碎矿与磨矿－第八讲

昆明理工大学矿物加工工程系

碎矿与磨矿 Crushing and Grinding

碎矿与磨矿－第八讲本堂课主要内容◆第九章磨矿及磨矿机（ §9-1－ §9-5）◇磨矿的概念及工艺指标◇磨矿机类型和构造（重点）◇磨矿机性能和用途（重点）◇磨矿机安装、使用与维护◇磨矿机发展简介◆第十章磨矿介质运动学（ §10-1； §10-2）◇作用于钢球的力和钢球的运动状态◇球磨机的临界转速（重点）



第九章磨矿及磨矿机　

大红山铁矿球磨机大红山铁矿自磨机



§9-1 磨矿的概念和工艺指标一、磨矿的概念1 、磨矿基本概念◆对破碎产品进一步加工，达到矿石和矿物单体解离的目的，为选别作业提供合格原料。磨矿是大多数选矿厂的必备作业。由于这一步的能耗高及材料消耗高，且产品质量直接影响后面选别作业的指标，再加上磨矿的处理量实际上决定了选矿厂的处理量，因此磨矿作业是选矿前重中之重的作业。



2 、磨矿方式◆粉碎性磨矿－水泥行业，粉碎的越细水泥的质量越高；

◆擦洗性磨矿－建筑用砂，球团。擦洗物料以露出新鲜表面，利于后面物料的粘结；

◆解离性磨矿－选矿、湿法冶金。以使矿物单体解离为目的，并使物料粒度符合选矿要求。



二、磨矿工艺指标1 、数量指标◆处理量 Q ：磨矿机在一定的给矿粒度及产品粒度下每小时处理的矿量，单位为“ t/（台 ·h）”，或称磨机的台时处理量。

◆单位容积处理量 qv：磨矿机在一定的给矿粒度及产品粒度下每小时每立方米处理的矿量，单位“ t/（ m3·h）”，又称磨矿机单位容积处理量。

◆磨机－ 200目利用系数 q-200：每小时每立方米磨机容积新生成的－ 200目数量来评价磨机工作效果，单位为“－ 200目 t/（ m3·h）”。



2 、质量指标◆磨矿效率 E 。单位为“ t （原矿） /kw.h”或“－ 200 目 t/kw.h”，表示磨矿能量使用效率的高低。

◆ 磨矿技术效率 E 技。与产品粒度相关的效率，未发生磨矿或磨矿过度时，磨矿技术效率为零。磨矿技术效率能够从技术上评价磨矿过程的好坏， E 技越高，说明磨矿技术指标越好。



3 、钢耗指标◆每磨细 1t矿石所消耗的钢量，单位为“ kg/t矿石”。在磨矿中，磨矿费用约有 40%消耗在钢铁上，其中绝大部分为钢球消耗，故将钢球单耗列为考核选厂工作业绩的重要指标之一。



§9－ 2 磨矿机的类型和构造1 按磨矿介质分为四种：◆ 球磨机 - 以大小不同的钢球为磨矿介质；◆ 棒磨机 - 以钢棒为磨矿介质；◆ 砾磨机 - 河滩上的鹅卵石作为磨矿介质；◆ 自磨机 - 矿块既是被磨对象又是磨矿介质。



◆选矿厂广泛使用的磨矿机

１ . 球磨机　　以钢球为介质

２ . 棒磨机　　以钢棒为介质◆磨矿机规格

◇筒体内径Ｄ×筒体长度Ｌ表示，单位 mm。

例如：１５００ ×３０００

１２００ ×２４００　

２７００ ×３６００



2 按磨机排矿方式不同而分为：◆溢流排矿磨机；◆格子排矿磨机；◆筒体周边排矿磨机。3 按筒体长度（ L ）与直径（ D ）之比不同而划

分：◆短筒形磨矿机（ L/D≤1）；◆长筒形磨矿机（ L/D≥1-1.5甚至 2-3）；◆管磨机（ L/D≥3-5）



一、格子型球磨机1 、结构及主要部件◆沈阳重型机厂出产的Ｄ×Ｌ２７００×３６００ mm格子型球磨机

（ P129 图 4-2-1） 1 －筒体； 2 －法兰盖； 4 －螺钉；5 －人孔盖； 7 －中空轴颈端盖 8－联合给矿器；9 －端衬板； 10－轴承内套； 11－防尘罩； 12－中空轴颈 13－格子衬板； 16－中心衬板；17－轴承内套；18－大齿轮； 19－小齿轮； 20－传动轴； 21－联轴节



格子型球磨机

2 、衬板◆平滑衬板和不平滑衬板两种。

◆平滑衬板因钢球滑动较大，磨剥作用较强，宜用于细磨。

◆不平滑衬板增加钢球的冲击和搅动作用，宜用于粗磨。

各种衬板的形状



格子型球磨机

◆衬板材料一般为高锰钢，高铬钢，耐磨铸铁。

◆目前有推广使用橡胶衬板（二段磨）和磁性衬板（铁矿选矿厂）的趋势。

◆端端衬板，簸箕型衬板，固定在端盖上。

◆格子板，用螺钉通过筛条固定在排矿端盖上。

◆格子板：强制排矿和阻挡钢球，磨细的颗粒排出。

磨机端盖及排矿格子板



格子型球磨机3 、给矿器◆鼓式，蜗式，联合式三种。（ 1 ）鼓式给矿器渐开线的螺旋叶片将矿送入筒体内，适于开路给矿。

（ 2 ）蜗式给矿器通常称为大勺，形似蜗牛，通过勺子把矿浆舀入磨机给矿端盖内。用于第二段闭路磨矿内 , 主要解决磨机与分级机装配的高差问题 .

（ 3 ）联合式给矿器鼓式给矿器加大勺，常用于一段闭路磨矿，原矿直接给入鼓式给矿器中，分级机返砂用大勺舀入给矿器中。目前的趋势是取消大勺，降低负荷和磨机功率。用鼓式或螺旋型给矿器，尚有许多技术工作要做。



磨矿机给矿器

蜗式给矿器

联合式给矿器



4 、轴承◆主轴承普遍采用自动调心滑动轴承 , 轴承座凹形球面 , 轴瓦表面铸巴氏合金 ( 铅基合金或锡基合金 ) 。

◆中小型球磨机有使用滚动轴承的趋势，以降低能耗。5 、传动机构◆电动机 , 减速箱 , 联轴节 , 大小齿轮等。

主轴承构造



二、溢流型球磨机◆与格子型球磨机结构基本相同，取消了格子型，排矿靠溢

流排出 , 排矿端中空轴颈内安装反螺旋叶片，防止钢球和粗粒大矿排出。

溢流型球磨机示意图



三、棒磨机

◆构造与溢流型球磨机基本相同 , 介质为与筒体长度接近的圆钢棒。端盖型式与球磨机有区别，排矿轴颈较大。

◆云南省 1987年引进了SIVDALA公司橡胶滚筒转动棒磨机，安装在阿瓦山西盟锡矿。

溢流型棒磨机



§9-3 磨矿机性能和用途一、筒形磨矿机工作原理◆圆筒回转时，在摩擦力的作用下，磨矿介质（装入量约为整个筒体容积的 40 ～ 50%）被筒体的内壁带动，提升到某一高度，然后落下或滚下。磨矿原料从圆筒一端的空心轴颈不断给入，这些物料受到磨矿介质的打击、研磨和压碎。磨碎以后的产物经圆筒另一端的空心轴颈不断排出。

磨矿机工作原理示意图



二、性能和用途比较1 、球磨机和棒磨机的性能和用途比较

◆ 球磨机的产品粒度细，容易过粉碎。棒磨机的产品粒度均匀，过粉碎较少，开路工作的产品粒度与球磨机闭路工作相近。

◆棒磨机的主要用途(1)钨锡矿或稀贵金属重选或磁选厂(2)作为一段粗磨能力大 , 效率高(3)代替短头圆锥作为细碎使用◆使用棒磨机存在的主要问题(1)加棒困难，需停机，劳动强度大(2)短棒或断棒易乱棒，影响正常生产(3)清棒工作量大



二、性能和用途比较

2 、格子型和溢流型球磨机的比较◆生产上广泛使用格子型。生产率高，适用于粗磨和细磨；生产率比同规格溢流型高 10-25%；单位电耗较低；磨矿速度快，过粉碎相对较少。因此，采用两段磨矿的选厂，其一段磨矿大多采用格子型球磨机。

◆溢流型构造简单，价格较低，主要适用于细磨（二段或三段磨矿）。



§9-4 磨矿机的安装、维护和检修1.安装◆安装在重量为磨机重 2-3倍的钢筋混凝土基础上。基础与

本土接触。◆为保证水平和同心度，需要进行二次浇灌。◆安装顺序： (1)主轴承 (2)筒体及端盖 (3)传动部分(4)二次浇灌

2.操作及维护◆注意开、停车顺序◆开车 : 油泵 ---磨机 ---分级机 ---给矿◆停车 : 与开车顺序刚好相反。停车时，磨机内的矿石尽可

能排空。◆运转时主要注意轴承的温度，减速机温度，筒体是否漏浆。（详见 P142表 4-2-2 磨矿机的故障 , 原因及其消除方

法）



3. 检修◆小修－每月末进行◆中修－半年或一年进行一次◆大修－视设备工作情况而定◆注意主要磨损件的磨损周期，需要提前计划采购相应的备品备件。

（详见 P143 表 4-2-3 球磨机易损零件的平均使用寿命和最小储备量）



§9-5 磨矿机的发展趋势1. 设备大型化◆国外 8250×15250大型球磨机。美国、加拿大、巴西等国在铁矿山使用。

◆国内鞍钢调军台选矿厂从美国引进 5490×8830球磨机；江西德兴铜矿从美国 Fullers公司引进 5490×8530球磨机。

◆攀钢密地选矿厂使用 3600×4500球磨机， 16个系列2. 新型衬板的使用 (1)橡胶衬板 (2)磁性衬板 ( 已全面推广 ) (3)橡胶和硬质合金钢组合的复合衬板



3. 滚动轴承代替滑动轴承 ( 中小型磨机 ) 降低磨机功率。

4. 新型磨机不断涌现(1)无齿轮传动球磨机(2)周边排矿球磨机(3)离心磨 ( 行星磨 ) －P145图 4-2-15

(4)振动磨 ( 球磨 ) － P146图 4-2-16

(5)塔式磨（立式螺旋搅拌磨）国内秦皇岛冶金矿山设计院 ,长沙矿冶研究院研制，产品粒度 -10μm~-5μm.

立式搅拌磨示意图



(6)喷射磨（射流磨）干式磨矿 , 超细粉碎－ P147图 4-2-17

(7) 搅拌磨 ( 立式磨）－高速旋转破坏介质的离心状态 ,超细磨矿。

(8)澳大利亚爱萨磨（卧式离心搅拌磨）磨矿介质 5~10mm,特殊合金材料，产品粒度可达 -5μm~-1μm，适合于贵金属使用。

(9)超临速磨机－昆明理工大学研制 ,超过临界转速磨矿 ,提高处理量 , 降低单位能耗 ,工业设备尚处于实验期。

超临速磨机

射流磨示意图



第十章　磨矿介质的运动学§10-1 钢球的运动状态和受力分析磨机内钢球的运动状态受许多因素的影响，最重要的有磨机筒体的转速 n(r/min)及磨机内钢球的填充率。对磨机内钢球的运动状态所作的观察说明：

（ 1 ）当装球量一定时，随着磨机转速的加快，钢球由泻落变抛落，甚至出现离心运动，说明钢球运动状态与转速密切相关；

（ 2 ）当磨机转速一定时，只装一个球只会在磨机最低位置跳动，依次增加球数时，球在最低位置排成一条线跳动，一条线排满接着排第二排、三排 ······直到出现抛落，因此球的运动状态和球的填充率密切相关；



（ 3 ）磨机内筒体的衬板形状也影响着球的运动状态，衬板的凸棱高时，对球荷的提升力大。而平滑衬板对球的提升作用弱；

（ 4 ）磨机内只装钢球时，钢球之间滑动厉害，如装进矿砂，小刚球相对滑动减弱。即磨机内矿浆浓度 c(%)也影响着钢球的运动状态；

（ 5 ）由于磨机内钢球大小不同，所受摩擦力大小也不同，大者居内，小者居于外层，即钢球尺寸 d 亦影响着钢球的运动状态；

（ 6 ）磨机是干磨还是湿磨，乃至矿料的性质等等也影响着钢球的运动状态。



第十章　磨矿介质的运动学一、钢球的运动状态◆根据钢球运动拍摄的照片（戴维斯 Davis），分为三种：泻落式，抛落式和离心运转。

1. 泻落式◆球荷的倾斜角超过钢球在球荷表面的自然休止角时，钢球沿斜坡滚下，该运动状态称为泻落。

2. 抛落式◆磨机的转速足够高，钢球自转着随筒体内壁作圆曲线运动上升至一定高度，然后作抛物线下落，该运动状态称为抛落。



一、钢球的运动状态３ . 离心式◆磨机的转速高到超过某一临界值，钢球贴在衬板上不再落

下，随筒体一起转动，该运动状态称为离心运转。

磨机内钢球的三种典型运动状态a-泻落式； b-抛落式； c-离心运转



二、作用于钢球的力

◆钢球受力分析：（ 1 ）重力 G ，切向分力 Gsinα，法向分力 Gcosα；（ 2 ）离心力 C ；（ 3 ）摩擦力 F 。

◆在Ａ３点，离心力Ｃ与法向分力Ｎ大小相等，方向相反，摩擦力Ｆ＝０，此时钢球脱离筒壁，作抛物线下落。

◆若磨机转速过高，球上升至顶点Ｚ，Ｃ比Ｇ大，钢球不下落与筒体一起转动，发生离心运转。



§10-2　球磨机的临界转速一、临界转速◆ A 点： C=N， F=0，钢球作抛物落下。

◆离心运转条件， Z 点，C≥G。

◆ A 点开始离心，临界条件C=N， C=ma， N=Gcosα=mgcosα 钢球受力分析图



一、临界转速离心加速度 a=v2/R ∴ 代入： mv2=Rmgcosα 化简： v2=Rgcosα

又：转 /分，则则离心运转 Z 点 α =0 ，有： D- 磨机直径， m ◆磨机的临界转速是使最外层也不会发生离心化的最高转速。

2

cosmv

GR

30

Rnv

30cos

gn

R

g 30

cosnR

30 42.3cn

R D



二、转速率

◆磨机的实际转速与临界转速的比率 Ψ

α ----脱离角。转速率与脱离角成反比关系。转速率越高，脱离角越小，转速率为 100%时，脱离角 α =0， ψ =1 ， cos α =1 。此时钢球处于离心运转状态。

30cos

100% cos30

c

n Rn

R



三、超临界转速磨矿

◆使用平滑衬板 ,装球率较低时 , n ≥nc 时，由于钢球的滑动作用 ,仍不会离心 .

◆磨机转速超过临界转速时的磨矿，称为超临界转速磨矿。

◆超临界转速运转的问题（ 1 ）功率增加（ 2）传动部件强度增加

（ 3）润滑要求提高（ 4）分级负荷增加（ 5）衬板及钢球磨损增加。

◆ R.T胡基教授用 2700×3600磨机超临界转速下自磨。目前，尚未见生产上使用的超临速磨机。昆工文书明教授课题组正在进行相应的研究。



本讲作业

•某铁矿选矿厂采用阶段磨矿、阶段选别工艺的原则流程选矿，第一段磨矿采用φ2700×3600的球磨机进行磨矿，第二段采用 φ2100×3000的球磨机磨矿，一、二段磨矿机的转速率分别为 86% 和 88%，试计算该选矿厂一、二段磨矿机的临界转速和实际转速。

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