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水泥磨磨内级配

　　为了寻求磨机钢球的合理配合及其调整方法，本文将根据我国水泥工业闭路粉磨磨机配球的实际情况，阐述闭路磨机配球的特征，并提出配球的一般方法，以供闭路磨机配球工作参考。
一、钢球级配
　　钢球级配的合理选择，主要根据被粉磨物料的物理化学性能、粉磨方式以及要求的产品细度等因素来确定。
　　在钢球装载量一定时，小钢球比大钢球的总表面积大，与物料接触的机会多，故对需要磨细的细粒物料，应选用小钢球，而单个大钢球比单个小钢球的能量大，所以对需要冲击粉碎的大块物料，应选用大钢球。
　　入磨物料的易磨性好，可选用小钢球，易磨性差，则应选用大钢球。
　　选用钢球直径大小还与磨内单位容积物料通过量有一定的关系。在闭路粉磨时，选粉机的回磨粗料使磨内单位容积物料通过量增加，使钢球在冲击时受到一定的缓冲作用，因此，循环回料量多，钢球的直径要选用得大些，反之则小。
　　此外，出磨物料的细度要求较细时，应适当选用小钢球，反之则大。
　　按照上述因素关系，笔者对K·A·拉珠莫夫经验公式进行修正，得出的球径计算公式能够求得较合理的配球方案。
　　(一)求出合理的平均球径和最大级球径。

式中:
　　Da——磨内钢球的平均球径(毫米)；
　　da——入磨物料的平均粒度(以物料通过80%的筛孔孔径表示)(毫米)；
　　k——入磨物料易磨系数；
　　f——单位容积物料通过量影响系数(见表1)。

式中:
　　Db——磨内钢球最大级球径(毫米)；
　　db——入磨物料平均最大级粒度(以物料通过95%的筛孔孔径表示)，(毫米)；
　　f、k同式(1)。
　　应用公式(1)和(2)的计算步骤如下:
　　1.作各种入磨物料的粒度筛析，求出da和db，一般用孔径为30毫米、19毫米、13毫米、10毫米和5毫米的套筛作熟料或石灰石筛析，用孔径为4毫米、2毫米、1毫米和0.25毫米的套筛作矿渣筛析。每个编号的筛析结果用粒度特性坐标(如图1)作出筛孔直径与被测物料通过量(%)的关系曲线，查取通过80%物料量的筛孔孔径定为入磨物料的平均粒度da；通过95%物料量的筛孔孔径定为入磨物料的最大级粒度db。

　　图1　计算平均粒度、最大级粒度用的坐标
　　1-熟料粒度分布线；
　　2-矿渣粒度分布线。
　　2.作各种入磨物料易磨性系数试验，求出k。其方法是:用试验小磨将平潭标准砂磨至比面积3000±100厘米2/克，并记录粉磨时间，然后以相同的粉磨时间将被测物料进行粉磨并测出其比面积值，两比面积值的比即为相对易磨系数:

式中:
　　So——被测物料经粉磨T时间后的比面积值(厘米2/克)；
　　Ss——平潭标准砂经粉磨T时间后的比面积值(厘米2/克)。
　　3.计算磨机待配球仓的单位容积物料通过量K。

式中:
　　A——磨内物料每小时的通过量(吨/时)；
　　VM——磨机(仓)有效容积(米3)。
　　4.根据K查表1得出f值。
　　5.将以上求得的各数据代入式(1)和式(2)，即可求得钢球的平均球径Da和最大级球径Db。
　　对于细粉磨仓的钢球平均球径和最大级球径可按下列公式计算:

式中:
D2a——细粉磨仓配合钢球的平均球径(毫米)；
d2a——进入细粉磨仓的物料(包括入磨回料)的平均粒度(以通过80%物料的筛孔孔径表示)(毫米)；
k、f同式(1)。

式中:
D2b——细粉磨仓内钢球的最大级球径(毫米)；
d2b——入细粉磨仓的物料平均最大级粒度(以通过95%物料的筛孔孔径表示)
　　(毫米)；
k、f同式(1)。
　　(二)级配计算
　　计算求得钢球的平均球径Da和最大级球径Db后，需确定用几种直径的钢球进行配合，推荐采用的级配数见表2。

　　图2和图3是供选择配球方案用的四级配球四方形图表和 配球三角形图表。当平均球径、最大级球径和级配数确定后，根据这两图表可以较快地求得各种大小钢球的配比百分数。

　　图2a　四级配表

　　图2b　四级配表

　　图2c　四级配表

　　图2d　四级配表

　　图3a　 配表

　　图3b　 配表

　　图3c　 配表

　　图3d　 配表
　　由于生产过程中入磨物料的粒度和易磨性等因素变动较大，相应的钢球级配的平均球径也应有一个变动范围，并采用优选法确定最优配球方案。具体作法是:确定平均球径的优选范围，按0.618分点选取不同的平均球径作出几种配球方案，以日常统计数据为依据作出至少三个月周期内磨机产量和电耗的曲线图形(如图4和图5)，并进行一些必要的技术测定，然后加以分析比较，得出在一定生产条件下的最佳配球方案。

　　图4　不同配球方案磨机小时产量比较
　　——线为第一方案配球的小时产量曲线
　　-----线为第二方案配球的小时产量曲线
　　—·—线为第三方案配球的小时产量曲线

　　图5　不同配球方案磨机单位比面积电耗比较
　　——线为第一方案配球的电耗曲线；
　　----线为第二方案配球的电耗曲线；
　　—·—线为第三方案配球的电耗曲线。
二、钢球的填充率与装载量
　　(一)钢球的填充率
　　钢球的填充率以下式表示:

式中:
　　Ф——磨内钢球填充率(%)；
　　Vs——磨内钢球填充的容积(米3)；
　　VM——磨机有效容积(米3)。
　　当磨机转速一定时，填充率过低会增加钢球的滑动；填充率过高则使钢球的运动失去正常的泻落轨迹，两者都会导致磨机研磨效率降低。
　　图6是一台Ф2.7×4米球磨机某次试验得出的钢球填充率与磨机产量、单位产品电耗的关系。从图中曲线可知:这台磨机的填充率从32%提高到41.5%，磨机小时产量相应提高，单位产品电耗则基本上保持一定值，当填充率大于41.5%时，磨机小时产量已不再随着提高，而磨机消耗功率仍继续提高，所以单位产品电耗上升。据此可知，这台球磨机的最佳填充率为41.5%。对于任何一台磨机，实际上都存在一个最佳填充率。

　　图6　填充率与产量、电耗的关系
　　——为填充率与产量的关系曲线；
　　—·—为填充率与电耗的关系曲线。
　　在最佳填充率的装填下，磨机产量比较高，产品细度符合要求，单位产品的电耗最低。
　　钢球填充率的选择范围列于表3。

　　钢球最佳填充率与磨机的型式、规格、内部结构特性以及被粉磨物料的性能等有关。因此，应该通过试验来求得最佳填充率，并根据影响因素的变化程度加以适当调整。
　　对于二级闭路球磨机和多仓管磨机的钢球填充率，还应根据各级或各仓粉磨作用的平衡状态适当进行调整。例如一台三仓管磨机如果粗磨能力不足，而细磨能力较强，则应适当提高第一仓的填充率而降低细磨仓的填充率，使各仓粉磨作用相对平衡。如改变产品品种或质量要求时，也应考虑调整钢球的填充率。
　　(二)钢球装载量
　　钢球装载量的计算式为:
　　G=Vsγ=0.00785ФγDL　(8)
式中:
　　G——钢球装载量(吨)；
　　γ——钢球容重(吨/米3)；
　　DI——磨机有效内径(米)；(对于异形衬板取平均值)；
　　L——磨机(或仓)有效长度(米)。
　　钢球的容重一般为4.56～4.85吨/米3。(见表4)。

三、磨机配球举例
　　例一，计算一台Ф3×9米三仓闭路磨机的钢球级配。
　　1.磨机内径(Di)为2.9米。
　　2.有效长度和有效容积列于表5。

　　3.磨机生产普通水泥，物料的配比为:
　　熟料82%；矿渣15%；石膏3%。
　　4.入磨物料的粒度筛析和易磨系数试验结果列于表6。

　　5.计算和确定入磨物料平均粒度和平均最大级粒度。
　　入一仓的物料平均粒度:
　　da1=(13.25+17.42+21.65+15.72)/4=17.0(毫米)；
　　入一仓的物料平均最大级粒度:
　　db1=(22.0+31.4+39.0+29.7)/4=30.5(毫米)。
　　入二、三仓的物料平均粒度和最大级配粒度，可通过磨内取样作物料筛析求得(或参考同类型磨机经验数据)，例:
　　入二仓的物料平均粒度da2=0.8(毫米)
　　入二仓的物料最大级粒度db2=1.6(毫米)
　　入三仓的物料平均粒度da3=0.2(毫米)
　　入三仓的物料最大级粒度db3=0.35(毫米)
　　6.磨机喂料量为34吨/时，循环负荷为280%。计算得出的单位容积物料通过量(K)和查表1得出的f值列于表7。

　　7.据式(1)、式(2)、式(5)和式(6)计算钢球平均球径和最大级球径。

　　选为Ф35(毫米)；
　　8.查图2或图3求各仓钢球级配百分数。
　　一仓钢球按表2选用四级配，最大级球径为Ф100毫米，故查图2a。因为大于最大级粒度的物料仅占总物料量的5%，所以，相对应的最大级球径的钢球重量占总装载量的百分数一般可设定为10～20%，今取15%与平均球径81.5毫米相合于0点，即可得出配比(如表8)。
　　二仓钢球选用 配，最大级球径为Ф60毫米，故查图3c。取Ф60毫米钢球的比例为20%与平均球径48毫米相合于0点，即可得出配比(如表8)。
　　三仓钢球选用 配，最大级球径为Ф35毫米，查图3d，取Ф35毫米钢球的比例为20%与平均球径29.5毫米相合于0点，即可得出配比(如表8)。

　　9.按一般规律选取的钢球填充率、计算出的钢球占有容积和选取的钢球容重列于表9。

　　10.各仓钢球的重量为:
　　一仓:G1=Vs1·γ1=4.44×4.6=20.4(吨)；
　　二仓:G2=Vs2·γ2=4.14×4.7=19.5(吨)；
　　三仓:G2=Vs3·γ3=6.5×4.5=29.25(吨)；
　　各仓分规格的钢球重量分别以G1、G2、G3乘一、二、三仓钢球配比百分数(见表8)得出，列于表10。

四、钢球的磨损与补充
　　为了尽量保持磨内钢球的合理级配，应注意消除和削弱影响钢球磨损的各种因素。
　　被粉磨物料的硬度与钢球的硬度接近时，钢球的磨损最大。所以通常要求钢铁厂采用有效的矿渣水淬方法，降低矿渣硬度。在粉磨矿渣水泥时，应将矿渣中混入的铁渣清除干净。
　　磨机在未喂入物料或存料量很少的情况下运转，钢球磨损显著增加。当磨内物料更多一些时，钢球的磨损就比较小，但物料过多时，虽然钢球磨损减少，但研磨效率将降低。
　　入磨物料粒度增大时，粗磨仓比细磨仓的钢球磨损大，由于细粉磨仓的钢球表面有细粉被吸附之故。
　　磨机的转速越高，钢球磨损越大，磨内钢球填充率增加时，钢球磨损也增大。
　　钢球的材质和成分，对钢球磨损更有显著影响。
　　为了补偿钢球的磨损，磨机运转一段时间后，要定期加球。确定定期加球最长的周期，应根据钢球磨损量不超过钢球总装载量的5%的时间而定，例如一台Ф3×9米的水泥磨，第一仓装球量为22吨，连续运转5天后，钢球磨损量为1.0吨；磨损率为4.6%，则该磨机第一仓的补加球周期，最少应每隔5天加一次球。如有特殊因素影响钢球磨损量变化时，加球周期也应作相应的调整。
　　定期加球的作法如下:
　　1.在正常生产条件下，统计出磨机钢球单位时间平均消耗量。然后按此作出每月、每个加球周期的计划。
　　2.根据磨机功率表或电流表的读数对定期加球的重量或周期作临时调整。
　　3.利用磨机停磨或检修机会，打开磨门检查并测量球面高度H(如图7a)。磨内钢球面不平整时，应测量磨机进、出口两端的H值，然后求出平均值。采用慢速辅助电机转动停磨时，钢球在磨内一般呈斜面，则应采用T字形活动拉尺(如图7b)置于球面中心测量H值。
　　根据测出的H值，查图8即可得出磨内钢球的填充率。
　　钢球填充率大于32%的磨机，可采用以下经验公式直接计算填充率。

　　图7　装球填充率测量
　　a-水平球面量球；
　　b-斜面球面量球。

式中:
　　Фo——磨内钢球填充率(%)；
　　H——钢球表面至磨内顶部衬板的距离(米)；
　　D1——磨机有效平均内径(米)。
　　钢球填充率小于31%的磨机，可采用以下经验公式直接计算填充率。

式中:
　　Ф——磨内钢球填充率(以小数表示)。
　　H、Di同式　(9)

　　图8　磨机钢球填充率计算
　　在测量磨内球面高度时，应注意磨内物料的填充情况，如果物料面高出钢球面15～30毫米，则由计算得出的填充率应减去2～4%。
　　磨内钢球的实际重量用下式求得:

　　需要补加的钢球重量:
　　　(12)
式中:
　　Go——磨内钢球的实际重量(吨)；
　　Фo——实测计算得出的钢球填充率(%)；
　　Ф——配球方案规定的填充率(%)；
　　G——配球方案规定的钢球装载量(吨)；
　　ΔG——应向磨内补加的钢球重量(吨)。