球磨机设计.doc

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1、济南大学毕业设计 - 24 -1 前言 球磨机是水泥行业中用来粉磨原料及水泥的一种主要设备，在水泥行业中有着广泛的使用。球磨机之所以一直沿用到今天是因为其有着突出的优点，主要表现在：对物料有着超强的适应性，无论是软的，还是硬的都能够粉磨。此外，球磨机的生产能力大，可连续生产，满足大规模生产的要求。粉粹比大，可达到300以上，产品细度易于控制；无论是干法生产，还是湿法生产都能正常操作，也可将干燥和粉磨同时进行。球磨机结构相对简单，坚固操作方便可靠，维修管理简单，能长期连续地工作。球磨机本身也存在不足之处，如：工作效率低，筒体的有效利用率低，单位产品能耗大，每生产一吨水泥耗电超过70度，电能利用率

2、相当低，能源浪费情况严重因此，本设计从提高磨机的效率出发，侧重改良与磨机效率有重要关联的衬板，隔仓板进出料装置，研磨体等，提高球磨机的性价比。本人设计的球磨机，突出设计了磨机的筒体及回转部分，对选材进行比较分析，自主设计了一些零件的尺寸，并对主要零件的强度进行了计算。设计思路：在了解球磨机相关结构的基础上，进行总体上的设计，确定磨机主要的参数，回转部分的主要结构参数并进行了强度校核，并进行创新设计。预期成果：达到技术性能要求，提高磨机粉磨效率及能量利用率，降低水泥粉磨能耗，提高水泥生产企业的效益，适应国家产业结构调整及节约型社会建设的大局。2 球磨机的基本知识2.1粉磨工艺系统在水泥行业中粉粹

3、定义为，用机械方法或者是其它的非机械方法克服物料的内聚力而将其分裂的过程。粉粹又可分为破粹和粉磨，破粹是指大块物料破粹成小块物料的过程；粉磨是指小块物料磨成细粉的过程。相应地，完成这些作业的机械则被称为粉粹机械。通过粉粹物料，使其表面积增加，可提高物料的化学反应速度和物理作用效果；不同物料在细粉状态下混合效果更佳；经粉粹的物料，在干燥，传热，运输和储存过程中更为方便。在建筑材料生产过程中，粉磨具有极其重要的作用，它直接关系到产品的成本高低和质量的优劣。粉粹比是指粉粹前后物料的平均粒径之比。它直接表示了物料粒径在粉粹过程中的缩小程度，使粉粹过程中用以评价的技术指标。对物料粉粹比的要求决定着粉磨机

4、械的选择，不同机械有着不同的粉粹比范围。若要求的粉粹比范围比较大，而一台机器难以满足要求时，就需要几台机器串联起来粉粹，这一过程称多级粉粹。总的粉粹比等于各级粉粹比之积。物料的易脆性指的是物料被破粹的难易程度。物料的硬度，强度，密度，结构，含水率，裂痕，表面形状及粘性都影响着其易脆性。物料的易磨性是指物料被粉磨的难易特性，决定于物料的种类和性能。如熟料比矿渣好磨，石灰石比熟料好磨，这是由于种类不同；而相同种类时，脆性大的物料较之脆性小的物料易磨。粉磨系统是指按一定粉磨流程配置的主机及辅助机械组成的系统，粉磨过程中需要根据物料的性能，产品种类及细度，产量，能耗以及可操作性等引述选择合适的粉磨系统

5、。开路流程是指物料一次通过磨机就成为成品的流程。此流程具有：流程简单，设备少，投资少，操作简单的优点。同样的，容易出现过粉磨现象是其最大色缺点。圈路流程是相对开路流程而言的。不同之处在：圈路流程具有分级设备，可选出成品，使粗粒返回磨内再粉磨，不易出现过粉磨现象。但流程复杂，设备多，投资高操作麻烦是其主要缺点。本设计的球磨机选用的是开路流程。目前，国内的一些筛分磨中存在筛分装置的筛分板孔径大，通料面积小，筛分板易动摇等若点。使得客户在使用过程中提高产量难度大，质量波动大，清理过于频繁，影响生产的连续性，给用户带来经济损失。通过对现有磨机的技术分析，创新设计内选粉筛分技术，融合了最新世界先进选粉技

6、术，在球磨机中采用新型选粉装置，在原有生产工艺的基础上，充分考虑各环节的情况。生产中可以及时地将适合二仓研磨的物料从一仓中排出，并使二仓中的达到要求的物料及时排出球磨机外。这样一来，一仓与二仓的研磨分工更为明确，有效地解决了过粉磨问题，使磨机效率有明显的提高。通过对衬板结构，研磨体级配进行优化调整，使每台磨机达到能力的最大应用。由于通风能力的加强，通料面积的增大，台时产量可撒幅度地提高，此技术全面使用于闭路磨，开路磨，超细矿渣微粉改造。2.2球磨机的工作原理球磨机是水泥工业中用以粉磨原料，燃料及水泥的主要设备。球磨机的主体是由一定厚度的钢板卷制而成的筒体，筒体的二头装有带中空轴的磨头，中空轴放

7、在二个大型轴承上。筒体内装有衬板，隔仓板，不同的仓室有着不同的研磨体，研磨体主要为钢球，钢棒，卵石等。为防止筒体磨损，在筒体内壁装有衬板。当磨机回转工作时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的磨擦力作用下，贴附在筒体内壁的衬板上，随筒体一起回转，被带到一定高度，受重力作用自由下落，下落时的研磨体像被抛出的物体一样冲击底部的物料，把物料给击粹。这一整个过程是周而复始的，循环运动。除此之外，球磨机回转的过程中研磨体还产生滑动及滚动，使得研磨体，物料及衬板间发生研磨作用，使物料磨细。由于进料端的不间段喂入新物料，使进料端与出料端能强制物料流动并且研磨体下落的过程中冲击物料产生轴向推力，使得物料流

8、动。此外磨内气流运动也有利于物料流动。因此，尽管球磨机筒体是水平放置，但物料却可以从进料端慢慢流向出料端，完成粉磨作业。2.3球磨机的构造及主要零部件球磨机作为一种重要的细磨设备，在水泥行业中有着广泛的使用。本设计的球磨机由于筒题较长可使物料在筒体内粉磨得时间较长，因此得到的成品的细度也较高。磨机的规格是以筒体的内径D（m）和筒体的长度L(m)的乘积来表示的。磨机由于生产方式，规格，卸料，支撑和传动方式的不同而有所区别，但结构上还是大体相同的，主要有以下几部分组成：（1）进料装置，主要包括下料斗，螺旋进料筒，或者是进料锥筒。（2）支承装置，一般采用滑动轴承支承。（3）回转部分，包括筒体，中空轴

9、，衬板，隔仓板等部件。（4）卸料装置，主要有边缘卸料装置，中心卸料装置。（5）传动部分，有边缘传动和中心传动，包括主电机，辅助电机。减速机，传动轴及大小齿轮等2.3.1回转部分的构造（1）回转部分主要包括筒体，中空轴，隔仓板，衬板，出料板等部件。本设计采用边缘传动，因而还有传动大齿轮。本设计为长筒型磨机，筒体由钢板卷制而成磨机的端盖采用钢板焊接而成，与磨机筒体焊接在以起。中空轴分别铸造，通过螺栓将中空轴与端盖连接在一起。端盖内壁上固定有磨头衬板，起到保护端盖不被损坏的作用。进料中空轴上装有螺旋筒，起到促进物料进入的作用。本磨机有进料部分，回转部分，传动部分等主要部件组成。中空轴由铸钢铸造而成，

10、大齿轮由铸件滚齿加工而成，筒体内安装有衬板，具有很好的耐磨性。本机器运转平稳可靠。（2）筒体的主要零部件：筒体作为磨机的主体，是磨机的主要工作部件之一，物料的整个粉粹过程都在筒体内完成，重要性不言而喻。筒体材料：筒体是一种薄壁圆筒，承受了交变载荷，且属于不可更换的零件，因此要保证在工作中安全可靠，且可长期低速连续运转，于是对金属的强度要求高，要求塑性好，具有较好的抗冲击能力，再加上筒体是由钢板卷制焊接而成，因而要求有较好的可焊性。本设计选用Q235，其强度，塑性，可焊性都能满足使用要求，且成本相对较低。筒体在制造过程中最关键的是要保证其圆度和焊接质量。在实际生产过程中应充分利用钢板尺寸减低边角

11、的浪费，要避免轴向的焊缝在一条直线上。（3）磨们与人孔为方便检查及更换球磨机内的易坏损部件需要在各仓开设磨门，同时也是进入磨机内绘制筛析曲线，停机检查机内工作情况的需要。同理，磨门应开在筒体的二侧及各仓的中部位置，以便于装卸研磨体。人孔的尺寸应改方便人们自由的进出筒体作检查之用，且能保证筒体的强度。一般人孔的尺寸不超过一米，且须与筒体轴线平行，这样筒体的横断面积削弱的旧要少。人孔采用冷加工的方法支撑且在切削加工的过程中留有一定的加工余量。（4）磨头磨头包括中空轴及端盖两部分，是磨机的主要零部件之一。其承受着磨机的动载荷，要求高度的安全可靠性在设计的过程中是不考虑更换的零件。磨头的结构形式主要有

12、以下两种：一是使用于中小球磨机的，端盖与中空轴成为一个整体；另一种是适用于大中型球磨机的将端盖与中空轴分别铸造，再通过螺栓连接起来。磨头的材料一般采用ZG270到ZG500，是因为需要较高的强度。本设计选用ZG270。（5）衬板及研磨体衬板主要是用来筒体不受研磨体及物料的磨损的。同时也可利用不同形状的衬板来调整各仓内研磨体的运动状态。物料的粉末过程对衬板的性能提出了较高的要求如果衬板材料的硬度，耐磨性，及抗冲击能力差，则其内表面会很快改变原来的几何形状；同样的，研磨体的几配载磨机运转过程中也是动态的不断变化的，因此必须保证研磨体在一个相对合理的水平。因此，改善衬板及研磨体的材质是磨机长期稳定工

13、作并提高其运转效率和生产效率的根本保证。对衬板来说，要保证长期稳定的工作必须具备良好的材质条件：具有整体均匀的硬度及组织结构，高的疲劳强度，低磨损率，不变形，不断裂，这些都是钢材所难以具备的。高铬白口铁衬板硬度高，耐磨，但应力集中明显，高锰钢衬板则能克服这些缺点，本设计选用高锰钢衬板。研磨体的消耗可以说是水泥粉磨中的主要材料消耗，其中有研磨体之间的消耗以及物料之间的消耗，主要是由摩擦和自身的破裂导致的损耗。如果研磨体损耗过大则会影响磨机的粉磨能力，以及导致磨机工作性能的不稳定。选用普通钢球的实际费用比选用耐磨求得花费更大。选用耐磨球的优异性能可弥补它的价格带来的影响，提高了极其工作性能的稳定性

14、，带来可观的经济效益。衬板的作用是保护筒体使其免受研磨体和衬板的作用是保护筒体使其免受研磨体和物料的直接冲击和研磨，同时也可调整研磨体的运动状态。一仓装有提升能力强的衬板，以增强冲击能量，细磨仓装有波纹或平衬板，以增强研磨作用。球磨机衬板大多数用金属材料制造，也有少量用非金属材料制造。由于各仓内研磨体运动状态不同，为适应这种工作状态的要求，制造各仓衬板材料就不同。在粉碎仓，研磨体以冲击作用为主，要求衬板应具有抗冲击和耐磨特性。普遍采用高锰钢（ZGMn13）作衬板材料。它具有一定的抗冲击韧性，并且在受到一定的冲击时，它的表面产生冷作硬化，表面变得坚硬耐磨，一般硬度在HB300350，韧性相当高，

15、冲击值可达700Nm/cm2。但在使用中，容易过早反凸弯曲变形，拉断固定螺栓，造成衬板脱落，使之寿命降低，一般平均寿命在50006000。高烙铸铁，耐磨性好，在耐磨材料中居首。硬度高，所以是一种脆性材料。但经过适当的处理，可以制作粗磨仓衬板。磨机上结构复杂及薄壁大件不宜采用高烙铸铁，如隔仓篦板，磨头衬板等。现在高烙铸铁已发展了四种牌号，为了提高韧性随之而来的出现了高烙铸钢等材料。目前耐磨材料还可选用低烙铸铁、12硅锰烙钼钢、低碳硅锰合金钢、低合金高强度钢等耐磨材料。 衬板的种类按工作表面形状分类比较直观，有以下类型：A. 平衬板 工作表面平整或铸有花纹的衬板均称平衬板。它对研磨体的摩擦力小，研

16、磨体在它上面产生的滑动现象较大，对物料的研磨作用强，通常多与波纹衬板配合用于用于细磨仓。B. 压条衬板 由平衬板和压条衬班组成。压条上有螺栓孔，螺栓穿过螺孔将压条和衬板（衬板上无孔）固定在筒体内壁上。压条高出衬板，可增大对研磨体的提升作用，使研磨体具有较大的冲击研磨力。适用于一仓，特别是入磨物料粒度大的一仓。C. 阶梯衬板 工作表面呈一倾角，安装后出现阶梯，可加大对研磨体的推力。对同一层钢球的提升高度均匀一致，衬板表面均匀磨损，即磨损后表面变形不明显。常用于球磨机的一仓。D. 小波纹衬板 此种衬板有较小的波峰和节距，提升系数小，开有锥形孔，适用于细磨仓。E. 端盖衬板 衬板表面光滑，用螺栓固定

17、于磨机端盖，以保护端盖免受研磨体和物料的磨损。F. 锥面分级衬板 衬板断面形状和在磨仓内的铺设。锥面分级衬板形状的主要特点是沿轴向有斜度。在向是大端向着磨尾，也就是靠近料端直径大，出料端直径小。因分级衬板沿轴向具有斜度，能使磨内钢球在粉磨过程中按物料粉磨规律发挥作用。因而可减少磨机仓数，可增加有效容积，降低通风阻力，提高产量，。G. 角螺旋衬板 由平衬板、圆角衬班和金属衬架组合而成。在磨内安装后，使磨机的有效断面呈圆角正方形。相邻两圈衬板的方圆角互相错开一个角度，四个圆角分别构成断续内螺旋。使研磨体在磨内的循环次数增加，脱离角和降落区域得以改变，加强了研磨体和物料之间的冲击效能，提高了粉磨效率

18、。H. 沟槽衬板 普通式衬板从宏观上看是一个大弧面，其半径与该磨机内空间的半径等值，从微观上看是一个平面。它与磨球及物料的接触为点接触。沟槽式衬板的工作表面，是由许多等弧面组成，头仓（粗磨仓）为直弧面。这些弧面半径不依磨机直径的大小而变化，而是与磨球的直径有关，约R2555mm不等。磨球与衬板为弧线甚至弧面接触。接触的弧线长度可为整个磨球圆周长的1/41/3，弧度可达120。与点接触相比，其接触面积即研磨面积增加了几十倍。因此，整个磨机内的研磨空间就扩大了数倍乃至数十倍。另外，钢球在衬板上的排列为六方结构堆积，该结构配位数大，致密度高,球与球间的有效碰撞机会多。上述这一切为提高了粉磨效率,并节

19、省电能奠定了基础。本设计中，一仓选用阶梯衬板，二仓选用平衬板。衬板的固定方法A. 螺栓固定法 固定衬板时，螺栓应加双螺母或垫圈，以防磨机在运转过程中研磨体冲击使螺栓松动。筒体和垫圈之间配有带锥的垫圈，锥形面内填塞麻丝，以防物料流出。这种固定方法抗冲击、耐振动。大中型磨机的一、仓的衬板通常用螺栓固定。B. 镶砌法 镶砌时衬板和筒体间要有一层水泥砂浆或石棉水泥，在环向缝隙中用铁板楔紧，再灌入12的水泥砂浆（6）隔仓板隔仓板主要是用来分隔研磨体的，在粉磨的过程中物料的尺寸向磨尾递减，研磨体在开始的时候主要是冲击作用，在后面就过度到了研磨作用。由于物料尺寸变化的缘故，研磨体的尺寸也在变化，尺寸从磨头到

20、磨尾不断递减，因此，隔仓板的作用之一是分隔比同级配的研磨体。隔仓板的另一个突出作用就是防止大颗粒物料窜向出料端，防止未经磨细就出磨。此外隔仓板上开孔的尺寸也能决定磨内物料的填充程度，控制着物料在粉磨时间，隔仓板可分为单层和双层两种，由于主要受研磨体的挤压和摩擦作用，受冲击力不大，一般选用高锰钢或高碳钢制造。且无需进行退火处理。（7）大齿轮边缘传动的大齿轮体型较大且重，通常采用两个半齿轮组合而成，便于拆装，齿数应为偶数开口在齿槽上，准确地吻合。大齿圈的安装，目前普遍采用的是用螺栓将齿圈固定在筒体或者是端盖法兰上，有的采用一排螺栓固定磨头端盖，筒体法兰，大齿圈，这样一来拆卸不方便。有的采用两排螺栓

21、将端盖和齿圈固定在筒体法兰盘的同一侧，此法适用于大中型球磨机。大齿圈一般安装在卸料端，原因很明显。我们可以将磨机筒体看作一根空心的简支架，球磨机的热胀冷缩量就可以由进料端自由伸缩，将大齿圈安装在卸料端就不受这种伸缩产生的轴向窜动的影响。此外，如果安放在进料端，由于物料粒度较大，研磨体对筒体的冲击作用也较大，对齿圈有着不可避免的影响，使得传动效率降低，缩短了齿圈的寿命。而安装在进料端则不会有这种问题的出现。本设计采用的是将大齿圈安装在球磨机的出料端。对于边缘传动的大小齿圈来说，破坏失效的主要来源是齿面的磨损和弯曲折断。因而，齿圈要求有足够的强度，较高的耐磨性和良好的加工性，本设计的大齿圈采用ZG

22、270，加工前经过正火处理。齿圈的润滑有以下几种方式：一是油泵的喷油润滑，由油泵，阀门，油管和喷油嘴组成：二是大齿圈带油润滑;三是油轮带油润滑，此法克服了大齿圈带油润滑的弊端。3 球磨机的总体设计3.1球磨机的参数设计计算3.1.1 球磨机的临界转速当磨机筒体的转速达到一定数值的时候，研磨体随筒体运转产生的离心力等于它本身的重力，使研磨体上升至脱离角=0，即研磨体将紧贴附在筒体上，随筒体一起回转而不会掉落下来，这一转速就称作临界转速。由于磨机在一定的转速下工作的，内部的各层研磨体的脱离角是不同的，一般取筒体的又效内径为基准来计算。当研磨体处于极限位置时，脱离角=0，将此值代入研磨体运动基本方程

23、式，可得临界转速， （3-1）式中：为临界转速，r/min；为筒体有效半径，m；为磨机筒体有效直径, m。代入上面的公式（3-1） 从理论上讲，当磨机转速达到临界转速是，研磨体将随筒体作紧贴筒壁得运动，而其不到研磨作用，因此，上面的公式是在几个假设的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是有相对滑动的，并且物料对研磨体是有影响的。所以，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且跟磨机结构、衬板形状、研磨体填充率等有着紧密的联系3.1.2 球磨机的理论适宜转速由于当研磨体随筒体一起运转时几乎没有研磨作用，只有研磨体呈抛落状态是才能具有较强的研磨效果，因此，在研磨体填充率一定得条件下

24、，研磨体对物料的粉粹是磨机的函数。使研磨体产生最大粉碎功时的筒体转速叫作磨机的理论适宜转速。当靠近筒壁的最外层研磨体开始脱落时,也就是此时研磨体具有最大的降落高度，对物料产生粉碎功最大。将脱离角=5444代入公式，就可以得出理论适宜转速， 3.1.3 转速比磨机理论上的适宜工作转速与临界转速之比，可简称为转速比，即 （3-2）从这个式子可以看出理论适宜转速相当于临界转速的76%。实际上，一般性能的球磨机的实际转速食临界转速的70%到80%。3.1.4 磨机的实际工作转速上面分析的是 磨机理论适宜转速n是根据最外层研磨体能够产生最大粉碎功这样一个观点推导而来的。缺少对研磨体随筒体内壁上升过程中，

25、部分研磨体有下滑和滚动现象对工作中转速地影响的考虑。根据水泥生产中磨机运转的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个经验公式，是在生产过程中积累出来的，可用于干法磨机的实际工作转速的确定，即当1.8m （3-3） 当1.8m2.0时 （3-5）以上各式中:为磨机的实际工作转速，r/min；为磨机的有效内径，m；为磨机直径，m。由于本设计=2.3m,D=2.4m代入公式（3-5） r/min3.1.5 磨机的功率的计算实际生产中有着多种因素影响磨机需用功率，比如磨机的直径、长度、转速、装载量、填充率、粉磨方式。内部装置以及传动形式等。磨机的功率主要用于提升研磨体上，也称作需用功率，此

26、外，还有一部分用于克服阻力，作了无用功。目前通用的计算方法是 （3-6） 公式中: 为球磨机需用功率，kW；为球磨机有效容积，m；为球磨机有效内径，m；为球磨机的理论适宜转速，r/min；为研磨体装载量， t；将本设计的各数据代入公式：于是磨机上的主传动电动机功率为：=1.31.0678=883kW式中: 为与磨机结构、传动效率有关的系数；为电动机储备系数，在1.01.1间选取。其中边缘传动的干法生产的球磨机=1.3。3.1.6 磨机的生产能力实际生产中有着多种因素影响磨机需用功率，根据球磨机使用的实际情况，由下面的计算式 （3-7）公式中: 为球磨机单位功率生产能力；为磨机所需功率， kg/

27、kW；为流程系数，开路磨取1.0；为球磨机生产能力，t/h；代入公式（3-7） = 40.68 t/h将一起考虑，本设计为干法开路长磨球磨机，值为5560。 球磨机的年生产能力, =8760 （3-11）式中: 为球磨机的年生产能力，；为球磨机每台每小时的生产能力，；是球磨机的年利用率，水泥开路磨252518181111百分含量 % 18422614100由mm，固确定90mm球为最大级，本磨机为二仓开路磨，第一仓钢球级数分4级，依次选90mm、80mm、70mm、60mm四种钢球级配。第二仓分别选60mm,50mm,40mm三种钢球级配。6 结 论球磨机的高效率、低能耗工作，一直是生产企业不

28、懈的目标。本设计主要在开流磨机的基础上针对开流粉磨及设备的一些实际情况及生产中存在的一些不足之处，作了创新设计，通过对筒体，及磨内一些零件进行了优化设计，在对各零部件的设计过程中尽可能选用通用件的同时，从材料的性价比，以及对行业发展趋势的展望，突出对新型材料的选择使用，以提高粉磨效率，最大程度达到高产、高细和低能耗运转。一般地，开流粉磨在当今的水泥厂中虽然已经较少采用，是因为在相同条件下，圈流磨磨机能提高产量，降低电耗，并且衬板球耗均降低。成品温度降低，产品细度也容易调整。美中不足的是圈流磨设备环节多，投资大、厂房高、操作复杂。本设计的最大特点是在开流磨机的粉磨系统上，创新设计了磨内分级选粉装置，既保持了开流磨系统流程简单，投资少，操作