高能球磨机技术探索

摘 要：球磨机工作时需要有足够的动力驱动和选择适宜转速以获得最佳粉碎效果，此外研磨体的选择、凌载、级配、补充、料球比例，操作方法也有很重要的关系。因此，高效率的球磨机应该能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械合金化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染。下面，我们在此基础上探讨高能球磨机的技术问题。

关键词：高能；球磨机

中图分类号：TQ172.6+3 文献标识码：A

球磨机是粉磨工业领域中最具历史的并被广泛采用的一类粉磨设备。但是由于至今还没有完全弄清楚球磨机的粉磨机理，在提高效率、降低能耗和减少钢耗等方面的研究仍未取得突破性进展。

在球磨机的工作过程中，研磨介质在旋转的筒体内高速运动，通过相互冲击与碰撞传递能量，物料在这种运动过程中被粉碎与研磨。球磨机的工作参数在很大程度上影响了其内部研磨介质的运动形态，合适的工作参数配置能使球磨机具有更大的研磨效能，球磨机的工作参数大致可以分为结构参数、操作参数和研磨体参数等。

1 高能球磨法的基本原理

高能球磨法是利用球磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的方法。如果将两种或两种以上金属粉末同时放入球磨机的球磨嘴中进行高能球磨，粉末颗粒经压延，压合，又碾碎，再压合的反复过程(冷焊一粉碎一冷焊的反复进行)，最后获得组织和成分分布均匀的合金粉末。由于这种方法是利用机构能达到合金化，而不是用热能或电能，所以，把高能球磨制备合金粉末的方法称做为机械合金化。

高能球磨制备纳米晶，需要控制以下几个参数和条件，即正确选用硬球的材质(不锈钢球，玛瑙球，硬质合金球等)，控制球磨温度与时间，原料一般选用微米级的粉体或小尺寸条带碎片，球磨过程中颗粒尺寸、成分和结构变化通过不同时间球磨的粉体的X光衍射，电镜观察等方法来进行监视。

2 球磨机运转特性

球磨机工作时是利用以一定转速旋转的，转筒内的钢球随筒壁转动上升到一定高度后在其重力作用下脱离筒壁砸向原料再又随转筒壁转动上升，周而复始地对原料进行粉磨及混合。球磨机在正常运行时的负荷是基本恒定的，即使是连续进、出料型球磨机进料不一定均匀，但对于负荷影响不大。连续进、出料型球磨机(包括圆筒混合机)一旦启动后很少停机，故其启动没有间歇进、出料型球磨机频繁，而且它可以在启动之后再开始进料，故正常启动不一定是满载工况。但考虑到运转中途可能会因断电等原因停机，再次启动时为满负荷启动。当然，球磨机应尽量在满载下运转，因为研磨体所占的质量分数最大，空载与满载运转的功率消耗相差无几。

3 球磨机研磨体运动分析

球磨机工作时筒体作等速回转运动，带动装填于简体内的研磨体运动，使物料受到冲击与研磨作用而粉碎。研究研磨体在筒体内的运动情况对于了解研磨体对物料的作用实质，掌握影响效果的各项因素和提高粉磨效率，缩短球磨时间，确定球磨机的主要工作参数(转速、功率、装填量等)，以及工作件的受力分析和强度计算等，有很大的实际意义。

由球磨机的透明模型实验观察可以看到，机中研磨体的运动是比较复杂的，有随筒壁的上升运动，有研磨体与筒壁之间的相对滑动，有抛落运动等。

在不同的筒体转速下，研磨体的运动规律可简化为三种基本形式：在转速很低时，研磨体靠摩擦力作用随筒体升至一定高度，当面层研磨体超过自然休止角时，研磨体向下滚动泻落，主要以研磨的方式对物料进行细磨，由于研磨体的动能不大，故碰击力量不足；在筒体转速很高时，研磨体受惯性离心力的作用贴附在筒体内壁随筒体一起回转，不对物料产生碰击作用，主要靠研磨;筒体在某个适宜的转速下，研磨体随筒体的转动上升一定高度后抛落，物料受到碰击和研磨作用而粉碎。

4 高能球磨机的分类和工作原理

目前使用的球磨机可以分为普通球磨机和高能球磨机两类。而常用的高能球磨机又分为搅拌式、行星式和振动式三种。

4.1 普通球磨机

由于各行业用途及工艺要求的不同，所使用的球磨机品种类型也不尽相同。矿山选矿厂、水泥厂、化工厂等行业使用的球磨机为连续进、出料类型。该类型又分为周边齿轮传动型(、胶轮传动型(即托辗式)、中心传动等型式;轻工业用于凉席竹片打磨，陶瓷厂用于长石、石英、泥料等原料进行湿法间歇细磨与混合等所使用的球磨机为间歇进、出料类型，即球磨机一次性装料粉磨完成后须停机卸料再重新装料启动运行。此类型球磨机多为周边皮带传动型。目前市场上出售的用于矿山、建材等行业的连续进、出料型球磨机的型号规格从MQ1200x2400至MQ2700x3600，电动机功率由37kW至380kW不等，并有向更大规格方向发展的趋势。钢铁厂所使用的圆筒混合机的电动机功率由四五百千瓦至一千多千瓦;而轻工业企业所用间歇进、出料型球磨机型号规格从QMP30kg至QMP100t，主电动机功率由0.75kW至250kW。

4.2 高能球磨机

搅拌式高能球磨机。搅拌球磨机是指由一个静置的内填研磨介质的筒体和一个旋转搅拌器构成的一类超细研磨设备。

搅拌球磨机的筒体一般做成带冷却夹套，研磨物料时，冷却夹套内可通入冷却水或其他冷却介质，以控制研磨时的温升。研磨筒内壁可根据不同研磨要求镶衬不同的材料或安装固定短轴(棒)和做成不同的形状，以增强研磨作用。

搅拌器是搅拌球磨机最重要的部件，主要有轴棒式、圆盘式、穿孔圆盘式、圆柱式、圆环式、螺旋式，等等。

连续研磨时或研磨后，研磨介质和研磨产品(料浆)要用分离装置分离。这种介质分离装置种类很多，目前常用的是圆筒筛，筛孔尺寸一般为50～1500μm。

搅拌球磨机主要通过搅拌器搅动研磨介质产生不规则运动，对物料施加撞击或冲击、剪切、摩擦等作用使物料粉碎。

超细研磨时，搅拌球磨机一般使用平均粒径小于6mm的球形介质。研磨介质的直径对研磨效率和产品粒径有直接影响。此外，研磨介质的密度(材质)及硬度也是影响搅拌球磨机研磨效果的重要因素之一。常用的研磨介质有氧化铝、氧化锆或刚玉珠、钢球(珠)、锆珠、玻璃珠、天然砂等。

行星式高能球磨机。行星式球磨机的特点是磨球的运动方式更为复杂，获得的能量更高，此种球磨机在相同的工艺参数下，可以同时制备几组物料，便于进行科学研究，应用最广泛。其工作原理是，在旋转盘的圆周上装有几个随转盘公转又做高速自转的球磨罐。球磨罐内的磨球在惯性力的作用下，对物料形成很大的高频冲击和摩擦，进行快速细磨。

振动式高能球磨机。振动式高能球磨机是利用研磨介质(球形或棒状)在做高频振动的筒体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎的细磨与超细磨设备。工作中，介质的运动取决于振动类型、磨筒形状和充填率。振动的振幅、频率越高，物料粒度越细，物料充填率越大，则粒度越粗，介质的充填率以60%～80%为宜，在一定范围内，物料的比表面积与粉碎时间成正比，根据给料粒度，通过选择适宜的介质尺寸，调节振动的振幅和频率以及给料量和介质的充填率等可以得到所要求的物料细度。

结束语

高能球磨机集强力冲击、研磨及振动等高能动作于一体，研磨罐在周期性运动过程中，研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的。我们从业者要深入的研究，以使其在工作中发挥重要作用。

参考文献

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