金属矿山管磨机料球筛析现象分析刘平成1杨晓红1水中和2（1盐城工学院；2武汉理工大学）到一定高度后，由于摩擦力不足以克服重力而进入滑移段。在滑移段的料球既有相互之间的滑动，又随筒体转动；当离心力不足以克服重力时，料球之间的相互压力消失，发生抛落。进入抛落段后，抛落下来的料球与加速段的料球相互发生强烈的冲击、挤压和研磨作用，物料被粉碎。抛落下来的最靠近管磨机衬板的料球再经加速段加速直至获得与筒体相同的转速，回到提升段。物料就是在这样的循环往复中被破碎、研磨。
3管磨机中料球的筛析现象及其分析31管磨机前仓的料球筛析现象在管磨机工况处于稳定状态时突然停机，待前仓磨门停在水平位置（即如所示位置）时打开，直对提升段方向，慢慢搬掉上部的料球不难发现提升段料球的筛析现象：一方面是物料的筛析现象，即沿管磨机半径方向从中心到边缘，物料基本上按从粗到细分布；另一方面是研磨体的筛析现象，即沿相同方向，研磨体基本上按从大到小分布。
加速段的料球往往被滑移段与抛落段落下来的料球覆盖着。慢慢搬掉加速段上部的料球，也不难发现一定程度的料球筛析现象，但不如提升段那般明显。
32管磨机前仓料球筛析现象分析管磨机料球筛析现象是由于大研磨体和粗粒物料的惯性力比小研磨体和细粒物料的惯性力大，在管磨机运转过程中随筒体同步回转的能力相对较弱，因而逐步由料球层底部向料球层表面方向滑动，然后根据各自的惯性力大小逐步形成如前所述的有序排列。这就是管磨机中料球筛析现象的形成原因。
根据对所示模型的描述，考虑管磨机中料球的筛析现象，对管磨机运行过程中4个区域内物料的粉碎情况分析如下。
321提升段内物料的粉碎情况由颗粒流体力学的内摩擦定律可知：提升段靠近管磨机衬板的部分物料受到摩擦力的约束，基本上没有相互滑移，其随筒体转动的绝对速度最大；随着与衬板距离的加大，料球将发生越来越强烈的滑5九其绝对速度越来越小。也就是说，物料在提升段的圆周速度沿径向呈二次抛物线状分布131（如所示）根据颗粒流体力学的静力学理论，料球所在位置的静压强P与其所在位置到料面的垂直高度H成正比，与管磨机内料球的平均密度成正比131.由可知：由于衬板的摩擦作甩料球具有不同大小的向上运动的速度，料球与衬板的距离越近，其所在位置的实际压强P比静压强P小得越多；反之，料球与衬板的距离越远，则其所在位置的实际压强，越接近于静压强P而物料研磨的实质是料球在较高压力下发生相对滑动，实现物料表面微颗粒的剥离。显然物料在提升段受到相当程度的研磨作用，尤其是H较大且有相对滑动的位置（如中的C点）的物料。由于A点的H较大却没有相对滑动，B点有相对滑动但H为零，所以AB位置的研磨作用均很小。生产实践表明：相同的管磨机，填充系数较大时，粉磨效率较高；规格较大的管磨机粉磨效率也较高。
这恰恰证明了较大的H和有相对滑动是实现高效研磨的必要条件。因此建议优先选用大规格的管磨机并适当提高填充系数，这样有利于提高管磨机的研磨效率。
在提升段的起始端附近，料球的筛析现象尚未完全形成；在提升段的后部分区域料球的筛析现象已经明显出现，即大研磨体在管磨机中心附近研磨粗粉，小研磨体在管磨机衬板附近研磨细粉。江苏建湖县某水泥企业的生产实践可以证明这一结论。
该企业令22mX65m圈流水泥磨采用的令80mm钢球大约只要2个月就磨损到令70而令18mm钢球磨损到☆17mm则大约需要2a这正是因为大研磨体在管磨机中心附近研磨粗粉，粗颗粒的棱角很快就将大研磨体磨损；而小研磨体在靠近衬板附近研磨细粉，近乎圆形的细粉对小研磨体的磨损就要小得多。
显然，对于管磨机中心附近的粗粉与衬板附近的细粉，提升段的研磨作用较小。研磨效果最显著的是处于中间区段的物料。
322滑移段内物料的粉碎情况滑移段的摩擦力不足以约束料球完全贴着筒体运动，导致料球的角速度滞后于筒体的角速度；且距回转中心不同距离处料球的角速度不同，料球发生层层滑移。由于滑移段的H较小，P也就较小，因此虽然产生了研磨作用，但其粉磨效率较低。
滑移段过程时间较短，且处于提升段和抛落段之间，与提升段、抛落段都存在一定的过渡区域，所以其个性化的特征不明显，不少情况下忽略它的存在。
323抛落段内物料的粉碎情况料球在抛落段脱离摩擦力约束，呈抛物线状落下，大部分撞击到已经抛落的料球上，产生强烈的冲击破碎作用。此时的冲击破碎是管磨机前仓提高粉碎效率的关键。相对于前仓的研磨作用，冲击破碎作用尤显重要。
根据管磨机中料球的筛析现象，大研磨体和粗粉在相对靠近管磨机中心的位置始抛，而小研磨体和细粉在远离管磨机中心的位置始抛。因此，大研磨体的抛落势能有可能最小，小研磨体的抛落势能有可能反而最大。这与传统的研磨体级配理论有冲060°突。传统级配理论认为：前仓中的最大球径用公式28D（D为最大物料粒径）计算41，大多数企业都以该公式作为前仓最大球径的确定依据。据此，只要给料的最大粒径相同，则不同规格管磨机前仓的最大球径就应是一样的。这显然与实际不相符。因为管磨机直径不同，球被带到的高度及所产生势能也不同。根据料球筛析现象，管磨机运转过程中被带到较高位置的是小球而多数大球被带到的高度较低。因此，1个令100mm钢球产生的势能可能不及1个70mm钢球产生的势能大。但1个100mmffl球的质量却相当于3个令70mm钢球的质量。假如把1个令100mm钢球换成3个令70mm钢球，则单位时间和空间内冲击物料的机会将大幅提高，产生的能量也可能大得多。目前很多企业管磨机前仓至少有4级配球有的甚至达到6级以上，理由是大块料用大球碎，小块料用小球碎151，但粉磨效果往往难如人意。
2006年7月，广西柳州某水泥企业在笔者的建议下，保持研磨体装载量等参数不变，仅将纟24mX10m开流水泥磨前仓的钢球由原来的6级配球改为令60mp令50mm2级配球平均球径由64mm降至55mm结果在粉磨成品质量保持不变的情况下，磨机产量由原来的25th左右增加到28t1左右，提高了约3th效果明显。
实践证明：高效率的粉磨过程中，相当部分细粉是物料在前仓被研磨体击碎而产生的，失败的粉磨系统不少是没有发挥前仓应有的冲击粉碎作用。但当给料最大颗粒小于01mm时，管磨机的冲击粉碎效果也变得微不足道，只能依靠尾仓用研磨手段来进一步降低物料细度，尽管研磨粉碎的单位功耗较高。如果进料粒度相对均匀，建议前仓可减少钢球级配，甚至可采用1级配球。
324加速段内物料的粉碎情况料球由抛落段落下进入加速段，经撞击后暂时失去随管磨机运动的角速度，然后管磨机衬板通过摩擦力使它们再度产生角速度。所以加速段仅是料球筛析现象的初始形成阶段，即大研磨体与粗粉开始逐步向磨机中心方向滑动，小研磨体与细粉开始逐步向管磨机衬板方向滑动，物料在滑动过程中受到一定的研磨作用。
33管磨机尾仓料球筛析现象分析通过观察可以发现：在料球处于常规泻落式运动状态的管磨机尾仓中，料球筛析现象不如前仓那么明显。这是因为管磨机尾仓衬板的摩擦系数小于前仓衬板，提带料球的能力就不如前仓，导致提升高度较低，料球层之间的滑动量比前仓要小。
当管磨机尾仓衬板的摩擦系数较适宜时，尾仓中料球的运动轨迹如所示。图中DEFG曲线以下的料球出现筛析现象是容易理解的，而DEFC袖线以上的料球由于处于微抛与泻落共存的状态，所以也呈现轻度的筛析现象，这使DHG曲线所示表面存在少量大颗粒和较大的研磨体。当管磨机内正常通风时通风量一般为每吨水泥500）这些大颗粒随风而行16，加上管磨机前仓的中心“风洞”（如所示曲线abd）也汇集有相对较大的颗粒，管磨机容易“跑粗”就不难理解了。建议在不降低隔仓板、出磨篦板整体通风面积的前提下，适当降低中心附近的通风面积，这样可使“跑粗”现象明显缓解。同时由于总通风面积不变而中心附近通风面积减少，周边的通风面积将增大，这有利于因料球筛析现象而处于周边的微粉及时排出，从而克服微粉的“软垫层”现象，使产量有一定幅度的提高。
管磨机尾仓料球运动轨迹当管磨机尾仓衬板的摩擦系数偏大时，尾仓中料球的运动状态类似于料球在前仓的常规抛落式运动状态，仅是抛落高度低些而已，产生料球筛析现象是正常的。但由可以知道，这种运动状态使处于提升段下部的物料受到的压强明显降低，直接影响研磨效果。不少水泥企业目前就存在这种状况。山东省东营某企业发现，每次换新的衬板，前10个月成品中30以下颗粒含量总偏低，混合材加不进去，10个月以后情况才会逐步改善，原因就在这里。理论与实践已经证明：管磨机尾仓衬板的摩擦系数适宜且稳定是实现高效研磨的基本保证。当管磨机尾仓衬板的摩擦系数相对较低时，如所示，DEFG曲线以下的物料受到的压强就较大，这正是尾仓发挥研磨作用的关键之一。但如果管磨机尾仓衬板的摩擦系数过小，容易形成料球在管磨机内整体滑动，也会使物料的研磨效率下降。不过出现这种现象的水泥企业极少。实现高效研磨的另一关键是研磨体平均直径要小，以增大料球的接触面积171.但研磨体平均直径过小又会使磨内物料的流速大幅下降。因此建议一方面优先选用耐磨且摩擦系数相对较小的尾仓衬板，另一方面在保证合格成品水泥能及时排出管磨机的前提下，尽可能降低研磨体平均直径。
4结语以料球筛析现象为主要内容的料球运动分析较为客观地反映了工程实际中管磨机内物料的破碎与研磨过程，在管磨机研磨体级配、衬板形式、前仓最大球径、平均球径的确定等方面为相关企业提供了，希望能给进一步优化管磨机粉磨系统的工艺参数和设备结构参数，实现管磨机粉磨系统的优质高产低消耗带来积极影响。