一种用于确定球磨机内钢球尺寸的方法

摘要

本发明涉及磨细工程机械领域，尤其涉及一种用于确定球磨机内钢球尺寸的方法。该方法包括一种用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，包括如下步骤：S1，将球磨机内的原料完全甩出；S2，确定圆形选取套圈的尺寸；S3，确定统计位置点；S4，选取待统计钢球；S5，统计所述待统计钢球的尺寸分布，并分析与原始装载钢球的差距，从而确定需要补加的各种级配的钢球重量。本发明是一种实用、方便的确定磨内钢球尺寸分布的方法，有利于准确掌握球磨机内的钢球级配情况，实现钢球添加的科学化。

说明书

技术领域

本发明涉及磨细工程机械领域，尤其涉及一种用于确定球磨机内钢球尺寸的方法。

背景技术

球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一，是物料(例如煤块、石灰块等材料)被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业。如部分燃煤发电厂利用球磨机将煤块磨制成适于燃烧的煤粉，然后由热风携带进入炉膛燃烧；几乎所有的矿石制粉厂采用球磨机将粉碎的矿石碾磨成细粉，用于水泥等工业的应用。

球磨机内的钢球是球磨机研磨物料的介质，通过钢球之间、钢球与物料之间的碰撞摩擦产生磨剥作用，钢球是球磨机重要的基础零部件。钢球在投入运行后会被磨损，球径逐渐变小，磨损后的钢球级配与开始投入使用时加入的钢球级配之间会产生差距，并且钢球装载量也会降低，投入运行时间越长，差别越大。因此，在运行过程中，为了使球磨机内的钢球级配和装载量同开始投入使用时加入的钢球级配和装载量尽量保持一致，运行一定时间后就要向球磨机内补加钢球。目前，筒式球磨机内研磨体的装载量处于一种定期定量添加、不定期不定量添加等不科学无序添加状态，不仅影响了生产效率和产品质量，而且影响生产能耗，同时对研磨体消耗和球磨机衬板消耗影响较大，也出现过过量添加导致球磨机主轴机械损坏的情况。补加钢球的量和尺寸依据磨损的情况而定，因此在补加钢球之前要准确掌握磨内的钢球级配情况。对于小型的球磨机，可以通过全部统计的方式来确定运行一定时间后磨内钢球的级配情况，但对于大型球磨机，磨内有上万个钢球，不适于全部都一一统计，所以开发一个可以准确反映磨内钢球尺寸分布的统计方法至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，用于解决现有技术存在的钢球添加不准确而导致无法维持预定钢球级配和装载量的问题。该方法是一种实用的可以满足要求的确定磨内钢球尺寸分布的统计方法，也是准确确定大型球磨机内钢球补加量的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，包括如下步骤：

S1，将球磨机内的原料完全甩出；

S2，确定圆形选取套圈的尺寸：根据球磨机筒体横截面宽度和最大钢球直径确定所述套圈直径，所述套圈直径需要满足如下条件：所述套圈直径大于最大钢球的直径；且3倍所述套圈直径大于所述球磨机筒体横截面宽度的1/3小于所述球磨机筒体横截面宽度的1/2，所述筒体的横截面与筒体水平静置状态下所述球磨机筒体内最上层钢球所在的水平面齐平；

S3，确定统计位置点：根据所述球磨机筒体横截面大小在所述球磨机筒体内最上层钢球表面确定至少一排和至少两列统计位置点，其中，靠近所述球磨机出口端的一列统计位置点所形成的直线与所述球磨机出口端的垂直距离为所述球磨机筒体横截面长度的1/10-1/8与所述套圈半径之和，靠近所述球磨机入口端的一列统计位置点所形成的直线与所述球磨机入口端的垂直距离为所述球磨机横截面长度的1/10-1/8与所述套圈半径之和；

S4，选取待统计钢球：以各个所述统计位置点作为各个所述套圈的圆心，分别将各个所述套圈置于所述球磨机筒体内最上层钢球上，被所述套圈套在内的钢球为待统计钢球；

S5，确定各级配钢球补加量：统计所述待统计钢球的尺寸分布，并分析与原始装载钢球的差距，从而确定需要补加的各种级配的钢球重量。

球磨机中通常最大尺寸钢球数量约占十分之一，套圈尺寸过小随机选取时很可能导致套圈内选不到最大尺寸钢球，套圈尺寸过大又增大了统计工作量、限制了套圈的数量，因此，套圈直径过大或过小确定的钢球补加量均不准确。

上述用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，作为一种优选实施方式，步骤S4中各个所述套圈内至少套有1个最大尺寸钢球。

上述用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，作为一种优选实施方式，步骤S2中所述套圈为钢圈。

上述用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，作为一种优选实施方式，步骤S3中位于同一排的各个相邻所述统计位置点之间的距离为所述套圈直径的2-5倍。更优选地，当球磨机长度小于8倍所述钢圈直径时，在所述球磨机筒体内最上层钢球表面确定有至少一排两列的统计位置点。当球磨机长度大于8倍钢圈直径时，在所述球磨机筒体内最上层钢球表面确定有至少一排三列的统计位置点，同一排上相邻的所述统计位置点的间距相等。相邻统计位置点之间的距离过大影响确定钢球补加量的准确性，过小增加工作量，导致效率低下。

上述用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，作为一种优选实施方式，步骤S4中，被所述套圈套在内的钢球是指被套圈套在内的钢球，不管进入套圈的比例占到钢球本体多大，均计算在内，只统计位于表面层的钢球，即位于球磨机筒体最上面可以看到的钢球。相比于仅计算完全在套圈内的钢球而言，将部分进入套圈内的钢球也统计在内，增加了钢球补加量的准确性。

上述用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，作为一种优选实施方式，步骤S4中，在所述统计位置选取被所述套圈套在内的钢球时，在要被统计的钢球上做标记。

上述用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，作为一种优选实施方式，在步骤S5中，确定需要补加的各种级配的钢球重量的具体方法如下：

1)首先，测量全部待统计钢球的球径φ，按照待统计钢球的球径φ与原始钢球球径Φ_i的差距将全部待统计钢球划分成不同的级别，球径φ满足(Φ_i－10mm)≤φ＜Φ_i的待统计钢球则推定该待统计钢球的原始球径为Φ_i，归为第i级，其中Φ_i为第i级的原始钢球直径；然后，统计磨损后的各级别待统计钢球的总重量和各级别待统计钢球的原始加入量，计算各级别待统计钢球的磨损率；最后，根据球磨机内各级别钢球的原始加入量×相应级别待统计钢球的磨损率，计算得出球磨机内各级别钢球的磨损量；

2)按照磨损后的各级别待统计钢球的平均球径与相应级别的原始球径Φ_i的差距，来重新分配球磨机内磨损后的各级别钢球，从而计算各级别钢球的补加量，其中所述磨损后的各级别待统计钢球的平均球径等于磨损后球磨机内相应级别钢球的平均球径，即：

平均球径符合的球磨机内钢球，归为原始直径为Φ_i的第i级，此时第i级别钢球的补加量＝球磨机内第i级别钢球的磨损量－第i+1级别钢球可归入第i级别的钢球量，其中，第i级别钢球的补加量≥0；

平均球径符合的球磨机内钢球，则有部分归为原始直径为Φ_i-1的第i-1级，第i级别钢球的补加量＝第i级别钢球的磨损量+第i级别钢球归入第i-1级别的钢球量－第i+1级别钢球归入第i级别的钢球量，其中，第i级别钢球的补加量≥0；

其中，为磨损后的各级别待统计钢球的平均球径。本发明提供一种用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，用于确定球磨一段时间后各级别钢球的补加量，实用、方便，能较为准确掌握球磨机内的钢球级配情况，实现钢球添加的科学化，维持最佳钢球级配和装载量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于确定球磨机内钢球尺寸的方法统计位置选取示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不限制本发明的范围。

本发明提供的用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，包括如下步骤：

第一步，将球磨机内的原料完全甩出，以便于后续钢球的统计；

第二步，确定圆形选取套圈的尺寸：根据球磨机筒体横截面宽度(宽度方向如图1所述a方向)和最大钢球直径确定所述套圈直径，所述套圈直径需要满足如下条件：所述套圈直径大于最大钢球的直径；且3倍所述套圈直径大于所述球磨机筒体横截面宽度的1/3小于所述球磨机筒体横截面宽度的1/2，所述筒体的横截面与筒体水平静置状态下所述球磨机筒体内最上层钢球所在的水平面齐平；

在该第二步中，球磨机中通常最大尺寸钢球数量约占十分之一，套圈尺寸过小随机选取时很可能导致套圈内选不到最大尺寸钢球，套圈尺寸过大又增大了统计工作量、限制了套圈的数量，同时钢圈的大小还要考虑球磨机横截面的宽度，综合考虑了准确度和工作量，以3倍钢圈直径大于截面宽的1/3小于1/2为宜，对于一般球磨机而言，钢圈直径可在600mm左右，套圈直径过大或过小确定的钢球补加量均不准确，因此套圈直径需满足上述要求，所述套圈优选为钢圈。本发明中所述的球磨机筒体的横截面是在筒体内无原料即球磨料且水平静置状态下得到的，其横截面与球磨机筒体内最上层钢球所在的水平面齐平。

第三步，确定统计位置点：根据所述球磨机筒体横截面大小在所述球磨机筒体内最上层钢球表面确定至少一排和至少两列统计位置点，其中，靠近所述球磨机出口端的一列统计位置点所形成的直线与所述球磨机出口端的垂直距离为所述球磨机筒体横截面长度的1/10-1/8与所述套圈半径之和，靠近所述球磨机入口端的一列统计位置点所形成的直线与所述球磨机入口端的垂直距离为所述球磨机横截面长度的1/10-1/8与所述套圈半径之和；

同一级别的钢球磨损程度是不一样的，主要受磨内位置影响，所以统计钢球磨损一段时间后的尺寸分布尤其要考虑统计位置的选取。

优选地，位于同一排的各个相邻所述统计位置点之间的距离为所述套圈直径的2-5倍。更优选地，当球磨机长度小于8倍所述钢圈直径时，在所述球磨机筒体内最上层钢球表面确定有至少一排两列的统计位置点。当球磨机长度大于8倍钢圈直径时，在所述球磨机筒体内最上层钢球表面确定有至少一排三列的统计位置点，同一排上相邻的所述统计位置点的间距相等。相邻统计位置点之间的距离过大影响确定钢球补加量的准确性，过小增加工作量，导致效率低下。

图1所示是球磨机横截面上统计位置选取示意图示意图，a方向为球磨机横截面的宽，b方向为球磨机横截面的长。在截面宽的方向上即单列选取3个统计位置点，在球磨机长的方向上即单排选取2个统计位置点，由于钢球在球磨机内不是均匀分配的，所以统计位置点的选取既不靠近入口端也不靠近出口端。如果球磨机长度大于8倍钢圈直径(例如钢圈直径为600mm，球磨机长度超过4800mm)，就选取3列，如果球磨机长度小于8倍钢圈直径(球磨机长度小于4800mm)，就选取2列。以长4800mm球磨机计算，左右两列位置点形成的直线与离它们各自比较近的出口和入口端部的垂直距离分别至少为800mm。

第四步，选取待统计钢球：以各个所述统计位置点作为各个所述套圈的圆心，分别将各个所述套圈置于所述球磨机筒体内最上层钢球上，被所述套圈套在内的钢球为待统计钢球；

各个所述套圈内至少套有1个最大尺寸钢球；被所述套圈套在内的钢球是指被套圈套在内的钢球，不管进入套圈的比例占到钢球本体多大，均计算在内，只统计位于表面层的钢球，即位于球磨机筒体最上面可以看到的钢球。相比于仅计算完全在套圈内的钢球而言，将部分进入套圈内的钢球也统计在内，增加了钢球补加量的准确性。为了方便统计，防止错、漏统计，在所述统计位置点选取被所述套圈套在内的钢球时，在要被统计的钢球上做标记。

第五步，确定各级配钢球补加量：统计所述待统计钢球的尺寸分布，并分析与原始装载钢球的差距，从而确定需要补加的各种级配的钢球重量。

具体地，确定需要补加的各种级配的钢球重量的方法如下：

1)测量全部待统计钢球的球径φ，按照待统计钢球的球径φ与原始钢球球径Φ_i的差距将全部待统计钢球进行划分成不同的级别，球径φ满足Φ_i－10mm≤φ＜Φ_i的待统计钢球则推定该待统计钢球的原始球径为Φ_i，归为第i级，其中Φ_i为第i级的原始钢球直径，i＝1、2……n；

各个级配的钢球在使用一段时间后其球径均会减小，也就是其不再等于其原始球径，因此，需要考虑这些磨损后的待统计钢球都是属于哪些级配的。之所以作此出上述推定是因为根据实践经验在一个补球期间内钢球球径磨损基本不会超过10mm。在本发明中，球径φ满足(Φ_i－10mm)≤φ＜Φ_i的待统计钢球推定为该待统计钢球的原始球径为Φ_i，视为该部分钢球的原始级配为第i级；球径φ满足(Φ_i-1－10mm)≤φ＜Φ_i-1的待统计钢球推定为该待统计钢球的原始球径为Φ_i-1，视为该部分钢球的原始级配为第i-1级；球径φ满足(Φ_i+1－10mm)≤φ＜Φ_i+1的待统计钢球推定为该待统计钢球的原始球径为Φ_i+1，视为该部分钢球的原始级配为第i+1级。i为球磨机内钢球的某一原始级配数。

2)统计各级别待统计钢球磨损后的总重量w′_i和相应级别待统计钢球的原始加入量W′_i，计算各级别待统计钢球的磨损率η_i，其中η_i＝(W′_i－w′_i)/W′_i；各级别待统计钢球的磨损率η_i即为球磨机内相应级别钢球的磨损率，最后根据球磨机内各级别钢球的原始加入量W_i×相应级别待统计钢球的磨损率η_i，计算得出球磨机内各级别钢球的磨损量。

3)采用靠近归入原则确定各级别钢球的补加量。按照磨损后的各级别钢球磨损后的平均球径与相应级别的原始球径Φ_i的差距，来重新分配球磨机内磨损后的各级别钢球来确定各级别磨损后钢球应归入的新级别，磨损后的各级别钢球的平均球径等于相应级别待统计钢球的平均球径，具体地，可分成两种情况即：

3.1)如果第i级别的钢球磨损后的平均球径满足则该级别钢球剩余量仍归入该级别，此时第i级别钢球的补加量＝第i级别钢球的磨损量－第i+1级别钢球可归入第i级别的钢球量，其中，第i级别钢球的补加量≥0。也就是说，如果没有上一级别(第i+1级)的钢球剩余量归入该级别，则该级别钢球的补加量就是该级别钢球的磨损量，即补充磨损量即可维持该级别钢球的原始级配；如果有上一级别(第i+1级)的磨损后钢球归入该级别，则该级别钢球的补加量应该是在该级别钢球的磨损量的基础上减去上一级别钢球剩余量中归入该级别的钢球量；在此情况下，上一级别钢球剩余量中归入该级别的钢球量不得多于该级别钢球的磨损量。

也可以表述为：平均球径符合的球磨机内钢球，归为原始直径为Φ_i的第i级，此时第i级别钢球的补加量＝第i级别钢球的磨损量－第i+1级别钢球可归入第i级别的钢球量，其中，第i级别钢球的补加量≥0；

当第i+1级别磨损后的钢球的平均球径也符合则第i+1级别钢球可归入第i级别的钢球量＝0，即第i级别钢球的补加量＝第i级别钢球的磨损量。

当第i+1级别磨损后的钢球的平均球径也符合－5mm，则第i+1级别钢球可归入第i级别的钢球量大于零且小于等于第i级别钢球的磨损量，即第i级别钢球的补加量＝第i级别钢球的磨损量－第i+1级别钢球可归入第i级别的钢球量，这样可以保证第i级别钢球的补加量≥0。

3.2)如果第i级别的钢球磨损后的平均球径满足－5mm的钢球，则该级别钢球剩余量有部分或全部归入下一级别(即原始直径为Φ_i-1的第i-1级)，此时第i级别钢球的补加量为＝第i级别钢球的磨损量+第i级别钢球归入第i-1级别的钢球量－第i+1级别钢球归入第i级别的钢球量，其中，第i级别钢球的补加量≥0。也就是说，如果没有上一级别(第i+1级)的钢球剩余量归入该级别，则该级别的钢球补加量就是在该级别钢球磨损量的基础上加上该级别钢球剩余量中归入下一级别(第i-1级)的钢球量；如果有上一级别(第i+1级)的钢球剩余量归入该级别，则该级别钢球的补加量应该是在该级别钢球的磨损量的基础上减去上一级别(第i+1级)钢球剩余量中归入该级别的钢球量，再加上该级别钢球剩余量中归入下一级别(第i-1级)的钢球量；在此情况下，上一级别钢球剩余量中归入该级别的钢球量不得多于该级别钢球的磨损量与该级别钢球归入下一级别的钢球量之和。

也可以表述为：平均球径符合的球磨机内钢球，有部分归为原始直径为Φ_i-1的第i-1级，第i级别钢球的补加量＝第i级别钢球的磨损量+第i级别钢球归入第i-1级别的钢球量－第i+1级别钢球归入第i级别的钢球量，其中，第i级别钢球的补加量≥0；

当第i+1级别磨损后的钢球的平均球径也符合时，第i+1级别钢球可归入第i级别的钢球量＝0，则第i级别钢球的补加量＝第i级别钢球的磨损量+第i级别钢球可归入第i-1级别的钢球量。

当第i+1级别磨损后的钢球的平均球径符合则第i+1级别钢球可归入第i级别的钢球量大于零且小于等于第i级别钢球的磨损量与第i级别钢球归入第i-1级别的钢球量之和，即第i级别钢球的补加量＝第i级别钢球的磨损量+第i级别钢球归入第i-1级别的钢球量－第i+1级别钢球归入第i级别的钢球量，这样可以保证第i级别钢球的补加量≥0。

实施例

球磨机横截面的长为4800mm，宽为4000mm。

原始加入的钢球级配及加载量：球径为30mm的钢球(第1级)：5％，加载量2.3t；球径为40mm的钢球(第2级)：15％，加载量6.9t；球径为50mm的钢球(第3级)：30％，加载量13.8t；球径为60mm的钢球(第4级)：30％，加载量13.8t；球径为70mm的钢球(第5级)：15％，加载量6.9t；球径为80mm的钢球(第6级)：5％，加载量2.3t；

对煤块球磨4000h后采用本发明方法确定需要补加的各种级配的钢球重量，具体如下：

1)选取钢圈的直径为600mm；

2)统计位置点是三排两列，参见图1，在长度方向上相邻统计位置点之间的距离为3000mm，在宽度方向上相邻统计位置点之间的距离为1700mm，左右两列统计位置点分别距离左右端口的垂直距离均为600mm；

3)以各个统计位置点为圆心将钢圈放置好，确定待统计钢球；

4)测量各个待统计钢球的球径，然后根据测量结果确定各个待统计钢球的原始球径，其中，测量球径20mm≤φ＜30mm的待统计钢球推定其原始球径为30mm，即其原始级别为第1级；测量球径30mm≤φ＜40mm的待统计钢球推定其原始球径为40mm，即其原始级别为第2级；测量球径40mm≤φ＜50mm的待统计钢球推定其原始球径为50mm，即其原始级别为第3级；测量球径50mm≤φ＜60mm的待统计钢球推定其原始球径为60mm，即其原始级别为第4级；测量球径60mm≤φ＜70mm的待统计钢球推定其原始球径为70mm，即其原始级别为第5级；测量球径70mm≤φ＜80mm的待统计钢球推定其原始球径为80mm，即其原始级别为第6级；再统计各级待统计钢球的磨损后总重量，由于各级钢球原始单重已知，可计算各级钢球的磨损率，再计算球磨机内各级钢球的磨损量(各级钢球原始加球量×各级钢球的磨损率)；具体数据如表1：

表1实施例中统计计算得出的数据列表

级别 原始球径/mm 原始加球量/t 磨损后的平均球径/mm 磨损率/％ 磨损量/t 1 30 2.3 26.22 0.332 0.7636 2 40 6.9 35.24 0.316 2.1804 3 50 13.8 44.43 0.298 4.1124 4 60 13.8 53.64 0.285 3.933 5 70 6.9 63.19 0.264 1.8216 6 80 2.3 73.02 0.239 0.5497

5)根据上述靠近归入原则，第1级和第2级的磨损后钢球剩余量仍然归入原来级别，第3级、第4级、第5级和第6级的钢球剩余量有部分或全部归归入各自的下一级别，再根据前述第3.1)段和第3.2)段所述方法确定各级别钢球的补加量。

第1级：由于第1级别的钢球剩余量没有归入下一级别，且没有上一级(即第2级)的钢球剩余量归入第1级，根据第3.1)段所述，第1级钢球补加量为该级别的磨损量，0.7636t。

第2级：由于第2级别的钢球剩余量没有归入下一级别(第1级)，但是上一级别(第3级)的钢球剩余量的部分可以归入到第2级，根据第3.1)段所述，第2级接受第3级归入的第2级的钢球剩余量为2.1804t，即可维持第2级的原始级配量，因此第2级别钢球的补加量为0t，即不用额外补加；

第3级：由于第3级钢球剩余量中有2.1804t归入下一级(第2级)，还有7.5072t不能归入第2级(13.8-4.1124-2.1804＝7.5072t)，只能归入原来级别即第3级，而且其上一级(第4级)有多达9.867t(13.8-3.933＝9.867t)的钢球剩余量可归入第3级，因此第3级只需接受第4级归入的6.2928t(13.8-7.5072＝6.2928t)，即可维持第3级的原始级配量，因此第3级别钢球的补加量为0t(4.1124+2.1804-6.2928＝0t)，即不用额外补加。

第4级：由于第4级球剩余量中有6.2928t归入下一级(第3级)，还有3.5742t(13.8-3.933-6.2928＝3.5742t)不能归入第3级，只能归入原来级别即第4级；而其上一级(第5级)有5.0784t(6.9-1.8216＝5.0784t)的钢球剩余量可归入第4级；根据第3.2)段所述，为了维持第4级的原始级配量，第4级钢球的补加量为5.1474t(3.933+6.2928-5.0784＝5.1474t)。

第5级：由于第5级球剩余量中有5.0784t全部归入下一级(第4级)，且第5级接受第6级归入的1.7503t(2.3-0.5497＝1.7503t)，根据第3.2)段所述，为了维持第5级的原始级配量，第5级钢球的补加量为5.1497t(1.8216+5.0784-1.7503＝5.1497t)。

第6级：由于第6级球剩余量中有1.7503t全部归入下一级(第5级)，且没有其他级别的钢球剩余量可以归入第6级，故为了维持第6级的原始级配量，第6级钢球的补加量为2.3t。

在保证其他球磨条件不变的情况下，按照该实施例原始加入的钢球级配及加载量得到的球磨机的磨粉单耗为2.95A/t，而球磨4000h后按照该实施例的方法补加钢球后得到的磨粉单耗为2.87A/t，二者非常接近，由此，可以本发明的方法准确性非常高。

综上所述，本发明提供的一种实用方便的用于确定球磨机内钢球尺寸的方法，能较为准确掌握球磨机内的钢球级配情况，实现钢球添加的科学化。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。