球磨機更換鋼球對研磨效率的影響

尚博文，甘 影，廖曉磊

［安徽金星鈦白（集團）有限公司，安徽 馬鞍山 243051］

0 引言

在球磨機中，添加一定量的鋼球，以鋼球為研磨媒介，在球磨機筒體旋轉的過程中，由于慣性、離心力及摩擦力的影響，使得鋼球附著在筒體襯板上，然后被筒體帶走，被帶到一定的高度后，由于其自身的引力而被拋落，如拋射體一般將筒體中的材料粉碎。該設備主要用于對各類礦物和其他材料進行研磨，在礦產資源、建筑材料和化工工業中得到了廣泛應用[1]。

作為選礦生產流程的重要設備之一，球磨機不僅在前期投資較大，并且在整個生產流程中有很大消耗。根據相關部門統計，球磨機的成本幾乎占到整個選礦成本的半壁江山，磨礦的產品質量也在很大程度上決定后續工序的技術指標和精礦質量。另外，球磨機的工作效率也決定了選礦廠的生產力，而提高工作效率就成為其中的一個重要環節。

在球磨機中，鋼珠的主要功能是撞擊和粉碎材料，并具有一定的粉碎功能。通過對鋼球進行適當的調整，可以有效地改善鋼球的破碎效果，而鋼球的粒度大小、粒度級數和不同粒度的球體所占的比重，則決定了鋼球的粒度和粒度[2]。

金星鈦白廠的原礦石破碎過程中，一共有4 個風力排料式的球磨機，鈦礦石從進料口流入球磨機中，經過鋼球的撞擊和碾壓，材料從磨機的入口慢慢地轉移到了出口，而在這個過程中，還會將分離器、選粉機、脈沖除塵器和引風器等裝置串聯起來[3]。在引風機啟動運行的時候，球磨機機內是一個負壓的環境，經過風力的作用，被碾壓過的礦石會從出料口流入管路中，再被選粉機進行分離，然后再被送到球磨機的入口，而那些被磨成了碎片的礦石，就會被分離器進行分離和回收，然后被存放在磨后的礦粉倉中，供酸解工序所用。

1 球磨機工作原理

球磨機是由一個橫向的筒體、一個出入料空心軸以及一個磨頭等部件構成的，筒體是一個長長的圓筒，里面安裝著一個研磨體，筒體是一個用鋼板制成，上面有一個鋼制襯板，它與筒體相連接，研磨體通常是一個鋼制圓球，并且按照不同的直徑以及特定的比例裝入了筒體之中，并且還可以使用一個鋼段。按照研磨物料的顆粒大小進行選取，由球磨機進料端空心軸裝入筒體，在球磨機筒體旋轉的過程中，在慣性和離心力的影響下，研磨體附著在筒體襯板上，被筒體帶走，被帶到一定的高度后，因其自身的引力而被拋落，如拋射體一般將筒體中的物料粉碎[4]。

原料是通過給料設備，通過入料中空軸，以螺旋式的方式，以螺旋式的方式，把原料輸送到磨機的第一個倉庫里。在這個倉庫里，有一塊臺階狀的墊片，或者是一塊波紋狀的墊片，里面裝滿了不同的尺寸的鋼珠，隨著圓筒的旋轉，會產生一個離心力，把這些鋼珠送到一定的高度之后，再掉下來，這樣就會對原料造成沉重的打擊，從而達到碾壓的效果。原料經過一號倉庫的初步粉碎后，再通過一塊隔離板，再進入二號倉庫，在二號倉庫中嵌入一塊帶有鐵珠的扁平墊片，對原料進行二次粉碎。在圓筒轉動的過程中，研磨體也會出現滑落的情況，在滑落的過程中，會給物料以研磨作用，為了更好地利用研磨作用，當物料顆粒比較大的時候，就會用隔倉板分割為二段，也就是變成了兩個倉，當原料進入第一倉的時候，會被鋼球擊碎，當原料進入第二倉的時候，鋼段會對原料進行研磨，磨細合格的原料從出料端空心軸排出。

2 鋼球對球磨機工作的影響因素

在磨機工作過程中，根據鋼球質量水平，分析實際的生產能力，影響范圍，分析磨機的綜合能耗水平高低配比。鋼球在實際選定過程中，需要考慮是否會影響球磨機的整體生產效率水平，提高生產效率的同時，降低成本，確保經濟效益水平的可實施性，這是符合企業綜合發展必要價值和經濟效益條件的。在選定鋼球過程中，需要考量球磨機鋼球的硬度、球磨機鋼球的密度兩個因素。

鋼球的硬度如果過高，鋼球之間會產生摩擦，滑動快，不會與礦顆粒碰撞，礦顆粒磨碎程度逐步減弱。如果鋼球過硬，會導致跳動嚴重?；貜椷^程中，過度的能量無法用于破碎的礦顆粒，直接影響整體效率水平。鋼球硬度需要適當的選定，并非越硬越好。根據球磨機鋼球的大小尺寸，需要注意鋼球的密度和可生產效率水平。隨著生產率增大，密度越小，生產效率小。對于同樣的100mm 的鋼球，鋼球的密度會因為材質不同、大小不同產生差異。鍛造過程中，需要注意軋鋼鋼球的配比，分析鑄造工藝中鑄造鋼球的密度大小。通過調整鋼球密度量，分析材質差異，調整鍛造鋼球的配比關系，優化配比結構模式。

2.1 體積密度對球磨效率的影響

相同的體積研磨體，密度越大，質量越大，動能越大。在沖擊和研磨過程中，對于物料的作用越大，容易出現破損物料的情況。對于同一規格的球磨機，需要分析相同載重量下的研磨體的有效空間配比，在合理范圍內提高球磨效率。

2.2 研磨體的外觀對球磨效率的影響

物料較粗，開始階段需要對研磨體的沖擊作用進行調整。研磨體沖擊量越大，物料擊碎后，研磨體外觀、表面影響不大。隨著球磨操作，物料越細，研磨體凹坑的物料無法研磨，需要降低。研磨體接近圓球的時候，表面平整，研磨球效率提升。

2.3 研磨體強度和磨損耗對球磨效率的影響

研磨體是采用上下炮蘿運行方式，研磨強度低，容易破碎。破損后的研磨體棱角磨損量增大，磨損效率較低。磨耗增加后，改變化學基本組成成本，會對釉料的整體影響水平加大，導致研磨體強度的損耗影響增加。

3 球磨機鋼球級配

在球磨機中，鋼珠的主要功能是撞擊和粉碎材料，并具有一定的粉碎功能。所以，對鋼珠進行分級，正是為了達到以上兩點。粉碎效果的高低，會直接影響粉磨效率，并最終影響球磨機產量，能否達到粉碎要求，取決于鋼球的級配是否合理，主要包括鋼球大小、球徑級數、各種規格球所占比例等[5]。在決定這個參數時，要綜合考量球磨機規格尺寸、內部結構、產品細度等方面，同時也要考量進磨物料的性質（易磨性、粒度大小等）。

為了實現對材料的高效破碎，在選擇配合比時應遵守如下原則。

首先，鐵珠必須有一定的力量，才能保證鐵珠有一定的力量來粉碎鐵珠，鐵珠的直徑與鐵珠的直徑有關。

其次，對材料的撞擊要求達到一定的數量，這個數量與球體的裝藥量及球體的平均直徑密切相關。在保持裝藥量不變的情況下，為了使破碎效果更好，應盡可能地減少粉粒的粒徑，并盡可能地多地多顆球形顆粒，從而使破碎效果更好。

為了使原料在粉碎機中有充足的滯留時間，使原料得到充分的研磨。

二級配球方法中，有兩個尺寸的鐵球，每一個鐵球的直徑都有很大的差別。其原理是利用大顆粒間的間隙用小顆粒來填補，從而完全增加了鋼珠的裝填密度[6]。通過這種方式，一方面，可以增加磨機的撞擊能力和撞擊次數，與碾壓體的功能特征相一致，另一方面，更高的填充密度可以使得原料可以獲得一定的碾壓效果。在二級顆粒分配中，大顆粒的功能是撞擊和粉碎材料，而小顆粒的功能是填補大顆粒之間的間隙，增大粉碎機的裝填密度，從而控制材料的流動速度，增大粉碎機的粉碎機容量；作為一個能量轉移裝置，把大顆粒撞擊時產生的沖擊力轉移到材料上；將孔洞中的粗粒料從孔洞中擠出，放置在大球體的撞擊區域[7]。

4 球磨機鋼球更換

因為球磨機是一臺24h 不間斷運行的機器，所以它的內部結構和傳輸設備都受到了很大的損傷，所以必須要對它進行經常性的維護，維護工作的質量將會對它的運行效率和使用壽命產生很大的影響。在長期的大規模維修中，為了提高填充比，經常要對損壞的球體進行替換。隨著鋼球填充比的增大，該球磨機的處理量也隨之增大，同時，隨著鋼球填充比的增大，該球磨機的處理量也隨之增大。當球磨機內填充比為45%時，其負載達到最高值，當填充比大于45%時，隨著填充比的增大，其負載明顯降低。

5 鋼球更換前后磨機產能測算

5.1 測算方法

三期風掃磨2#磨機從2022 年10 月31 日開始停機進行大修，期間對內部鋼球進行篩選更換，于2022年11 月11 日晚上開機運行。為驗證更換鋼球后磨機磨礦效果，對研磨同一種礦粉配比時的磨機產能進行統計分析。三期風掃磨在2022 年9 月19—29 日與11 月11—21 日這兩個周期內磨的都是肯越西111 礦，且分別處于鋼球更換前后。

分別以9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 與11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 為兩個統計周期，統計各礦粉儲罐中的礦粉數量、酸解投料使用礦粉數量、一期向三期倒礦數量和三期風掃磨1#、2#機開機時間，并根據統計的數據進行綜合評估。

5.2 數據統計

5.2.1 礦粉儲罐數據

9 月19 日8：00 和9 月29 日8：00 礦粉儲罐數據如表1 所示。三期儲罐中的礦粉數量29 日相較19 日增加10t。

表1 9 月19 日8：00 和9 月29 日8：00 礦粉儲罐數據

11 月11 日8：00 和11 月21 日8：00 礦粉儲罐數據如表2 所示。三期儲罐中的礦粉數量21 日相較11日增加1380t。

表2 11 月11 日8：00 和11 月21 日8：00 礦粉儲罐數據

5.2.2 酸解礦粉用量

9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 各期酸解礦粉用量如表3 所示。三、四期酸解在這10d 內用礦總量為6723.7t。

表3 9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 各期酸解礦粉用量

11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 各期酸解礦粉用量如表4 所示。三、四期酸解在這10d 內用礦總量為5497.78t。

表4 11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 各期酸解礦粉用量

5.2.3 倒礦數量

在9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 這10d 內，一期向三期倒礦量為1010t。

在11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 這10d 內，一期向三期倒礦量為605t。

5.2.4 開機時間

9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 風掃磨開機時間如表5 所示。

表5 9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 風掃磨開機時間

11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 風掃磨開機時間如表6 所示。

表6 11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 風掃磨開機時間

5.3 數據計算

5.3.1 三期磨機平均產能

在9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 這10d 內，總磨礦量為6723.7+10-1010=5723.7t，總開機時間為427.07h，則三期磨機平均產能為5723.7÷427.07 ＝13.40t/h。

在11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 這10d 內，總磨礦量為5497.78+1380-605=6272.78t，總開機時間為430.59h，則三期磨機平均產能為6272.78÷430.59＝14.57t/h。

更換鋼球后三期磨機平均產能提升1.17t/h，提升幅度為8.7%。

5.3.2 三期2#磨機產能

假設總磨礦量由兩臺磨機平均分配，則在9 月19日8：00—9 月29 日8：00 這10d 內，1#磨機的產能為13.61t/h，2#磨機的產能為13.20t/h。

由于1# 磨機未更換鋼球，1# 磨機在11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 這10d 內產能不變，由此估算更換鋼球后2#磨機的產能為15.58t/h。

更換鋼球后三期2#磨機產能提升2.38t/h，提升幅度為18%。

6 結論

根據更換鋼球前后數據分析得出，在研磨物料不變的情況下，球磨機更換鋼球可以使研磨效率提升18%，磨機產能提升較為明顯[8]。所以在球磨機的日常使用過程中，不僅需要定期檢修，更換磨損過度的機械結構，還需要對球磨機內部的破碎的鋼球進行篩分更換，才能讓球磨機處于較為理想的工作狀態。