球磨机钢球紊乱现象

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1、球磨机钢球紊乱和倒分级原因分析工作过程中常常接到关于磨内钢球紊乱和倒分级的问询，因猝然而问，因而只能即兴而答，说不到位常有，不免有塞责之嫌。本文就此现象产生的原因和预防措施以及如何处理，进行了初步的分析，以期与海螺内部员工共享，由于作者水平有限，不到之处，请指正。一、概况当今水泥粉磨多采用球磨机作终粉磨。在物料从磨头到磨尾被粉磨的过程中，粒径逐步递减。根据物料粉碎特性，要求磨内钢球从磨头到磨尾也按粒径分布规律从大到小分布。为实现上述要求，球磨机往往沿轴线采取分仓的形式满足对应关系，因受诸多因素限制，分仓不可能无限地多，往往只分成两到三个仓。因此，分仓后钢球仅粗略地满足了对应关

2、系，在同一仓中由于物料填充和操作中的波动，大小直径的钢球往往处于均布甚至于逆向分布，难以满足球径和物料粒径的对应要求。在分级衬板出现后，磨机除分仓外，还在较长的仓中往往安装分级衬板，通过分级衬板作用，使磨内钢球按理想要求分布，从而获得最佳的粉磨效果。为了更好的说明钢球级配紊乱和倒分级这一问题，下面就从磨机分级衬板的分级原理开始，与大家共同探讨这一问题产生的原因和处理办法，避免今后此类现象的发生。二、分级衬板的分级原理1、钢球的回转和抛落运动如图一，由于磨机的回转，处于磨机横截面下方的钢球（图一中的A点），随磨旋转产生垂直向下的离心力（图一中的P）加上自身的重力共同垂直作用于衬

3、板（非表面层还有叠加在其上方的其他钢球重力，为分析方便，略），使衬板与钢球间具有一定的摩擦力（为分析方便，带有棱线的各种异型衬板的直接推力姑且不论）。当磨机转速较高时，摩擦力足够维系钢球与磨机衬板几乎同步运行，钢球在摩擦力的作用下，被逐步提升，随着提升高度上升（图一中的B点），钢球重力作用于衬板的垂直分力（图一中的G1）逐步降低，且在磨机水平直径位置后发生转向而改为与离心力方向相反（图一中的C点、D点），当钢球达到磨筒体顶点时重力分力达到最大即等于其自身重量。如果钢球自重小于或等于离心力时，钢球就会随磨机筒体作同步圆周运动，如此，钢球则起不到较好的粉磨作用。因此设计上即通过降

4、低磨筒体转速使重力分力在钢球到达最高点前即等于离心力，此点即为钢球的抛落点。钢球到达抛落点后如再向前行，重力分力即大于离心力而占主导，在惯性和重力主导作用下，钢球呈抛物线运行（图一中的E点、F点）。从而实现钢球在磨机横截面中呈抛落运动。堆积状态下的不同层钢球，其运行轨迹与上述分析类似，因非本文所要阐述的重点，故不赘述。另摩擦力阈值随垂直作用于衬板上的重力分力的消长而消长；摩擦力与平行于衬板的重力分力间的平衡关系亦非本文重点，也不再详述。图一、离心力和重力关系图P─钢球随磨旋转的离心力；G─为钢球重力G1─垂直于磨机筒壁的重力分力；G2─平行于切线的重力分力2、分级机理在磨机轴

5、向上，我们为了使钢球按磨头到磨尾从大到小分布，以便与物料被加工过程中的粒径相适应，我们普遍采用分级衬板。图二、钢球在分级衬板上的轴向切面重力分解图g─钢球的重力；g1─轴线切面上重力沿斜面分力（侧向力）；g2─垂直于衬板上的重力分力；如图二：分级衬板在磨机轴向切面呈一斜面，高端在磨尾，低端朝向磨头。处于分级衬板斜面上的钢球，它在轴向切面上的重力可分解为两个分力，其一垂直于斜面而被斜面支撑（图二中的g2），其二我们称之为侧向力（图二中的g1）平行于斜面而指向坡底。在侧向力的作用下，钢球即有向磨头运行的趋势，在钢球随磨机内壁作回转运行而没有到达抛落点前，侧向力被其左侧钢球硬性限制

6、而无所作为，钢球只能随磨机筒体作标准的局部圆周运行。但是，当钢球进入抛落点时，侧向力的束缚被解除，它牵引钢球使其抛落方向向磨头偏转，即钢球随磨机旋转而做抛落运行每一周期中，其落点均在起始点横截面的靠磨头方向侧，即在没有其他限制条件时，在分级衬板的作用下，钢球将按螺旋线的形式向磨头方向运行。如此，所有被分级衬板接触的钢球纷纷涌向磨头方向，受磨内空间及钢球间的摩擦力的制约，从而使磨内钢球形成一个头高尾低略略倾斜的堆积面。由于大球惯性比小球大，因此堆积中大球更有利于占居想要占居的点，小球让位于大球，从而实现了钢球从大到小的排布。另一次要因素，即风选作用。风力作用使得小球主动于大球向

7、磨尾运行。因为钢球在抛落过程中，风力作用与球的截面积成正比，与惯性力成反比。而截面积与球径平方成正比；惯性力与钢球质量成正比，即与球径的立方成正比。因此，风力影响与球径成反比，也就是说球径越小向磨尾运行的受力程度越大。风力∝截面积风力∝球径2风力∝1惯性力球径3球径三、级配紊乱和倒分级机理磨机正常操作和运行时，虽有物料等干扰因素存在，但磨内钢球运行轨迹和大趋势基本保持不变化。当发生以下情形时，情况将发生趋势性变化。为便于说明，下文中笔者将发展趋势划成四个阶段。第一阶段：临时性级配紊乱操作中一次性加料过快