球磨机毕业设计

目 次

摘 要 ............................................................................................................................. III Abstract ................................................................................................................................. V 插图或附表清单 ................................................................................................................. VI 引 言 ............................................................................................................................... 1 1 磨机概述 ......................................................................................................................... 2

1.1 粉磨的意义 ............................................................................................................. 2 1.2 磨机的分类及工作特点 ......................................................................................... 2

1.2.1 磨机的种类 ................................................................................................... 2 1.2.2 磨机工作的特点 ........................................................................................... 3 1.2.3 磨机粉磨系统 ............................................................. 错误！未定义书签。 1.3 球磨机的分类及性能 ............................................................................................. 3

1.3.1 球磨机的种类 ............................................................................................... 3 1.3.2 球磨机的优缺点 ........................................................................................... 5 1.4 球磨机的主要构造 ................................................................................................. 7

1.4.1 球磨机的基本结构 ....................................................................................... 7 1.4.2 球磨机的主要部件 ....................................................................................... 9

2 球磨机进料装置的优化设计 ....................................................................................... 15

2.1 磨机的进料形式 ................................................................................................... 15 2.2 磨机进料口的改进设计 ....................................................................................... 17

2.2.1 磨机进料口存在的问题 ............................................................................. 17

目 次

2.2.2 对进料口的改进 ......................................................................................... 18 2.2.3 进料端材质的选择 ..................................................................................... 19 2.3 合理选取磨机进料点 ........................................................................................... 19

2.3.1 球磨机的工作原理 ..................................................................................... 19 2.3.2 实际生产中的进料方式 ............................................................................. 20 2.3.3 研磨体的运动轨迹 ..................................................................................... 22 2.3.4 研磨体及物料的受力分析 ......................................................................... 24 2.3.5 影响研磨的原因 ......................................................................................... 28 2.3.6 对进料点的选取 ......................................................................................... 28 2.3.7 球磨机进料方式的改进 ............................................................................. 30

3 进料装置相关参数及计算 ........................................................................................... 31

3.1 磨机作业的技术条件和工艺技术指标 ............................................................... 32 3.2 主要参数 ............................................................................................................... 34 3.3 磨机填充率 ........................................................................................................... 35 3.4 磨机的适应转速 ................................................................................................... 36 3.5 磨机功率计算 ....................................................................................................... 39 4 结 论 ........................................................................................................................... 42 致 谢 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................................................................. 43

Contents

Contents

Abstract……………………………………………………………………………………Ⅲ Chart listing………………………………………………………………………………..Ⅴ Mill introduction…………………………………………………………………………...1 1 Summarize……………………………………………………………………………...2

1.1 The meaning of mill………………………………………………………………2 1.2 Mill’s sort and grinding trait……………………………………………………....2

1.2.1 Mill’s sort………………………….……………………………………..2 1.2.2 Grinding trait…………………………………………………………….3 1.2.3 Grinding system………………………………………………………….3 1.3 Ball mill’s sort and opinion……………………………………………………….4

1.3.1 Ball mill’s sort…………………………………………………………..4 1.3.2 Ball mill’s opinion………………………………………………………6 1.4 Ball mill’s structure………………………………………………………………7

1.4.1 Ball mill’s basic structure………………………………………………7 1.4.2 Ball mill’s importance structure……………………………………….9

2 Ball mill’s feed-part designing optimize…………………………………………….15

2.1 Mill’s feed form………………………………………………………………...15 2.2 Mill’s feed inlet designing optimize……………………………………………17

2.2.1 The problem of mill’s feed inlet………………………………………17

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Contents

2.2.2 Feed inlet improving……………………………………………………18 2.2.3 Choose material…………………………………………………………19 2.3 Choose feed-in point……………………………………………………….…….19

2.3.1 Ball mill’s work principle……………………………………………….19 2.3.2 Feed-in fashion in fact………………………………………………...20 2.3.3 Grinder’s movement…………………………………………………..22 2.3.4 Grinder and materiel’s force analysis…………………………………24 2.3.5 Grind reason summarize………………………………………………28 2.3.6 Select feed-in point……………………………………………………28 2.3.7 Improve ball mill’s feed-in fashion……………………………………30

3 Ball mill’s feed-part parameter and account…………………………………………31

3.1 Grinding trait and technique index……………………………………………..32 3.2 Important paramerer……………………………………………………………34 3.3 Mill filling velocity……………………………………………………………..35 3.4 Mill condign rotate speed……………………………………………………….36 3.5 Mill power account……………………………………………………………..39 Conclusion……………………………………………………………………………….42 Compliment………………………………………………………………………………43 Reference……………………………………………………………………………….44

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摘 要

摘 要

在工业生产中，磨矿是常见的工作。例如发电厂，就需要先用一系列磨煤机械将原煤粉碎。炼铁时，可以直接送入高炉冶炼的富铁矿，必须先粉磨筛分成合格的粒级。即使筑路，也要粉磨出合用的碎石。因此，在许多基础工业部门里，破磨物料常常是重要工序，所用的机器大都属于主要设备。

几乎没有一个先矿厂不设置磨矿机，而且都认真地进行这项工作，因为这是和先矿的工作性质密切相关的。大家知道，任何一种选矿方法，都是根矿石内部的有用矿物和脉石的性质不同来进行的。但是，如果它们紧密连生着，尽管它们的性质有很大差别，就不可能进行分选。因此，让有用矿物和脉石充分解离，是采用任何选矿方法的先决条件。磨矿的目的正在这里。在选矿厂里，分级磨矿为选别准备矿料，所以它们通常是领头的几个工序，但又必须符合以后的作业提出的要求。

一切选矿方法都 受到粒度的。过粗的不能分选，因为矿石中的有用矿物和脉石还没有解离；过于细的也难以回收，因为接近胶体细度的微粒用现在的选矿方法还难以控制。例如重力选 矿难以回收小于19微米的矿粒，浮选对5-10微米以下的粒度也难以回收。粉磨矿石的目的，就是为了使矿石中紧密连生着的有用矿物和脉石充分地解离。，但是，只要粉磨矿石，就有产生微粒，出现过粉碎的可能。没有充分的解离和发生了严重的过粉碎，都使选矿回收率和精矿品位低，这就不难理解磨矿是怎样地决定着选矿厂的技术指标了。因此，磨矿就是要为选别准备好解离充分但过粉碎轻的入选物料，这就是磨矿的基本的任务。

选矿厂中碎矿与磨矿作业的生产费用大约占选厂全部费用的40%以上，碎矿和磨矿的投资约占选矿厂总投资的60%左右。碎矿和磨矿工段的设计和操作

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摘 要

的好坏，直接影响到选矿厂的经济指标。因此，经济而且合理地完成上面提出的基本任务，是每个选矿厂工作者的职责。

正是由于上面讲的这些原因，选矿厂的技术指标高低和经济指标好坏，其根源常常是在碎矿和磨矿上，所以做选矿工作必须认真对待这些工序和所用的设备。

球磨机是通过圆筒内的钢球在材料之上作用来碾磨材料的，是一种能有效的碾磨多种材料的工具。其被广泛地被用于建材、化工、选矿等行业。 球磨机的能量利用率很低，这和物料在磨内分布情况有极大的关系。越靠近筒体的外层运动轨迹，研磨作用越大。而磨机实际生产时，物料进入筒体就直接落入内层，内层的物料要经过较长时间才能进入外层充分碾磨，从而损失了大量能量。

为了使物料合理地分布，对磨机进料部分进行改进。将旧式的直角下料溜改为倾角式下料溜，使物料溜角大于休止角，物料顺畅进给。合理的选取进料点，使物料直接进入筒体外层。最后通过计算和一些经验数据，确定进料装置的材质，物料填充率，筒体适应转速和磨机功率等相关参数。

关键词：球磨机；进料装置；进料口；进料点

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Abstract

Abstract

Ball mill winch grinds material by rotating a cylinder with steel grinding balls, is an efficient tool for grinding many materials into fine powder. It is widely used in building material, chemical industry, etc. A Ball Mill

The ball mill energy use factor is low, the distribution situation has the enormous relations with the material in grinding. Therefore discovered more approached the grinding machine outer layer, the abrasive action is bigger. When grinding machine actual production, the materials entered the mill to fall directly the inner layer, the process dynamics analysis, the inner layer material had to through the long time to enter the outer layer, reduced the production efficiency greatly.

In order to cause the material to be quickly even, it has made the improvement to grinding machine feeding. First the old-style right angle feeding change the inclination angle type, then slide the angle to be bigger than stops the angle, will cause the material fast smoothly to enter. Then reasonable selection feeding spot, causes the material to enter the tube body outer layer directly. Finally through the computation and empirical dates, had determined the device material, the material feeding rate, the mill the rotational speed and the grinding machine power and so on.

Key Words：Ball mill; feed-in; feed inlet

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插图或附附表清单

插图或附表清单

图 11 磨机的分类方式 ...................................................................................................... 3 图 2 球磨机按筒体形状及卸料方式分类 ......................................................................... 4 图 3 磨机按传动装置分类 ................................................................................................. 5 图 41 中心传动和边缘传动球磨机 .................................................................................. 8 图 5 球磨机的构造 ............................................................................................................. 8 图 61 球磨机筒体断面 ...................................................................................................... 9 图 7 衬板的主要类型 ....................................................................................................... 10 图 8 中心传动中心卸料装置 ........................................................................................... 11 图 9 中心传动边缘卸料装置 ........................................................................................... 12 图 10 边缘传动磨机的卸料端 ......................................................................................... 12 图 11 调心球面在壳体外的主轴承 ................................................................................. 13 图 12 调心球面在壳体内的主轴承 ................................................................................. 14 图 13 截头圆锥漏斗进料端 ............................................................................................. 15 图 14 螺旋叶片进料端 ..................................................................................................... 16 图 15 加料螺旋进料端 ..................................................................................................... 16 图 16 原进料口设计方式 ................................................................................................. 17 图 17 改进后的进料口下料溜子 ..................................................................................... 18 图 18 磨机磨碎物料的作用 ............................................................................................. 20 图 19 磨机转速对粉磨工作的影响 ................................................................................. 20 图 20 N区域内富集大量粗颗粒物料 .............................................................................. 21 图 21 锥体进料方式和螺旋进料方式 ............................................................................. 21 图 22 滑履磨进料方式 ..................................................................................................... 22 图 233 研磨体运动轨迹 ................................................................................................. 23 图 24 研磨体运动轨迹内的受力情况 ............................................................................. 25 图 25 粗颗粒物料运动轨迹 ............................................................................................. 29 图 26 滑履磨进料方式的改进简视图 ............................................................................. 29 表 11 不同品种水泥的细度要求 .................................................................................... 33 表 21 各种物料的含水量 ................................................................................................ 33 表 3 磨机主要性能参数 ................................................................................................... 35 图 27 研磨体填充率 ......................................................................................................... 35 图 28 球的运动轨迹 ......................................................................................................... 37

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引 言

引 言

随着现代科技发展，提高生产效率成了机械行业追求的目标。因此对机械设备的改进优化就相当重要。

本文主要研究的是球磨机进料装置，并对其进行优化改进。进料装置是球磨机中一个不可缺少的部分，进料部分的设计结构直接影响着磨机的生产效率，因此它的结构设计对磨机整体十分重要。

这里通过对磨机整体的深入理解和探索，总结出进料部分对整体的影响因素，通过对以前图纸的分析和现场的观察记录，确定以前磨机进料部分存在的问题。最终结合相关文献资料和计算参数，完成磨机进料部分的改进设计。

磨机进料部分的改进将大大提高进料速率，从而提高生产效率。

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1 磨机概述

1 磨机概述

1.1 粉磨的意义

磨机是发电、选矿、化工和建材等许多工业部门广泛采用的粉磨机械。磨机能粉碎各种硬度的材料，在选矿场中被广泛的用来细磨各种矿石；在发电厂用来制备煤粉；在水泥厂经过破碎的原料、熟料和其它混合材料都需要在磨机中进行粉碎。归纳起来，粉碎的目的是：

1.增加物料的暴露面积。

保证生料在窑中得到充分的化学反应，使能够充分完成燃烧，水泥完全水化，产生较高的强度。为此目的，对水泥生料的细度应控制在0.08毫米方孔筛的筛余为10%以下，水泥应控制在8%以下，煤粉应控制在14%以下。

2.使用各种物料混合均匀。

水泥生料里的石灰石、粘土和铁粉，水泥中的矿渣、石膏和熟料等经过磨机粉磨以后不但能将其粉碎，还能使之混合均匀，以保证水泥的质量。

1.2 磨机的分类及工作特点

1.2.1 磨机的种类

由于物料被磨碎的方式不同，是否采用研磨介质，磨机运动方式以及磨机结构等不同，粉磨设备也就有各种形式，有的彼此差别也很大。

建材工业中一般能见到的磨机有球磨机、棒磨、环辊磨（中速磨）、自磨磨机（无介质磨）等。有时候生产和科研工作中还使用振动磨，气力磨等超细磨设备。

就上述的几种磨机设备归类如图1。

图1中a、b、c、d类磨是靠允许磨介质的冲击和压研作用磨碎；e则靠压研粉碎；f、g借锤与料，料与料间撞击摩擦来粉碎。同时a、b、c类磨装有研磨介质，d则无研磨介质，称自磨机。在结构上，a、b、c为圆筒形。

建材工业中以球磨（包括棒磨）应用最多，最普通、环辊式中速磨也常用粉碎煤，这两种磨的历史较长，其他型式磨机都是生产中逐步发展起来的。

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1 磨机概述

图 1 磨机的分类方式

1.2.2 磨机工作的特点

在建筑材料、冶金和化工生产中有大量经过破碎到一定粒度的物料：如水泥原料里的石灰石、矿渣、石膏等，选矿场里的矿石颗粒，根据工艺要求，都还要进行细磨作业。

但是细磨作业的工作量是相当大的，这项繁重的工作，目前都是在磨机里进行的。可是磨机的工作效率非常低（15%～30%），所以耗用的电能比较多，能量损失严重，碾磨中金属的消耗量也比较大。为了降低生产成本，就必须在了解磨机这些作业特点的前提下，根据物料的性质（硬度、含水分多少），如物料粒度和出磨成品的细度要求，合理选择粉磨工艺流程和细磨设备。而且对现有的设备进行与生产相适应的改进。

1

1.3 球磨机的分类及性能

1.3.1 球磨机的种类

球磨机主要的工作部分是回转圆筒，一般是两端支承，一端出料并由电动机经过传动装置变速后带动，另一端喂料。筒中装有球、段、棒等研磨介质，与物料一起被回转筒体不断带起抛落冲击、研磨将物料磨碎。

球磨机具体类型很多，其差别在于所装载的研磨介质、进出料方法、传动与支承方式的不同。各种型式球磨机，现归纳如下： (一)按所装研磨介质的不同来分:

1.球磨机：筒体内装钢球或钢段，这种磨机使用最普通。

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1 磨机概述

2.棒磨机：简体内装钢棒作为粗磨机介质，这种磨机产品粒度均匀。

3.砾磨机：用砾石、卵石、瓷球为研磨介质，花岗岩、瓷料等衬板，用于生产白色或色彩水泥以及陶瓷工业用。 (二)按筒体的形状分:

1.短筒形磨机：筒体长度与直径之比L/D1.0～1.5（图2中a、c），一般用于粗磨或一级磨。

2.长筒形磨机：筒体长度和直径之比L/D1.5(图2中b、d)，当L/D之值增加至3～7则称为管磨机,管磨机内部分隔为几个仓，称为仓式管磨机，这种磨机在水泥厂用的较多。

3.圆锥形磨机。筒体仍为圆筒形，两端盖成圆锥形，其L/D=0.25～1.0，如图2中（c）所示。

图 2 球磨机按筒体形状及卸料方式分类

(三)按卸料方式分

1.中心卸料。这种磨机出料口是在磨机中心轴孔，其中又分为：

(1)溢流式中心卸料：如图2中a、c，这种磨机在粉磨时，磨内料面必须高出卸料口，而使物料溢流而出，工作时料球装的多，磨内结构简单，而操作不灵活，粉磨过程不宜调整。

(2)格子式卸料磨机：为克服上述缺陷在磨尾装有格子式提升板以帮助卸料，如图2中b,这类磨机在水泥厂最多。 2.周边卸料。

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1 磨机概述

这种磨机的卸料是在筒体的周壁，如图表2中d，实际上它相当于两台端部周边卸料磨机的合体，而使设备紧凑，材料省，单位动力产量高，为新的一种磨机，多用于有选粉机的圈流系统。 （四）按传动方式分

1.中心传动。由卸料端经空心轴直接与减速机出轴联接，由电动机带动，传动轴的中心与简体中心线一致（图3.a）。

2边缘传动磨机。这种磨机的传动装置是将电动机的动力经过减速机后，传到与磨机筒体中心线相平行的传动轴上，在经过这根轴上的齿轮带动装在磨机筒体上的大齿轮，使磨机回转（图3.b）。

3.摩擦传动。仍属于边缘传动磨机，它是由安装在筒体上的轮带与主动轴上的拖轮相摩擦而传动(图3.c)。

(a)(b)图 3 磨机按传动装置分类

(c)

（五）其他分类

其他还可以按支承方式分为轴承支承与托锟支承，或两者混合支承等。按工艺和操作又分为干法磨和湿法磨，间歇磨和连续式磨，其中间歇磨多作为化验室的试验磨，工业生产都用大型连续式磨。 1.3.2 球磨机的优缺点

由于球磨机有许多优点，所以在许多部门中受到重现，得到了广泛的应用，它的主要特点如下：

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1 磨机概述

（一）优点

1.对于各种物料都能适应，能连续生产，生产能力大，可满足较大规模生产的需要。

2.粉碎比大，可达到300以上，并易于调整产品的细度。

3.可适度各种不同情况下工作，能干法生产，也可湿法生产，还可以把干燥的粉磨工序合并在一起同时进行。

4.设备本身操作可靠，能够长时间连续运转。 5.维护管理简单易进行。

6.有很好的密封装置，防止粉尘飞扬。 (二)缺点

1.工作效率低：

在生产水泥的过程中，用于粉碎作业的电量约占全厂的2/3，据统计，每生产一吨水泥的耗电量不低于70千瓦小时，但这部分电能的有效利用率却很低，据分析，磨机输入的功率用于粉碎物料(做有用功)的功率消耗只占一小部分，约5%～7%，而绝大部分电能消耗于其他方面，主要是转变为热能和声能而消失掉，这是一项很大的浪费。

2.体型笨重：大型磨机的总重量可大几百吨以上，这样一次性投资必然很大。 3.配置昂贵：由于磨机筒体转速和很低(每分钟15～25转)，如用普通电动机驱动，则需配置昂贵的减速装置。

4.生产成本高：

研磨体在冲击和研磨物料的同时，本身也要受到磨剥，筒体内的衬板等零件也被磨剥，因此在整个水泥生产过程中，粉碎作业（生料制备、磨水泥）所消耗的铁板量是很多的，据分析，大约每生产一吨水泥的钢铁消耗为1公斤左右。

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1 磨机概述

1.4 球磨机的主要构造

1.4.1 球磨机的基本结构

球磨机是一种重要的细磨设备，这种设备在水泥工业中应用很广泛。这种磨机，由于筒体较长，可使物料在磨机中被粉磨的时间较长，得到成品的细度和品质也较高。

球磨机的规格是以筒体的内径和筒体的长度的乘式来表示的，如2.2×13m磨机。

如图4中(a)、(b)分别是2.2×13m中心传动中心卸料和边缘传动中心卸料球磨机的构造图，这两种磨机除传动装置外，其他部分的构造基本相同。

如图5所示是中心传动的球磨机。出料端盖与带有出料孔的传动接管相联接。出料端部设有格子板、扬料板和出料螺旋。螺旋线的方向与磨机的转向相同，在传动接管上装有一个圆筒筛。筛内装有振打装置，防止筛孔堵塞。这些装置都被密封在出料罩内。出料罩上部用管路通向收尘器，下部通过成品输送设备将物料运走。

传动接管的另一端从出料罩伸出来通过齿形联轴节与减速机出来的低速轴相连接。在传动系统中还设有慢速驱动装置，以备检修时可用它将筒体上的人孔门随时转到所需要的位置，以及在启动磨机时应用。

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1 磨机概述

图 4 中心传动和边缘传动球磨机

（a）中心传动磨机；（b）边缘传动磨机

进料部分回转部分主轴承出料部分

图 5 球磨机的构造

在多仓室的球磨机内，各仓室之间用隔仓板将它们隔开避免不同规格的研磨体互相串通。整个磨机筒体部分的重量由两端的主轴承支撑，并在其上转动。

图6是球磨机筒体的断面。为了更好地适应粉磨工作的需要，各仓室要安装一定形状的衬板：一般在一、二仓铺设阶梯衬板或压条衬板，后面的细磨仓铺设波形衬板。

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1 磨机概述

1324

图 61 球磨机筒体断面

1－Ⅰ仓室衬板；2－Ⅱ仓室衬板；3—Ⅰ、Ⅱ仓室隔仓板；4－扬料板

1.4.2 球磨机的主要部件 （一）筒体

磨机筒体是用钢板卷制焊接而成的圆筒形薄壁壳体，筒体内装设有不同形状的衬板和隔仓板，在筒体本身还开有人孔，以便检修和装填研磨体。筒体是一种承受交变动载荷并处于低速而长期运转的构件，而且又是磨机的主体。因此在设计中必须考虑它是不是更换零件，即要保证工作中安全可靠，长期使用。在制造中的关键就是保证筒体的圆度和焊接质量。（球磨机筒体断面如图6）

筒体的设计原则有： 1．钢板材质的选择； 2．排列筒体钢板的原则；

3．对于直径比较大的球磨机筒体，在其中部如有环向焊缝，可按等强度理论，把中部的钢板选的适当厚些，但筒体的内表面应保证光滑。

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1 磨机概述

4．筒体上固定衬板和隔仓板的螺栓孔应根据衬板尺寸等距离开设，纵横成行，以便于加工。

5．筒体上的人孔应开在各仓的中部位置，各仓的人孔还要沿筒体母线对称错开，这样对调整仓板位置有较大的余度，对筒体强度也有好处，也便于装卸研磨体。

6．人孔的规格。人孔也叫磨门，它的作用就是为了使筒体内的零件和人能自由进出，便于检修，所以其尺寸不宜太小，但也不宜过大，若人孔开的过大，对筒体的断面强度消弱严重。

（二）衬板

衬板是铺设在筒体内的一种保护筒体和起研磨作用的重要辅助部件。其对材质要求较高，在粗磨仓中要靠研磨体的冲击作用，所以要求材料有足够抗冲击的韧性，在受到冲击后，其表面能够冷作硬化，变得十分坚硬耐磨。在细磨仓中主要靠研磨体的研磨作用，对衬板材质要求是坚硬而耐磨。

衬板表面形状不同对研磨体的牵制能力也不一样，可根据磨机特性和粉磨物料粗细不同选择衬板的表面形状。衬板的主要类型如图：

(a)(c)(e)(b)(d)(f)

图 7 衬板的主要类型

a.压条衬板b.凸棱衬板c.波形衬板d.阶梯衬板e.平衬板f.波纹衬板

（三）磨头

磨头是磨机主要零件之一，它承受整个磨机的动载荷，在使用中要长期安全可靠，所以设计应考虑为不更换件。 （四）隔仓板

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1 磨机概述

磨机根据筒体长度与直径比值的不同，在筒体内用隔板仓分隔成不同数目的仓室。一般是：L/D〈2.0为单仓磨；L/D=2.0～3.0为双仓磨；L/D〉3.0为三仓或四仓磨。

隔板仓的主要作用有： 1．分隔研磨体；

2．防止大颗粒物料窜向出料端； 3．控制物料的移动速度。 (五)磨机的出料装置

中心传动磨机的出料端，有以下三种结构形式。

1． 如图8所示的中心传动中心卸料端。它的卸料篦子1用螺栓5与磨头2连结在一起，在卸料篦子与磨头之间有叶板4，在叶板中间装有卸料锥3。物料由卸料篦子1的孔排出后，被叶板4带起。当物料被带到上部时，便由叶板上滑下，经卸料锥3滑到轴颈内的截头漏斗6内，最后从中间接管7上的椭圆孔落到控制筛8上。筛8用螺钉固定到中间接管7的法兰盘上，随法兰盘旋转。9为卸料罩子，物料成品由罩子底部卸出，落入运输机中，没有通过筛子的粗粒物料，沿筛子滑下来从孔10卸出。

图 8 中心传动中心卸料装置

2． 图9是一种中心传动边缘卸料的装置。在磨机端盖内表面和卸料篦板3之间，形成一个环行空间，在端盖壁上等距切割椭圆形孔2，物料从此孔卸出，落到外罩下部（图中外罩未画出）。

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1 磨机概述

图 9 中心传动边缘卸料装置

3． 边缘传动磨机的卸料端（图10）。卸料篦子1和磨头2间有叶片3，在篦子的中部装有螺旋叶片4，叶片3能将物料带起并撒在螺旋叶片4上。通过螺旋叶片4和装在套筒5里的螺旋叶片6使物料顺畅地从轴颈中卸出。7为漏斗，用螺钉固定在轴颈的端面上，物料沿着漏斗落到控制筛8上，9为机罩，10为通风管道与排风机和收尘系统相联结。

图 10 边缘传动磨机的卸料端

1－卸料篦子；2－磨头；3－叶片；4－螺旋叶片；5－套筒； 6－螺旋叶片；7－漏斗；8－控制筛；9－机罩；10－通风管道

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1 磨机概述

（六）主轴承

主轴承是磨机的支承部件，磨机的全部重量和研磨体与物料的重量及离心力等都由主轴承承受。

磨机是以空心轴支承于主轴承上的，由于物料是由空心轴内出入磨机，所以空心轴的外径和主轴承轴瓦直径都比较大，管磨机的主轴承轴瓦内径为600~1400毫米。磨机回转时各作用力的合力方向近似垂直向下，因此主轴承只需要下轴瓦。

磨机主轴承采用滑动轴承结构（滑动轴承都设计成自位调心的）的有两大类：一种是把自动调心的球面置于壳体之外如图11；还有一种是把球面置于壳体之内如图12。

图 11 调心球面在壳体外的主轴承

1－轴承上盖；2－联结螺栓；3－进水管；4－主轴承瓦；5－冷却水管道；6－轴承座； 7－冷却水管道；8－出水管；9－；10－螺栓；11－密封圈；12－排13－圆柱销

图11主轴承的轴瓦4支承在凹形球面的轴承面6上，轴瓦下面具有凸形球面，而上部浇注轴承合金，轴承座和轴瓦的接触球面要精加工。这样磨机工作时，可灵活地自动调位，可消除轴瓦局部过负荷的可能性。由于轴承上盖不承受载荷，为了减轻制造工作量，减轻重量，它可采用钢板焊接的结构，用螺栓2与瓦座刚性联结。为了防止轴瓦从轴承座内滑出，利用圆柱形销13稳定在轴承座上。为了防止灰尘由轴瓦侧边和中空轴之间缝隙进入轴承内，并防止润滑油流出，在轴瓦两侧用螺栓固定密封圈11，每一个密封圈都由两半组成，用毛毡10密封。当中空轴回转时,

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1 磨机概述

在环行槽内充满了润滑油则同样起密封作用。润滑油沿着9进入轴承，一端封闭，下部壁上分布许多小孔，润滑油通过这些小孔，沿着回转中空轴均匀分布。用过的油，由轴瓦下部接管12和与其相连的集而流入循环油系统的过滤装置。

图12磨机主轴承球面瓦6支承在底座1上，球面瓦只有120°，由于中空轴在球面瓦上接触面夹角小于90°缘故。轴承上盖以钢板焊接结构。为了防止球面瓦从轴承座内滑出，用两个定位螺钉7和压板8是为了把中空轴上的油刮下，防止流到外面，对环境卫生有利。

这两种主轴承比较起来：金属用量方面“外球面”的比较省；轴承密封，“外球面”的比较优，因为轴承两侧的密封圈有可能随调心球面瓦一起自动调整，减小缝隙。但这种“外球面”轴承储油量较少，有时需要另外的油池或油箱，使系统复杂化。另外“外球面”的球瓦比较形大体重，则在机械加工和浇注轴承衬时比较麻烦。

图 12 调心球面在壳体内的主轴承

1－轴承座；2－轴承上盖；3－挂油器；4－架板； 5－挂油刷；6－钨金瓦；7－顶块；8－挂油板

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2 球磨机进料装置的优化

2 球磨机进料装置的优化设计

2.1 磨机的进料形式

进料装置是给磨机供料的一个完整的系统，其对磨机产量影响很大。传统的进料形式一般有三种：

1．截头圆锥漏斗形式的进料端。如图13所示：

物料经铸铁加料溜子1加入磨机，溜子支撑在支座8上，物料从溜子进入锥形漏斗2，漏斗嵌入轴颈内腔。漏斗有较大的中心角，以保证加料充足，进料漏斗的物料能迅速沿轴线向筒体内移动，钢环5起磨头衬板的作用，以保护磨头不受物料和研磨体的冲刷磨损。肋板4起加强磨头钢度的作用，同时也是环5的支架，钢环5以螺栓与磨头联结。采用这种结构形式，在设计截头圆锥时，要使倾斜角大于物料的休止角。

图 13 截头圆锥漏斗进料端

1－加料溜子；2－锥形漏斗；3－刮油板；4－肋板； 5－钢环；6－轴瓦；7－油圈；8－支座；9－密封垫

2． 利用螺旋叶片进料的进料端。

如图14所示，物料由进料口1进入装料接管2内，接管有钢板制成，内装有螺旋叶5和隔板6，接管用螺钉固定到空心轴径的端部，并随之一起旋转，空心轴径内装有套筒3，套筒的里面焊有螺旋叶片4。当接管和套筒随磨机旋转时，由进料口进入接管中的物料，在螺旋叶5的推动下进入隔板6中，并由隔板带起流入套筒

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2 球磨机进料装置的优化

中，进入套筒中的物料在螺旋叶片4的作用下被推入磨体中。在加料溜子和接管之间，装有毛毡密封圈7以防止漏料。

图 14 螺旋叶片进料端 3．利用加料螺旋进料的进料端。

如图15所示的进料装置，只在一些原有的老式球磨机上还有使用，新型磨机以不在采用。它的结构空心轴径中装有固定的套筒1，由单独的传动机构带动螺栓2在套筒中转动，物料由加料口3加入套筒中，在螺栓2的作用下，将物料推入磨体中。

图 15 加料螺旋进料端

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2.2 磨机进料口的改进设计

近几年随着新技术、新工艺的不断完善，球磨机的台时产量发生了较大的变化，同规格的生料开路磨和闭路磨台时产量相差两倍以上。降低入磨物料粒度，增强磨内通风，对提高磨机的产量、质量起到了很关键的作用。改善磨机通风，许多工厂在这方面都作了较大的努力和探索。在磨头设置鼓风与增加磨尾抽风相结合，收到了较好的效果，但相应增大了风机的能耗与磨尾收尘系统的处理难度。因此最行之有效的一种方式就是改进进料口。 2.2.1 磨机进料口存在的问题

球磨机的台时产量很大程度受到进给率的影响，根据大量的参考数据显示，其实影响磨机进给率和通风好坏的主要原因，是在磨机的进料口。现就老式系列球磨机接料口为例分析，磨机制造厂家原基本设计配套制造为图16型式。

有效通风面积进料口磨机体进料中空螺旋出料中空螺旋

图 16 原进料口设计方式

原设计中进料口通常水平安装，物料在料口底面形成45°的自然堆积，使进料口的有效通风面积约为0.065m ，相当于设计通风截面积的1／3。当其使用斗式秤配料与闭路循环负荷高的时候，进料口的通风面积被物料堵塞至基本没有，物料在磨内仅靠压力流动。生料磨由于物料自身水份较大，物料在磨内粉磨升温过程中，物料蒸发出来的水汽与微粉不能及时排出，在磨机前部形成回旋气流，增加了磨内的过粉碎现象，并带来的缓冲作用，使钢球的冲击力减弱，造成前筒体转角部分的微粉逐步粘结，形成磨机严重的糊磨现象。特别是冬天这种现象普遍存在。水泥磨由于对产品的细度要求较高，物料需要在磨内停留较长时间，由于磨机通风不良，使粉磨时产生的热量不能及时的排出，磨内温度增高。温度增高使水泥微粉细颗粒表面带上电荷，在静电的作用下，使颗粒与颗粒之间，颗粒与研磨体之间进行聚

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结，造成研磨体表面静电吸附细粉包球现象，很大程度上削弱了研磨体的冲击研磨功能，使磨机的粉磨效率降低，能耗增高。 2.2.2 对进料口的改进

由进料口出现的问题可以看出，进料口最主要的问题是下料溜子的问题，由于直角下料会造成物料对进料口的堵塞现象，从而影响到进料口的通风。因此现对进料口的改进主要将解决方法放在了下料溜子上。

改造方法是：将原来进料口的下料溜子取掉，改成如图17所示的圆筒型倾角式的下料溜子（圆筒直径500，详细尺寸见CAD图），这样将中空螺旋500净空间让出，使磨机在任何条件下都保持0．1963m的通风面积，为磨机创造良好的通风条件。由于有一定的角度，因此入料会在重力作用下顺畅进给，不会在进口造成堵塞现象，影响磨机正常工作。冬天在进料管口导人一根200的钢管进入放大体内，适时通人热风，降低磨内温差，增加磨机冲击研磨功能，稳定物料在磨内流速，减少磨内水蒸汽结露。另外，为了加强下料溜子的强度，增加其使用寿命，要在圆筒的下半边加固衬板，以提高下料溜子的耐磨性并对进料口起到很好的保护作用（衬板的详细尺寸见CAD图）。这项改进从理论分析是可行的，实际操作也很简单，企业不须比以前增加投入。这项技术对改善磨机的粉磨工况条件，降低能耗，促进企业技术进步有一定的积极推动作用。

图 17 改进后的进料口下料溜子

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2.2.3 进料端材质的选择

球磨机进料端随不象筒体部分磨损严重但也有磨损，它的损坏会导致停机，所以为了保证磨机的正常运行要严格选取进料端的材质。

磨机进料端采用高铬铸铁制造8。高铬铸铁按国家标准GB8263—8《抗磨白口铸铁技术》中的KMTBCr20Mo2Cu1制造，适用于承受较大冲击载荷。其中化学成份是(%)：C 2.0～3.0，Si≤1.0，Mn 0.5～1.0，Cr 18.O～22.0，Mo 1.5～2.5，Ni 0～1.5，Cu 0.8～1.2。在实际制造中，可根据矿山存在的湿磨腐蚀磨损情况和衬板的厚度来确定各元素的增减量，以保证适应各工作状况条件的使用性能。热加工工艺主要是：浇铸→空冷→正火(960℃～980℃，保温2h) →空冷→回火(450℃，保温2h)→空冷。

2.3 合理选取磨机进料点

通过在机械厂的现场观察结合球磨机粉磨动力学原理，发现实际生产中球磨机粗磨仓有一种不合理现象，现在对球磨机内抛落式运动时研磨体和物料的运动轨迹及相互之间的作用力进行分析，探求此现象产生的原因。发现球磨机进料装置在进料点选择上存在不合理之处。从而降低了球磨机粉磨效率和提高了消耗。所以为了优化进料装置，改善不合理问题，需要进行进料点的改进。 2.3.1 球磨机的工作原理

球磨机具有一个水平放置的回转圆筒，管磨机的筒体用隔仓板分成2~5个室，在各个室内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球或钢段，在棒磨机的粗磨仓研磨体内为钢棒。

当磨机回转时，物料与研磨体混合，在离心力和与筒体内壁产生的摩擦力的作用下被带到一定的高度，如图18所示，在重力的作用下自由下落，落下的研磨体冲击底部的物料把物料击碎。在磨机回转时，研磨体还有滑动和滚动现象，这样，物料于研磨体之间产生摩擦，将物料磨碎，由于进料端不断加入新物料，并且研磨体下落时冲击物料所造成的轴向推力，使之向出料端流动。

当磨机中的研磨体尺寸越大，装载量越少和磨机的回转速度越高时，则研磨体被带起的高度越高，滑动和滚动现象越小，对物料的冲击作用就越大。反之，研磨

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体被带起的高度越小，研磨体相互之间的滑动和滚动现象就显著，对物料的研磨作用就较大。多室的管磨机，靠近入料端室，往往装入较大直径的钢球，装载量较少，以利于击碎粒度较大的物料。在靠近出料端的室，往往装入直径较小的钢球和钢段，装载量较大，以便细

图 18 磨机磨碎物料的作用

磨粒度较小的物料。

另外，磨机筒体的转速，对粉碎作用和磨机产量影响也很大，如图7-2所示。 当筒体转速过低时（图19 a图），筒体不能将研磨体带到一定的高度，冲击物料的作用很小。反之，若筒体的转速过大（图19 c图），转速超过“临界转速”时，研磨体在其惯性离心力的作用下贴附在筒体上，与筒体一起作圆周运动，也根本起不到对物料的冲击作用。只要当筒体的转速适宜时（以“临界转速”的60%～70%），研磨体抛出后，才能获得最大的降落高度，对物料产生较大的冲击效果，如图19 b图所示。

(a)(b)图 19 磨机转速对粉磨工作的影响

(c)

2.3.2 实际生产中的进料方式

根据很多资料和正常生产紧急停车时的观察显示：若进磨物料较粗，则在靠近磨机进料端很长一段距离的N区域内，如图20中横截面：

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N

图 20 N区域内富集大量粗颗粒物料

N区富集着大量的粗颗粒和混入的小研磨体，越靠近磨头这种现象越严重，在截面的其它区域情况较少。为什么会产生这种现象，进行了以下分析：

球磨机进料装置的作用是将物料顺畅送入磨内进行粉磨。球磨机最常用的两种进料方式：

锥体进料方式和螺旋进料方式(如图21)。

1.锥体进料方式：物料依靠惯性冲入和锥体内表面的斜度进入磨内。 2.螺旋进料方式：物料依靠螺旋作用强制导入磨内。

由于中空轴也随着筒体一起运转及物料和中空轴之间的摩擦力存在，故实际上这两种进料方式的物料大都是从图21中EFM处进入磨内的。

进料进料管中空轴进料EFM锥体进料方式螺旋进料方式 图 21 锥体进料方式和螺旋进料方式

滑履磨多采用进料溜筒直接进料(如图22)，通常进料点多选择在磨机进口的中心线靠下处，即大约在图21中的M部位。

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喂料溜筒磨头衬板筒体

图 22 滑履磨进料方式

2.3.3 研磨体的运动轨迹

球磨机的工作原理是利用旋转筒体内的研磨体对物料的不断冲击和研磨，使物料最终粉磨成合格的产品。球磨机粉磨动力学通过建立数学模型，对球磨机内研磨体抛落式运动规律进行分析，得出了几个重要结论2：(如图23)： (1)研磨体运动的基本方程式3：

cosg2

r

[1]

式中：

R—任一层研磨体的回转半径。 ω—球磨机筒体的角速度。 g—重力加速度。

α—回转半径为r的研磨体的脱离角。 (2)研磨体运动脱离点A0AA1的轨迹：

r2cos

y222g [2]

22即：脱离点的轨迹是以(O，

g2 )为圆心，以2g22为半径的圆。

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图 233 研磨体运动轨迹

(3)研磨体作抛物线运动ABC的轨迹：

Brsinrcost yrcosrsint1B2gt2 或

ysec442tg32tg3 (4)研磨体运动最高点B0BB1的轨迹：

2sin3cosycos2(3cos2) (5)最内层的脱离角：

[3]

[4]

[5]

[6]

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cosmax226,8max73.75

(6)理论适宜转速时最外层脱离角：

tgmin2,min.74

从以上结论可以看出，研磨体从C1CC2界面起，由于离心力和摩擦力的作用，研磨体随着筒体一起转动。任何一层研磨体的运动轨迹都是以筒体中心为圆心的圆周运动。当研磨体与筒体一起转动而被提升到一定高度(AIAA2界面)以后，因研磨体的离心力小于重力的向心分力，此时，研磨体就以初速度v(研磨体的圆周速度)离开筒壁作抛物线运动，下落后重新回落到圆的轨迹上。

在运转过程中，研磨体在球磨机内按圆与抛物线的轨迹周而复始地运动着，可 以看出当磨机在一定转速下正常操作时，任何一层上的研磨体，经历了上述轨迹曲线的运动后，仍然返回到其原来所在的位置或相近的位置。即运动轨迹外层的研磨体回落到C1CC2界面时在外层的概率最大，同样对于在内层运行的研磨体则大多仍在内层。

据最新研究表明4：研磨体在AIAA2界面到B1BB2界面之间的运动轨迹并不是传统理论认为的松散状抛物线运动，因为密不可压缩的研磨体在脱离AIAA2界面后，由于在y轴方向上有一个向下的重力加速度g，致使同一层相邻两研磨体之间以及相邻层研磨体之间的运动轨迹相交而产生相互作用力。简单而言在此段不是松散状、无干扰的抛物线运动而是一种呈密集态、存在相互作用地向上运动。这里不着重研究。

2.3.4 研磨体及物料的受力分析

（一）研磨体在圆周运动轨迹内(C1CC2界面到A1AA2界面)的受力情况(以图24中点A4的研磨体为例)，图中：

f1—研磨体受到磨机筒体内壁或较之外层的研磨体对该层研磨体的摩擦力； f2—内层研磨体对该层研磨体的摩擦力； G0—研磨体自身的重力；

G1—其内层研磨体受重力影响而对它产生的压力； N0—研磨体自身作圆周运动承受的离心力； N1—其内层研磨体做圆周运动而对它发生的压力；

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F—以及简体内壁或外层研磨体对它的反作用力。 （在着忽略了一些气流影响和衬板磨损的影响）

图 24 研磨体运动轨迹内的受力情况

从其受力分析可以看出：

(1)磨体离开C1CC2界面后在f1、f2的作用下，(因fl>f2)，研磨体随磨机筒体做圆周运动，最终达到和筒体相同角速度，同时研磨体在此作用力下还作自身旋转运动。

(2)研磨体越靠近运动轨迹外层，则所承受的G1、N1、f1、f2、F的作用力就越大；同时磨机每运行一圈研磨体运行的的距离就越长；运动线速度就越大。

(3)研磨体通过A3后，由于其离心力抵消掉一定的重力向心分力，研磨体越靠近A1AA2处所受的作用力F就越小。

（二）研磨体在A1AA2界面到B1BB2界向轨迹内的受力情况，因存在较复杂的因素影响，再此不作深入研究。但可以看出在此段内研磨体之问作用力很小；因做减速运动，运动速度也较小。也是一个动能向势能转化的过程。

（三）研磨体在B1BB2界面到C1CC2界面轨迹内，研磨体呈霰弹状的抛落运动，研磨体之间是松散状的，正常情况下，研磨体之间不存在相互作用力，是一个势能向动能转化的过程。到达C1CC2界面时达到各自最大速度V。

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2211mVmVmgHBC

cB22VcVB2gHBCm—单个研磨体的质量； HBC—B点与C点的高度差。

2

[7]

Vc—研磨体在C1CC2时的速度；

公式8表明，VC是同VB(B点Y轴方向的分速度为0)、HBC有关的。结合公式1至公式4可以看出VB和HBC均同ω，α有关。因ω值一定，故越靠近运动轨迹外层，VC值越大。

（四）在C1CC2界面处，研磨体的动能通过碰撞转化为对物料、研磨体或衬板的冲击力P。

PmVct

[8]

公式9表明，P除同VC有关外，还受m、t的影响，即还同单个研磨体的重量和力的作用时间t有关。单个研磨体的重量同研磨体的材料和直径有关。研磨体的材料受其强度和成本的，而直径也不可能无限大，否则会大大减少研磨体的碰撞总次数。t值除与被撞击物体的材料特性有关外，更重要是和被撞物体在运动轨迹中所处位置有直接关系，在运动轨迹的内层时，由于被撞击物料下面有大量物料存在，作用力得到缓冲，作用时间必然就长，t值大；即在碰撞界面C1CC2处，越靠近C1点，t值越小，冲击力P越大；越靠近C2点，则t值越大，冲击力P越小。

由上分析可以得出，同样是越靠近磨机筒体的外层P值越大，越靠近运动轨迹内层P值越小。

（五）通常认为：物料进入球磨机后，是填充在研磨体的间隙中，和研磨体一起做圆和抛物线运动的，在运动轨迹中的受力情况同研磨体相似。（根据一项关于磨机模拟的实验研究表明5：物料进给的填充率对物料在筒体的运动也是很有影响的，在这里假设所取填充率合适。）但是由于细小物料的流动性好，在研磨体间隙中可以相对自由地运动，而粗大物料在研磨体间隙中运动阻力则大很多，难以在研磨体之间快速、均匀分布，这种情况必然影响不同粒度物料的运动轨迹和受力况。

下面分析物料在运动轨迹中的受力和运动情况：

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（1）圆周运动轨迹内(C1CC2界面到A1AA2界面)：较细物料填充在研磨体的间隙中，研磨体构成的支承骨架承受着主要的作用力G1、N1、F，物料受力较小。对物料主要是因研磨体相对滑动和旋转而产生研磨作用，但是应做抛落运动的研磨体直径都较大，研磨体总表面积较小，所以对物料的总研磨作用较弱小。而当物料因粒度较大无法填允进研磨体间隙中时，则要承受通过研体传递来的作用力(G1、N1、F)而产生的研压作用及研磨体滚动而产生研磨作用。可见在这段运动轨迹中，对较粗物料有着较强的破碎和研磨作用，对较细物料的粉磨作用则较弱。同4．1分析：越靠近研磨体的脱离点A1AA2界面，这种粉磨作用则越弱；越接近靠近筒体的外层运动轨迹，这种作用则越强。

(2)在A1AA2界面到B1BB2界面运动轨迹内，物料虽是呈密集念填充在研磨体内，但只受微小的作用力，对物料几乎没有破碎和研磨作用。

(3)在B1BB2界面到C1CC2界面运动轨迹内，物料同研磨体一样，也是呈松散状，相互之间几乎没有作用力，也是一个势能向动能转化的过程。在此过程，因研磨体于物料呈松散状，空气阻力和气流的影响就不能不考虑，较细物料因受空气阻力的影响最大，必然会逐步向运动轨迹的内层运动，同时随着气流向磨尾方向较怏速度运动；对较粗物料，空气阻力和气流影响则较小。相对而言能落在运动轨迹的较外层，随气流向磨尾运动速度也较慢；研磨体的运动则几乎不受此影响。到达C1CC2界面时，物料和研磨体都达到最大速度，获得最大动能

(4)在C1CC2界面处，物料的动能通过于物料、研磨体或衬板碰撞转化为对物料的破碎力同时物料还受因研磨体运动碰撞产生的冲击力P，得到进一步的破碎同上分析：越靠近磨机简体的外层物料承受作用力越大，受粉磨作用越大；越靠近运动轨迹内层物料承受作用力越小，受粉磨作用越小。

综上所述，在球磨机以抛落式运动为主的粗糙仓，粉磨作用主要发生在C1CC2界面到A1AA2界面段圆周运动轨迹内和C1CC2界面处。球磨机主要靠研磨体群落下时产生的冲击力而粉碎物料，同时也有部分研磨作用。而此粉碎和研磨作用均是越靠近磨机筒体的外层．其作用越大；越靠近运动轨迹内层，作用则越小。

另外，在B1BB2界面到C1CC2界面运动轨迹内，气流对物料的筛分作片用是有助于粉磨能力的发挥，即：研磨体运动几乎不受影响；粗物料能落到粉磨能力强的外层，向磨尾运动较慢能得到较充分的粉磨；而细物料则落在粉磨能力较弱的内层，较快通过粗磨仓。

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2.3.5 影响研磨的原因

(1)通过以上对球磨机内研磨体和物料的运动轨迹相互之间作用力的分析，结合球磨机进料装置原理可以发现这种现象的根本原因是：

a.这些进料方式中，物料都是首先进入运动轨迹的最内层——粉磨能力最弱处，只有依靠圆周运动的离心力和不断喂入的物料推力使物料在研磨体间隙中逐步向运动轨迹的外层运动，在向磨尾运行一段距离后，才能运动进到轨迹的外层，由于较粗颗粒在空隙中的流动性极差，反而不及细颗粒运动快，难以到达运动轨迹的外层，较多集中在靠近磨机进料端一段距离(如图20中横截面)的N区域内。

b.如图20中横截面的N区域内正是运动轨迹的内层，粉磨作用较小，粗颗粒得不到有效破碎，故富集着大量的粗颗粒。在此可以看出：在磨机横截面上，物料是从粉磨能力最弱处向最强处运动的，粗物料难以运动到粉磨能力最强的外层，物料分布是不合理的，不利于磨机粉磨能力的发挥。

其实一些磨机运行时现象也证明了上面的分析结果，粗磨仓震耳欲聋的磨音从另一方面也说明了在粉磨能力最强的外层缺少物料的缓冲作用(吸收能量)，致使研磨体之间和研磨体和衬板之间产生大量无效碰撞，消耗了大量动能，转化为声能和热能散失掉，做的是无用功。喂料过量时，一旦磨音发闷就是“饱磨”的征兆，即从另一侧面说明了：在粗磨仓物料从内轨迹向外轨迹逐步运动过程中，一旦靠近简体的外层轨迹有了一定物料时，内轨迹的物料则多得足以使磨内运动失去平衡，导致“饱磨”发生。

这种不合理的进料方式也带来了其它一些后果：由于最强粉磨区域缺乏物料的缓冲，致使粗磨仓的衬板使用寿命通常只有细磨仓的1／3，甚至更低；研磨体的磨耗也较高。当进磨物料粒度变化大时，磨机产量特别敏感，这也是磨机的粉碎能力得不到充分发挥造成的。 2.3.6 对进料点的选取

从上原因总结可得出：刚进入球磨机的粗大物料应尽可能运动在运动轨迹的外层。即物料从图25的O点处进入粉磨运动轨迹是最为有利的。

物料进入后，随磨机的回转而作圆周运动，在C1CC2界面处受到研磨体最猛烈的轰击，粗颗粒和研磨体堆积在较靠近磨机简体的外层，较细颗粒被挤到较内层，然后和研磨体一起继续沿着磨机运转方向前进，得到进一步的破碎和研磨，到

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2 球磨机进料装置的优化

A1AA2界面随研磨体一起脱离圆周运动，经B1BB2界面抛落回到C1CC2界面处，进入新一轮的粉磨循环。

在此抛落过程中，已粉磨细的物料向粉磨能力较弱的内层和磨尾方向运动速度较快；而较粗物料的速度则较慢，在粉磨能力较强区域停留时间较长，从而得到更充分地粉磨。

图 25 粗颗粒物料运动轨迹

从上面可以看出：物料的运动方向正好是从粉磨能力最强处向粉磨能力最弱处运动的，而且也是顺着物料流向(从磨头向磨尾)运动的。物料得到最佳的粉磨效果，球磨机的粗破能力也得到最大的发挥。

喂料溜筒磨头衬板筒体

图 26 滑履磨进料方式的改进简视图

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2 球磨机进料装置的优化

2.3.7 球磨机进料方式的改进

对于采用中空耳轴支承的中小型磨机，因受中空耳轴较长及截面小的，改进的余地很小，而这里给厂里设计的3.8×13的磨机按给定要求是设计成中空耳轴式。

为了最大可能的使物料进入磨机后落在较外层，认为只有采取一些辅助措施来增大物料与中空耳轴的摩擦力，使物料离开中空耳轴、进入磨机时的脱离点位置提高。但是这样做势必会造成进料易堵塞、易返料等现象，影响磨机正常生产。所以再次设计中只加了旋转肋板。

同样对于3.8×13的滑履磨而言，由于进料截面大，改进的余地较大。可以通过采取溜筒中心线和磨机中心线成一定夹角和改变进料溜筒的斜度等方法来实现(如图26)，使物料抛落到O点处，从而达到较理想的进料方式，充分发挥大型磨机粉磨能力强的特点。对于O点位置的确定可以通过磨机设计的研磨体运动轨迹来定，也可以通过磨机低负荷运行时的磨音来大致判断O点的实际位置。

通过以上改进，可以使物料较合理、均匀地进入粉磨区域，实现粗大物料从粉磨能力强的区域逐步向粉磨能力弱的区域运动。同时磨机粗磨仓的磨音大幅度降低，减少研磨体与研磨体、衬板之间碰撞次数，降低无用功损耗，降低研磨体及衬板的损耗，大大提高粉磨效率，提高磨机台时产量。

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3 进料装置相关参数及计算

3 进料装置相关参数及计算

粉磨设备中使用最广泛的是圆筒型粉磨机，在圆筒内装入一定数量的不同形状和大小的研磨体（或磨矿介质），例如：球、棒、短圆柱，或较大的矿石、砾石等；被磨的物料（矿石）装入圆筒后，筒体以一定的速度旋转，使研磨体被带动而产生冲击和研磨作用，达到把物料磨碎的目的。

但是粉磨的过程是一个很复杂的物理—化学过程，所以粉磨作业中有许多的因素影响着磨机的一些设计参数。主要影响因素有：

属于被磨物料的影响因素有：硬度、韧性、结晶特性、含泥量、入磨粒度和要求的产品粒度。

属于操作条件的影响因素有：磨机的转速、是否采用磨矿介质、磨矿介质的密度、形状、尺寸、配比和加入量。

如果采用湿磨：

影响因素还包括：矿浆浓度、矿浆流变特性和球料比、矿浆温度、成分和磨蚀特性；

如果采用干磨：

影响因素还包括：气流速度、温度和风量等。

属于磨机结构的影响因素有：磨机的型式、衬板的材质和型式、排料方式、磨机规格和长径比等。

磨矿不仅是物理过程，化学效应也有重要影响。

例如：矿浆的酸、碱度和化学成分不仅对磨矿介质的磨损和腐蚀有影响，而且对磨矿速度也有影响。研究表明，当被磨物料粒度小于10μm时，物料会发生“形变”和“性变”。“形变”就是被磨物料的结晶形态发生变化，“性变”就是被磨物料的性质发生变化。因此，如果“强化”（即：硬度和韧性增加），物料趋于更难磨；如果“弱化”（即：硬度和韧性降低），物料趋于更容易磨碎。

磨矿介质在磨机中运动有三种情况：

（1）磨矿介质相互之间或磨矿介质与衬板之间夹杂物料，因此磨矿介质相互不直接接触。此时，冲击力和研磨力直接作用于物料，把物料磨碎。

（2）磨矿介质相互直接接触，增加了磨矿介质的无益消耗。 （3）磨矿介质直接作用于衬板，增加了磨矿介质和衬板的无益消耗。 后两种情况是需要避免或尽可能减少到最低限度

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3 进料装置相关参数及计算

3.1 磨机作业的技术条件和工艺技术指标

粉磨作业的技术条件指的是入磨物料的粒度，易磨性、水分和温度以及产品质量要求，以上这些是选择粉磨工艺、粉磨设备和进行管理的依据。 （一）入磨物料的粒度

入磨物料的粒度，对磨机的产质量和动力消耗影响很大。粒度小。喂料均匀，则容易粉磨，磨机的产质量高，动力消耗也低。相反，入磨物料的粒度大，喂料不均，粉磨就困难，磨机的产质量低，动力消耗也大。因此，入磨物料粒度越小，对提高磨机的产量，质量指标就越有利，但降低入磨物料的粒度将受到粉磨设备条件的。

在大、中型水泥厂，要把大量的石灰石都破碎到很小的粒度（如10毫米以下）在当前的设备条件下是有一定困难的，现在对不同的物料入磨粒度只能控制在下列范围内：

熟料，小于30毫米； 石灰石，小于25毫米； 石膏，小于50毫米； 混合材，小于30毫米。

对于磨机筒体内径小于1.5米的磨机，由于研磨机体的规格和冲击能力较小，入磨物料的粒度最好能控制在10～15毫米以下。 （二）出磨产品的细度

出磨产品的细度，对该产品以后将要进行的物理和化学反应的效果有很大的影响。通过粉磨，不仅增加了物料的比表面积，同时使物料颗粒表面也受到破坏以致破裂，使参加反应的其它物料更容易渗透到颗粒中去，促使化学反应完全、充分。

在水泥生产过程中，对生料和水泥细度要求是不同的。 1.生料细度

生料的颗粒过粗，将会导至入窑的煅烧和物理、化学反应的不易进行。因此化学反应的速度是和参加化学反应的各物料的比表面积成正比的，因此就这一点来说，生料细一些好。但并不是说生料粉磨的愈细愈好。磨的过细，将降低磨机产量，同时对窑内煅烧的好处不明显。所以有些工厂对生料不仅要以0.08毫米筛的筛余量控制，而且还要作900孔筛筛余量的控制。目的在于获得比较合理的颗粒级配，一般生料的细度要求小于10%（0.08毫米筛筛余）。如果原料中含有煅烧中难

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3 进料装置相关参数及计算

于化合的物质，如石英沙、萤石等，则物料要求磨的更细一些，实际生产中，生料细度一般控制在8%～10%范围内。

2水泥的细度

水泥强度的高低决定于矿物组成，提高细度的作用，主要是提高其早期的强度，对后期强度影响不大。用提高粉磨细度的方法来提高水泥的强度是有限的。如果继续细磨（勃式比面积7500平方厘米/克时），强度不但不会再增加，有的反而会下降，凝结时间缩短（因其需水量增加析水性减弱）。所以把水泥磨得过细，只会消耗过多的能量，提高生产成本，在经济上是不合算的。

国家标准规定，普通水泥细度不得超过15%（0.08毫米筛筛余），各生产厂一般多控制在5%～7%范围内，对不同的水泥品种细度要求，如表格2所示。

表 11 不同品种水泥的细度要求

水泥品种 标号 细度（0.08毫米筛筛余，%） 不大于10 不大于5 不大于8～10 不大于5～7 不大于5 普通硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 300～400号 火山灰质硅酸盐水泥 500～600号 矿渣硅酸盐水泥 石膏矿渣水泥 (三)入磨物料的水分

入磨物料水分过大，对磨机的产量、质量操作影响很极大。磨机在磨物料时，筒体内的温度比较高，如果入磨物料的含水量多时，将会产生很多的水蒸气，这样，细颗粒的物料便贴附在研磨体和衬板上形成了“缓冲垫层”，使粉磨效率显著下降，严重时会将隔仓板孔堵塞、阻止物料通过，以致出现饱磨现象。

对入磨物料的水分一定要严格控制，但要保证磨机的正常操作，物料中还应保持少量的水分，否则物料过于干燥，在磨内流动速度加快，会出现窜磨跑粗现象，影响产品质量。同时物料中保持少量水分，在磨内气化时，可以带走部分水分热量，对于降低磨温，提高粉磨效率是有好处的。 一般入磨物料的平均水分可控制在1%～2%为宜。 各种物料的水分可控制如下：

表 21 各种物料的含水量

立窑熟料 〈1% 石膏 〈10% 混合材料 〈1% 黏土 〈1.5% 煤 〈3% 石灰石 〈1% 对于烘干兼粉磨的粉磨机，入磨物料的平均水分应小于5%～8%。

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3 进料装置相关参数及计算

（三）物料的易燃性

物料的易燃性是表现物料被粉磨的难易程度，用相对易磨系数来表示。其测定方法是以平潭标准砂为标准样品，用化验室小磨将等量的标准样品和被测物料（取入磨物料为平均大小，大块事先破碎，选粒度5～7毫米的作为被测样品）分别粉磨相同的时间，所得表面积之比即为相对易磨系数。

KSS0

[9]

1

式中K——相对有易磨系数；

S——被测物料的比表面积，c㎡/g； So——标准样品的比表面积，c㎡/g。 （四）入磨物料的温度

磨机的粉磨效率是非常低的，实际用于粉磨物料的功率消耗只占输入功率的5%～7%，大部分都转化为热能，使磨机筒体，研磨产品的温度升高。这些热量一部份可用于气流带走，但入磨的空气量终归是很少量的，因此带走的热量也必然有限，只占磨机筒体放出热量的5%～10%。如果入磨物料温度很高，就会造成磨机筒体和轴承等部件温升过高，影响长期安全运转。同时，当磨内温度过高时，也容易发生粘球现象，降低粉磨效率。据了解水泥磨的入磨物料温度高到80℃时，磨机产量将降低16%～20%。水泥磨内温度高到120℃时，石膏将脱水，会使水泥产生假凝现象。因此，不少工厂在水泥磨筒体外表面淋水，以降低磨温，对于磨物料的温度最好不要超过50℃。

工艺技术指标是用来评定粉磨工作进行的是否正常，是否维持在较高水平上的重要依据。例如：球磨机产量，单位动力生产能力，粉磨技术效率以及磨机的运转率等。如果这些指标较高，就说明磨机作业进行的比较合理，有效。

3.2 主要参数

在本文2.2.3进料装置材质选择一节中，已经提出了关于进料装置材料选取的说明。可将理论与实际相结合，从更经济，性能更实用的角度出发，在设计中按要求将碳钢Q235A作为进料装置的基本材质。

进料装置最易磨损的件是下料溜子，在2.2进料口的改进章节中将下料溜改成了圆筒瘤角式，提高了进料效率。进料管采用焊接结构，物料经溜子进入中空轴内的锥型衬套并沿着旋转的筒壁自行滑入磨内。这种形式的结构简单，但是料管的进

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3 进料装置相关参数及计算

料量尚无准确的计算方式。但是经过实测进料量相当大。因此在设计时要使溜子的溜角大于物料的休止角，以保证物料通畅进入。而根据要求此磨机不需要通风管，因此主要材料尺寸选取如下6：

下料溜子的溜角（水泥）：40～50，选取=45； 物料休止角（水泥）：25～35，选取=30；

溜子钢板厚度（水泥物料）：5㎜～8㎜，选取=6㎜； 支座钢板厚度（钢管）：325㎜，选取=6㎜； 磨机主要参数如表3：

表 3 磨机主要性能参数

名称 型号，规格 用途 生产方式 产量 磨机转速 主电机 研磨体转载量 主轴承润滑及高压润滑装置 3.8×13m管磨机 M38130 粉磨水泥 圈流生产 525普通水泥60t/h （入料粒度<25㎜，入料水分<1%） 16.3n/min（见3.4节） 2500kw（见3.5节） 174t 高压润滑站GYXZ－40（M） 流量40L/min，工作压力0.4Mpa 3.3 磨机填充率

填充率就是装入磨机筒体内的研磨体的体积与磨机筒体有效容积的比值或研磨体所占断面积与磨机筒体有效断面积的比值（如图27）一般用百分数表示，即：

图 27 研磨体填充率

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3 进料装置相关参数及计算

G100% VrFs100%Fx

[10]

G—某一仓研磨体的重量，t; V—某一仓的有效容积，m3；

—研磨体的容重，一般取=4.5t/m3； Fy—研磨体所占的断面积，㎡； Fx—磨机筒体的有效断面积，㎡。 填充率的选择7：

根据国内各生产厂及国外经验，填充率的选择可按以下原则进行：

（1） 一般当物料粒度大，硬度大，需要破碎功大时，填充率就应高些。但是该仓

排料差，球料比小、仓内存料较多时，就不能过分增加填充率。因为过高填充率会使仓内空间变的太小，研磨体冲击高度大大降低。

（2） 当物料易磨性好时，为增加产量可提高填充率。但物料易磨性差时不能为了

追求产量而猛增填充率，尤其是段仓，这样将会降低经济指标。

（3） 当产品细度可放宽，而产量要求高时，则需增加喂料量，仓内球料比下降，

需要增加填充率。

（4） 磨机转速高时，衬板对研磨体的提升能力强，研磨体带的高并且松散，填充

率则可选得低些。

（5） 一，二仓间用单层隔仓装置的磨机，因为前仓排料受后仓的影响，第一仓填

充率一般不能低于后仓。

根据生产经验，经水泥工业管理局磨机技术工作总结提出：

球磨的填充率为=40%左右；圈流二仓磨填充率为=30～32%；开流多仓管磨机的平均填充率为=25～28%。

因为填充率受多方面因素的影响，而且往往它和最高生产量之间是有矛盾的，因此实际的经济填充率要与机器实际运行相结合后作出调整。

3.4 磨机的适应转速

磨机的转速是磨机设计和操作的主要参数，在一定程度上决定研磨介质在磨内的运动状态。它对磨机的动力、产量、钢球和衬板的磨损都有影响。

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3 进料装置相关参数及计算

图 28 球的运动轨迹

磨机是通过筒体内球的抛落和滑动，使物料受到破碎和研磨作用。磨机低速转动时，球的运动为泻落式；高速转动时，为抛落式。在实际的粉磨过程中，我们要求球以抛落式运动。在抛落式运动中，任何一层球的整个运动轨迹都可以分为两段。如图28所示上升时，球丛降落点A’到脱离点A是绕圆形轨迹A’A运动，但从脱离点A落回到A’时，则按抛物线A’A下落。当球运行到A点时，其离心力C等于重力G的径向分力N。因这层球后面的一排球的阻力而引起的推力作用，抵消了切向力T这时，球将按照抛物线轨迹运动。称A点为球的脱离点。AO与垂线OW的夹角为球的脱离角。Rz表示该层球心到筒体中心的距离，则作用在脱离点A上的力应保持下列关系：

CN

即

mv2GcosRz

[11]

式中：

m — 球的质量；

v — 球在圆形轨迹上的线速度； Rz— 该层球心到筒体中心的距离； G — 球的重力；  — 球的脱离角。 因为，G=mg，vRzn30。将此代入公式[11]中，得：

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3 进料装置相关参数及计算

ng30Rzcosr/min

[12]

该式表示距离磨机轴线为Rz的一层球，在脱离角等于时从圆形轨迹变为抛物线轨迹所需要的筒体转速。

当=0时，C=G，球将沿着筒体内壁运动而不落下，可谓球已“离心化”了。这时，磨机的转速称为临界转速。 即 nkpg30Rzr/min

[13]

公式[13]是在假设球和球，球和筒体之间不存在滑动，筒体内的物料对于研磨体运动的影响不考虑的条件下得出的。假使以最外层球计算，而球径又忽略不计，则可求得理论临界转速为：

nkp或nkp式中：

30RDr/min

r/min

42.4[14]

nkp—磨机的理论临界转速，r/min；

D—磨机的内径，m； R—磨机的内半径，m；

事实上，这种假设条件是不存在的。因为球和球，球和筒体间是存在相对滑动的。因此，JLB.（列文逊）JIeBehooh教授提出了修正公式：

nkp42.4Dsinr/min [15]

式中：—摩擦角。sin<1

再考虑在不同填充率的条件下，球全部离心化时，磨机相应的实际临界转速nkp应为：

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3 进料装置相关参数及计算

nkp'nkp41r/min

[16]

式中：nkp'—磨机的实际临界转速，r/min；

nkp—磨机的理论临界转速，r/min；

—研磨体的填充率，%。

因为411，所以实际临界转速nkp'要大于理论临界转速nkp。

在生产实践中，我们希望磨内研磨体能在产生最大粉磨功的条件下运转。这时的筒体转速称为磨机的适宜转速。一般认为保持钢球的总降落高度为最大值时能产生最大的粉磨功。

根据数学推导，可求得磨机的适宜转速为：

n32Dr/min

[17]

式中：n—磨机的适宜转速，r/min；

D—磨机的内径，m。

把3.8×13m管磨机的实际数据代入公式[17]得到：

n3216.3r/min 3.8实际上，磨机适宜转速与磨机形式，规格，物料性质，球荷填充率衬板形状等很多因素有关。由公式得出任是基本数据。

3.5 磨机功率计算

磨机的功率也是磨机的重要工艺参数之一。准确的计算磨机功率，对磨机设计的先进性和技术经济指标的合理性起着很大的作用。磨机所需功率包括提升研磨体和物料的功率消耗，传动装置的磨擦功率消耗。

影响磨机所需功率的因素很多，诸如直径、长度、转速、装球量、填充率、传动方式以及粉磨方法等。计算磨机所需功率的公式也很多。世界各主要水泥生产国

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3 进料装置相关参数及计算

和制造公司均有各自的磨机功率计算方法。也有从理论中分析推导出的，但这些公式均有局限性。

这里我们主要采用的是校正过后的托瓦洛夫公式计算：

PrKP0

[18]

GP00.2DiVinVi式中：

0.8

[19]

Pr—磨机需要功率，kw； Po—磨机理论计算功率，kw； K—校正系数，K=1.2； Di—磨机有效直径，m； Vi—磨机的有效容积，m3； n—磨机的适宜转速，r/min； G—研磨体装载量，t.

将3.8×13m磨机的相关数据：G=174，n=16.3,K=1.2,Di=3.8代入公式[18].[19]得：

0.8GP00.2DiVinVi1740.23.8133.141.9216.323.141.9132085kw0.8Pkw rKP01.220852502- 40 -

3 进料装置相关参数及计算

因为磨机的有效容积Vi是小于上式中的3.8×13×3.14×1.9×1.9的所以所需功率是小于2500kw的。

由此确定了磨机驱动电机功率为：2500kw.

由以知数据通过磨机计算软件6计算出产量可达：71t/h超出要求60t/h. 磨机主要参数均符合要求。

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4 结 论

4 结 论

本次设计主要是对球磨机进料装置的优化设计。通过在唐山盾石机械厂实地考察和对以前设计的认真分析对比，结合相关的管磨机知识对3.8×13m型球磨机进料装置作了优化改进设计。

通过对球磨机的基本知识以及其广泛应用的深入学习认识，了解和发现了老式磨机进料部分存在的问题。设计通过对进料口的改进，从结构上对进料装置进行了优化，提高了进料效率，从而改善磨机总生产率。除了结构上，还发现了进料点的选择也关系着进料效率甚至碾磨效率。因此对进料点的选择进行了深入的讨论分析，提出了相应的改进看法。

为了相互配合完成整体磨机的设计，计算总结出了球磨机的有关重要参数，成功完成了球磨机进料装置的优化设计。

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谢 词

参考文献

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