假设球与球、球与筒体之间不存在滑动，通体内的物料对于球运动的影响也不考虑的条件下，假使以最外一层球计算，球的直 径又忽略不计。
假设一只钢球处于磨机A点的位置（见图2）， 角α为动态休止角。在这种情况下，钢球受到两个 不同方向作用力的影响：
G?2r离心力 C?m?r?
g2重力的向心分力 ?Gsin?
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图2 磨机临界转速图解
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要保持钢球在磨壁上的这一位置，必须达到的条件是：
C?p
或
G2?r?G?sin? g如果α=90o，也就是钢球位于m1点时，则?2r?g
2?n带入，则 602?n2)r?g (60由此，推导出理论临界转速为：
如果以??602gn??24?r602?9.8142.376.7? 或 n? DDD14?3.142?2事实上，以上假设是不合理的，球与球、球与筒体之间是存在相对滑动的。因此，实际的临界转速比计算的理论临界转速要高。这就是有人提出超临界转速运转的道理。另外，实际的临界转速还与磨机结构、衬板形状、球的充填率等因素有关。因此，生产实际中提出了磨机适宜转速。
2）磨机适宜转速
在生产实践中，我们希望磨内研磨介质能产生最大的粉磨功，在此条件下运转的筒体转速称为磨机的适宜转速。
如果认为保持外层钢球降落高度为最大时能产生最大的粉碎功。这样根据钢球的运动轨迹方程式，经数学推导，球及磨机的适宜转速为：
n?32D1
式中，n——磨机的适宜转速，r/min；
D1——磨机的内径，m。
磨机的适宜转速为理论临界转速的65%—90%，常取75.65%。该比值称为临界转速百分数。
当然适宜转速计算公式是在临界转速计算公式假设条件下得到的，因此，有些学者提出了不同的修正意见。
(1) 下面的磨机适宜转速公式是根据经验推导出来的：
n?32D?3(D?1.7)
这个公式适用于直径大于1.7米的磨机
(2) 塔嘎特（Taggart）认为：对于波形衬板，适宜转速为理论临界转速的75%—78%，公式为：
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n1?
这个公式用于直径为1.8—2.2m的磨机。
(3) 前苏联陶瓷研究院的资料认为：对于直径大于1.25m的磨机，适宜转速计算公式为n1?35D，即适宜转速为理论临界转速的82.5%。
40D对于直径小于1.25m的的磨机，适宜转速计算公式为n1?为理论临界转速的94.5%。
(4) B·A·别罗夫等认为，适宜转速计算公式为n1?37.2D，即适宜转速
，即适宜转速为理
论临界转速的88%。
以上可见，由于影响磨机转速因素较多，没有普遍适用的磨机正确转速计算公式。以上这些修正意见，有待进一步探讨。
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《水泥生产工艺及设备》讲解
