CN1009619B - 球磨机 - Google Patents

Abstract

球磨机包括能转动的壳体(1)，壳体具有内衬表面和带进料孔(4)与出料孔(5)的端部封头(2、3)壳体内至少装设一个对其纵轴保持角度(α)的穿孔隔板(6)，从而将壳体(1)分割为粗磨室和细磨室(8、9)，研磨室内衬表面作成截锥形，其较大基础部分趋向穿孔隔板6，且其母线(12、13)的倾角(α)等于研磨介质自然倾斜角，同时粗磨室(8)的容积小于细磨室(9)的容积。

Description

本发明涉及固体材料磨碎装置，更具体涉及一种球磨机。

该项发明尤其适用于要求对材料进行磨碎处理的水泥工业、采矿以及其他工业部门。

人们知道，球磨机包括可旋转的壳体，其内部表面具有对衬砌，两端封头上有进料孔和排料孔。在壳体内部与纵轴成一定角度设置穿孔隔板并将壳体分割为粗磨室和细磨室。两个研磨室的内衬表面均呈圆柱形（SU，A，733727）。

在上述的具有圆柱形内衬的球磨机中，研磨介质借助隔板平面的强制作用而向离开隔板的方向运动。

研磨介质的反向（往隔板下）运动系自动完成一具有较小的运动强度。由于处于球磨机每个研磨室中的研磨介质所形成的表面与壳体纵轴方向成自然倾角，结果研磨介质不能均匀地充填球磨机隔板下面研磨室的整个容积。

研磨介质表面的倾斜方向（自然倾斜角）与穿孔隔板倾斜方向一致，并在运行周期内改变为相反方向。

由于不均衡地利用每个研磨室的工作容积，因而在总体上会降低磨碎过程的效率。

本发明的基本任务在于建造一台球磨机，使其壳体内衬结构能够强化球磨机每个研究室内研磨体的横向-纵向运动，从而提高固体材料磨碎过程的效率。

球磨机包括具有内衬表面和带进、出孔端部封头的可旋转壳体， 壳体内至少有一个穿孔隔板与壳体纵轴保持一定角度并将壳体分割为装有研磨体的粗磨室和细磨室，按照本发明的规定，各研磨室的内衬表面呈截锥体形，各锥体的较大基础部分皆朝向穿孔隔板，且其母线倾角实质上等于处于相应研磨室中的研磨体自然倾斜角，而粗磨室的容积则小于细磨室的容积。

合理的做法是使每个研磨室的内衬表面由顺序排列的分段构成，且每一分段的母线倾角皆大于位于每一分段中的研磨体自然倾斜角，同时每个后继分段应与某前面的分段构成一个梯段，而各分段共同母线的倾斜角在实质上应等于处于相应研磨室中研磨体的自然倾斜角。

每个研磨室内衬表面的这种结构能进一步强化研磨介质向隔板下的移动，从而达到充分利用隔板下的研磨室工作容积。

最好在每个研磨室的内衬表面上，在研磨室长段区域内，在其一半横截面上做成凸台，并沿着研磨室纵向延伸。

内衬表面上的凸台结构能保证研磨体在周期过程中在每个研磨室截锥横截面上的任一部分保持稳定的工作规范。

另一个重要的方面是，使每个研磨室内衬表面的对称轴在相应研磨室的短段区域内对壳体纵轴有一定的偏移量。

每个研磨室的内衬表面的这种结构，不仅能强化磨碎过程和保证球磨机支承轴承在周期过程中均衡载荷，而且可提高其运转靠性。

可以在细研室内，从室的短段区域那边，在距穿孔隔板不大于壳体直径的距离处垂直装设一个环形孔，该环形孔直径相当于壳体直径的0.2-0.4。

在使用球形和圆柱形（磨辊）研磨体时，安装环形孔板可提高磨碎过程的效率。

按照该发明制成的球磨机可显著强化研磨介质的球磨机壳体内纵向和横向的运动，借助研磨介质向穿孔隔板下的强制运动，可以实现充分利用球磨机每一研磨室的工作容积，强化磨碎过程，提高穿孔隔板和球磨机驱动装置的运转可靠性。

下面引用附图对实施本发明的具体例子加以说明：

图1是按本发明绘制的球磨机示意图的纵剖面;

图2是同图1相似，是具有由各个分段构成的每个研磨室的内衬表面的球磨机纵剖面图;

图3是内衬表面上具有凸台的球磨机纵剖面图;

图4是图3的Ⅳ-Ⅳ剖面图;

图5是图3的Ⅴ-Ⅴ剖面图;

图6表示球磨机中内衬表面对壳体纵轴的偏移;

图7表示图6的球磨机，转动180°的位置;

图8是沿图6的Ⅷ-Ⅷ线取的剖面图;

图9是图7的Ⅸ-Ⅸ剖面图;

图10是球磨机和环形孔板的纵剖面图;

图11是图10的Ⅺ-Ⅺ剖面图。

球磨机包括壳体1（图1），其两端由盖子2、3封闭。盖2上有进料孔4。盖3上有出料（卸料）孔3。在壳体1中安装穿孔隔板6并与壳体纵轴7成α角。穿孔隔板1相应地分割为粗磨和细磨室8、9。壳体1内部衬以鎧装板并形成截锥体10、11。每个研磨室8和9的内衬表面皆呈截锥体形，且其较大的基础部分均连接到穿孔隔板6上。

研磨室8内衬表面截锥体10的母线12对壳体1的纵轴7构成 δ角，该角度实质上等于粗磨室8内的研磨体（未示出）自然倾斜角。

研磨室9内衬表面截锥体11的母线13对壳体1的纵轴线7构成β角，该角度实质上等于细磨室9内的研磨介质未示出年的自然倾斜角。

为了保证球磨机两个研磨室8、9具有同等的生产率，粗磨室8的容积应小于细磨室9的容积。

为了强化研磨介质纵向（往复）运动，粗磨室8a（图2）的内衬表面由环形锥体部分14构成，其中的每一部分均呈截锥形，而这些部分的每一部分的母线15的倾角δ₁均大于该研磨室内的研磨介质自然倾斜角δ。

环形锥体部分14均具有同等长度并在由盖子2到穿孔隔板6的方向上呈递减高度。经环形锥体部分14的顶端划的线段12a，对壳体1的纵轴线7系成角度δ，该角度等于研磨室8a内研磨体的自然倾斜角。

为了强化研磨室9a中研磨体的纵向运动，室内衬表面由环形锥体部分16构成，其中的每一部分均呈截锥形，而这些部分的每一部分的母线17的倾角β₁均大于该研磨室内的研磨介质自然倾斜角β。

环形锥体部分16皆具有同等长度，并在由盖3到穿孔隔板6的方向上有递减高度。经环形锥体部分16的顶端划的线段13a，对壳体1的纵轴线7保持角度β，该角度等于研磨室9a内研磨介质的自然倾斜角。

在细磨室9的出料孔5之前安装格子18，用以防止研磨介质和研磨材料的大块颗粒从球磨机壳体1中逸出。

为了保证研磨介质在壳体1的横截面上保持确定的工作规范，粗磨 室8b（图3、4）内衬表面上装设有凸台19，它位于室8b的长段部分并占据壳体1横截面的一半，如图3所示。在细磨室9b的内衬表面上具有凸台20，它们也位于室9b的长段区域内并占据壳体1（图5）的一半横截面。室8b内的凸台19（图3）位于与室9b的凸台20相反的内表面一边。

研磨室8b中的凸台19从盖子2向隔板6延伸。研磨室9b的凸台20由盖子3向隔板6延伸。

为了更加强化研磨过程和保证在周期过程中轴承21（图6、图7）承受均匀载荷，截锥体23内衬表面的纵轴22对壳体1的纵轴7朝研磨室24的短段区域一边保持一量值为“e”的偏移（图6图8）。在研磨室27中，截锥体26的纵轴25向研磨室27的短段区域一边保持一量值为“e”的偏移。

截锥体26的纵轴25在与截锥体23的纵轴22相反的一边对壳体1纵轴线7保持偏移。

轴线22、25的位移是通过改变研磨室24、27的衬层厚度获得的。研磨室24、27短段部分的衬层厚度小于研磨室24、27长段部分的衬层厚度。

图7、图9所示球磨机的位置，相对于图6、图8所示的球磨机位置，转动了180°。

当采用球和磨棒作为研磨介质时，为了提高研磨过程的效率，在中等粒度研磨室28（图10）中，垂直安装环形孔板29（图10、图11），而在其中央部分具有孔30。在环形孔板29的整个面积上分布着孔31，磨碎材料的颗粒便从这些孔中通过。

环形孔板29安装在研磨室28的短段区域一边距穿孔隔板相当 于不超过壳体1的一个直径D的距离L处。环形孔板29的内孔直径等于球磨机壳体1直径的D的0.2-0.4。

在粗磨室32和中磨室28中装入球;在细磨室33中装入圆柱形研磨介质（磨棒）。

球磨机按下述方式工作。

待磨碎的材料通过进料孔4送入研磨室8中。在球磨机壳体1旋转时，穿孔隔板6依次占据相应地示于图1和图2的特定位置A和B。当隔板6处于位置A时，粗磨室8的下部工作部分的长度最小，而细磨室9的长度最大。

当穿孔隔板6处于位置B时，粗磨室8下部工作部分的长度变为最大（增加量为l＝D/tgα，其中D-球磨机壳体内径，α-穿孔隔板6对纵轴7的倾角）;而细磨室9的下部工作部分的长度变成最小（减小量为l＝D/tgα）。

随着由位置B向位置A转移，穿孔隔板6舀取粗磨室8中处于穿孔隔板6下面l区段的研磨体，随后将研磨体提高到85-90°的角度，再将其沿壳体纵轴线7向盖子2方向抛掷。研磨介质在坠落时以强烈的冲击、压轧、研磨作用将材料颗粒磨碎。

在这一时刻，细磨室9下部工作部分的长度增加一个量值l，因此研磨介质沿倾斜的锥形内衬11，并顺着母线13翻滚到穿孔隔板6下面，从而填充研磨室9空闲的区段l。在这种情况下在对球磨机壳体1的纵轴线7作纵向和横向运动的研磨体的作用下材料的颗粒被磨碎。

当球磨机壳体1继续旋转时，穿孔隔板6由位置A转移到位置B。此时粗磨室8的下部工作部分的长度增至最大值（增量为l）。研磨介质沿着锥形内衬10的母线12滚动到穿孔隔板6下面的区段l，从 而以强烈的研磨动作将材料颗粒磨碎。

在这一时刻穿孔隔板6的表面携带起位于研磨室9区段l处的研磨体并将其沿纵轴7和盖子3的方向抛掷出去，完成对材料的冲击粉碎动作。然后周期性重复进行。

制成品经过球磨机卸料孔5排出。

研磨室8、9的内衬表面呈截锥形10、11，并以其较大的基础连接穿孔隔板6，从而造成一种条件，使研磨体在研磨室8中沿球磨机壳体1的纵轴7由盖子2向穿孔隔板6产生比较强烈的移动，而在研磨室9中则由盖子3向穿孔隔板6移动。研磨介质沿壳体1的纵轴7线趋向盖子2和盖子3的移动，则借助穿孔隔板6的强制推移而实现。

在研磨室8、9的每个室中的研磨介质所占据的位置，恰好使其表面（图上未示出）保持的角度等于研磨室中的研磨介质自然倾斜角δ、β，也就是说研磨介质的表面倾斜方向与穿孔隔板6倾斜方向一致。由于母线12、13的倾角δ、β等于研磨介质自然倾斜角，因而研磨介质（球形）失去纵向平衡而自发地沿壳体1的纵轴7滚向穿孔隔板6，从而均匀地充填研磨室8、9的区段l的工作容积。

如果截锥体10和11的母线12、13的倾斜角δ和β小于相应域位于研磨室8和9中的研磨体自然倾斜角，那么研磨介质沿着壳体1的纵轴7线移动时，并不能到达壳体1的区段l处的穿孔隔板6，

因此，球磨机壳体1的研磨室8和9的容积得不到充分利用，致使磨碎过程的效率下降。

由于装入球磨机壳体研磨室8、9中的研磨介质具有各不相同的自然倾斜角，因而截锥体母线12、13也具有各不相同的倾斜角δ、 β。

如果研磨室8、9的每一个室的内衬表面皆由环锥形小区段14，16形成，那么研磨介质由盖子2、3趋向穿孔隔板6的纵向移动的强化程度就会增加，并从而提高材料磨碎过程的效率。

随着环锥形区段14、16的母线15、17倾角δ₁和β₁的增加，研磨介质由盖子2、3向穿孔隔板6的纵向移动强度就会增加，反之，随着角δ₁和β₁的减小，研磨介质纵向移动强度以及磨碎过程的效率均下降。

粗磨室8的容积应小于细磨室9的容积。原因如下。经过进料孔4进入粗磨室8的原料颗粒具有结构缺陷（微裂缝、气孔、易磨夹杂物），因此其磨碎耗功较小。

从研磨室8经过穿孔隔板6进入研磨室9的材料颗粒的结构缺陷已趋最低限度，其磨碎更为困难。因而，在研磨室9中对材料的进一步磨碎要求消耗更大的功，为此在研磨室9中必需拥有大量（数量）的研磨介质，这就是说研磨室9的容积应大于研磨室8的容积。

在其内衬表面上排布凸台19（图3），20的球磨机工作方式如下。让我们观察一下研磨室8b的工作。在壳体1旋转过程中，到图3所示的位置处，研磨室8b具有最低限度的长度l₁，其中的研磨体占据最高水平，故可保证研磨介质以瀑布方式工作。在该位置时，在研磨室8b下部短段部分的内衬表面是光滑的一不带凸台。当进一步转动时，穿孔隔板6占据位置6a，当穿孔隔板由位置6向位置6a转移时，由隔板表面携带研磨介质。将研磨介质提高到85-90度角，然后沿壳体1的纵轴线7将研磨介质甩下，从而磨碎材料。

当穿孔隔板占据位置6a时，研磨室8下部工作部分的长度增量 为l＝D/tgα。因此位于研磨室8b中的研磨介质降至最低水平。

在该位置时，内衬表面上的凸台19占据下部位置（该位置图3未示出）。

当球磨机壳体1继续旋转时，凸台19将研磨介质挂住并提高到85-90度角，继而沿壳体1的纵轴7将其抛落，达到磨碎材料的目的。然后周期重复。

研磨室9中研磨介质工作方式类似，仅仅其运动具有180°的相位移。

磨碎成品通过卸料孔5由球磨机壳体中排出。

如果粗磨室8的容积等于或大于研磨室9的容积，那么研磨室8的生产率就大于研磨室9的生产率，这就会导致往研磨室9中进入过量的待磨材料。从而降低磨碎过程的效率。

在球磨机工作时，由于研磨室24、27中研磨体质量不变，而研磨室24、27中每一个室的下部工作部分的长度在周期内由最小变到最大，因而研磨体质（量中）心位置对于壳体1（图6-图7）的纵轴7产生变化。这就导致支承轴承21的负载值也由最大变到最小（负载为脉动式）。

为了稳定支承轴承的负载，建议按图6-图7所示进行内表面的衬砌。

球磨机壳体1（图6）的衬砌按以下方式进行。

当壳体1和穿孔隔板6处于图6，图8位置时，在研磨室24中的研磨介质34的层厚度最大等于h₁。研磨介质34重心C位于距壳体纵轴线7之旋转轴）为Rc的距离处。

此时，在研磨室27中，研磨介质35具有最低的层高度h₂，而 由壳体1的纵轴线7到研磨介质35重心K的距离等于Rk。

当壳体1旋转半周时，穿孔隔板6占据图7所示位置。

研磨室24的下部工作部分的长度增加到最大限度。处于研磨室24中的研磨介质34的层高h₁′变得最小。研磨室24中的研磨介质34重心C移到位置Rc′。此时，在壳体1（图7）该位置的研磨体下面则是研磨室24的具有大厚度的长段部分，因此，在研磨室24中的研磨介重心C与图7中壳体1的纵轴7之间的距离Rc′将等于图6中壳体1位置处的距离Rc。因此，转矩将为同一数值，就是说在周期过程中不会改变，而支承轴承21的负载也不改变。

在研磨室27中研磨介质的移动方式也类似。在图7所示的壳体1位置上，研磨室27下部工作部分的长度变得最小。研磨室27中研磨体35的层高度h₂′变得最大。研磨室27中研磨介质35重心移到位置K¹。此时由重心K¹到纵轴7的距离R_k′不变，因为在壳体1该位置处的研磨体35下面为截锥体26的厚度最薄的衬砌部分。在周期过程中当研磨室27中的研磨介35移动时，转矩数值不变。因此在周期过程中支承轴承21的负载值也不改变。

如果截锥体23、26的纵轴22和25与壳体1的纵轴线7重合（如上述方案中说明的那样），那么研磨室24、27的长段和短段部分的衬砌将具有同一厚度。

由于在周期过程中每个研磨室中的研磨介质层高度h发生变化，故由研磨介质量中心到纵轴7的距离Rc和Rk也发生变化，因而，转矩和支承轴承21的负载量值也发生变化。

当采用具有不同形状的研磨体，例如球和圆柱时，球磨机构造如图10所示，并以下述方式工作。

当球磨机壳体1转动时，位于研磨室32和28中并处于穿孔隔板6两边的研磨介质（球）工作方式相同于上述图1，图2所观察的情况。在研磨室33中的研磨介质（磨棒），在离心力作用下提高到40-45°角度，然后沿倾斜面滚动，并以压轧和研磨来磨碎材料。制成品通过盖子3中的卸料孔5而从研磨室33中排出。此时，在研磨室32、28中的研磨介质完成横向-纵向移动，而在研磨室33中的研磨介只完成横向移动。

当孔板29的内孔30的直径d等于（0.2-0.4）D，并且当研磨室28、33容纳研磨体的负荷系数等于0.3-0.4时，可防止磨棒由研磨室33向研磨室28转移，相反，防止磨球由研磨室28向研磨室33转移。随着孔30的直径d增加到0.45D和更大时，研磨介质由研磨室28向研磨室33转移或与此相反，其结果，研磨介质在相邻研磨室28和33中相互混杂，致使磨碎过程效率下降。

如果孔30的直径小于0.2D，那么环形孔板29的有效截面增大，球磨机流体压力阻力增加，吸尘条件恶化，结果，磨碎过程效率下降。

环形孔板29与穿孔隔板6之间距离L减小，会导致由研磨室28作用于环形孔板29的轴向载荷的增加，从而降低孔板运转可靠性。当增加环形孔板29与穿孔隔板6之间的距离时，细磨室33的长度减小，而处于其中的研磨介质（磨棒）质量也减少，其结果使磨碎过程的效率和制成品的质量均下降。

如果在装设穿孔隔板6的球磨机壳体1中不安装环形孔板，但却在一个研磨室中使用圆柱形研磨介质，那么磨碎过程效率会急剧下降。

这种现象的原因如下。磨棒（圆柱体）具有较大的自然倾斜角，因而其纵向活动性要小得多。当壳体1转动时，磨棒不向穿孔隔板下面的l区域移动，研磨室工作容积不能充分利用，故磨碎过程效率下降。

通过强化研磨介质的纵向移动，合理使用球磨机研磨室的容积，稳定研磨体沿球磨机壳体横向和纵向的工作规范，则磨碎过程效率会增加，而单位能量消耗会下降。

Claims (5)

1、球磨机包括能转动的壳体(1)，壳体具有内衬表面和带进料孔(4)与出料孔(5)的端部封头(2、3)，壳体内至少装设一个与其纵轴线(7)成角度(α)的穿孔隔板(6)，从而将壳体(1)分割为装有研磨介质的粗磨室(8、9)，球磨机的特征为：研磨室(8、9)的内衬表面作成截锥形(10、11)，其较大基础部分趋向穿孔隔板(6)，且其母线(12、13)的倾角(δ、β)实质上等于位于相应研磨室(8、9)中的研磨介质自然倾斜角，同时研磨室(8)的容积小于细磨室(9)的容积。

2、按权利要求1所述的球磨机特征为，研磨室（8a、9a）的内衬表面系由依次分布的区段（14、16）形成，且其中每个的母线（15、17）倾角皆大于位于相应区段的研磨介质自然倾斜角，在这种情况下第一个后续区段（14、16）与其前面的区段形成梯段，而区段（14、16）的共同母线（12a、13a）倾角实质上等于位于相应研磨室中的研磨介质自然倾斜角。

3、按权利要求1或2所述的球磨机特征为，在每个研磨室（8b  9b）的内衬表面上，在其长段部分占横截面一半的区域内设置有沿研磨室（8b、9b）延伸的凸台（19、20）。

4、按权利要求1所述的球磨机特征为，每个研磨室（24、27）内衬表面的对称轴（22、25），相对于壳体（1）的纵轴线（7），向相应研磨室（24、27）短段部分有一偏移。

5、按权利要求1所述球磨机特征为，在细磨室（28），从该室（28）短段部分一边，在距穿孔隔板（6）不大于壳体（1）直径的距离（L）处垂直安装环形孔板（29），而环形孔板（29）的内孔（30）直径（d）等于壳体（1）直径（D）的0.2-0.4。

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