实际过程中球磨机研磨介质运动状态研究

球磨机动力学分析及对衬板的影响吕杭飞摘要球磨机作为工业生产中非常重要的一种机械，每年耗费大量资源用于生产。

改善球磨机的工作性能，减少球磨机磨球和衬板的消耗量非常有必要。

因此，对球磨机进行动力学分析，研究球磨机衬板磨损规律，有助于提高球磨机工作效率并且降低球磨机材料的损耗率。

本文通过对球磨机研究的背景知识介绍，对现有球磨机研究理论进行比较，客观分析它们的优缺点，结合实际生产制定研究方案。

通过理论研究和离散元仿真来分析遇到的问题。

考虑到球磨机的主要损耗材料是磨球和衬板的材料，先对磨球进行动力学分析，分析磨球在磨机内的运动状态，填充率对磨球的影响以及磨机转速对磨球运动的影响。

研究衬板材料和结构对球磨机工作的影响。

针对球磨机衬板进行寿命预测模型的建立，从而分析球磨机衬板磨损的主要原因，找到降低球磨机衬板磨损率的方法。

离散单元法是一种研究颗粒运动状态的方法，用离散元法以3231型球磨机为研究对象，对球磨机进行建模及参数的设置，研究球磨机不同转速率、不同填充率、不同衬板结构情况下的磨球运动情况。

研究结果表明，球磨机内磨球的运动与磨机转速、填充率及衬板结构有关，研究获得的介质运动结果对确定合适的球磨机工作参数有积极意义。

衬板寿命模型的建立，对衬板材料和结构的改进具有重要意义。

关键词：球磨机；介质运动；衬板寿命；离散元法AbstractBall mills as a very important industrial production, a large number of resources was used per year for the production. It is necessary to improve the working performance of the ball mills, reduce theconsumption of the balls and the liner plate. Therefore, it is helpful to improve the working efficiency of the ball mills and reduce the loss rate of the ball mills material to study the dynamic analysis of the ball mill.Based on the introduction of the background knowledge of the research of the ball mills, this paper makes a comparative analysis of the existing theory of ball mills, and objectively analyzes their advantages and disadvantages, combined with the actual production of the research program. Through theoretical research and discrete element simulation to analyze the problems encountered.Taking into account the ball mills is the main loss material is grinding balls and lining board materials. First on grinding ball dynamics analysis. Analysis grinding ball mill in the state of motion, filling ratio of grinding ball and mill speed on grinding ball movement effect.The influence of lining material and structure on the work of ball mills is studied. According to the service life prediction model of ball mills liner, the main reason of the wear of ball mill liner was analyzed, and the method of reducing the wear rate of ball mill liner was found.Discrete element method is a study of particle motion state, with discrete element method to 3231 type ball mills as the research object, of ball mills for modeling and parameter settings, different speed of the ball mills research rate, different filling ratio, different lining plate structure of ball movement situation.The results show that the movement of the ball mills is related to the speed of the mill, the filling ratio and the plate structure. The results obtained from the study have positive significance to determine the appropriate working parameters of the ball mills. The establishment of liner life model has important significance for the improvement of lining material and structure.Keywords：Ball mills; medium motion; liner life; discrete element method目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 课题来源及研究背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1球磨机理论研究的发展 (1)1.2.2衬板材质的研究现状 (2)1.2.3衬板结构的研究现状 (2)1.3离散单元法在球磨机中的应用 (3)1.3.1物料运动分析 (3)1.3.2离散单元法 (3)1.4论文研究内容及意义 (4)1.4.1 论文研究内容与工作 (4)1.4.2研究方法与技术路线 (4)1.5论文组织结构 (4)第二章球磨机介质运动机理 (6)2.1球磨机的理论临界转速 (6)2.2球磨机中介质的运动状态 (7)2.2.1泻落式运动状态 (7)2.2.2抛落式运动状态 (8)2.2.3离心运动状态 (9)2.3球磨机的填充率 (9)2.3.1球磨机介质填充率的计算 (9)2.3.2球磨机的填充率对球磨机介质运动的影响 (10)2.4本章小结 (11)第三章衬板寿命预测模型 (12)3.1常见衬板形状 (12)3.2衬板失效的因素 (13)3.2.1衬板与磨球的匹配 (13)3.2.2衬板材质或质量不符合要求 (13)3.2.3设计及安装得不合理 (13)3.3衬板磨损量的计算 (14)3.3.1冲击磨损量 (14)3.3.2磨料磨损量 (16)3.3.3球磨机衬板寿命 (16)3.4本章小结 (17)第四章基于离散元法对衬板所受冲击过程进行仿真 (18)4.1离散元方法的概述 (18)4.2 EDEM的功能特点 (18)4.3接触参数的确定 (19)4.3.1材料性能参数确定 (19)4.3.2根据填充率估算磨球数量 (19)4.4建立筒体模型 (19)4.5离散元模型物料参数的选取 (20)4.5.1球磨机转速的选择 (20)4.5.2球磨机磨球与衬板参数的选择 (20)4.5.3不同填充率下磨球的个数 (21)4.5.4时间步长的计算 (21)4.5.5仿真时间的选择 (22)4.6转速率及填充率对磨球运动的影响 (22)4.6.1球磨机运动状态图 (22)4.6.2磨球运动速度—数量图 (24)4.7 衬板斜边倾斜角的优化设计 (27)4.7.1衬板斜边倾角对磨球提升高度的研究 (27)4.7.2不同衬板结构球下磨机介质能量的分析 (29)4.7.3不同衬板结构下磨球对衬板作用力的分析 (31)4.8本章小结 (35)第五章总结与展望 (36)5.1工作总结 (36)5.2展望 (36)参考文献 (38)致谢 (40)工业生产过程中非常重要的机械，承担着矿石粉磨的主要任务。

254管理及其他M anagement and other基于振动信号分析的球磨机工况检测技术的研究与应用邓海英，许美宗（包钢钢炼股份有限公司巴润矿业分公司，内蒙古 包头 014080）摘 要：球磨机作为磨矿的关键设备，其与工作状态的相关关键参数对整个选矿流程的稳定性及高效具有重要意义。

本文对基于振动信号分析的球磨机工况检测技术进行了详细的论述。

关键词：振动信号；球磨机；工况检测中图分类号：TD453 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）02-0254-2 收稿日期：2021-01作者简介：邓海英，女，生于1983年，汉族，山西大同人，本科，中级工程师，研究方向：选矿机械。

1 球磨机概述球磨机是物料被破碎后，再进行粉碎的关键设备，这种类型磨矿机是在其筒体内装入一定数量的钢球作为研磨介质。

它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、有色金属选矿及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。

球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿、建材及化工等行业，可分为干湿式两种磨矿方式。

根据排矿方式不同，可分格子型和溢流型两种。

2 系统组成球磨机工况检测系统需完成其筒壁振动信号采集、传输、分析、处理的全过程，是一个完整的体系，包括软硬件及数据库，根据安装位置的不同，可分为球磨机工况检测设备及上位机数据处理系统两部分。

其中，工况检测装置安装在球磨机上，随球磨机的运行而转动，实时采集球磨机筒壁的振动信号，并通过无线连接将数据发送给地面接收装置。

上位机数据处理系统接收到球磨机工况检测设备发送的信号后，对数据进行存储及处理，计算出振动信号的相关特征，并将其存入数据库。

根据其功能的不同，系统分为五个单元：信号测量单元、信号采集单元、无线通信单元、数据处理单元、连续供电单元。

信号测量单元包括安装在球磨机筒壁上的振动传感器等测量设备和配套部件，其功能是在保证频率特性的前提下，将球磨机筒壁振动信号转化为能分析处理的电信号。

1.1 球磨机工作原理及研磨体运动的基本状态1.1.1 球磨机工作原理球磨机的主要工作部份是一个装在两个大型轴承上并水平放置的回转圆筒，筒体用隔仓板分成几个仓室，在各仓内装有一定形状和大小的研磨体。

研磨体普通为钢球、钢锻、钢棒、卵石、砾石和瓷球等。

为了防止筒体被磨损，在筒体内壁装有衬板。

图1 磨机粉磨物料的作用当球磨机回转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的磨擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随筒体一起回转，并被带到一定高度（如图1所示），在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击底部的物料把物料击碎。

研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。

此外，在磨机回转的过程中，研磨体还产生滑动和滚动，于是研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用，使物料磨细。

由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着料面差能强制物料流动，并且研磨体下落时冲击物料产生轴向推力也迫使物料流动，此外磨内气流运动也匡助物料流动。

因此，磨机筒体虽然是水平放置，但物料却可以由进料端缓慢地流向出料端，完成粉磨作业。

1.1.2研磨体运动的基本状态球磨机筒体的回转速度和研磨体的填充率对于粉磨物料的作用影响很大。

当筒体以不同转速回转时，筒体内的研磨体可能浮现三种基本状态，如图7.2所示。

图7.2(a)，转速太慢，研磨体和物料因磨擦力被筒体带到等于动磨擦角的高度时，研磨体和物料就下滑，称为“倾泻状态”，对物料有研磨作用，但对物料的冲击作用很小，于是使粉磨效率不佳；图7.2(c)，转速太快，研磨体和物料在其惯性离心力的作用下图7.2 筒体转速对研磨体运动的影响（a）低转速；（b）适宜转速；（c）高转速贴附筒体一起回转（作圆周运动），称为“周转状态”，研磨体对物料起不到冲击和研磨作用；图7.2(b)，转速比较适宜，研磨体提升到一定高度后抛落下来，称为“抛落状态”，研磨体对物料较大的冲击和研磨作用，粉磨效率高。

实际上，研磨体的运动状态是很复杂的，有贴附在磨机筒壁向上的运动；有沿筒壁和研磨体层向下的滑动；有类似抛射体的抛落运动；有绕自身轴线的自转运动以及滚动等。

球磨机的工作原理引言概述：球磨机是一种常见的研磨设备，广泛应用于矿山、冶金、化工等行业。

它通过将物料放入转动的圆筒中，并配以钢球进行磨磨，从而实现物料的细磨和混合。

本文将详细介绍球磨机的工作原理，包括物料进料、磨矿介质、工作过程、研磨效果和设备结构等方面。

一、物料进料1.1 进料方式球磨机的物料进料方式有两种常见的形式：一是通过螺旋输送机将物料连续地送入球磨机的进料口；二是通过手动或者机械装载将物料批量地投入球磨机的进料口。

两种方式各有优劣，需要根据具体情况选择合适的进料方式。

1.2 进料粒度物料的进料粒度是影响球磨机研磨效果的重要因素之一。

普通来说，物料的进料粒度应尽量控制在适当范围内，过细或者过粗的物料都会影响研磨效果。

因此，在进料前需要对物料进行粒度分析，并根据实际情况进行调整。

1.3 进料速度进料速度是指物料在球磨机中的进料速率。

适当的进料速度可以保证球磨机的正常运行，并使物料得到充分的研磨。

进料速度过快或者过慢都会影响球磨机的工作效率和研磨效果，因此需要根据物料性质和球磨机的要求进行合理调整。

二、磨矿介质2.1 钢球选择钢球是球磨机中的磨矿介质，其选择对研磨效果有着重要影响。

普通来说，钢球的直径越大，研磨能力越强，但能耗也会相应增加。

因此，需要根据物料的硬度和磨矿要求选择合适的钢球。

2.2 钢球填充率钢球的填充率是指球磨机中钢球占整个磨矿介质体积的比例。

适当的填充率可以提高球磨机的研磨效率和产能，但过高或者过低的填充率都会影响研磨效果。

因此，需要根据具体情况进行合理调整。

2.3 钢球质量钢球的质量直接影响到研磨效果和设备寿命。

质量较好的钢球表面光滑，耐磨性强，能够更好地完成研磨任务。

因此，在选择钢球时，需要考虑其质量和耐磨性，并进行必要的质量检测。

三、工作过程3.1 研磨介质的运动状态球磨机中的研磨介质（钢球）在圆筒中的运动状态是球磨机工作的基础。

钢球在圆筒中的运动状态包括抛体运动、自转运动和滚动运动。

球磨机工作原理及球磨机研磨体运动分析所以减小入磨粒度能提高磨机生产能力，降低电耗。

加料均匀，而且加料量合适，则磨机生产能力提高。

加料量太少或过多，都要降低生产能力。

因为加料量太少时，研磨体降落时，并不全部冲击在物料上，而是有一部分研磨体互相撞击，作了无用功；反之，加料量过多，研磨体的冲击能量不能充分发挥，磨机生产能力也不能提高。

(2) 球磨机结构方面磨机的长径比与生产方式有关，对于开流生产系统的磨机，为保证产品的细度一次合格，长径比L/D=3.5~6；对于圈流生产系统的磨机，为加大物料的流通量，应选取L/D=2.5~3.5。

磨机内的仓数一般为2~4仓，长径比愈大，仓数愈多。

可根据生产实践经验来确定，一般干法圈流生产磨机：双仓磨时，第一仓仓长为全长的30%~40%，第二仓仓长为全长的60%~70%；三仓磨时，第一仓仓长为全长的25%~30%，第二仓仓长为全长的25%~30%,第三仓仓长为全长的45%~50%。

对于开流生产的磨机，细磨仓应适当增加长度。

生产高强度等级的水泥时也是这样，这是为了增加物料的细磨时间，使产品达到细度要求。

磨机内隔仓板的形式，隔仓板的篦孔数量和大小要恰当，如果篦孔数量不多，尺寸太小，隔仓板的有效通风面积就小，这样增加了抽风阻力，而且物料流速也受到一定影响。

如果篦孔数量太多或太大，则隔仓板的强度不够，且易使较粗颗粒进入下一仓，负荷加重，各仓工作便失去平衡。

磨机衬板的表面形状对磨机产量的影响也不小，因它可以改变研磨体的提升高度，即影响研磨体对物料的冲击和研磨效率。

所以，应该正确选择衬板的形式。

物料在磨内粉磨效率也与研磨体的种类、规格、级配和填充率有关。

因此，必须正确合理地选择。

(3) 采用新技术方面粉磨系统自动控制。

根据磨机噪声，采用电耳法控制电磁振动给料机或皮带喂料机，控制磨内物料适量和自动调节物料均匀加入，使磨内物料量始终保持最佳状态，这样可提高磨机产量。

加强磨内通风。

磨内具有一定的风速，使粉磨过程中产生的微粉能及时被气流带走，减少了微粉的缓冲作用，可以提高粉磨效率，产品质量不会受到影响。

球磨机矿磨介质动力学行为研究一、引言球磨机矿磨是广泛应用于矿物加工领域的一种粉磨设备。

介质动力学行为在球磨机矿磨中具有重要影响，直接关系到粉磨效率、能源消耗以及产品质量。

本文将围绕球磨机矿磨介质动力学行为展开研究，主要涉及以下方面：介质运动规律、介质碰撞与能量损失、介质摩擦与磨损、介质填充率与空隙率、介质流动性与动力学特性、介质对粉磨效率的影响、介质尺寸与形状优化以及介质材质与硬度选择。

二、介质运动规律在球磨机矿磨过程中，介质（如钢球）在筒体内做复杂的运动，包括旋转、滑动和振动等。

这些运动形式与筒体的转速、介质粒度、介质密度以及物料性质等因素密切相关。

通过研究介质运动规律，可以深入了解介质在筒体内的分布和运动状态，为优化球磨机设计和操作提供理论依据。

三、介质碰撞与能量损失在球磨机矿磨过程中，介质之间以及介质与筒体之间会发生频繁的碰撞。

碰撞会导致能量的损失和介质的磨损。

研究介质碰撞与能量损失有助于分析介质的能量传递和转化过程，为提高粉磨效率提供理论支持。

四、介质摩擦与磨损介质在运动过程中，会与筒体和物料发生摩擦，导致介质的磨损。

摩擦和磨损不仅影响介质的运动状态，还会影响粉磨效率。

研究介质摩擦与磨损有助于了解介质的磨损机制，为优化介质材质和硬度选择提供依据。

五、介质填充率与空隙率介质的填充率和空隙率对球磨机矿磨过程具有重要影响。

填充率过高可能导致介质运动不畅，降低粉磨效率；而填充率过低则可能导致物料不能充分粉磨。

空隙率过大则会导致物料通过空隙直接流出筒体，降低粉磨效率。

因此，研究介质的填充率和空隙率有助于优化球磨机的设计和操作。

六、介质流动性与动力学特性介质的流动性对球磨机矿磨过程具有重要影响。

流动性好的介质更容易在筒体内分布均匀，提高粉磨效率。

研究介质的流动性与动力学特性有助于了解介质的运动特性和分布规律，为优化球磨机的设计和操作提供理论依据。

七、介质对粉磨效率的影响介质的形状、尺寸、材质和硬度等因素都会影响粉磨效率。

浅析球磨机的种类、工作原理及进展前景1球磨机的种类球磨机作为一种常见的粉磨设备，被广泛应用至电力、化工、矿山、水泥等加工部门。

目前，市场上流行的球磨机种类繁多、功能多样、价格不一，因此企业在进行选购时面对眼花缭乱的球磨机，常常无从选择。

一般地，企业在进行球磨机选用时，必需综合物料性质、磨料要求、生产环境、能耗情况等因素，科学比较和筛选，最后选出最适合其使用要求的球磨机。

1.1按筒体的形状分类（按长度与直径之比）①短筒球磨机：筒体长度L小于筒体直径D的2倍，即L2D的球磨机为短筒球磨机，其通常为单仓结构，重要用于粗磨作业或一级磨作业，其作业效率较高，可以实现2—3台球磨机同时串联使用，其使用范围较广。

②中长筒球磨机：筒体长度L=3D时为中长球磨机。

③长筒球磨机：筒体长度L4D时为长球磨机。

其一般分为2—4个仓。

1.2按磨机装入的研磨介质形状分类①钢球磨机内装入的研磨介质重要为钢段或钢球，此类磨机的研磨力度较大，且结构灵巧，转速平稳。

②棒磨机重要用于钢棒介质的研磨，钢棒的直径多在50—100mm之间，研磨时间较长。

棒磨机的仓数一般为两到四个不等，且各仓装入的研磨介质存在肯定差异。

为保证其研磨的最后效果，工作人员会将圆柱形的钢棒放在第一个仓内，而将钢球或钢段放在其他几个仓内。

③砾石磨机内的研磨介质重要包括卵石、砾石、砂石、瓷球等。

砾石磨机多采纳瓷料或花岗岩作为衬板，被广泛应用于彩色水泥、白色水泥、陶瓷等生产领域。

1.3按卸料方式进行分类①尾卸式磨机：尾卸式磨机分别以其首尾作为其磨料的入口和出口。

磨机在工作时，工作人员从入口端将磨料喂入，再由另一端将其卸出。

②中卸式磨机：中卸式磨机的入口在两端，出口在磨机中部。

工作人员通常从两端喂入磨料，再由筒体中部卸出。

1.4按排矿方式进行分类①溢流型：通过中空轴排矿。

②格子型：通过格子板排矿。

③周边型：通过筒体周边排矿。

1.5按传动方式分类①中心传动球磨机：此类磨机的传动动力端在机身中心，电动机通过减速机实现了球磨机的运转。

0引言选矿工艺过程正常进行时，研究工艺过程指标随时间变化的关系，此类问题属于动力学问题。

选矿过程中遇到的问题大多属于单峰值问题，这类问题的变化可用一阶微分方程描述。

一般选择物料的某一组粒度等级的一阶破碎速率作为粉磨效率的评价指标。

当某物料的一阶破碎速率较大时，则代表整个粉磨过程中该物料的粉磨速率较大。

因此本文假设磨矿速度，即粗级别矿料减少的速度与该瞬间磨机中未磨好的粗级别重量成正比，由此可得下列关系式[1]：dx/dt=-kR （1）式中，x 为经过时间t 后粗级别残留物重量；t 为磨矿时间；k 为比例常数，由磨矿条件决定。

求解微分方程（1）得：∫dx x=-k ∫dt+C lnx=-kt+C （2）由此，设x 0为被磨物料中的粗级别重量，在开始磨矿的瞬时，t=t 0，x=x 0，从而C=lnx 0，将C 值代入上式，可得：x=x 0exp （-kt ）（3）式（3）即为磨矿动力学方程。

经大量反复的实验验证，符合实际生产的磨矿动力学模型如下式所示：x=x 0exp （-kt m ）（4）式中，x 0———磨矿开始时给料中大于指定粒级的累积产率，其值为100；m ，k ———由被磨物料的性质和磨矿条件所决定的磨矿参数。

所以（4）式也可表示为：R （t ）=100exp （-kt m ）（5）通过磨矿动力学知识可以对磨机生产率、循环负荷的影响及实际磨矿过程等情况作出理论分析与判断，同时也可用来分析磨机的生产率、给矿粒度及磨细度等的关系。

1衬板结构设计实验用ϕ600×400mm 球磨机结构如图1所示，主要由筒体、支撑机构，传动机构等部分组成。

1-主机架；2-辅助支撑；3-装卸料口；4-滑动轴承座；5-筒体端盖；6-筒体；7-轴承座；8-齿轮1；9-齿轮2；10-电机减速器.图1球磨机结构构造示意54678910321球磨机衬板一方面保护筒体，使筒体免受研磨体和物料直接冲击和摩擦，另一个重要作用是用来调整介质的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，来提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。