球磨機的發展方向綜述

摘要

球磨機是選礦廠的關鍵設備之一，其能耗(電耗、材料成本)一般占全廠能耗的30-6O％ ，而且它的工作狀態是直接影響到全廠的生產能力、作業率等各項技術經濟指標的關鍵因素。近二十年來，對球磨機的研究取得了很大進展，出現了許多發展的新方向。

關鍵詞：新型球磨機，節能降耗作業率，細磨

1、前言

球磨機是選礦廠生產的關鍵設備之一。在礦山建設時期，球磨機的設備及基建投資約占選礦廠破磨設備總投資的50；在礦山生產期間，球磨機的能耗(電耗和材料)同樣占全部破磨作業的509/6以上。同時，在礦山生產中，球磨機作為主要的生產設備，其運轉率和效率常常決定了全廠(系列)的生產效率和指標，成為全廠生產的“咽喉”環節。因此，無論設計院在設計階段對球磨機的選擇還是礦山企業在生產階段對球磨機的管理都十分重視。同時許多球磨機的設計研究單位和生產廠家也對球磨機進行了很多研究工作，取得了很大進展，出現了多方面的研究方向。本文對近年來出現的一些新型球磨機的性能特點進行了概括和討論。

2、球磨機傳動方式的發展

球磨機傳動方式的發展大致經過了三個時期：

① 時期(或稱 代)——傳統的球磨機。傳統球磨機經歷了相當漫長的歷史時期，其基本結構特征是：在球磨機的筒體上安裝有一個直徑大于筒體直徑的大齒輪，拖動電機的動力通過減速機減速后，通過與大齒輪嚙合的小齒輪傳遞動力并再次減速的開放式周邊齒輪傳動方式，帶動球磨機筒體運轉進行磨礦作業，而機器的工作筒體是支承在兩端的用巴氏合金制成的滑動軸承上。

②第二時期(或稱第二代)一圓錐型球磨機。這類球磨機于20世紀80年代末出現，其基本結構特征是：其傳動方式仍采用傳統球磨機完全相同的開放式周邊齒輪傳動方式，不同之處是機器工作筒體支承在兩端的滾動軸承上，該機還在出口端增加了一段錐體段。這種傳動方式較傳統球磨機具有了明顯的節能 。

③第三時期(或稱第三代)—中心傳動節能球磨機。這類球磨機由中南工業大學與衡陽冶金礦山機械廠合作于上世紀90年代初研制成功，并取得了國家(號91212025．8)。近些年推廣應用很快，用戶和生產廠家的發展都很快，已經 了系列化生產。該機采用了多項新技術：一是取消 了周邊嚙合的大、小齒輪對，將傳統的開放式周邊齒輪傳動方式改為密閉式中心傳動；二是在電動機與減速機的主動軸(高速軸)之間采用了液力偶合器來傳遞動力，使電機能夠在無負荷的情況下 “軟起動”；三是與圓錐型球磨機一樣地采用了大型滾動軸承代替傳統球磨機的巴氏合金滑動軸承。 (如圖1所示)

與此同期的還有橡膠托輥式摩擦傳動球磨機，該機由國外引進并于1997年在國內研發試用，至今推廣應用的實際用戶還不多。該機的基本結構如圖2所示，它的結構類似于傳統的圓筒型洗礦機，只是稍稍改變了傳動方式。它采用高強度輪胎與筒體之間摩擦傳動從而帶動筒體轉動，其支承方式從 上還是采用滾動軸承，比較滑動軸承來說，肯定要節能一些，該機尚處于研究試驗階段。筆者認為：由于傳動的摩擦力有限，所以該機難以 大型化。

傳統球磨機的缺點是顯而易見的：它采用開放式周邊齒輪傳動，在大、小齒輪副的嚙合面上，由于安裝的偏差、工作環境的粉塵、加工精度、潤滑體系等原因，很難得到良好的潤滑 。于是造成的后果就是：大、小齒輪副的嚙合面往往嚙合不好、潤滑不好、噪聲大、能耗高；大、小齒輪的磨損嚴重，備件消耗成本高(一般大齒輪的作用壽命為2-4年，小齒輪的使用壽命僅幾 )。它的兩端中空軸承座采用的是巴氏合金滑動軸承，而滑動摩擦阻力肯定遠遠大于滾動摩擦阻力；且滑動軸承采用稀油潤滑，在起動的瞬間潤滑油膜尚未形成(或者合金球面的油槽加工不好或堵塞)，其滑動摩擦阻力就更大，更增大了起動阻力、運轉阻力和負荷，甚至有時還出現“燒瓦” 現象，既增加了電耗，也增大了對電網的沖擊和影響。還有一個不容忽視的問題，因為它的大、小齒輪的嚙合面往往也是采用稀油滴注的方式進行潤滑，殘油的處理問題一般都沒有得到很好的 ，生產場所常常油污“橫流”，既嚴重污染環境也增加生產成本。

圓錐球磨機在傳統球磨機的基礎上作了一些改進，這是基于大型軸承生產技術的發展而取得的成果。它采用了大型滾動軸承代替傳統的滑動軸承，由于滾動磨擦阻力明顯小于滑動磨擦阻力， 因此圓錐球磨機比傳統球磨機具有明顯的節能 。但是，它仍然保留了傳統的周邊齒輪傳動方式，由 大、小齒輪的所帶來的相關問題仍然繼續存在。中心傳動節能球磨機(如圖1所示)之所以能夠稱為“第三代”球磨機，是因為它在上述的問題上都分別采取了相應的技術應對措施，于是它就具備了幾方面的優點：

(1)由于該機采用了與傳統球磨機完全不同的閉式傳動方式，它巧妙地將排料部與聯軸器相結合，減速機的輸出軸直接帶動球磨機的筒體轉動，進一步改善了傳統系統的潤滑 。避免了大、小齒輪在開放的大環境下難以保持良好潤滑的情況， 避免了與大、小齒輪相關聯的一切問題。

(2)與圓錐球磨機一樣，它同樣采用了大型滾動軸承代替傳統的滑動軸承，軸承體采用潤滑脂潤滑，大大減少了磨擦阻力，且油耗極低、操作極為方便。因此它的節能 十分顯著，其電機功率較傳統球磨機減少了10.9 ～40.5 ，油耗減少80 以上。詳細比較見表1：

(3)采用液力偶合器改善球磨機起動性能。它在驅動電機與減速機輸入端之間，增加了一個液力偶合器，電動機在起動的瞬間是“無負荷” 空載起動，而當電動機達到一定轉速時，才通過液力偶合器將動力傳遞給減速機，繼而帶動球磨機的簡體轉動。將電機與球磨機之間的傳統“硬”聯接改變為有一定滯后時間的“軟”聯接，液力偶合器起到了一個“緩沖”的作用，這樣大大降低了電機的起動阻力矩，減小了起動電流，降低了對電網的沖擊一特別是一些小礦山使用的多是農村小電網(10kV)尤其重要。

(4)任何事物都是一分為二的。正是由于它采用中心傳動方式，當設備規格大型化時，其起動阻力矩和工作力矩都非常大，這時對聯軸器材料的機械強度要求就非常高，因此在大型化、超大型化方面受到一定的限制。

3、襯板的改進

3.1橡膠襯板

傳統的襯板材料都是采用高錳鋼鑄造而成，襯板的單位消耗在每t礦石數百g至1～2kg，全國每年消耗的高錳鋼襯板達數百 t。為比許多耐磨材料的科研產單位在提高材料耐磨性能方面做了大量的工作，出現了一些新型耐磨材料。上世紀90年代初，海南司克嘉公司利用海南島豐富的天然橡膠資源優

勢開始推廣橡膠襯板，近些年橡膠襯板的推廣取得了長足的進步。橡膠襯板具有下面幾方面的特點：

(1)耐磨、壽命長。橡膠是一種長分子鏈的高分子化合物，具有很好的耐磨性能卻比重很小。橡膠襯板由于充分利用了橡膠的良好耐磨性，因此在使用壽命方面具有明顯的優勢，一般來說，橡膠襯板的使用壽命為錳鋼襯板的三 以上，特別是第二段磨礦尤其突出。

(2)節能。據比較，同一臺球磨機的橡膠襯板的重量不足同規格的錳鋼襯板的1/3，節能 為109/6-209/6以上。

(3)噪音低。由于橡膠的彈性，在磨機簡體上起到了一個“軟墊” 的作用，緩沖了鋼球對簡體的沖擊作用，降低噪音5-10dB，改善了生產作業環境。

(4)生產效率降低。橡膠襯板由于其厚度要比傳統的錳鋼襯板厚，這樣就減少了簡體內的有效空間，加上其“軟墊”作用，在緩沖了鋼球對簡體的沖擊作用的同時吸收了鋼球的勢能，降低了鋼球對礦石的沖擊作用，因而降低了球磨機的生產能力。因為礦石在球磨機內受到沖擊和磨剝兩種作用力而粉碎常認為：粗粒礦石的破碎以沖擊作用為主，而細粒物料的破碎以磨剝作用為主。采用橡膠襯板后，鋼球對礦石的磨剝作用變化不大，但沖擊作用則有較大幅度的降低，因此會降低球磨機的生產能力。據比較，相同情況下 段(粗磨)磨礦作業時降低生產能力約109/6以上，在第二段(細磨)磨礦作

業時則影響不明顯。因此，橡膠襯板較適合于細磨作業。

3.2 磁性襯板

近年來， 由于磁性材料研究發展很快，磁性襯板取得了較大發展，首先是在鐵礦選礦廠開始使用。磁性襯板的核心是利用襯板本身的磁性在簡體內吸附一層待磨物料中的鐵磁性物質(包括磁性礦物、鋼球碎粒等)，以形成一層襯板的護襯保護層，從而防止襯板本體被磨損。同時磁性襯板在其他行 業的礦山也開始得到推廣應用，當待磨物料中的鐵磁性物質不足以形成護襯保護層時，就需要另外添加鐵磁性物質。磁性襯板比錳鋼襯板重量輕、壽命長、球耗、電耗和噪音均有所降低，而作業率提高。由于粗磨作業采用的鋼球直徑較大，細磨作業的鋼球直徑較小，而大鋼球對襯板的沖擊力很大，甚至把磁性襯板打爛，所以磁性襯板也較適用于二段細磨作業。

3.3襯板波形的研究與變化

襯板波形的研究主要是通過改變襯板的波形來改變球磨機簡體內鋼球的運動狀態，改變運動學和力學特性，以提高磨礦效率。如河南東桐峪金礦的高效襯板，通過特別構思的襯板波形，使磨礦效率提高57 ，磨礦單耗下降509/6；球磨機電耗不變，襯板壽命略有縮短。唐新民等改變了襯板波形。

起到了延長襯板壽命、提高處理量等目的。張治元等還進行了于同一臺球磨機內將襯板微階段化的研究和實踐等等。

4、工作原理和方式的改變

上述球磨機無論在傳動方式、支承方式等方面作何種改進，仍都屬于臥式球磨機，物料的破碎以鋼球的沖擊作用為主。攪拌型球磨機是一種立式球磨機， (如圖3所示)它的工作原理是獨辟蹊徑，將傳統球磨機的筒體轉動變為靜止不動，依靠立式安裝的螺旋攪拌裝置把作為磨礦介質的鋼球和被磨 物料一起攪拌和擾動，磨礦介質在機器內的拋落運動變為攪動和轉動，物料在筒體內僅僅受到鋼球間的磨剝作用，將物料粉碎，因此它非常適合細磨、超細磨作業的要求。由于筒體的靜止和鋼球運動幅度的降低，所以其動力消耗非常低，但能效比卻非常高，它把消耗在噪音、提升鋼球所需的勢能、運轉機器筒體的動能等能量消耗全都降到了 值甚至為零。而且由于它充填率的提高，在同等條件下機器本身的重量也大大降低，完全符合節能、環保的要求。

攪拌型球磨機在國外已廣泛應用于礦山、化工、非金屬等行業，在國內的黃金行業中已經得到推廣應用，特別適用于邊磨邊浸、處理難浸礦石。也正是由于攪拌球磨機鋼球運動軌跡的改變，將鋼球對物料的沖擊作用降到了零，所以它的局限性就在于不適合用于粗磨( 段)作業(即使使用，則效率也大打折扣)。在一臺磨礦機內的鋼球往往達到幾噸至幾十噸，由于攪拌螺旋裝置材料強度及底端軸承及密封性能限制的原因，至今這種攪拌球磨機的規格還較小，同樣難以 大型化。

5、結語

綜上所述，以中心傳動球磨機為代表的第三代新型球磨機，具有環保、節能、降耗、少維護、運轉率高的特點，代表了新一代的臥式球磨機的發展方向，符合社會發展的潮流。橡膠托輥式摩擦傳動球磨 造簡單，在中小型球磨機方面有一定的發展潛力。而攪拌型球磨機在細磨領域獨領風騷，隨著細顆粒物料市場需求的擴大，必將成為最有發展前途的新型細磨磨礦機。由于錐形球磨機兼具傳統球磨機和中心傳動球磨機某些特點，因此在大型化發展方面可能更有潛力。新型襯板材料的研究仍方興未艾，其方向必將是高耐磨性的高分子、復合型新材料。隨著新設備、新材料的研究、發展和推廣，必將產生巨大的經濟效益和社會效益。