淺談球磨機(jī)多級(jí)、二級(jí)配球

1 一倉對(duì)研磨體級(jí)配的基本要求

　　球磨機(jī)一倉主要對(duì)物料進(jìn)行沖擊破碎。其作用效果的好壞直接影響到后面各倉研磨效率的發(fā)揮。能否達(dá)到預(yù)期的效果取決于研磨體的級(jí)配參數(shù)合理與否。主要包括:配合級(jí)數(shù)、球徑(最大、最小、平均球徑)的大小,以及不同規(guī)格的球所占的比例等。這些參數(shù)的選擇除了受磨內(nèi)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品細(xì)度要求等因素的影響外,很大程度上是由入磨物料的特性如粒度、易磨性等決定的。反過來講,要衡量鋼球的級(jí)配是否合理,就要看它能否滿足物料的要求。

　　物料在一倉內(nèi)要得到有效的破碎,并達(dá)到適應(yīng)二倉粉磨的粒度要求。在選擇一倉的級(jí)配參數(shù)時(shí)必須綜合考慮以下幾點(diǎn)基本要求:

　　(1)要有足夠的沖擊力,即充當(dāng)破碎介質(zhì)的鋼球所具有的撞擊能量超過物料的強(qiáng)度極限。

　　(2)足夠的沖擊次數(shù)。當(dāng)裝載量一定時(shí),與球徑的大小有關(guān)。在保證足夠沖擊力的前提下,盡量縮小鋼球的直徑,以增加鋼球的個(gè)數(shù)來提高對(duì)物料的沖擊次數(shù)是提高粉磨效率的重要手段。

　　(3)適當(dāng)?shù)拇媪夏芰?。為保證物料能被充分地粉碎,要求物料在倉內(nèi)有一定的停留時(shí)間,即要控制物料流速,以防止物料流速過快而出現(xiàn)竄料現(xiàn)象。

2 多級(jí)配球法

　　多級(jí)配球法是一種傳統(tǒng)的配球方法,通常選用3～5種不同規(guī)格的鋼球。它最突出的特點(diǎn)是以入磨物料的粒度為依據(jù)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

　　(1)最大球徑D根據(jù)物料的最大粒徑d來確定,一般按D=28計(jì)算。

　　(2)各種鋼球的配比一般遵循“中間大、兩頭小”的原則,與物料的粒度分布特性相似。

　　此外,配合級(jí)數(shù)、平均球徑的確定也與物料的粒度特性密切相關(guān)。

　　根據(jù)入磨物料粒度的不均勻性對(duì)應(yīng)地選用沖擊力(即直徑)不等的鋼球以滿足各種粒度的物料對(duì)沖擊力的要求是多級(jí)配球的基本思路。在粉磨過程中,物料的粒度由大變小,數(shù)量逐漸增多,相應(yīng)地,所需要的沖擊力下降,對(duì)沖擊次數(shù)要求增多,從理論上講,多級(jí)配球與物料的這種變化過程是相適應(yīng)的。平均球徑是多級(jí)配球中的一個(gè)重要的綜合參數(shù)。多級(jí)配球的沖擊力、沖擊次數(shù)、存料能力都能集中體現(xiàn)在平均球徑的大小上。如平均球徑越大則說明沖擊力越強(qiáng)、存料能力越弱,而沖擊次數(shù)就越少。

　　由于沖擊力、沖擊次數(shù)、存料能力均與平均球徑有關(guān),在實(shí)際應(yīng)用中往往很難做到合理兼顧。一般說來,當(dāng)某種物料需要較強(qiáng)的沖擊力時(shí),也需要在倉內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)一些。前者要求提高平均球徑,而后者要求降低平均球徑。這種矛盾的存在是導(dǎo)致多級(jí)配球難以適應(yīng)物料變化的主要原因。多級(jí)配球的這種不足之處在水泥磨中表現(xiàn)尤為突出。如在生產(chǎn)礦渣水泥時(shí)顯得沖擊力過強(qiáng),而生產(chǎn)未經(jīng)破碎的純熟料水泥時(shí)沖擊力又顯得不足。

　　前面談到,從理論上分析,多級(jí)配球的特點(diǎn)與入磨物料的粒度特性及粉磨過程中物料粒度的變化情況相吻合,但實(shí)際應(yīng)用效果卻相差甚遠(yuǎn)。主要因?yàn)?

　　首先,鋼球?qū)ξ锪献饔眠^程是隨機(jī)的,不存在選擇性。即鋼球不可能按沖擊力的大小相對(duì)應(yīng)地作用不用粒度的物料。能量小的鋼球遇到堅(jiān)硬的大顆粒物料時(shí)就會(huì)顯得沖擊力不足。對(duì)于小顆粒物料,大鋼球又會(huì)顯得能力過剩。由于能量不能得到合理分配,故難以實(shí)現(xiàn)多級(jí)配球的初衷。

　　其次,物料在粉磨過程中,粒度沿磨機(jī)軸向逐漸減小,而鋼球在磨內(nèi)沿軸向分布卻是無序的(帶分級(jí)襯板的除外)。因此,多級(jí)配球適應(yīng)磨內(nèi)物料變化的優(yōu)勢(shì)上不可能得到充分發(fā)揮。

　　第三,多級(jí)配球時(shí)常常發(fā)生鋼球的分層現(xiàn)象,亦即較大的鋼球向研磨體中心層附近移動(dòng)造成沖擊力不足。

3 二級(jí)配球法

　　二級(jí)配球法即通過選用兩種直徑相差較大的鋼球來進(jìn)行級(jí)配。其目的是為了提高一倉的沖擊破碎能力,與一倉鋼球的作用特點(diǎn)相吻合。

　　在二級(jí)配球中,由大球充當(dāng)破碎介質(zhì)。小球的作用主要有以下幾點(diǎn):

　　(1)起填充作用。降低大球間的空隙率,限制物料流速。

　　(2)起能量傳遞作用。大球通過它將能量傳遞到空隙中的物料上。

　　(3)將空隙中的物料“擠”出,置于大球的作用區(qū)域內(nèi)。

　　二級(jí)配球主要考慮以下幾個(gè)參數(shù):

　　(1)大球的直徑。與多級(jí)配球一樣,取決于入磨物料的粒度。不同的是,它是以物料中所占比例較大的即有代表性的粒徑為依據(jù)。實(shí)際應(yīng)用中可以以多級(jí)配球中的次級(jí)球徑為準(zhǔn)。如在多級(jí)配球中最大球徑為100mm,在二級(jí)配球中則應(yīng)選擇Φ90mm的鋼球。

　　(2)兩種球的配比。原則上應(yīng)保證小球的摻入量不影響大球的填充率。一般小球占大球重量的3%～5%,實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)先取下限,然后根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行增補(bǔ)。

　　(3)小球的直徑。它取決于大球間空隙的大小,即與大球的直徑有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料介紹,小球直徑應(yīng)為大球的13%～33%。

　　在多級(jí)配球中,物料對(duì)鋼球的沖擊力、沖擊次數(shù)、存料能力的要求都依賴于平均球徑。在二級(jí)配球中,鋼球的沖擊力、沖擊次數(shù)由大球的直徑來決定,而存料能力主要與小球的直徑、裝載量有關(guān),受大球直徑的影響很小,從而緩解了沖擊力、沖擊次數(shù)與存料能力之間的矛盾。因此,相對(duì)來講,二級(jí)配球比較簡(jiǎn)單,在參數(shù)的選擇上也比較容易做到綜合考慮。

4 兩種配球法的應(yīng)用效果及認(rèn)識(shí)

　　表1為葛洲壩水泥廠Φ3m×9m水泥磨一倉先后實(shí)施的兩種配球方案。

表1 Φ3m×9m水泥磨一倉兩種配球方案比較

鋼球規(guī)格（mm）		Φ100	Φ90	Φ80	Φ70	Φ60	Φ30	合計(jì)
裝載量（t）	多級(jí)	3.0	5.0	7.0	4.0	3.0		22.0
	二級(jí)		21.3				0.7	22.0
鋼球個(gè)數(shù)	多級(jí)	729	1670	3318	2836	3375		11908
	二級(jí)		7114					7114
容積密度 （kg/m3）	多級(jí)	4620
	二級(jí)	4623
平均球徑 （mm）	多級(jí)	80.45
	二級(jí)	89.73

　　在裝載量相等的情況下,多級(jí)配球因鋼球的總個(gè)數(shù)多(Φ30mm的鋼球作用很小,不納入二級(jí)配球的總數(shù)中),故具有的沖擊次數(shù)較二級(jí)配球多。從平均球徑的大小可知,二級(jí)配球具有較強(qiáng)的沖擊力。

　　兩種配球的存料能力可以通過容積密度的大小來比較。多級(jí)配球的容積密度等量于其加權(quán)球徑即平均球徑為80.45mm的鋼球堆積密度,約為4620 kg/m3。在二級(jí)配球中,假設(shè)小球在不影響填充率的情況下充分填入大球的空隙中,則小球的摻入使Φ90mm鋼球的容積密度提高了32.8kg/m3,即達(dá)到4623 kg/m3,與多級(jí)配球的容積密度十分接近,因此可以認(rèn)為它們的存料能力是相同的。

　　葛洲壩水泥廠采用二級(jí)配球后,水泥磨的平均臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高了1.3t/h(見表2),其原因主要與以下兩點(diǎn)因素有關(guān):

表2 兩種配球方法的磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量比較(t/h)

配球方式	425RP·O	425P·S	425K·D	525D	525P·O	合計(jì)
多級(jí)配球	28.73	25.66	24.27	24.71	23.9	24.75
二級(jí)配球	28.06	25.48	24.31	26.03	25.3	26.05

　　(1)該廠Φ3m×9m水泥磨入磨熟料中難磨礦物C2S和C4AF含量較高,易磨性差(相對(duì)易磨系數(shù)一般在0.76～0.84之間),入磨前未經(jīng)預(yù)破碎,粒度大且不穩(wěn)定。

　　從熟料的特性來分析,需要加大一倉鋼球的沖擊力,在多級(jí)配球時(shí)即要提高鋼球的平均球徑,但平均球徑的提高又會(huì)導(dǎo)致空隙率增加,鋼球的存料能力減弱而容易出現(xiàn)竄料現(xiàn)象。因此平均球徑往往很難提高到滿足熟料的沖擊力要求。物料的粒度越大、強(qiáng)度越高時(shí),存料能力與沖擊力之間的矛盾在多級(jí)配球中表現(xiàn)就越突出。在二級(jí)配球中則不存在這種矛盾,因?yàn)樗梢酝ㄟ^大球和小球來分別滿足物料對(duì)沖擊力和存料能力的要求,故體現(xiàn)出優(yōu)越性。

　　(2)生產(chǎn)品種多。該廠目前生產(chǎn)的水泥有三個(gè)標(biāo)號(hào)十個(gè)品種。不同品種的水泥除了細(xì)度控制指標(biāo)有很大的區(qū)別外,礦渣摻量一般有0～50%的波動(dòng)范圍,從而引起入磨物料的綜合粒度和易磨性有較大的波動(dòng)。

　　由于生產(chǎn)品種變化頻繁,與級(jí)配參數(shù)密切相關(guān)的物料粒度、易磨性和細(xì)度指標(biāo)無法把握,故很難選擇出合理的級(jí)配參數(shù)。表1中的多級(jí)配球方案實(shí)際上是一個(gè)綜合方案,對(duì)各個(gè)單一的水泥品種都不可能是最佳的。這也是采用多級(jí)配球產(chǎn)量較低的原因之一。

　　從表2可以看出,對(duì)于各個(gè)單一的水泥品種,二級(jí)配球的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量并不總是高于多級(jí)配球,說明其使用效果并不具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),因此,不能根據(jù)某特定的粉磨條件下的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的高低來判斷兩種配球方式的好壞。兩種不同的配球方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn),實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)結(jié)合物料的特點(diǎn)來進(jìn)行綜合分析。
二級(jí)配球的特點(diǎn)是沖擊力強(qiáng),相比之下,多級(jí)配球的特點(diǎn)是沖擊次數(shù)多。對(duì)球磨機(jī)一倉而言,足夠的沖擊力和沖擊次數(shù)都是非常重要的,實(shí)際的應(yīng)用效果則要看它們的特點(diǎn)能否轉(zhuǎn)化為各自的優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)論

　　總的來說,當(dāng)物料粒度小、易磨性好時(shí),宜采用多級(jí)配球,因?yàn)榇藭r(shí)提高鋼球的沖擊次數(shù)是主要的。反之,當(dāng)物料粒度大、強(qiáng)度高時(shí),提高鋼球的沖擊力是一倉粉磨的關(guān)鍵,故采用二級(jí)就體現(xiàn)出優(yōu)越性。

　　由于側(cè)重點(diǎn)不同,兩種配球的使用效果受物料變化的影響程度有很大差別。多級(jí)配球?qū)ξ锪系淖兓容^敏感,磨機(jī)產(chǎn)質(zhì)量波動(dòng)較大。二級(jí)配球?qū)ξ锪系淖兓从潮容^遲鈍,產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定。具體地講,當(dāng)物料朝有利于粉磨的方向發(fā)展時(shí),多級(jí)配球產(chǎn)量上升的幅度要高于二級(jí)配球。反之,多級(jí)配球產(chǎn)量下降的程度又超過二級(jí)配球。因此多級(jí)配球適用于生產(chǎn)品種少,入磨物料特性較穩(wěn)定的球磨機(jī)。

　　應(yīng)該指出的是,兩種配球方法的適用性除了與物料特性有關(guān)外,還受到磨機(jī)的結(jié)構(gòu)、粉磨流程、產(chǎn)品細(xì)度等粉磨條件的影響。如多級(jí)配球與分級(jí)襯板配合使用,效果就會(huì)更好一些。