球磨机的研磨体四、研磨体（一）研磨体的种类与材质（1）研磨体的种类不同形状和大小的研磨体，在粉磨过程中具有不同的研磨作用。

水泥厂中球磨机使用的研磨体按其形状分类主要有以下几种：1. 钢球钢球是球磨机广泛使用的一种研磨体。

根据粉磨工艺要求，通常选用φ20-120mm的各种规格的钢球；对于球磨机的粗磨仓一般选用φ50-100mm的各种钢球，细磨仓则选用φ20-50mm 的各种钢球。

2. 钢锻钢锻的外形为短圆柱形，其规格以直径乘长度的毫米数表示。

钢锻一般用于开路球磨机的细粉磨仓，也用于闭路球磨机的细粉磨仓。

常用的钢锻的规格有φ15mm×20mm,φ18mm×22mm,φ20mm×25mm,φ25mm×30mm 等。

小磨细磨仓的钢锻直径小至φ12mm 以下。

3. 钢棒钢棒是棒磨机使用的一种研磨体。

钢棒规格以直径乘长度的毫米数表示。

钢棒直径一般选用φ40-90mm，棒长应比磨机棒仓长度短50-100mm 。

例如：φ2.4×13mm湿法棒球磨，第一仓有效长度为2.75m，使用钢棒规格为φ60×2650mm、φ65×2650mm 和φ70×2650mm。

（2）研磨体的材质选择研磨体应具有较高的耐磨性和耐冲击性。

要求其材质坚硬、耐磨又不易破裂。

研磨体表面不允许有毛刺和裂缝，钢球的不圆度不得超过其直径的2%。

在水泥工业中，磨机研磨体及衬板的消耗量相当大，研磨体材质的好坏，不仅影响到磨机的粉磨效率，而且关系到磨机的运转率。

世界各国在提高研磨体的耐磨性上作出了成果，从20世纪60年代至70年代就广泛应用高铬铸铁（钢）球。

日本主要有高铬钢球、低铬钢球和合金白口铸铁球；德国主要有高铬铸铁球和低合金钢球；美国、加拿大常用合金钢球。

近年来，在我国水泥工业中，球磨机用的研磨体材质有如下几种：1. 高铬铸铁高铬铸铁是一种含铬量高的合金白口铸铁，其特性是耐磨、耐热、耐腐蚀，并具有相当的韧性。

马氏作基体的高铬铸铁球表面硬度HRC 可达54-66 。

高铬铸铁球的耐磨性为普通碳素钢球的8-12 倍。

2. 低铬铸铁低铬铸铁含有少量的铬元素，可保持铸铁的白口获得马氏体金相。

低铬铸铁韧性较高铬铸铁差，但有良好的耐磨特性，用作小球、铁锻以及细磨合中的衬板是适宜的。

3. 锻造轴承钢锻造轴承钢可以制造各种直径的钢球，含碳量为1.0%左右，含铬量为1.5%左右，其余元素为常规含量。

球耗比高铬铸铁球高，但由于合金元素含量低，仍有较广阔的使用市场。

棒球磨的钢棒材质要求硬度高、耐磨、不断碎、不弯曲，常用40Mn钢或70号高碳钢轧制而成。

（二）研磨体的合理装载量（1）填充率的计算公式磨机研磨体填充的容积与磨机有效容积之比的百分数，称为研磨体的填充率。

式中———磨研磨体填充率，%；V s———磨研磨体填充的容积，m3；V m———磨机（仓）有效容积，m3。

（2）实测磨球面高度计算填充率当磨机装入研磨体后需要验证它的填充率是否与配球方案中规定的数值相符，或者在磨机运转过程中因研磨体磨损后需要补充一些钢球和钢锻时，常用实测和查表法来核算研磨体的填充量。

其做法是在磨没有物料或只有少量物料的情况下，先用尺测量磨机的有效径D i；再通过磨机中心测量从研磨体面到顶部衬板的垂直距离H，然后计算H/D i值，其关系式如下（如图7-11）。

式中α———磨机研磨体填充率；β———研磨体填充表面对磨机中心的圆心角；h ———磨机中心至研磨体填充表面的距离，m；D1———磨机有效径，m；H1———磨研磨体填充面高度，m。

图7-11 磨研磨体填充面的中心高计算得出的H/D i值列于表7-2。

表7-2 H/D i值与填充率φ的关系H/D i0.72 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67 φ(%) 22.9 24.1 25.2 26.4 27.6 28.8 H/D i0.66 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 φ(%) 30.0 31.2 32.4 33.7 34.9 36.2 研磨体填充率大于32% 的磨机，还可以采用以下经验公式直接计算填充率式中φ0———磨研磨体填充率，%。

在测量磨研磨体填充表面高度时，应该注意磨物料的填充情况。

如果物料面高出研磨体15-20mm ，则由计算得出的填充率应减去2%-4% 的误差数。

研磨体的填充率对磨机的粉磨效率有很大的影响，研磨体填充率过高或过低都会导致磨机粉磨效率降低。

影响研磨体最佳填充率的因素较多，如磨机的形式、规格、部结构特性以及被粉磨物料的性能等。

因此，应该在生产过试验来求出最佳填充率，并根据影响因素的变化程度进行适当调整。

表7-3 为我国水泥工厂各种磨机一般的研磨体填充率数值。

表7-3 水泥工厂各种磨机的研磨体填充率磨机形式填充率φ(%) 磨机形式填充率φ(%) 中卸或尾卸烘干机磨25-28 一级闭路长磨30-36开路长磨25-30 选粉烘干短球磨35-38棒球磨的棒仓20-25 二级闭路短球磨40-45对于二级闭路球磨机和多仓磨机的研磨体填充率，还应该根据各级或各仓粉磨作用的平衡状态适当进行调整。

例如：一台三仓磨机在生产中如果显示出粗粉碎能力不足，而细粉磨能力较强，则应适当提高第一仓钢球的填充率而降低第三仓钢锻（球）的填充率，使各仓粉磨作用达到相对平衡。

生产中需要改变产品品种或质量要求时，也应该考虑适当调整研磨体的填充率。

（3）研磨体装载量计算装入磨（或仓）的研磨体质量称为研磨体装载量，它取决于磨机填充率的大小。

式中G ———磨研磨体装载量，t；V ———磨机（仓）有效容积，m3；D i———磨机（仓）有效直径，m；L ———磨机（仓）有效长度，m；φ———磨研磨体填充率，%；η———研磨体容积密度，t/m3。

钢球的容积密度一般为4.56-4.85t/m3。

（三）钢球级配大小直径的钢球及其质量的配合称为钢球级配。

钢球级配直接影响磨机的产量、产品质量和金属消耗。

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、磨机结构以及要求的产品细度等因素确定。

物料在粉磨过程中，需要钢球有足够的冲击作用，同时要有一定的研磨作用。

在研磨体装载量不变的情况下，小钢球比大钢球的总表面积大，与物料接触的机会多，故对需要研碎、细磨的细颗粒物料应选择小钢球。

但从另一方面看，要将大块的物料击碎，才能进行有效的细磨，因而必须使钢球具有较大的能量。

选用钢球的大小与被粉磨物料的粒度有一定关系，物料粒度越大，钢球直径也应该越大。

由此可见，磨机中完全使用大直径或完全使用小直径的钢球是不合适的，必须进行合理的配合。

根据生产经验，选择钢球级配一般按如下因素关系确定：（1）依据入磨物料的粒度、硬度、易磨性以及对产品的细度要求确定钢球级配。

当入磨物料粒度小，易磨性好，产品细度要求较细时，就需要加强对物料的研磨作用，选用的钢球直径应小些。

反之，若入磨物料粒度较大，易磨性差时，就需要加强对物料的冲击粉碎作用，此时应选用大直径钢球。

（2）由大钢球配合的混合钢球群较由小钢球配合的混合钢球群空隙率大。

为了控制物料在磨的流速，一般采用大小钢球配合使用。

适当减少钢球之间的空隙，能使物料在磨的流速减慢，延长物料在磨的停留时间，提高粉磨效率。

钢球的级配数也不宜过多，因为钢球在运动过程中，由于直径不同其线速度不一样，往往会产生钢球的自然分层，直径大的处在层。

若级配过多，分层更严重，这会影响粉磨效率。

（3）选用钢球直径的大小，还与磨单位容积物料通过量有一定的关系。

在闭路粉磨时，选粉机的回料使磨单位容积物料通过量增加，在此情况下，钢球在冲击时，会受到一定的“缓冲”作用。

因此，循环回料量高，钢球的直径要稍为大些；反之则小。

（4）磨机衬板表面形状也是配球需要考虑的因素之一。

若衬板表面形状致使带球能力不足，则钢球提升高度降低，冲击力减小，此时钢球直径应选大些。

总之，由于影响钢球级配的因素较多，一个合理的钢球级配是相对的，暂时的，不是固定不变的。

最合理的钢球级配是在生产过测定分析磨机粉磨情况，以及统计钢球级配的历史资料而不断优选出来的。

（1）钢球平均球径的计算1）配合后的混合钢球平均球径计算式中D a———混合钢球的平均直径，mm；D1、D2、D3、…、D n———各种钢球球径，mm；G1、G2、G3、…、G n———钢球直径分别为D1、D2、D3、…、D n的钢球质量，t；T1、T2、T3、…、T n———钢球直径分别为D1、D2、D3、…、T n的一吨钢球个数。

平均球径也可用如下的简便式计算，即式中符号意义同上。

钢球的参数见表7-4。

钢球直径(mm) 1个钢球的质量(kg) 1t钢球的个数1m3质量(kg) 1个钢球的表面积(mm2) 1t钢球的表面积(m2) 100 4.115 243 4560 314 7.690 2.994 334 4590 254 8.580 2.107 474 4620 201 9.570 1.410 709 4640 154 11.060 0.889 1125 4660 113 12.750 0.514 1946 4708 78 15.240 0.263 3802 4760 50 19.030 0.111 9002 4850 28 25.02）确定配球方案中平均球径的方法在生产实践中，我国有很多水泥粉磨工作者提出了各种各样的配球方法，这些方法大部分是采用经验公式计算钢球级配，具有一定的实用性。

其中球径主要是依据入磨物料粒度大小、易磨性等来确定的。

下面介绍一种闭路磨机配球方法。

1. 在确定配球方案中，首先要求出钢球的平均球径和最大级球径式中D a、D b———钢球的平均球径、最大级球径，mm；d a———入磨物料以通过80% 计的筛孔孔径表示的粒度，mm；d b———入磨物料以通过95% 计的筛孔孔径表示的最大级粒度，mm；K m———入磨物料的相对易磨系数；f ———单位容积物料通过量系数（见表7-5 ）。

表7-5 按单位容积物料通过量（K）确定的f值K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14f 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 13.142. 计算步骤如下：作各种入磨物料的粒度筛析，求出d a和d b。

一般可用孔径为30mm、20mm、13mm、10mm 和5mm 的套筛作熟料或石灰石筛析；用孔径为4mm、2mm、1mm 和0.5mm 的套筛作矿渣筛析。

每个编号的筛析结果用粒度特性坐标作出筛孔直径与被测物料通过量（%）的关系曲线（参见图7-12），再查取通过80%物料量的筛孔孔径定为入磨物料的平均粒径d a；通过95% 物料量的筛孔孔径定为入磨物料的平均最大级粒径d b。