1、目 的：通過科研訓(xùn)練，讓沒有科研經(jīng)驗(yàn)的大四本科生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室初步接觸科研，按照“分配科研訓(xùn)練題目題目初步了解廣泛搜索文獻(xiàn)資料文獻(xiàn)綜述擬定實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明、簡(jiǎn)單結(jié)果分析撰寫科研訓(xùn)練報(bào)告，談體會(huì)和心得”的流程，獨(dú)立思考、獨(dú)立設(shè)計(jì)方案、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立自主發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。主要內(nèi)容：1. 學(xué)會(huì)使用網(wǎng)絡(luò)工具查閱資料，以“球磨機(jī) 料球比”為關(guān)鍵詞進(jìn)行資料的查詢；2. 對(duì)查得的資料進(jìn)行總結(jié)；3. 擬定測(cè)定球磨機(jī)三倉料球比實(shí)驗(yàn)流程和具體的操作步驟；4. 實(shí)驗(yàn)；5. 對(duì)產(chǎn)物的典型特性進(jìn)行表征和分析；6. 撰寫科研訓(xùn)練報(bào)告。指導(dǎo)教師評(píng)語：成績(jī)?cè)u(píng)定 簽字 年 月 日注：本

2、頁由教師填寫 細(xì)磨倉料球比級(jí)配實(shí)驗(yàn)以及分析研磨體級(jí)配的意義：磨內(nèi)的被磨物料有不同的粒度，在料磨過程中單純考慮研磨體的裝載量是不全面的，還必須考慮使用不同規(guī)格研磨體，以提高粉磨效率。將不同規(guī)格的研磨體按一定比例配合使用，就稱作研磨體的級(jí)配。物料在粉磨過程中，開始時(shí)粒度較大，需用較大直徑的研磨體的沖擊，隨著物料塊度變小，就需小直徑的研磨體進(jìn)行研磨，使物料和研磨體很好地接觸。在研磨體裝載量不變的情況下，縮小研磨體的尺寸，便能增加物料與研磨體的接觸，提高研磨能力。所以在實(shí)際生產(chǎn)要求有幾種尺寸的研磨體配合使用，即能保證具有一定的沖擊能力，又有一定的研磨能力。選擇研磨體級(jí)配的原則：物料的粉磨過程是一個(gè)很復(fù)

3、雜的工藝過程，在考慮鋼球級(jí)配時(shí)應(yīng)注意各種因素的影響，例如物料的硬度、粒度、粉磨細(xì)度、工藝流程等。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選擇研磨體的級(jí)配時(shí)應(yīng)遵循下述原則：（1）入物料的粒度和硬度大，成品要求較粗時(shí)，鋼球和鋼段的直徑應(yīng)大些；反之則可小些。加入鋼球的最大直徑可以根據(jù)入磨物料的最大粒徑用下式近似求得：Dmax=28式中：Dmax為鋼球的最大直徑（毫米）； d95入磨物料的最大粒徑（毫米）12。 在工廠生產(chǎn)中，鋼球的級(jí)配常以鋼球的平均球徑來選擇。根據(jù)物料的平均粒徑查表得到相應(yīng)的鋼球平均球徑，作為配時(shí)參考。（2）大型磨機(jī)和小型磨機(jī)，生料磨和水泥磨的鋼球級(jí)配應(yīng)有區(qū)別。由于小型磨機(jī)的筒體較大型磨機(jī)的筒體短，物料在

4、磨內(nèi)的停留時(shí)間短，所以在入磨物料的粒度、硬度相同的情況下，為了增加磨機(jī)的研磨作用，并控制物料流速，它的平均球徑應(yīng)較大型磨機(jī)小11。在磨機(jī)規(guī)格和入磨物料粒度、易磨性相同的情況下，由于生料細(xì)度一般比水泥細(xì)度粗，所以生料磨的平均球徑應(yīng)比水泥磨的大。（3）磨內(nèi)只用大鋼球，則鋼球之間的空隙大，物料流速快，出磨物料粗。為了控制物料流速，滿足細(xì)度要求，經(jīng)常是大小球配合使用，減少鋼球之間的空隙，使物料在磨內(nèi)流速減慢，延長物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間，提高粉磨效率。同一倉里的研磨體級(jí)配，鋼球一般采用4-5種規(guī)格，鋼段用1-2種規(guī)格。對(duì)于中長磨機(jī)，頭倉的最小球徑就是二倉的最大球徑。（4）各倉研磨體的級(jí)配,一般大球和小球少

5、些，中間規(guī)格的球應(yīng)多些。如果物料的粒度和硬度都大，則應(yīng)增加大球的數(shù)量而減少小球的數(shù)量。（5）單倉球磨全部用鋼球，而不用鋼段；雙倉磨的頭倉應(yīng)是鋼球，后倉則是鋼段；三倉以上的磨機(jī)一般是前兩倉裝鋼球，三倉和四倉裝鋼段。為提高粉磨效率，在一個(gè)倉內(nèi)球、段不應(yīng)混合使用。（6）閉路磨機(jī)第一倉鋼球尺寸比開路磨機(jī)要大些，一般相差0.01米。閉路磨機(jī)的填充率應(yīng)該一倉大于二倉，二倉大于三倉；開路磨機(jī)的填充率一般一倉小于二倉，二倉小于三倉。（7）研磨體的總裝載量不應(yīng)超過設(shè)計(jì)允許的裝載量。細(xì)磨倉的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：因?yàn)榈V渣的活性至少要使其比表面積達(dá)到400m2/kg以上才能發(fā)揮出來，生產(chǎn)中也是以比表面積>400m2/kg

6、作為礦渣粉出磨的控制指標(biāo)。三倉的礦渣直接來自二倉礦渣料球比、級(jí)配試驗(yàn)混合而成，細(xì)度很細(xì)，無法通過振動(dòng)篩測(cè)定，因此，實(shí)驗(yàn)采用了透氣法測(cè)定礦渣的比表面積，以比表面積達(dá)到400m2/kg時(shí)，單位磨機(jī)產(chǎn)量Q高低來衡量料球比、級(jí)配的好壞。在此之前，需要進(jìn)行礦渣粉密度的測(cè)定。三倉的研磨試驗(yàn)，需要更小的研磨體，基于實(shí)驗(yàn)條件有限，本試驗(yàn)采用了鋼球、鋼段、球段混合的級(jí)配方案。一. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器(a) 實(shí)驗(yàn)室小型球磨機(jī)：型號(hào)SM500mm×500mm，規(guī)格500mm×500mm，裝料量8，研磨體裝載量100，轉(zhuǎn)速48轉(zhuǎn)/分，電機(jī)功率1.5KW，電壓380V；(b) 小型顎式破碎機(jī)；(c) 振

7、動(dòng)臺(tái)，振實(shí)臺(tái)振幅(15±0.3)mm，振動(dòng)頻率60次/(60±2)；(d) 電子天平，托盤天平；(e) 烘干箱，養(yǎng)護(hù)箱；(f) 李氏比重瓶；(g) DBT-DT型勃式透氣比表面積儀；(h) 秒表，游標(biāo)卡尺等。1.實(shí)驗(yàn)原料四通水泥公司礦渣，紅梅水泥公司礦渣。2.試驗(yàn)方法步驟(1) 備料(2) 測(cè)定比較四通礦渣和紅梅礦渣的易碎性、易磨性；(3) 利用四通公司礦渣磨級(jí)配，測(cè)定較好的料球比；(4) 以(2)的試驗(yàn)結(jié)果，自行設(shè)計(jì)級(jí)配，試驗(yàn)得出最佳級(jí)配；(5) 以(3)的試驗(yàn)結(jié)果，再次測(cè)定最佳的料球比。二 細(xì)磨倉料球比、級(jí)配試驗(yàn)1.礦渣密度的測(cè)定：將礦渣加入裝有一定量水(由于礦渣在短時(shí)

8、間內(nèi)不易水化，故液體介質(zhì)可以用水代替煤油)的李氏比重瓶?jī)?nèi)，并使水充分地濕潤礦渣顆粒。由阿基米德定律知，礦渣的體積等于它所排開的液體體積，從而得出礦渣單位體積的質(zhì)量，即密度=m/(V2-V1)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得礦渣的密度=2.86g/cm3。2.料球比的測(cè)定方法：（1）平均球徑法：平均球徑法的依據(jù)Dav=28 Dav-平均球徑；d80-入磨物料80%通過的篩孔孔徑（mm）Dmax=28 Dmax-最大鋼球直徑；d95-入磨物料95%通過的篩孔孔徑（mm）由公式（1）可確定鋼球的平均球徑，由公式（2）可確定鋼球的最大球徑兩相比較可得到研磨體的級(jí)配方案。（2）多級(jí)配球法：多級(jí)配球法是一種傳統(tǒng)的配球方法,通常

9、選用35種不同規(guī)格的鋼球。它最突出的特點(diǎn)是以入磨物料的粒度為依據(jù)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:+ Z* ?! Y& w( V  t, X(1)最大球徑D根據(jù)物料的最大粒徑d來確定* $ e; z7 , b" P# B0 R(2)各種鋼球的配比一般遵循“中間大、兩頭小”的原則，與物料的粒度分布特性相似。) ?. U: 7 6 3 p2 c1 i& 7 B3 L此外，配合級(jí)數(shù)、平均球徑的確定也與物料的粒度特性密切相關(guān)。5 K, O. w( a! q  D% F: r) ?根據(jù)入磨物料粒度的不均勻性對(duì)應(yīng)地選用沖擊力(即直徑)不等的鋼球以滿

10、足各種粒度的物料對(duì)沖擊力的要求是多級(jí)配球的基本思路。在粉磨過程中，物料的粒度由大變小，數(shù)量逐漸增多，相應(yīng)地，所需要的沖擊力下降，對(duì)沖擊次數(shù)要求增多。從理論上講，多級(jí)配球與物料的這種變化過程是相適應(yīng)的。平均球徑是多級(jí)配球中的一個(gè)重要的綜合參數(shù)。多級(jí)配球的沖擊力、沖擊次數(shù)、存料能力都能集中體現(xiàn)在平均球徑的大小上。如平均球徑越大則說明沖擊力越強(qiáng)、存料能力越弱，而沖擊次數(shù)就越少。 5 t+ ?8 S0 & 由于沖擊力、沖擊次數(shù)、存料能力均與平均球徑有關(guān),在實(shí)際應(yīng)用中往往很難做到合理兼顧。一般說來，當(dāng)某種物料需要較強(qiáng)的沖擊力時(shí)，也需要在倉內(nèi)停留的時(shí)間長一些。前者要求提高平均球徑,而后者要求降低平

11、均球徑。這種矛盾的存在是導(dǎo)致多級(jí)配球難以適應(yīng)物料變化的主要原因。多級(jí)配球的這種不足之處在水泥磨中表現(xiàn)尤為突出。如在生產(chǎn)礦渣水泥時(shí)顯得沖擊力過強(qiáng)，而生產(chǎn)未經(jīng)破碎的純熟料水泥時(shí)沖擊力又顯得不足。0 （3）二級(jí)配球法所謂兩級(jí)配球法，就是使用大小兩種不同規(guī)格，并且二者直徑相差較大的鋼球來進(jìn)行級(jí)配。其理論依據(jù)是，大球之間的空隙由小球來填充，以充分提高鋼球的堆積密度。這樣，一方面可提高第一倉的沖擊力和沖擊次數(shù)，符合該倉研磨體的功能特點(diǎn)，另一方面，較高的堆積密度可使物料能夠得到一定的研磨作用。在兩級(jí)配球中，大球的作用主要是對(duì)物料進(jìn)行沖擊破碎。小球的作用一是填充大球間的空隙，提高研磨體的堆積密度，以控制物料流

12、速，增加研磨能力；二是起能量傳遞作用，將大球的沖擊能量傳遞給物料；三是將空隙中的粗顆粒物料排擠出來，置于大球的沖擊區(qū)內(nèi)。兩級(jí)配球法需要確定以下幾個(gè)參數(shù)：（1）大球直徑的確定。取決于磨機(jī)規(guī)格大小、入磨物料的粒度和易磨性。一般以多級(jí)配球中的第二級(jí)球徑為準(zhǔn)。如某臺(tái)磨機(jī)在多級(jí)配球中最大球徑為100mm，進(jìn)行兩級(jí)配球時(shí)就應(yīng)選擇直徑90mm 的鋼球。（2）小球直徑的確定。取決于大球間空隙的大小，也即取決于大球的直徑大小。通常情況下，小球直徑取值為大球直徑的20%-30%比較合適。（3）大、小球的配比。原則上應(yīng)保證小球的摻入量不影響大球的填充率。一般小球占大球重量的3%-5%。在多級(jí)配球中，對(duì)鋼球的沖擊力、

13、沖擊次數(shù)、控制物料流速能力的要求都主要依據(jù)平均球徑，就是說受多種規(guī)格球的影響。在兩級(jí)配球中，鋼球的沖擊力、沖擊次數(shù)由大球的直徑來決定，而控制物料流速的能力主要由小球的直徑、裝填量確定，受大球直徑的影響很小，因而緩解了沖擊力、沖擊次數(shù)與控制物料流速能力之間的矛盾。相比之下，兩級(jí)配球法比較簡(jiǎn)單，在確定級(jí)配參數(shù)時(shí)容易做到綜合考慮。（4）等徑堆積原理法確定級(jí)配眾所周知，粉磨物料的比表面積決定于磨球的表面積與其容積之比，要提高粉磨物料的比表面積就應(yīng)當(dāng)用較高s(表面積)/v（容積）比的研磨體。磨機(jī)鋼球是不能相互壓入的硬球，定負(fù)荷下的鋼球，級(jí)配不同，其堆積狀態(tài)也就不同，鋼球所占容積不同，鋼球?qū)ξ锪涎心ズ蜎_擊

14、效果就有差異。鋼球間空隙大，物料填充量就多，鋼球?qū)ξ锪蠜_擊效果就差；一定容積下的鋼球間隙大。鋼球同物料的接觸面積就小，對(duì)物料的研磨效果差7。根據(jù)等徑球體的堆積原理，六方密堆積和面心立方密堆積是同種球體的最緊密堆積，堆積系數(shù)達(dá)0.74，余留0.26的空間為空隙所有；體心立方堆積系數(shù)是0.68，余留0.32的空間為空隙所有。8這些空隙多為四面體空隙和八面體空隙。球體堆積最緊密時(shí)，它們具有的結(jié)合能最低，處于穩(wěn)定狀態(tài)；若在堆積的球體形成的四面體和八面體空隙中填加一定比到小球，使它們堆積處于介穩(wěn)狀態(tài)，利于球體的自身滑動(dòng)，大小球最終構(gòu)成復(fù)式布喇菲格子，堆積重新處于穩(wěn)定狀態(tài)。六方密堆積和面心立方密堆積n個(gè)球

15、周圍有2n個(gè)四面體空隙和n個(gè)八面體空隙。六方密堆積形成的空隙可填入最大球體直徑為0.414D，體心立方堆積形成的空隙所填入的最大球體直徑為0.291D。假設(shè)磨機(jī)研磨體鋼球的堆積為六方密堆積和面心立方密堆積，在大球形成的間隙中填加小球，這時(shí)研磨體s/v比較高，大小球的堆積所需能量最低，粉磨的能量損失減少，粉磨效率提高。若磨機(jī)研磨體大球D的個(gè)數(shù)為n個(gè)，那么研磨體堆積形成八面體空隙個(gè)數(shù)也為n個(gè)，這些空隙全部用直徑是d的小球填入，則有下式：；即：式中：g按六方密堆積時(shí)，直徑為d的球的重量； G直徑為D的球的重量；按面心立方密堆積時(shí)，直徑為d的球的重量球的重量。球徑D據(jù)粉磨物料的粒度而定，一倉為7090

16、mm 中的一種球徑，二倉為4060mm 中的一種，小球d由0.414D 或0.291D確定。小球所占該倉研磨體的比倒在3%8%范圍內(nèi)。在補(bǔ)加研磨體時(shí)，按大小球的比例加足即能保證較好的粉磨效果。3 料球比測(cè)定方法的選定-平均球徑級(jí)配方法本實(shí)驗(yàn)主要研究三倉研磨體的級(jí)配方法，如何在化驗(yàn)室的小磨上找出各種粒度物料所對(duì)應(yīng)的最有效的研磨體直徑，然后計(jì)算出在實(shí)際生產(chǎn)中所應(yīng)用的研磨體直徑，再通過實(shí)驗(yàn)來求出修正系數(shù)，最終把現(xiàn)有的級(jí)配方法改進(jìn)。目前水泥行業(yè)所用求平均球徑的級(jí)配公式中取決于，式中D為研磨體平均球徑，為混合物料80%通過的篩孔直徑8。以水泥磨為例，物料以熟料為主，還有石膏及混合材，其中物料平均粒度所指

17、不明，因?yàn)楦鞣N物料強(qiáng)度不同，同樣粒徑的石膏與熟料所需要的沖擊力是不同的。我們應(yīng)當(dāng)以熟料作為基準(zhǔn)設(shè)法求出其它各種物料相當(dāng)于熟料的“當(dāng)量粒徑”。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)具體過程1 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)本設(shè)計(jì)方案主要有四個(gè)方向：（1）單料配段方案：原料 G=100Kg Q=8Kg d=0.9 級(jí)配 大段（18*22）=30Kg； 中段（14*16）=40Kg； 小段（12*14）=30Kg；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 時(shí)間 080u 0.20.912337.2225.229.63429.611.6567818.60.491011.6011150121314701516601718192020（2）單料配球，段方案：原料

18、G=100Kg Q=8Kg d=0.9 級(jí)配 大段（18*22）=25Kg 中球（16mm）=45Kg 小段（12*14）=30Kg 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 時(shí)間 080u 0.20.9123.634.8234527.25.66789109.601112131440151620（3）單料配球，段（二級(jí)）方案：原料 G=100Kg Q=8Kg d=0.9級(jí)配：大球（16mm）=50Kg 小段（8*10）=50Kg實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 時(shí)間 080u 0.20.9122.634.8222.428.834524.412.6678910 151.2111213142.5 01520（4）單料配球體原料 G=100Kg Q=

19、8Kg d=0.9 級(jí)配 大球（21mm）=40Kg 不規(guī)則球體=60Kg實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 時(shí)間 080u 0.20.9120.435.4222.626.83456789108.4 011123.5 0132 02 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：分鐘(min)各料球比下的比表面積(m2/kg)t/minr=9r=8r=100201200199121424023722252562473237271259427128626752822992806291315290730232429683103323109319344316103283603301133437433912340381346133453923591435

20、74013651536942237316413435385174194503941842345939719430470416分析結(jié)果：由于物料在進(jìn)磨之前混合不均勻，導(dǎo)致每次的研磨試驗(yàn)無法橫向?qū)Ρ?，因此，采用研磨過程中的某一個(gè)比表面積為基準(zhǔn)，進(jìn)行料球比的比較。本試驗(yàn)以比表面積270m2/kg作為一橫向基準(zhǔn)，由Q=T/r 算的各料球比對(duì)應(yīng)的單位磨機(jī)產(chǎn)量為：Q9=9/12=0.75，Q8=8/11=0.727，Q10=10/14=0.714。由此可知，料球比 r=9%較好。此外，方案4的級(jí)配方案較之其余三組好些，其達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求所用時(shí)間少，即單位磨機(jī)產(chǎn)量就大；方案1的級(jí)配方案采用了三種鋼段，使得沖擊力

21、度下降，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)研磨時(shí)間延長；方案2使用了一些尺寸規(guī)格相差不大鋼球以及剛段，效果能比方案1的好點(diǎn)，但此級(jí)配方案不可能被推廣于實(shí)踐生產(chǎn)。方案3采用了更大的級(jí)配，使得研磨效率差。 結(jié) 論磨內(nèi)研本試驗(yàn)在小型球磨機(jī)上進(jìn)行了礦渣磨三倉的料球比與級(jí)配的研究，通過試驗(yàn)結(jié)果分析，得出如下結(jié)論：1.礦渣磨各倉的適合料球比都不大，以三倉磨來說，料球比從一倉開始，向二倉、三倉過度的過程中有下降的趨勢(shì)；2.一倉的主要目的是沖擊，R0.09+越小越好，但以R0.08、R0.2計(jì)，還應(yīng)該考慮到其所占的比例應(yīng)盡量大些，以減輕二倉、三倉的研磨負(fù)擔(dān)；3.試驗(yàn)中每次入磨的礦渣均是之前經(jīng)多次料球比、級(jí)配試驗(yàn)后所得，由于混合不夠充分

22、、徹底，導(dǎo)致了各批次入磨的礦渣成分含量均為不同，給實(shí)驗(yàn)結(jié)果增加了誤差；4.三倉的研磨試驗(yàn)，小鋼段的研磨效果能比鋼球和球段混合的好，這是因?yàn)殇摱闻c礦渣粉的研磨作用是線接觸造成的；5.三倉礦渣粉的細(xì)度是以透氣法做比表面積測(cè)定的，而DBT-DT型勃式透氣比表面積儀在使用過程中對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)沒有重復(fù)性，再加操作誤差，使得測(cè)得的比表面積不準(zhǔn)確；6.整個(gè)試驗(yàn)過程中有時(shí)遇上陰雨天氣，礦渣粉明顯潮濕，粉料包裹在研磨體上，使得研磨體的沖擊、研磨作用下降，結(jié)果就不精確。對(duì)此應(yīng)該先將礦渣粉經(jīng)烘干箱烘干后再進(jìn)行粉磨試驗(yàn)；7.經(jīng)過三個(gè)倉級(jí)配的研究實(shí)驗(yàn)，采用了三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)的級(jí)配方案，基本按照了傳統(tǒng)的“兩頭小，中間大”的配球方法。據(jù)新研究發(fā)現(xiàn)，兩級(jí)的級(jí)配方案能更有效地對(duì)物料進(jìn)行研磨，效果比三級(jí)、四級(jí)的還好；而且，傳統(tǒng)的“兩頭小，中間大”的配球方法，已不適應(yīng)現(xiàn)今高效、先進(jìn)的粉磨設(shè)備，發(fā)現(xiàn)“逐漸增大”，即研磨體各球徑所占的比例隨著研磨體球徑的減小而逐漸增大的級(jí)配設(shè)計(jì)方案，效果更好。參考文獻(xiàn)1 張樹青,黃士元.我國礦渣粉生產(chǎn)和應(yīng)用情況J .混凝土, 2004 (4) : 6 - 8. 2 唐明述.建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略.中國工程院化工、冶金與材料工程