柱（棒或段）球介质增产、节能、降耗的理论依据

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在抛落状态（或瀑布状态）条件下，磨内研磨体在筒体横断面上的球荷运动学行为如图1所示。实验表明；在磨机筒体操作转速和研磨体填充率相同的条件下，球介质与衬板间的相对滑动较大。根据马兹（R·marz）和舒纳德（K·Schönert）的测试结果，在研磨体脱离衬板表面之前（即图1中的脱离A点之前），研磨体的运动大大落后于衬板后面，即沿圆周切线方向（AB方向）减速运动，相对滑动率最大可达衬板表面线速度的25%；远远高于美国学者邦德（F·C·Bond）早先所说的15%。高速摄影和实测还表明：由于相对滑动，柱介质提升高度最大，（即相对滑动最小），球介质提升高度最小（即相对滑动最大），柱球介质介于两者之间。这进一步说明柱介质抛落区域最大，冲击作用最强，粉磨效果最好；球介质最差；柱球介于两者之间。据此可以得出下列结论：

（1）柱球吸收了段、球的优点，提升高度介于球、段之间，这样在提升区（即回转部分F1）有一定的相对滑动，对物料有一定程度的面、线、点的研磨剪切作用。

（2）柱球的提升高度介于球、段之间，抛落区域亦然。这样可对物料产生适宜的面、线、点接触冲击作用。而且由于冲击方式多样化，冲击物料时的“飞溅能”损失较少，而飞出的碎片有45%的能量没有被利用。而球介质由于提升高度大，冲击区域大，单纯的点接触冲击时，“飞溅能”损失极大，这是导致球磨机有效能量利用率很低的主要原因之一。柱球介于球、段之间，既对物料有必要的综合冲击作用，又使“飞溅能”损失有所减少，较好地提高了磨机的能量利用率。

（3）柱球与柱球、柱球与物料、柱球与衬板之间是面、线、点接触，这几种接触综合作用的结果，导致其与物料间的研磨剪切应力一直在瞬时变化，这对物料的研磨极为有利。

（4）柱球介质还在某种程度上具有棒磨机中钢棒对物料的“选择性”粉碎作用，因此过粉磨现象少，产品粒度均齐。

（5）由于柱球松散容量比较大，因此在相同重量条件下，回转部分（即面积F1）的重心偏低，且回转力矩也较小，因此耗电量比球介质低，节能效果好。

（6）由于柱球与衬板表面间存在一定程度的相对滑动，提升高度比柱低，因此可适当提高磨机转速，使其提升高度有所增加，这样在抛落时可增强它们对物料的冲击粉碎功，提高粉磨效率。

柱（棒或段）球的实践效果

一、科学实验

蒸压加气混凝土工厂中石英砂粉磨工段是最耗能的环节之一，开展粉磨工段的节能、降耗科学试验，确保原料的优质、高产、稳产，是AAC工厂节能降耗的重要内容。为此，我们曾进行了下列一系列科学实验：

（1）采用铬含量较高的柱（棒或段）球取代以前的钢球。

（2）适当调整柱（棒或段）球的填充率和级配。

（3）为进一步降低球耗，提高了柱（棒或段）球的铬含量，采用所谓“超高铬”柱（棒或段）球。

（4）与某耐磨材料厂合作，在制造柱（棒或段）球时，适当加入少量可提高钢球耐磨性和耐腐蚀性的微量元素。

（5）由于柱（棒或段）球的硬度较高，采用了耐磨性能较好的橡胶衬板，使“研磨体——衬板”的“硬碰硬”的矛盾转化为“硬碰软”，进一步降低衬板的“钢耗”。

（6）为防止较小研磨体进入排料，适当缩小卸料蓖板的蓖缝尺寸，并定制了高强度耐磨蓖板。

（7）完善了定期“补球”的研磨介质制度。

（8）及时进行科学实验总结，定期调整研磨体填充率、级配、补球、加料量，保证磨机高产、稳产。

二、科学实验结果

原设计在Ф2.4×6m球磨机上提供的配球方案是Ф35mm、Ф30mm、Ф20×25mm低铬球、段，总装载量为30t。单位球耗为3.62kg/t物料（个别时段甚至高达4.4kg/t物料），磨机设计小时产量为14t/h。本公司原料中石英（SiO2）含量为90~95%，比重分别为2.67t/m³（白砂）、2.58t/m³（黄砂），它们的普罗托吉雅可诺夫系数为f=13，属于很坚固岩石（2级）和坚固岩石（3级）之向，其易磨性系数近似于1，接近水泥工业中进行易磨性试验的标准砂（福建平潭砂），因此极为难磨。可以这样认为，本试验的主要矛盾是降低单位产品球耗，阶段性目标为降低至2 .8kg/t物料。

1999年10月至2002年1月，我们改用低铬、中铬和高铬异形研磨体——柱（棒或段）球，级配是Ф34×68×51×21mm/10t、Ф30×60×41×16mm/12t、Ф20×25mm/8t，总装载量30t，产量为14 t/h，球耗为3.14kg/t物料。球耗降低了0.48kg/t物料，即降低了13.26%。

这一结果表明：柱（棒或段）球确实比钢球、钢段优越。

（2）为了进一步降低球耗，从2003年开始，对柱（棒或段）球材质进行了重新设计，主要内容是将材质从传统的中、低和高铬改为超高铬，同时增加少量抗磨、抗腐蚀的微量元素。试验结果表明：自2003年2月至2003年7月底，球耗平均为2.80kg/t物料，单位电耗平均值为20.98kwh/t物料，磨机小时产量平均值为14.75 t/h。

换言之，单位产品球耗从前一年平均值3.67kg/t物料下降到2.80kg/t物料，即下降了0.87kg/t物料,球耗降低率为23.71%；单位产品电耗从前一年平均值27.25kwh/t物料下降为20.98kwh/t物料，节省电耗6.27kwh/t物料，节电率为23.01%。台时产量从前一年平均值13.01 t/h增加到14.75 t/h，即增产1.74 t/h，增产率为13.37%。

（3）钢球级配

原先采用低、中、高铬钢球时，级配情况是：Ф34×68×51×21mm/10t、Ф30×60×41×16mm/12t（这两种为柱（段）球），Ф20×25mm/8t（钢段）。后来采用超高铬柱（段）球，调整级配如下：：Ф34×68×41×16mm/12t（柱（段）球），另加两种同质小钢段：Ф20×25mm/13t、Ф16×16mm/9t。这主要考虑到参考国外“康必登”磨小钢段的强烈研磨作用，可进一步增加研磨效果。实践证明，这一级配方案是正确的。

（4）对于湿磨石英砂的磨机研磨体填充率，国内外尚无成熟经验可循。通过试验证实，将填充率由原来的27%降低到20%左右，才能使柱（段）球有一定的相对滑动，加剧线、点接触的研磨效果，提高粉磨效率。磨机运行电流也由原先的25A左右，稳定在22A左右。这样球磨机单位电耗大约在20.37~21.38kwh/t左右。

（5）合理补球

由于球磨机处于连续生产状态，所以我们主要按球磨机运行电流波动值控制补球量，维持运行电流值控制在20~21A左右。实践证明：按单一品种补球方式效果欠佳，我们主要根据出磨砂浆的细度控制来调节各级别球径的钢球级配，间断式补加三种钢球。实践证明：这样从磨头喂入补球，由于补球量不多，故停磨时间已由原来的15分钟降低到3分钟，大大节省了停磨时间。

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