球磨机的发展方向综述

摘要

球磨机是选矿厂的关键设备之一，其能耗(电耗、材料成本)一般占全厂能耗的30-6O％ ，而且它的工作状态是直接影响到全厂的生产能力、作业率等各项技术经济指标的关键因素。近二十年来，对球磨机的研究取得了很大进展，出现了许多发展的新方向。

关键词：新型球磨机，节能降耗作业率，细磨

1、前言

球磨机是选矿厂生产的关键设备之一。在矿山建设时期，球磨机的设备及基建投资约占选矿厂破磨设备总投资的50；在矿山生产期间，球磨机的能耗(电耗和材料)同样占全部破磨作业的509/6以上。同时，在矿山生产中，球磨机作为主要的生产设备，其运转率和效率常常决定了全厂(系列)的生产效率和指标，成为全厂生产的“咽喉”环节。因此，无论设计院在设计阶段对球磨机的选择还是矿山企业在生产阶段对球磨机的管理都十分重视。同时许多球磨机的设计研究单位和生产厂家也对球磨机进行了很多研究工作，取得了很大进展，出现了多方面的研究方向。本文对近年来出现的一些新型球磨机的性能特点进行了概括和讨论。

2、球磨机传动方式的发展

球磨机传动方式的发展大致经过了三个时期：

① 时期(或称 代)——传统的球磨机。传统球磨机经历了相当漫长的历史时期，其基本结构特征是：在球磨机的筒体上安装有一个直径大于筒体直径的大齿轮，拖动电机的动力通过减速机减速后，通过与大齿轮啮合的小齿轮传递动力并再次减速的开放式周边齿轮传动方式，带动球磨机筒体运转进行磨矿作业，而机器的工作筒体是支承在两端的用巴氏合金制成的滑动轴承上。

②第二时期(或称第二代)一圆锥型球磨机。这类球磨机于20世纪80年代末出现，其基本结构特征是：其传动方式仍采用传统球磨机完全相同的开放式周边齿轮传动方式，不同之处是机器工作筒体支承在两端的滚动轴承上，该机还在出口端增加了一段锥体段。这种传动方式较传统球磨机具有了明显的节能 。

③第三时期(或称第三代)—中心传动节能球磨机。这类球磨机由中南工业大学与衡阳冶金矿山机械厂合作于上世纪90年代初研制成功，并取得了国家(号91212025．8)。近些年推广应用很快，用户和生产厂家的发展都很快，已经 了系列化生产。该机采用了多项新技术：一是取消 了周边啮合的大、小齿轮对，将传统的开放式周边齿轮传动方式改为密闭式中心传动；二是在电动机与减速机的主动轴(高速轴)之间采用了液力偶合器来传递动力，使电机能够在无负荷的情况下 “软起动”；三是与圆锥型球磨机一样地采用了大型滚动轴承代替传统球磨机的巴氏合金滑动轴承。 (如图1所示)

与此同期的还有橡胶托辊式摩擦传动球磨机，该机由国外引进并于1997年在国内研发试用，至今推广应用的实际用户还不多。该机的基本结构如图2所示，它的结构类似于传统的圆筒型洗矿机，只是稍稍改变了传动方式。它采用高强度轮胎与筒体之间摩擦传动从而带动筒体转动，其支承方式从 上还是采用滚动轴承，比较滑动轴承来说，肯定要节能一些，该机尚处于研究试验阶段。笔者认为：由于传动的摩擦力有限，所以该机难以 大型化。

传统球磨机的缺点是显而易见的：它采用开放式周边齿轮传动，在大、小齿轮副的啮合面上，由于安装的偏差、工作环境的粉尘、加工精度、润滑体系等原因，很难得到良好的润滑 。于是造成的后果就是：大、小齿轮副的啮合面往往啮合不好、润滑不好、噪声大、能耗高；大、小齿轮的磨损严重，备件消耗成本高(一般大齿轮的作用寿命为2-4年，小齿轮的使用寿命仅几 )。它的两端中空轴承座采用的是巴氏合金滑动轴承，而滑动摩擦阻力肯定远远大于滚动摩擦阻力；且滑动轴承采用稀油润滑，在起动的瞬间润滑油膜尚未形成(或者合金球面的油槽加工不好或堵塞)，其滑动摩擦阻力就更大，更增大了起动阻力、运转阻力和负荷，甚至有时还出现“烧瓦” 现象，既增加了电耗，也增大了对电网的冲击和影响。还有一个不容忽视的问题，因为它的大、小齿轮的啮合面往往也是采用稀油滴注的方式进行润滑，残油的处理问题一般都没有得到很好的 ，生产场所常常油污“横流”，既严重污染环境也增加生产成本。

圆锥球磨机在传统球磨机的基础上作了一些改进，这是基于大型轴承生产技术的发展而取得的成果。它采用了大型滚动轴承代替传统的滑动轴承，由于滚动磨擦阻力明显小于滑动磨擦阻力， 因此圆锥球磨机比传统球磨机具有明显的节能 。但是，它仍然保留了传统的周边齿轮传动方式，由 大、小齿轮的所带来的相关问题仍然继续存在。中心传动节能球磨机(如图1所示)之所以能够称为“第三代”球磨机，是因为它在上述的问题上都分别采取了相应的技术应对措施，于是它就具备了几方面的优点：

(1)由于该机采用了与传统球磨机完全不同的闭式传动方式，它巧妙地将排料部与联轴器相结合，减速机的输出轴直接带动球磨机的筒体转动，进一步改善了传统系统的润滑 。避免了大、小齿轮在开放的大环境下难以保持良好润滑的情况， 避免了与大、小齿轮相关联的一切问题。

(2)与圆锥球磨机一样，它同样采用了大型滚动轴承代替传统的滑动轴承，轴承体采用润滑脂润滑，大大减少了磨擦阻力，且油耗极低、操作极为方便。因此它的节能 十分显著，其电机功率较传统球磨机减少了10.9 ～40.5 ，油耗减少80 以上。详细比较见表1：

(3)采用液力偶合器改善球磨机起动性能。它在驱动电机与减速机输入端之间，增加了一个液力偶合器，电动机在起动的瞬间是“无负荷” 空载起动，而当电动机达到一定转速时，才通过液力偶合器将动力传递给减速机，继而带动球磨机的简体转动。将电机与球磨机之间的传统“硬”联接改变为有一定滞后时间的“软”联接，液力偶合器起到了一个“缓冲”的作用，这样大大降低了电机的起动阻力矩，减小了起动电流，降低了对电网的冲击一特别是一些小矿山使用的多是农村小电网(10kV)尤其重要。

(4)任何事物都是一分为二的。正是由于它采用中心传动方式，当设备规格大型化时，其起动阻力矩和工作力矩都非常大，这时对联轴器材料的机械强度要求就非常高，因此在大型化、超大型化方面受到一定的限制。

3、衬板的改进

3.1橡胶衬板

传统的衬板材料都是采用高锰钢铸造而成，衬板的单位消耗在每t矿石数百g至1～2kg，全国每年消耗的高锰钢衬板达数百 t。为比许多耐磨材料的科研产单位在提高材料耐磨性能方面做了大量的工作，出现了一些新型耐磨材料。上世纪90年代初，海南司克嘉公司利用海南岛丰富的天然橡胶资源优

势开始推广橡胶衬板，近些年橡胶衬板的推广取得了长足的进步。橡胶衬板具有下面几方面的特点：

(1)耐磨、寿命长。橡胶是一种长分子链的高分子化合物，具有很好的耐磨性能却比重很小。橡胶衬板由于充分利用了橡胶的良好耐磨性，因此在使用寿命方面具有明显的优势，一般来说，橡胶衬板的使用寿命为锰钢衬板的三 以上，特别是第二段磨矿尤其突出。

(2)节能。据比较，同一台球磨机的橡胶衬板的重量不足同规格的锰钢衬板的1/3，节能 为109/6-209/6以上。

(3)噪音低。由于橡胶的弹性，在磨机简体上起到了一个“软垫” 的作用，缓冲了钢球对简体的冲击作用，降低噪音5-10dB，改善了生产作业环境。

(4)生产效率降低。橡胶衬板由于其厚度要比传统的锰钢衬板厚，这样就减少了简体内的有效空间，加上其“软垫”作用，在缓冲了钢球对简体的冲击作用的同时吸收了钢球的势能，降低了钢球对矿石的冲击作用，因而降低了球磨机的生产能力。因为矿石在球磨机内受到冲击和磨剥两种作用力而粉碎常认为：粗粒矿石的破碎以冲击作用为主，而细粒物料的破碎以磨剥作用为主。采用橡胶衬板后，钢球对矿石的磨剥作用变化不大，但冲击作用则有较大幅度的降低，因此会降低球磨机的生产能力。据比较，相同情况下 段(粗磨)磨矿作业时降低生产能力约109/6以上，在第二段(细磨)磨矿作

业时则影响不明显。因此，橡胶衬板较适合于细磨作业。

3.2 磁性衬板

近年来， 由于磁性材料研究发展很快，磁性衬板取得了较大发展，首先是在铁矿选矿厂开始使用。磁性衬板的核心是利用衬板本身的磁性在简体内吸附一层待磨物料中的铁磁性物质(包括磁性矿物、钢球碎粒等)，以形成一层衬板的护衬保护层，从而防止衬板本体被磨损。同时磁性衬板在其他行 业的矿山也开始得到推广应用，当待磨物料中的铁磁性物质不足以形成护衬保护层时，就需要另外添加铁磁性物质。磁性衬板比锰钢衬板重量轻、寿命长、球耗、电耗和噪音均有所降低，而作业率提高。由于粗磨作业采用的钢球直径较大，细磨作业的钢球直径较小，而大钢球对衬板的冲击力很大，甚至把磁性衬板打烂，所以磁性衬板也较适用于二段细磨作业。

3.3衬板波形的研究与变化

衬板波形的研究主要是通过改变衬板的波形来改变球磨机简体内钢球的运动状态，改变运动学和力学特性，以提高磨矿效率。如河南东桐峪金矿的高效衬板，通过特别构思的衬板波形，使磨矿效率提高57 ，磨矿单耗下降509/6；球磨机电耗不变，衬板寿命略有缩短。唐新民等改变了衬板波形。

起到了延长衬板寿命、提高处理量等目的。张治元等还进行了于同一台球磨机内将衬板微阶段化的研究和实践等等。

4、工作原理和方式的改变

上述球磨机无论在传动方式、支承方式等方面作何种改进，仍都属于卧式球磨机，物料的破碎以钢球的冲击作用为主。搅拌型球磨机是一种立式球磨机， (如图3所示)它的工作原理是独辟蹊径，将传统球磨机的筒体转动变为静止不动，依靠立式安装的螺旋搅拌装置把作为磨矿介质的钢球和被磨 物料一起搅拌和扰动，磨矿介质在机器内的抛落运动变为搅动和转动，物料在筒体内仅仅受到钢球间的磨剥作用，将物料粉碎，因此它非常适合细磨、超细磨作业的要求。由于筒体的静止和钢球运动幅度的降低，所以其动力消耗非常低，但能效比却非常高，它把消耗在噪音、提升钢球所需的势能、运转机器筒体的动能等能量消耗全都降到了 值甚至为零。而且由于它充填率的提高，在同等条件下机器本身的重量也大大降低，完全符合节能、环保的要求。

搅拌型球磨机在国外已广泛应用于矿山、化工、非金属等行业，在国内的黄金行业中已经得到推广应用，特别适用于边磨边浸、处理难浸矿石。也正是由于搅拌球磨机钢球运动轨迹的改变，将钢球对物料的冲击作用降到了零，所以它的局限性就在于不适合用于粗磨( 段)作业(即使使用，则效率也大打折扣)。在一台磨矿机内的钢球往往达到几吨至几十吨，由于搅拌螺旋装置材料强度及底端轴承及密封性能限制的原因，至今这种搅拌球磨机的规格还较小，同样难以 大型化。

5、结语

综上所述，以中心传动球磨机为代表的第三代新型球磨机，具有环保、节能、降耗、少维护、运转率高的特点，代表了新一代的卧式球磨机的发展方向，符合社会发展的潮流。橡胶托辊式摩擦传动球磨 造简单，在中小型球磨机方面有一定的发展潜力。而搅拌型球磨机在细磨领域独领风骚，随着细颗粒物料市场需求的扩大，必将成为最有发展前途的新型细磨磨矿机。由于锥形球磨机兼具传统球磨机和中心传动球磨机某些特点，因此在大型化发展方面可能更有潜力。新型衬板材料的研究仍方兴未艾，其方向必将是高耐磨性的高分子、复合型新材料。随着新设备、新材料的研究、发展和推广，必将产生巨大的经济效益和社会效益。