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球磨机是目前硅酸盐工业上广泛使用的一种粉磨机械。它的主要特点是：适应性强，对于多数固体物料均能进行细磨；构造简单，操作管理容易，对物料在进行研磨时多项工艺参数，如物料细度等能准确控制，维护检修方便等，在非金属矿产加工中通常采用湿法作业的间歇式球磨机。
一、间歇式球磨机构造和工作原理
图3-12所示为间歇式球磨机构造示意图。筒身6用钢板卷制焊接而成，筒身的中部有加料口7供加料和卸料之用，有的筒身在其中部还开有人孔，供检修筒身内部时用。筒身内腔镶以衬板14，筒体两侧通常焊接有锻造而成的法兰圈，以供固接端盖8之用。主轴头11即与端盖固接，并由固定在机座13上的装置有滑动轴承或滚动轴承的轴承座12所支承，一侧的端盖上紧固着大齿圈5，齿圈可有内齿或外齿的形式。电动机1经减速器3通过摩擦离合器4和传动齿轮带动大齿圈而使筒体回转。
图3-12 间歇式球磨机示意图
1-电动机；2-离合器操纵杆；3-减速器；4-摩擦离合器；5-大齿圈；6-筒身；7-加料口；8-端盖；9-旋塞阀；10-卸料管；11-主轴头；12-轴承座；13-机座；14-衬板；15-研磨体
间歇式球磨机工作原理是：筒体内装载了一定数量的瓷球或砾石的研磨体15，被磨物料及适量的水从加料口加入，按工艺要求对物料、水和研磨体应进行适当的配比。当筒体回转时，研磨体在离心力的作用下，贴在筒体内壁与筒体一起回转上升，当研磨体被带到一定高度时，由于重力作用而被抛出，以一定的速度降落，在研磨体降落过程中，筒体内的物料受到研磨体的冲击和研磨作用而被粉碎。如图3-13所示。当物料磨到要求的细度后，则停机卸料。卸料时，先使球磨机加料口朝上，打开盖子，装上带孔的卸料管10，再转动筒体使加料口朝下，此时打开卸料管的旋塞阀9，筒体内的料浆就可自动流出，研磨体则被阻留在筒体内。为了加快料浆流出的速度和使料浆卸得更完全，亦可在卸料的同时，通入压缩空气，以使料浆在压缩空气的压力作用下流出。
图3-13 球磨机研磨物料的作用
球磨机的规格，以筒体直径×筒体长度来表示，如QM2100×2100等，一般筒身长度与筒身直径的比例 。
二、主要参数的确定
（一）转速
球磨机的转速对其操作有很大影响，如果转速适当，则能使细磨操作在较高的效率下进行。转速太快，由于离心力太大，研磨体将紧贴在筒体内壁，不会沿抛物线轨迹降落，这样就不能给物料以有效的粉碎作用，球磨速度和球磨效率将大大降低；反之，转速太慢，则研磨体升举高度不足，在单位时间内，研磨体对物料作用的次数少了，粉碎功也小了，球磨效率也会降低。所以适当的转速，即是指球磨机筒体转速不太快也不太慢情况下的合理的转速。
在确定磨机转速时，一般以筒体内研磨体升举情况，或脱离点位置对物料能作最大粉碎功作为依据。
当球磨机筒体的转速达到某一数值时，最外层研磨体的脱离角等于0，即研磨体升到筒体顶点，不再沿抛物线轨迹落下，这个转速称为球磨机的临界转速，以n0表示。
由研磨体外层半径R1和研磨体所在位置与重线夹角α，可以写出研磨体自重与离心力平衡方程式，消去研磨体自重
非金属矿产加工机械设备
当cosα＝1，得临界转速
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式中 D——筒体内径（m）；
d——研磨体的直径（m）。
因为d≤D，故上式近似成为
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通过理论分析计算，当研磨体的脱离角为54°44′时，可获得最大的降落高度。
以α＝54°44′，R＝R1代入（3-21），即可求得磨机的工作转速
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式中 n——球磨机的工作转速（r/min）；
D——筒体的内径（m）。
工作转速与临界转速之比称为球磨机的转速比
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即
应当指出，上述计算的磨机转速，均是忽略了研磨体滑动及物料对研磨体运动的影响，并以最外层研磨体层为基础而推导出的。实际上磨机的工作转速与很多因素有关，至今尚无定论。上述理论公式仅可作为参考。所以转速比q往往波动范围较大，多数球磨机的转速比q在0.75～0.85之间。
（二）功率
球磨机运转时所需要的功率，其中大部分消耗在有益的工作上，即升举研磨体至一定的高度，并使之具有一定速度抛射出去，按抛物线轨迹下落，进行冲击粉碎物料；另一小部分则消耗在克服机械的摩擦阻力。
根据理论分析计算，消耗在升举研磨体和物料的功率为N
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式中 N——功率（kW）；
ρ——研磨体的容积密度（t/m3）；
D——筒体内径（m）；
L——筒体长度（m）。
上式中的系数c由转速比q及比例系数K值决定，而K的大小除与转速有关外，还与研磨体的装填量有关。
在实际工作中，通常以填充系数φ来表示球磨机中研磨体的装填量。填充系数
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式中 M为球磨机的研磨体的总质量。
在不同的q、φ值下，K的大小可从表3-9查出。
表3-9 在不同的q、φ条件下的K值
在合理的工作制度下，一般K≤0.5，这样K4和K6都远小于1，系数
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从表3-10可查出不同转速比时系数c的值。
表3-10 在不同q值条件下的c值
按式（3-24）计算的球磨机需要的功率是偏高的，因为实际上研磨体落下时有一部分能量要“给回”筒体，但是这部分能量在总能量中究竟占多少，目前尚无法确定。因此，式（3-24）仅供选择球磨机配套用电动机时参考，在最后确定电动机功率时，还必须以实际操作数据作为依据。至于克服机械摩擦阻力需要的功率和功率储备，就不必再计算了。
（三）生产能力
影响磨机生产能力因素很多，例如物料性质、入料粒径大小、欲磨细程度、加料均匀程度和磨机的装填程度及研磨体种类等，至今还没有一个能将这些因素全部包括在内的计算公式，确切的数据必须通过生产实践才能确定，现将一般常用的计算公式介绍如下：
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式中 Q——球磨机的生产能力（t/h）；
D——球磨机筒体的有效内径（m）；
V——球磨机筒体的有效容积（m3）；
n——球磨机筒体的转速（r/min）；
M——研磨体载装量（t）；
K——球磨机单位功率产量（t/kW·h）。
三、使用
在非金属矿产加工中，球磨机是原料粉磨工序的设备，其操作好坏将直接影响后道工艺的正常生产，所以应尽可能使之在最佳的条件下操作。
（一）球磨机型号规格的选择
应根据工厂的规模，技术力量和维修能力等具体情况来决定。一般大型磨机操作强度大，单位功耗低，但设备笨重，安装维修比较困难，在使用上不够机动灵活。中、小型磨机体积较小，重量较轻，机动灵活，适应性强，安装和维修方便，但操作强度较小，单位功耗偏高。磨机的数量根据所需要处理的物料量和每台磨机的生产能力，由计算确定，并应注意留有适当的备用数。
由于球磨机本身重量大，运转时会产生振动，故应安装在坚固的基础上，基础重量一般可按机器重量的3～5倍考虑。
（二）研磨体的装载和选择
研磨体的材料，除考虑物料的污染问题外，还要从价格、来源、硬度、重度、是否有害成分和着色元素等考虑，以硬度高、重度大的为好。常用的有瓷球、刚玉、天然燧石等。我国许多工厂用旅顺口鹅卵石（含氧化硅98%，重度2.6×10N/m3）。
研磨体的大小推荐d≤（1/18～1/24）D,d为研磨体尺寸（mm）,D为磨机净空直径（mm）。研磨体表面要光滑，不要有凹坑。
研磨体总装量一定时，体小则数量多，表面积大，对研磨有利；体大则数量小，碰击力大。故研磨体级配要有大有小，不能一律。一般认为大中小各占50%、10%、40%为好这时空隙最小（占22%左右）。
研磨体的形状，有球形、扁平、短柱形等。以研磨为主的粉磨，短柱形为好；以撞击为主的粉磨，球形为好。
研磨体的装填量，太少了球磨效率低，太多了相互干扰碰撞。以填充系数（φ）表示研磨体的装填程度：
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式中 A——研磨体在筒体有效截面上的填充面积（m2）；
W-研磨体装填重量（N）；
R——磨膛半径（m）；
L——磨膛长度（m）；
r——研磨体重度（N/m2）。
球磨机应尽量在满载下运转，因为研磨体所占的重量比例最大，空载与满载运转的功率消耗相差无几。对于湿法间歇式球磨机，实际采用的填充系数一般为φ＝0.4～0.5。
（三）球磨机的使用要点
（1）开机前应检查各部件的灵活性、离合器位置，上紧紧固件；
（2）润滑油应充足，特别是主轴承、减速箱的润滑必须可靠；
（3）出现不正常噪声，应停车检查；
（4）啮合齿轮的间隙和接触面积要调整适当，调节时，筒体不装载，松开主轴承的紧固螺栓，然后调整筒体位置；
（5）内衬崩塌或磨损过度，要及时填补或更换；
（6）要特别注意两端轴头的同心对中，不然的话，易损坏端盖和主轴承。
间隙式湿式球磨机的型号、规格和主要技术性能见表3-11。
表3-11 间歇式湿磨球磨机的型号规格和主要技术性能
球磨机常见故障及排除方法见表3-12。
表3-12 球磨机常见故障产生原因及其排除方法
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