研磨体不能充分发挥冲击作用球磨机设计的指导思想是大量甚至全部研磨体产生抛射运动,有最大的抛落高度,对物料产生最大的冲力。根据前面的分析论述,处于弓形断面的外层,又被衬板提升到抛射点(脱离点)能产生抛射运动的研磨体为数很少,抛落下去的研磨体即使很理想地打击在物料上,冲力也不会大。主要原因如下:(1)1.83m球磨机内空直径1.6m左右,靠衬板的一层最大的落差高度仅1.395m(抛射角=54.7)占筒径的87%,抛射角为30时,落差为0.78m占筒径的48.75%。这是指着地点无球无料的情况下,如着地点有球、有物或有其它因素影响,有效高度还小得多,由于落差小,动量的增量小,冲量小,冲力也小。这就是磨机筒体趋向大型化的原因。(2)当球磨机转动时,在弓形断面的任一断面中研磨体都是按大小排列成层的,小钢球在外面(靠衬板),大钢球在里面(靠磨机轴心线),抛落高度(h=4.5Risin2cos)、转速确定后,确定,研磨体高度h取决于研磨体层所在位置的Ri,Ri大h大。因此h大的是外层Ri大的小球,质量小,冲量小,冲力小。大球质量大却在内层Ri小,h小冲力也不会大。磨筒内钢球级配其质量相差较大(最大与最小相差5倍左右)。
物料和研磨体占据筒体很大空间,加上物料几乎占一半空间,如果来料过多或隔仓板、篦板局部堵塞出现饱磨,即使位于外层的研磨体也不能产生抛射运动。即使不饱磨,外层靠内些的大研磨体不仅落差小,还可能是沿物料和研磨体组成的弓形外表面擦过、滚过,与表面上的研磨体或物料磨擦碰撞,消耗能量,降低速度,起不到冲击的作用。能正常产生抛射运动的研磨体,在抛落过程中,与飞溅、飞扬的物料颗粒和行进中的其它研磨体磨擦撞击。紧靠隔仓板和篦板抛落的研磨体还要与它们撞击、磨擦,大大降低抛落速度和冲击物料的力度。研磨体抛射时,即使落差较大,着地也很理想,其着地点大都是在园弧面上,即打击点是弧面,而不是平面,因此只能是垂直于接触面的分力才起打击作用。也就是说冲击力只有一部分是用在粉碎上。因此磨机工作中即便有部分研磨体,可以产生抛射运动,由于诸多因素的制约,不能充分发挥冲击作用,使碎磨效率很低,这就是为什么多碎少磨工艺得以广泛采用,就是投入大、耗能高的挤压粉碎机也深受人们欢迎的原因。
研磨体冲击物料的机遇很小据文献介绍,有人测定球磨机筒体中,一般级配混合球的体积约占全部球(研磨体群的外部体积)体积的62%,其余38%是球与球之间的空隙(钢球混合容重为4.24.5t/m3。钢的比重为7.8t/m3),被粉磨的物料即充满其间,即使产生抛射运动,研磨体从抛射点到着地点,可能是恰好打在物料上,有极大可能是打击在突露的钢球或衬板上,抛落的钢球与物料接触的机遇小,而与突露在外的研磨体接触机遇大。纳赛尔(Josiol)研究认为2m10m球磨机物料从入磨到出磨,约需30min,在此期间物料只受到6次冲击。这是因为磨机内的钢球自相冲击而没有冲击物料颗粒。另一位学者窦宾德(Rebider)则宣称:钢球每千次冲击中,只有一次进行粉磨工作,其余的冲击可能全是无效的动作。