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大型球磨机的研制与开发
发布时间：2013-07-21 08:07 来源：未知
1、概述
球磨机大型化是技术发展的方向，直径中4m以上的球磨机，一般称作大型球磨机。80年以来，中信重型机械公司通过与国外著名公司合作（技术引进和合作制造），自行设计制造和成套供货并出口国外，使大型球磨机的设计制造和成套能力达到一个新水平。近几年制造并已投产的球磨机中，∮5.5mx8.5m溢流型球磨机4台是与美国Fuller公司合作制造，用于江西德兴铜矿，是日前国内最大规格的球磨机�！�5.03mx6.4m溢流型球磨机3台是由本公司总承包，成套设计制造和供货（部分关键部件进口），用于巴基斯坦山达克铜矿。最近，公司又为赞比亚谦比希铜矿制造了∮4.27mx6.lm溢流型球磨机2台，已成功投入使用。2003年又为安徽铜陵铜都铜业公司制造了中5.03mx8.3m溢流型球磨机2台、中4mx6.7m溢流型球磨机2台。
2、技术参数
球磨机分干式和湿式、格子型和溢流型、开路和闭路等不同类型，处理物料的性质和人料出料粒度各异，因此其结构和技术参数都会有所变化，根据经验，可按表I公式初步估算球磨机技术参数。
3、结构特点
以∮5.03mx6.4m球磨机为倒，分析球磨机的结构特点。、
3.1简体部件
(1)筒体由钢板焊接而成，为便于运输，长度方向分为两段，为保证铸造质量，铸钢的端盖和空心轴也是两件（中小型球磨机为整体），靠法兰止口定位，用高强度螺栓（配液压扭矩搬手）将它们联接成一个整体，由于加工过程中严格控制加工精度，保证了两端空心轴的同心度。
(2)简体是球磨机关键部件，对其强度和刚度进行了计算机有限元分析，按照应力分布状况，确定合理的壁厚，确定剖分部位和人孔位置，避开应力高峰区，对于应力集中区采取加强措施，使结构紧凑、合理、制造方便。
(3)单个简体包括两端法兰，最大为∮5500mmx3 300mm，重29t．法兰采用I．型结构，使焊缝避开应力高峰区。
(4)大型球磨机衬板应该具有耐磨、使用寿命长及良好磨矿性能，日前多采用波形金属衬板。
波形衬板有单波及双波形两种，对于中、小型磨机用于一段磨矿，多采用单波形衬板。但是大型球磨机实践汪明，不管是铜矿石、铁矿石，也不管用于一段或二段，多采用双波形衬板。衬板采用新研制的低合金耐磨材料，代替传统高锰钢，延长了使用寿命。
3.2主轴承部件
大型球磨机的轴承系统应能永受巨大的负载，其设计应遵循下列准则：无故障寿命运转；低维护要求；易调整；易检查与监控。
主轴承采用高低压滑动轴承（或称静动压轴承），配置高低压润滑装置。磨机启动和停车时，高压（静压）举升，正常运转时，低压（动压）工作，高低压自动切换，磨机在任何工况下，中空轴轴颈和轴瓦间都保持0.1—0.2mm油膜，使转动部件(包括钢球和物料、总重约550t)运转平衡，轴承工作正常。油腔尺寸和油流参数（压力、流量、油膜厚度等）由专用计算程序汁算和设计。严格控制中空轴和轴瓦的加工精度，装配时不刮瓦，确保静压油膜的形成和节省装配工作量。
轴瓦而为巴氏合金，下埋冷却水管，通水冷却。中空轴温度，由RTD金属温度检测器直接测量，数据准确，与电控系统联锁，有效防止轴瓦过热引起烧瓦事故。两个轴承，一侧固定，一侧游动，轴瓦和瓦座的支承面采用新结构，轴瓦腰鼓面，瓦座圆柱面，工作时呈窄带状接触面，加工简便，工作可靠（传统球面结构，制造复杂，一旦缺油调心性能差）。因此，简体由于温度、载荷变化、安装误差等引起的变形（伸缩和弯曲）轴承能自动调正，保证工作rE常。扁宽型轴瓦结构，安装检修方便，只需用于斤顶将简体顶起10mm，即可将轴瓦从一侧抽出。
该装置可提供非�？煽康娜蠡冶Ｖぶ岢性俗陌踩�，在供电突然停止时，它们能提供临时的动压润滑，还备有手动高压油泵，在紧急情况下可人工临时浮动。
3.3传动部件
驱动大型球磨机没备需满足下列要求，同时还应考虑投资成本以及特殊操作条件下各种速度的选择方案。高操作可靠性；高效率；低维护要求；低投资成本。
球磨机采用开式齿轮边缘驱动，大齿轮和简体连接，小齿轮通常有两种传动型式。低速同步电动机直接传动或异步电动机经减速器传动。前者为避免同步电动机启动电流对电网的冲击，一般要配置空气离合器，实现分阶段启动。后者结构稍为复杂，一般采用平行轴硬齿面减速器（也可采用行星减速器），投资略低于前者，两者各有其优缺点。
大、小齿轮的结构尺寸和啮合参数、齿轮按最新的ACMA2001标准设计每个细节，进行计算机优化设计。大齿轮、小齿轮为球磨机的关键件，按美国AGMA6004强度计算标准设计大、小齿轮。保证实际接触强度服务系数Sn>1.5，实际弯曲强度服务系数Sr>2.25，选用最佳的材质和成熟的热处理加工艺，确保齿轮啮合精度和使用寿命。设计选用斜齿轮，增加啮合平稳性和使用寿命。大齿轮材料选用Cr-Ni-Mo合金钢，小齿轮选用低碳Cr-Ni-Mo合金锻钢，采用渗碳淬火+磨齿工艺，齿面硬度HRC57-61，精度等级7级。确保小齿轮使用寿命至少5年�？杉跎儆没Ц槐讣姆延煤屯；煨奘奔�，达到零库存的目标。
大小齿轮采用喷雾润滑装置。压气将沥青齿轮油雾化，定时定量喷射至啮合表面。小齿轮轴的滚动轴承，采用稀油润滑装置（一般球磨机为干油润滑）。齿轮罩采用半封闭八角形结构+刚性大、造型美观、防尘性能好。
3.4配套部件
(1)主电机采用无刷励磁低速同步机，为加拿大通用电气公司(CCE)产品。低速同步机简化传动系统，改善电网功率因素，无刷励磁提高了电机的可靠性。按巴基斯坦山达克铜矿地理气侯条件，修改了电机某些参数（温度、过载系数、控制参数等）．使�；ご胧└油晟�。转子采用长轴式，定子就地横移，不必吊起，即可检修，操作简便。
(2)与主电机配套的高压启动器（高压柜），配有269多功能继电器。设有：纵联差动、过载、单相接地、低电压、非同期冲击、失步、欠励、定子绕组过热、轴承过热故障等十多项�；�。
(3)空气离合器及配气装置，若没有空气离合器，球磨机直接启动，同步电机的启动转矩为额定转矩的1.7倍，启动电流为额定电流的7倍，对电网冲击很大。本磨机采用空气离含器，实现分段启动，启动转矩为额定转矩的0.4倍，启动电流为额定电流的4倍，大大减少电网的电压降和机械损伤。正常运转还能起到超负载�；ぷ饔�。
(4)主轴承高低压润滑装置、小齿轮轴承润滑装置、大小齿轮喷雾润滑装置以及机旁控制柜，这些装置具有下列功能：与主电机、空气离合器电气连锁，启动、停车时间自动控制，温度、压力、流量自动控制，故障声光报警等。
(5)必须配备微拖动装置、千斤顶装置、衬板机械手等辅助设备。这是缩短维修时间，提高磨机运转率，发挥大型球磨机磨矿回路效率及经济效益的必要措施。
微拖动装置用于磨机更换衬板和检修时慢速转动及长期停车后先行慢速转动，松动钢球与矿浆的固结状态，保证主电机安全启动。微拖动装置可以数台磨机共用一套。微拖动时简体转速在O.I~0.2r/min，不宜更高。
衬板机械手用于搬运衬板进入磨机及在磨机内部拆卸与安装衬板。由于大型球磨机衬板多、重量大，采用衬板机械手可以大大缩短更换时间和节省劳动力。
液压千斤顶装置用于磨机主轴承、中空轴检修，顶起磨机筒体。慢速转动，消除钢球偏载，松动钢球与矿浆固结，保证安全启动，避免空气离合器过载，起到�；ぷ饔�。
3.5控制系统
(1)球磨机各控制单元（主电机、空气离合器、各润滑装置、配气装置等）在工作现场都设有机旁控制柜，并与主控室的集中控制柜相连接，在主控室有“集中”、“就地”、“停止”三个位置的选择开关，实现主控室“集中”和工作现场“就地”两种控制制度，并有光字牌显示。
(2)系统对控制单元的多项参数进行检测、显示、连锁、�；ず涂刂�。包括：主电机的电压、电流、功率、功率因素、温度；空气离合器的气压、动作时间；各润滑装置的油压、油流、油位、油温、泵电机电压、电流；主轴承、小齿轮轴承的温度等。实现球磨机的顺序启动和停车，生产过程控制和安全保护。
(3)在主控室，可与粉磨系统的其它设备如各给矿机、胶带运输机等方便地进行选择和组合。
(4)在主控室，有各种启动条件和控制回路正常的指示信号。实行“询问”和“现场允许”工作制。在工作现场设置能可靠切断控制回路的“允许”、“不允许”开关，且为“切断优先”。在设备和系统启动之前，先发3—8秒（可设定）的音响信号，然后启动。这些措施确保球磨机工作安全可靠，
4、质量保证措施
为保证球磨机质量，进行下列检测和测定。
(1)简体：简体钢板和焊接材料的检验；制造前钢板100%超声波探伤；所有焊缝磁粉和超声波探伤结构的焊接图要指明哪些焊接需有资格的焊工完成；按图检查尺寸；所有圆周形法兰表面要用超声波检查，并记录检查结果。
(2)带中空轴的端盖：对每个铸件毛坯进行超声波检查，机械性能分析、化学性能分析、显微结构分析、磁粉检查；加工后最终超声波检查；按图检查尺寸。
(3)齿圈：对铸件毛坯的超声波检查、铸件的显微结构检查、铸件的机械性能检查、铸件的化学性能检查；加工齿后的磁粉检查；齿面的硬度检查；按图检查尺寸；齿形检查（周节距，齿形公差）；与小齿轮啮合试验。
(4)小齿轮：锻件材料化学性能和机械性能分析结果；锻件加工齿面之前的超声波检查；加工齿面之后磁粉检查；按图检查尺寸；齿形检查（周节、齿形公差）；与齿圈啮合试验。
(5)动静压主轴承、轴承座、给料溜槽小车、安装底架、基础板：材料证书、提交焊接工艺和质量合格证书；所有焊缝10%磁粉和超声波探伤；按图检查尺寸。
5、特大件的运输
大型球磨机的简体特大件，运输成为关键之一，近年来随着产品大型化，特大件增多，除了铁路特种车运输外，采用公路运输或水陆联运，事先对沿途桥梁、立交桥、涵洞进行实地考察，由专用拖车将特大件成功地运往全国各地及上海、天津港出口国外。例如中5,5mx8.5m球磨机4台运往、江西德兴铜矿(最大件中5.9mx2,9m．重33t)、∮5.03mx6.4m球磨机3台运往巴基斯坦(最大件∮5.5mx3.3m，重29t)。
6、安装调试
球磨机出厂前在厂内总装和空负荷试车，检查齿轮啮合、轴承温度、轴承浮升量等，完全达到设计要求，保证在现场安装后，一次试车成功。
以巴基斯坦∮5.03mx6.4m球磨机为例，按合同要求，本公司派有经验的技术专家赴巴基斯坦现场，进行安装和调试的技术指导和服务。
球磨机于1995年7月进行80小时100%负荷试车和72小时达标考核。产量平均每台185.5t/h(要求产量174t/h)，为考核最大处理能力，还进行了6小时210t/h运行试验。主电机工作正常(实际功率2 450~2 480kW)，空气离合器工作正常（抱合时间5~6秒），主轴承、小齿轮轴承、主电机轴承和定子的温度都低于许用值（室温38qC，主轴承温度≤43qC，小齿轮轴承温度≤60qC，主电机轴承温度s57C，主电机定子温度≤85℃，球磨机运转平稳，各润滑装置、电气控制系统工作正常，经验收认为球磨机达到设计指标。
7、结语
公司具有设计制造和成套大型球磨机(∮4m—中6m级，特别是中5m左右球磨机)的能力和经验，大型球磨机制造难度大、周期长，但由于采取有力措施，都按合同要求，及时交货。在质量、价格、交货期、服务等方面部获得用户好评。对于更大规格的球磨机，经过努力，如结构改进、设备改造、特殊配套件研制或进口及与国外公司合作等，也可以提供更大规格的球磨机（本公司曾制造过类似结构的大型产品，如冬瓜山工程与国外公司合作制造直径∮8.53mx3.96m的矿用半自磨机等）。公司正以此为目标，使大型球磨机的设计、制造、成套水平再上一层楼。
