球磨机更换钢球对研磨效率的影响

尚博文，甘 影，廖晓磊

［安徽金星钛白（集团）有限公司，安徽 马鞍山 243051］

0 引言

在球磨机中，添加一定量的钢球，以钢球为研磨媒介，在球磨机筒体旋转的过程中，由于惯性、离心力及摩擦力的影响，使得钢球附着在筒体衬板上，然后被筒体带走，被带到一定的高度后，由于其自身的引力而被抛落，如抛射体一般将筒体中的材料粉碎。该设备主要用于对各类矿物和其他材料进行研磨，在矿产资源、建筑材料和化工工业中得到了广泛应用[1]。

作为选矿生产流程的重要设备之一，球磨机不仅在前期投资较大，并且在整个生产流程中有很大消耗。根据相关部门统计，球磨机的成本几乎占到整个选矿成本的半壁江山，磨矿的产品质量也在很大程度上决定后续工序的技术指标和精矿质量。另外，球磨机的工作效率也决定了选矿厂的生产力，而提高工作效率就成为其中的一个重要环节。

在球磨机中，钢珠的主要功能是撞击和粉碎材料，并具有一定的粉碎功能。通过对钢球进行适当的调整，可以有效地改善钢球的破碎效果，而钢球的粒度大小、粒度级数和不同粒度的球体所占的比重，则决定了钢球的粒度和粒度[2]。

金星钛白厂的原矿石破碎过程中，一共有4 个风力排料式的球磨机，钛矿石从进料口流入球磨机中，经过钢球的撞击和碾压，材料从磨机的入口慢慢地转移到了出口，而在这个过程中，还会将分离器、选粉机、脉冲除尘器和引风器等装置串联起来[3]。在引风机启动运行的时候，球磨机机内是一个负压的环境，经过风力的作用，被碾压过的矿石会从出料口流入管路中，再被选粉机进行分离，然后再被送到球磨机的入口，而那些被磨成了碎片的矿石，就会被分离器进行分离和回收，然后被存放在磨后的矿粉仓中，供酸解工序所用。

1 球磨机工作原理

球磨机是由一个横向的筒体、一个出入料空心轴以及一个磨头等部件构成的，筒体是一个长长的圆筒，里面安装着一个研磨体，筒体是一个用钢板制成，上面有一个钢制衬板，它与筒体相连接，研磨体通常是一个钢制圆球，并且按照不同的直径以及特定的比例装入了筒体之中，并且还可以使用一个钢段。按照研磨物料的颗粒大小进行选取，由球磨机进料端空心轴装入筒体，在球磨机筒体旋转的过程中，在惯性和离心力的影响下，研磨体附着在筒体衬板上，被筒体带走，被带到一定的高度后，因其自身的引力而被抛落，如抛射体一般将筒体中的物料粉碎[4]。

原料是通过给料设备，通过入料中空轴，以螺旋式的方式，以螺旋式的方式，把原料输送到磨机的第一个仓库里。在这个仓库里，有一块台阶状的垫片，或者是一块波纹状的垫片，里面装满了不同的尺寸的钢珠，随着圆筒的旋转，会产生一个离心力，把这些钢珠送到一定的高度之后，再掉下来，这样就会对原料造成沉重的打击，从而达到碾压的效果。原料经过一号仓库的初步粉碎后，再通过一块隔离板，再进入二号仓库，在二号仓库中嵌入一块带有铁珠的扁平垫片，对原料进行二次粉碎。在圆筒转动的过程中，研磨体也会出现滑落的情况，在滑落的过程中，会给物料以研磨作用，为了更好地利用研磨作用，当物料颗粒比较大的时候，就会用隔仓板分割为二段，也就是变成了两个仓，当原料进入第一仓的时候，会被钢球击碎，当原料进入第二仓的时候，钢段会对原料进行研磨，磨细合格的原料从出料端空心轴排出。

2 钢球对球磨机工作的影响因素

在磨机工作过程中，根据钢球质量水平，分析实际的生产能力，影响范围，分析磨机的综合能耗水平高低配比。钢球在实际选定过程中，需要考虑是否会影响球磨机的整体生产效率水平，提高生产效率的同时，降低成本，确保经济效益水平的可实施性，这是符合企业综合发展必要价值和经济效益条件的。在选定钢球过程中，需要考量球磨机钢球的硬度、球磨机钢球的密度两个因素。

钢球的硬度如果过高，钢球之间会产生摩擦，滑动快，不会与矿颗粒碰撞，矿颗粒磨碎程度逐步减弱。如果钢球过硬，会导致跳动严重。回弹过程中，过度的能量无法用于破碎的矿颗粒，直接影响整体效率水平。钢球硬度需要适当的选定，并非越硬越好。根据球磨机钢球的大小尺寸，需要注意钢球的密度和可生产效率水平。随着生产率增大，密度越小，生产效率小。对于同样的100mm 的钢球，钢球的密度会因为材质不同、大小不同产生差异。锻造过程中，需要注意轧钢钢球的配比，分析铸造工艺中铸造钢球的密度大小。通过调整钢球密度量，分析材质差异，调整锻造钢球的配比关系，优化配比结构模式。

2.1 体积密度对球磨效率的影响

相同的体积研磨体，密度越大，质量越大，动能越大。在冲击和研磨过程中，对于物料的作用越大，容易出现破损物料的情况。对于同一规格的球磨机，需要分析相同载重量下的研磨体的有效空间配比，在合理范围内提高球磨效率。

2.2 研磨体的外观对球磨效率的影响

物料较粗，开始阶段需要对研磨体的冲击作用进行调整。研磨体冲击量越大，物料击碎后，研磨体外观、表面影响不大。随着球磨操作，物料越细，研磨体凹坑的物料无法研磨，需要降低。研磨体接近圆球的时候，表面平整，研磨球效率提升。

2.3 研磨体强度和磨损耗对球磨效率的影响

研磨体是采用上下炮萝运行方式，研磨强度低，容易破碎。破损后的研磨体棱角磨损量增大，磨损效率较低。磨耗增加后，改变化学基本组成成本，会对釉料的整体影响水平加大，导致研磨体强度的损耗影响增加。

3 球磨机钢球级配

在球磨机中，钢珠的主要功能是撞击和粉碎材料，并具有一定的粉碎功能。所以，对钢珠进行分级，正是为了达到以上两点。粉碎效果的高低，会直接影响粉磨效率，并最终影响球磨机产量，能否达到粉碎要求，取决于钢球的级配是否合理，主要包括钢球大小、球径级数、各种规格球所占比例等[5]。在决定这个参数时，要综合考量球磨机规格尺寸、内部结构、产品细度等方面，同时也要考量进磨物料的性质（易磨性、粒度大小等）。

为了实现对材料的高效破碎，在选择配合比时应遵守如下原则。

首先，铁珠必须有一定的力量，才能保证铁珠有一定的力量来粉碎铁珠，铁珠的直径与铁珠的直径有关。

其次，对材料的撞击要求达到一定的数量，这个数量与球体的装药量及球体的平均直径密切相关。在保持装药量不变的情况下，为了使破碎效果更好，应尽可能地减少粉粒的粒径，并尽可能地多地多颗球形颗粒，从而使破碎效果更好。

为了使原料在粉碎机中有充足的滞留时间，使原料得到充分的研磨。

二级配球方法中，有两个尺寸的铁球，每一个铁球的直径都有很大的差别。其原理是利用大颗粒间的间隙用小颗粒来填补，从而完全增加了钢珠的装填密度[6]。通过这种方式，一方面，可以增加磨机的撞击能力和撞击次数，与碾压体的功能特征相一致，另一方面，更高的填充密度可以使得原料可以获得一定的碾压效果。在二级颗粒分配中，大颗粒的功能是撞击和粉碎材料，而小颗粒的功能是填补大颗粒之间的间隙，增大粉碎机的装填密度，从而控制材料的流动速度，增大粉碎机的粉碎机容量；作为一个能量转移装置，把大颗粒撞击时产生的冲击力转移到材料上；将孔洞中的粗粒料从孔洞中挤出，放置在大球体的撞击区域[7]。

4 球磨机钢球更换

因为球磨机是一台24h 不间断运行的机器，所以它的内部结构和传输设备都受到了很大的损伤，所以必须要对它进行经常性的维护，维护工作的质量将会对它的运行效率和使用寿命产生很大的影响。在长期的大规模维修中，为了提高填充比，经常要对损坏的球体进行替换。随着钢球填充比的增大，该球磨机的处理量也随之增大，同时，随着钢球填充比的增大，该球磨机的处理量也随之增大。当球磨机内填充比为45%时，其负载达到最高值，当填充比大于45%时，随着填充比的增大，其负载明显降低。

5 钢球更换前后磨机产能测算

5.1 测算方法

三期风扫磨2#磨机从2022 年10 月31 日开始停机进行大修，期间对内部钢球进行筛选更换，于2022年11 月11 日晚上开机运行。为验证更换钢球后磨机磨矿效果，对研磨同一种矿粉配比时的磨机产能进行统计分析。三期风扫磨在2022 年9 月19—29 日与11 月11—21 日这两个周期内磨的都是肯越西111 矿，且分别处于钢球更换前后。

分别以9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 与11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 为两个统计周期，统计各矿粉储罐中的矿粉数量、酸解投料使用矿粉数量、一期向三期倒矿数量和三期风扫磨1#、2#机开机时间，并根据统计的数据进行综合评估。

5.2 数据统计

5.2.1 矿粉储罐数据

9 月19 日8：00 和9 月29 日8：00 矿粉储罐数据如表1 所示。三期储罐中的矿粉数量29 日相较19 日增加10t。

表1 9 月19 日8：00 和9 月29 日8：00 矿粉储罐数据

11 月11 日8：00 和11 月21 日8：00 矿粉储罐数据如表2 所示。三期储罐中的矿粉数量21 日相较11日增加1380t。

表2 11 月11 日8：00 和11 月21 日8：00 矿粉储罐数据

5.2.2 酸解矿粉用量

9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 各期酸解矿粉用量如表3 所示。三、四期酸解在这10d 内用矿总量为6723.7t。

表3 9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 各期酸解矿粉用量

11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 各期酸解矿粉用量如表4 所示。三、四期酸解在这10d 内用矿总量为5497.78t。

表4 11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 各期酸解矿粉用量

5.2.3 倒矿数量

在9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 这10d 内，一期向三期倒矿量为1010t。

在11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 这10d 内，一期向三期倒矿量为605t。

5.2.4 开机时间

9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 风扫磨开机时间如表5 所示。

表5 9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 风扫磨开机时间

11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 风扫磨开机时间如表6 所示。

表6 11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 风扫磨开机时间

5.3 数据计算

5.3.1 三期磨机平均产能

在9 月19 日8：00—9 月29 日8：00 这10d 内，总磨矿量为6723.7+10-1010=5723.7t，总开机时间为427.07h，则三期磨机平均产能为5723.7÷427.07 ＝13.40t/h。

在11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 这10d 内，总磨矿量为5497.78+1380-605=6272.78t，总开机时间为430.59h，则三期磨机平均产能为6272.78÷430.59＝14.57t/h。

更换钢球后三期磨机平均产能提升1.17t/h，提升幅度为8.7%。

5.3.2 三期2#磨机产能

假设总磨矿量由两台磨机平均分配，则在9 月19日8：00—9 月29 日8：00 这10d 内，1#磨机的产能为13.61t/h，2#磨机的产能为13.20t/h。

由于1# 磨机未更换钢球，1# 磨机在11 月11 日8：00—11 月21 日8：00 这10d 内产能不变，由此估算更换钢球后2#磨机的产能为15.58t/h。

更换钢球后三期2#磨机产能提升2.38t/h，提升幅度为18%。

6 结论

根据更换钢球前后数据分析得出，在研磨物料不变的情况下，球磨机更换钢球可以使研磨效率提升18%，磨机产能提升较为明显[8]。所以在球磨机的日常使用过程中，不仅需要定期检修，更换磨损过度的机械结构，还需要对球磨机内部的破碎的钢球进行筛分更换，才能让球磨机处于较为理想的工作状态。