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第２７卷第１期 太原科技大学学报 Ｖｏ１．２７ Ｎｏｌ Ｆｅｂ．２００６ ２００６年２月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＡＩＹＵＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 文章编号：１６７３—２０５７（２００６）Ｏｌ一００２０—０５ 振动磨机实验测试及工艺参数对比分析 王守信，郭亚兵 （太原科技大学，太原０３００２４） 摘要：通过实验测试对振动磨机与球磨机的研磨效率、能量消耗、介质磨损进行了 分析比较，证明了振动磨机在细磨，尤其超细磨时优势凸显；同时对振动磨机的主要工艺 参数进行了对比分析，提出了在振动磨机设计时合理确定这些参数的建议。 关键词：振动磨机；测试结果；振动加速度；粉磨介质；粉磨时间 中图分类号：ＴＤ４５３ 文献标识码：Ａ 随着现代科学技术的高速发展。粉状物料迅速 而经济的生产，在很多工业领域中显得尤为重要， 诸如冶金、矿山、建材、耐火材料、玻璃、陶瓷、医药、 工业固体废物利用等工业部门，均要求对物料进行 粉状加工。目前粉磨物料应用最广泛的设备主要 为球磨机，以及棒磨机、滚磨机和自磨机等。然而 这些设备在生产超过２００网目细度的产品时，就会 大大增加细磨的时间和能耗，而振动磨机以其结构 简单同时体积小、重量轻、能耗低、生产效率高、衬 板介质磨损小、可实行全封闭式作业，无粉尘溢散， 既能干磨，又能湿磨，既能连续磨，又能间断磨，可 对物料进行粗磨，又能超细磨，尤其在细磨和超细 磨时，更具有能耗低，生产率高等突出优点。 可能准确地对这两种磨机进行测试对比而得出。 所选磨矿介质的类型，对不同的磨机而言，都是最 优的。在测试过程中，样本在不同的时间间隔内取 出，以测定其特定的比表面积。不同物料表面积不 相同。从图中可看出不论研磨何种物料振动磨机 的研磨效率都高于球磨机。 兽 匡 苔 越 １ 振动磨机实验测试结果及分析 图１、图２、图３表示的是振动磨机和球磨机分 比表面积（×ｌＯ ｃｍｚ／ 别研磨铝矾土、二氧化硅、金刚砂三种物料的研磨 效率的实验结果。数据的得出足根据实际操作尽 １．球磨机曲线；２．振动磨曲线 图１ 研磨铝矾土的研磨效率 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｌｕｍｉｎｕｍ 收稿日期．２００５－０５－０７・ 作者简介：王守信（１９６１一），男，太原科技大学材料科学与工程学院副教授，主要研究方向为环境能源及机电工程。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２７卷第１期 王守信，等：振动磨机实验测试及工艺参数对比分析 ２ｌ 比表面积（×１０３ｃｍ １－球磨机曲线；２－振动磨曲线 图２研磨二氧化硅的研磨效率 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｅｆｆｉｄｅｎｃｙ ｉｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ 著 墨 矗 暴 丑 耗能ｔ（ｋＷｈ／ｔ） １－球磨机曲线；２－振动磨曲线 图３研磨金刚砂的研磨效率 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｍｆｌｔｉ￣ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ Ｉ－ｄｌｌｌｇ ｃａｒｂｏｒｕｎｄｕｍ 图４表示的是振动磨机和球磨机在进行研磨物 料时的能量消耗比较。横坐标用能量（ｋＷｈ／ｔ）来表 示，纵坐标用比表面积表示。从图中可看出，研磨同 样细度的物料，球磨机所耗能量比振动磨机能耗高， 特别是比表面积在３０ ００ｏ ｃｍ ／ｇ－３５ ０００ ｃｍ ／ｇ范围 时，球磨机的能耗是振动磨机的７－９倍。 邑 厘 督 龆 １－球磨机曲线；２－振动磨曲线・ 圈４能量消耗 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ 图５是将物料锆石磨至比表面积为３５ ０００ ｃｍ ／ｇ过程中，球磨机和振动磨机中介质的磨损测 试结果比较。由图可看出将物料颗粒磨到比表面 积至３５ ０００ ＣＩＴＩ ／ｇ时球磨机的介质磨损大约是振 动磨机的７－８倍。 兽 叵 留 ｋ 躲 比表面积（ｘ１０３ｃｍＹｇ） １ 球磨机曲线；２．振动磨曲线 图５介质磨损 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ ｗｅｎｒ ２振动磨机工艺技术参数对比分析 由于振动磨的粉磨机理及磨机动子与普通式 磨机截然不同，在这方面，德国的阜赫曼．Ｄ、英国的 罗斯Ｈ．ｚ、苏联的英尔吉利斯在作了大量的研究工 作后指出：有关转式磨机粉磨的工艺参数基本上不 适用于振动磨机。根据几年来对振动磨机的实验 及分析研究，以及对国内外有关资料的综合分析， 振动磨机粉磨工艺应特别关注和深入研究的主要 技术参数有振动加速度、粉磨介质、产品细度和粉 磨时间等。 ２．１振动加速度 一般振动磨机以高于重力加速度数倍至几十 倍的加速度运行，其振动加速度的合理确定非常重 要，它是振动磨机一个关键参数。如何选择磨机的 振动参数，国内外一些学者对振动磨机的振动机构 进行了一定的研究。德国学者曼．Ｄ提出了共 振运动概念，确立了磨机加速度与粉磨效率取极大 值的简化计算方法，指出磨介冲击磨机磨粉简体的 周期为磨机振动周期的整数倍，此时粉磨效率取极 大值，使磨机产生磨介共振运动的加速度为： ｔｏ） ＝ｇ 丽 （１） 式中： 磨机振幅； ——振动圆频率； 维普资讯 http://www.cqvip.com
２２ 太ｎ——频率比（取正整数）。 原科技大学学报 ２００６钷 ２．２粉磨介质 这样相对应于各段磨介共振运动的加速度是： 当几＝１、２……８时，分别为３２．３ ｍ／ｓ 、６２．３ ｍ／ｓ 、 ……振动磨内的添充介质通常采用钢球、钢段或钢 棒，在耐火工业材料中磨介则采用钨钻合金球或氧 化铝刚玉。就粉磨效率而言，钢棒略高于钢段，钢 段明显低于钢球，约为１／４，这其中原因很明显：钢 ２４６．４ ｍ／ｓ 。曼推荐的振动加速度为３２．３ ｍ／ｓ 和６２．３ ｍ／ｓ 。但英国罗斯Ｈ．Ｅ．认为，由于存 在着磨机水平方向的振动，干扰了磨机垂直方向的 运动，使得磨机内运动情况极为复杂，因此，曼． 棒具有较大冲击力，对初粒物料的粉磨有利，而钢 Ｄ的理论没实际意义。罗斯用量纲分析法研究加速 度，对粉碎效率的倍数关系提出了下列数学关系： Ｖ（￡’ｒ一 ｒ一 ｇ ＝（２ｎＺ，ｎ＋１）十Ｊ Ｊ （２）， 指出当加速度应为３１ ｍ／ｓ 、５０ ｍ／ｓ 、６９．３ ｍ／ｓ 等 时，其粉磨效果为最佳。 苏联的莫尔吉利斯认为振动加速度应取２００ ｍ／ｓ 以上，故苏联新材料研究所设计制造的振动磨 加速度达２０４ ｍ／ｓ －２３７ ｍ／ｓ 。 国内学者郑水林教授提出了在圆形振动条件 下（即垂直偏移和水平偏移相等的振动条件下）的 统计共振理论。其条件为： ｒｏｔ ／ｇ＝￣／ｉ （３） 对应于ｋ＝１、２、３时的加速度比值ｔｏｔ ／ｇ分别 为３．３、６．３５、９．５。他认为这样的加速度特别有利 于操作和控制。他的这种提法，实际上是有条件地 赞成了曼．Ｄ理论。 从上述几种典型的理论论证中不难看出：由于 磨机内磨介物料的运动状态是很复杂的，用某一数 学模型往往难以包含诸多因素，所提出的计算公式 只是在某种条件下才成立。而在实际生产过程中， 物料性能的多样性是必须加以考虑的因素，笼统地 提出某－ａｎ速度作为最佳值是不适当的。因此，振 动加速度应当是人磨物料粒度Ｆ、产品粒度Ｐ、物料 粉磨功指数 及磨机结构参数 的函数，即 ＝．厂（Ｆ、Ｐ、（￡’、Ｊ｝） （４） 由于其ｒＯｔ 与诸多因素有关。目前还没有一种 理论能定量的建立起上述函数关系表达式。然而 大量的实验和工业生产实践表明：振动加速度低于 ３０ ｍ／ｓ 时，几乎对物料不产生冲击粉磨作用，当加 速度增至６０ ｍ／ｓ 以上时，能获得比较满意的粉磨 效率。至于目前研究试制的加速度比值ｔＯｔ ／ｇ在 ｌ２－ｌ５之间的称之为高强度节能振动磨，由于其振 动频率的选用有待进一步的研究和大量的工业性 运行，因此，未被大批量生产设计所采用。 段由于侧向旋转受到，介质之间的研磨作用大 大降低，导致粉碎效率降低。因此，工业振动磨如 果对铁质要求不严，应采用钢球作为粉磨介质，在 人磨粒度较粗时，磨机上筒可采用钢棒，下筒（细磨 仓）采用钢球，这样的介质配置，可提高粉磨效率。 介质的规格及配比，应根据物料的性能、人料 粒度和产品粒度正确选择，这是振动磨技术的重要 一环。罗斯Ｈ．Ｅ．在研究了球径ｄ物料粒径ｂ之比 和粉磨效率的关系时指出：ｄ／ｂ＝４００时的效率为 ｄ／ｂ＝１００时的两倍，也就是说，当物料粒径ｂ＜０． ０２５ ｍｍ时，宜选用ｄ＝１０ ｍｍ的钢球，物料粒径ｂ ＝０．０８ ｍｍ时，宜选取ｄ＝３２ ｍｍ的钢球。在粉磨细 粒物料或硬质物料时，宜采用较大值，平均球径为 西２５ ｍｍ．３５ ｍｍ。在粉磨超细粉状物料时采用较小 值，平均球径为６１ｏ ｍｍ．２０ ｍｍ，钢球的配比一般分 为三级或四级，不同规格钢球填充的致密度越高， 越有利于振动粉磨。 粉磨介质的比重直接影响介质的冲击力，比重 大，则粉磨效率高；目前国内的钨钴合金球为最佳， 钢球次之，氧化铝刚玉球最差。在相同粉磨时间 内，以比表面积计粉磨效率：钨钴合金球是氧化铝 刚玉球２－３．８倍，钢球是钢玉球的１．７－２．５倍。因 此，被粉磨物料对白度和含铁量要求不严格时，一 般均采用钢球做粉磨介质。 ２．３被磨物料的填充量 被磨物料的填充量是一个既影响磨机粉磨效 率又影响磨介和简体磨损量的重要工艺参数，这在 工业生产中尤为重要，为了表达物料的填充量。引 人物料充添系数 ： ，，一 佳 查 ｒ 一粉磨介质之间空隙的体积 罗斯Ｈ．Ｅ的研究表明，物料填充系数Ｕ＜２０％ 时，相对粉磨效率明显降低，Ｕ＝８０％－１２０％时，可 获的最佳粉磨效果。 其实验室对方解石采用钢球作粉磨介质，填充 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２７卷第１期 王守信，等：振动磨机实验测试及工艺参数对比分析 ２３ 率分别取８０％、７０％、６０％、５０％，物料填充系数分 多次粉磨实验，实验结果如表１所示。 别为９０％、１０３％、１２１％、１４５％时，对振动磨进行了 表ｌ 磨介填充率和物料添充系数与粉磨能力的关系 Ｔａｂ．１ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｏｗｄｅｒ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｉｆｌｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｉｌｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ 粉磨介质 瞻介装入量 物料填充系数 物料装入量 入料比表面积 不 同产品比表面积的磨机生产能力（ｇ／Ｌ） 填充率 （％） （ｋｇ） （ ） （ｇ） （ｃｍ ／ｇ） ３ ０００ ４ ０００ ５ ０００ ５ ５０ｏ ６ ０００ （ｃｍ２／ｇ） （ｃｍ ／ｇ） （ｃｍ ／ｇ） （ｃｍ ／ｇ） （ｃｍ ／ｇ） ９０ ５５０ ｌＯ５３ ６ｏ７ ３５２ ２６４ ｌ８５ １０３ ６３Ｏ ９５３ ５２５ ３００ ２２７ ｌ５５ ８０ ５．８７ ２７０ ｌ２ｌ ７４０ ８５ｌ ４４８ ２２２ １５９ ｌｌ２ １４５ ８８７ ７４０ ３０３ １３９ ９０ ５５０ ８５６ ５４０ ３３３ ２５ｌ ｌ８ｌ １０３ ６３０ ８４ｏ ５２９ ３２ｌ ２４０ １７ｌ ７０ ５．１８ ２７０ Ｉ２Ｉ ７４０ ７９３ ４８４ ２８Ｉ ２０１ １４１ ｌ４５ ７８６ ６６４ ３８２ ２ｌ８ １６７ １２０ ９０ ４２０ ８０７ ４８９ ３１４ ２４２ ｌ７７ １０３ ４８ｔ ７４７ ４５８ ｌ９ｌ ２２８ １６９ ６０ ４．４８ ２７０ ｌ２ｌ ５６６ ６６３ ４２４ ２７７・， ２２７ ｌ６ｌ ｌ４５ ６７８ ６５９ ３８０ ２ｌ７ １６５ ｌ２５ ９０ ３５９ ７５３ ４３２ ２６３ ２ｌｌ ｌ５８ １０３ ０４７ ６６２ ３８８ ２３６ ｌ８ｌ １２７ ５０ ３．３８ ２７０ ｌ２ｌ ４７９ ５ｌ５ ２９０ １８３ ｌ４９ ｌ ｌ６ ｌ４５ ５７５ ４０３ ２４０ ｌ５３ ｌ２８ １０５ 从表１中可以看出，物料填充系数对磨机的粉 率随着物料比表面积增大而降低，既物料粉磨时细度 磨能力影响很大，在各种磨介填充率情况下，当 越高，增加单位比表面积所需时间越长，如表２。因 为９０％ １０３％时的粉磨能力具有明显的优越性。 此在同一条件下，磨机内粗磨阶段所需粉磨时间较 ２．４产品细度与粉磨时间 短，而细磨阶段所需要粉磨时间较长，通常后者是前 在实验中发现振动磨简内物料比表面积的增长 者的２－３倍，粉磨细度越高，则需要的时间越长。 表２产品细度与粉磨时间的关系 Ｔａｂ．２ Ｒｄａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｉｎｅ ａｎｄ ｐｏｗｄｅｒ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｔｉｍｅ 粉磨介质 物料填充系数 入料比表面积 不同细度的产品所需的粉磨时间（ｈ） 填充率 （ ） （ｃｍ ／ｇ） ３ Ｏｏｏ ４ ０ｏ０ ５ ０００ ５ ５０ｏ ６ ｏｏ０ （％） （ｃｍ ／ｇ） （ｃｍ ／ｇ） （ｃｍ ／ｇ） （ｃｍ ／ｇ） （ｃｍ ／ｇ） ８５ ０．３５ ０．６ｌ １．０５ １．４０ ２．０ｏ ７５ ０．３３ ０．６０ ０．９８ １．３０ １．８０ ９０ ２７０ ６５ ０．３５ ０．５７ ０．９０ １．１５ １．６ｏ ５５ ０．３５ ０．６ｌ １．０ｏ １．２５ １．６５ 维普资讯 http://www.cqvip.com
２４ 太原科技大学学报 ２００６年 ３ 结论 （１）由振动磨机和球磨机的测试结果及分析比 因素比较多，如在设计上使振动加速度在某一范围 内可调，会更加适应实际需要。 （３）粉磨介质要根据原料性质及要求的产品粒 度来选择材质和形状，为提高粉磨效果，尽量选用 大直径介质，一般在粗粉碎时采用棒状，微粉碎时 用球形，介质球径越小则产品粒度越细，而且随着 介质比重的增加能够提高粉磨效率。 较，可看出振动磨机在磨研效率方面的优势，尤其 在能耗和介质磨损方面优势更加凸显。因此应大 力推广振动磨机在粉状物料加工中的应用。 （２）振动加速度与诸多因素有关，目前还没有 一种理论能定量建立它的精确表达式。根据前述 （４）粉磨介质填充率应在６５％．８５％之间，被磨 物料填充系数一般在８０％－１２０％范围，其最佳范围 为９０％－１０３％之问。 分析，振动磨的振动加速度宜在７ ｇ １５ ｇ之间，综合 其他参数与工况条件选取。由于影响粉磨效果的 参考文献： ［１］ＡＵＳＴＩＮ Ｌ Ｇ．Ａ Ｍｉｌｌ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＳＡＧ Ｍｉｌｌｓ［Ｍ１．Ｍｉｎｅｒａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．１９９０． ［２］ 王守信．振动磨矿机试验及应用［Ｊ］．矿山机械，２０００，（１）：２７－２８． ［３］ＭＵＬＡＲ Ａ Ｌ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｍｉｎａｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｎｉｍｈ Ｎａｔｉｏｎｔｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｃ］．１９９９ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｍｉｌｌ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ＷＡＮＧ Ｓｈｏｕ—ｘｉｎ，ＧＵＯ Ｙａ－ｂｉｎｇ （Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ａ ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍｉｌｌ ｗｉｔｈ ａ ｂａｌｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍｉｌｌ ｉｎ ｍｉｌｌｉｎｇ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ，ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｗｅａｌ＂，ａｎａｌｙｚｅｓ ｍａｊｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍｉｌｌ ａｎｄ ｓｉｖｅｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍｉｌｌ，ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ，ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｐｏｗｄｅｒ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ，ｐｏｗｄｅｒ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ，ｔｉｍｅ
