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1、目 的：通过科研训练，让没有科研经验的大四本科生走进实验室初步接触科研，按照“分配科研训练题目题目初步了解广泛搜索文献资料文献综述拟定实验思路进行简单实验实验现象说明、简单结果分析撰写科研训练报告，谈体会和心得”的流程，独立思考、独立设计方案、独立实验，培养学生理论联系实际、独立自主发现问题和解决问题的能力。主要内容：1. 学会使用网络工具查阅资料，以“球磨机 料球比”为关键词进行资料的查询；2. 对查得的资料进行总结；3. 拟定测定球磨机三仓料球比实验流程和具体的操作步骤；4. 实验；5. 对产物的典型特性进行表征和分析；6. 撰写科研训练报告。指导教师评语：成绩评定 签字 年 月 日注：本
2、页由教师填写 细磨仓料球比级配实验以及分析研磨体级配的意义：磨内的被磨物料有不同的粒度，在料磨过程中单纯考虑研磨体的装载量是不全面的，还必须考虑使用不同规格研磨体，以提高粉磨效率。将不同规格的研磨体按一定比例配合使用，就称作研磨体的级配。物料在粉磨过程中，开始时粒度较大，需用较大直径的研磨体的冲击，随着物料块度变小，就需小直径的研磨体进行研磨，使物料和研磨体很好地接触。在研磨体装载量不变的情况下，缩小研磨体的尺寸，便能增加物料与研磨体的接触，提高研磨能力。所以在实际生产要求有几种尺寸的研磨体配合使用，即能保证具有一定的冲击能力，又有一定的研磨能力。选择研磨体级配的原则：物料的粉磨过程是一个很复
3、杂的工艺过程，在考虑钢球级配时应注意各种因素的影响，例如物料的硬度、粒度、粉磨细度、工艺流程等。根据生产实践经验，选择研磨体的级配时应遵循下述原则：（1）入物料的粒度和硬度大，成品要求较粗时，钢球和钢段的直径应大些；反之则可小些。加入钢球的最大直径可以根据入磨物料的最大粒径用下式近似求得：Dmax=28式中：Dmax为钢球的最大直径（毫米）； d95入磨物料的最大粒径（毫米）12。 在工厂生产中，钢球的级配常以钢球的平均球径来选择。根据物料的平均粒径查表得到相应的钢球平均球径，作为配时参考。（2）大型磨机和小型磨机，生料磨和水泥磨的钢球级配应有区别。由于小型磨机的筒体较大型磨机的筒体短，物料在
4、磨内的停留时间短，所以在入磨物料的粒度、硬度相同的情况下，为了增加磨机的研磨作用，并控制物料流速，它的平均球径应较大型磨机小11。在磨机规格和入磨物料粒度、易磨性相同的情况下，由于生料细度一般比水泥细度粗，所以生料磨的平均球径应比水泥磨的大。（3）磨内只用大钢球，则钢球之间的空隙大，物料流速快，出磨物料粗。为了控制物料流速，满足细度要求，经常是大小球配合使用，减少钢球之间的空隙，使物料在磨内流速减慢，延长物料在磨内的停留时间，提高粉磨效率。同一仓里的研磨体级配，钢球一般采用4-5种规格，钢段用1-2种规格。对于中长磨机，头仓的最小球径就是二仓的最大球径。（4）各仓研磨体的级配,一般大球和小球少
5、些，中间规格的球应多些。如果物料的粒度和硬度都大，则应增加大球的数量而减少小球的数量。（5）单仓球磨全部用钢球，而不用钢段；双仓磨的头仓应是钢球，后仓则是钢段；三仓以上的磨机一般是前两仓装钢球，三仓和四仓装钢段。为提高粉磨效率，在一个仓内球、段不应混合使用。（6）闭路磨机第一仓钢球尺寸比开路磨机要大些，一般相差0.01米。闭路磨机的填充率应该一仓大于二仓，二仓大于三仓；开路磨机的填充率一般一仓小于二仓，二仓小于三仓。（7）研磨体的总装载量不应超过设计允许的装载量。细磨仓的实验设计：因为矿渣的活性至少要使其比表面积达到400m2/kg以上才能发挥出来，生产中也是以比表面积400m2/kg作为矿渣
6、粉出磨的控制指标。三仓的矿渣直接来自二仓矿渣料球比、级配试验混合而成，细度很细，无法通过振动筛测定，因此，实验采用了透气法测定矿渣的比表面积，以比表面积达到400m2/kg时，单位磨机产量Q高低来衡量料球比、级配的好坏。在此之前，需要进行矿渣粉密度的测定。三仓的研磨试验，需要更小的研磨体，基于实验条件有限，本试验采用了钢球、钢段、球段混合的级配方案。一. 实验设备及仪器(a) 实验室小型球磨机：型号SM500mm500mm，规格500mm500mm，装料量8，研磨体装载量100，转速48转/分，电机功率1.5KW，电压380V；(b) 小型颚式破碎机；(c) 振动台，振实台振幅(150.3)m
7、m，振动频率60次/(602)；(d) 电子天平，托盘天平；(e) 烘干箱，养护箱；(f) 李氏比重瓶；(g) DBT-DT型勃式透气比表面积仪；(h) 秒表，游标卡尺等。1.实验原料四通水泥公司矿渣，红梅水泥公司矿渣。2.试验方法步骤(1) 备料(2) 测定比较四通矿渣和红梅矿渣的易碎性、易磨性；(3) 利用四通公司矿渣磨级配，测定较好的料球比；(4) 以(2)的试验结果，自行设计级配，试验得出最佳级配；(5) 以(3)的试验结果，再次测定最佳的料球比。二 细磨仓料球比、级配试验1.矿渣密度的测定：将矿渣加入装有一定量水(由于矿渣在短时间内不易水化，故液体介质可以用水代替煤油)的李氏比重瓶内
8、，并使水充分地湿润矿渣颗粒。由阿基米德定律知，矿渣的体积等于它所排开的液体体积，从而得出矿渣单位体积的质量，即密度=m/(V2-V1)。实验测得矿渣的密度=2.86g/cm3。2.料球比的测定方法：（1）平均球径法：平均球径法的依据Dav=28 Dav-平均球径；d80-入磨物料80%通过的筛孔孔径（mm）Dmax=28 Dmax-最大钢球直径；d95-入磨物料95%通过的筛孔孔径（mm）由公式（1）可确定钢球的平均球径，由公式（2）可确定钢球的最大球径两相比较可得到研磨体的级配方案。（2）多级配球法：多级配球法是一种传统的配球方法,通常选用35种不同规格的钢球。它最突出的特点是以入磨物料的粒
9、度为依据。主要表现在以下几个方面:+ Z* ?! Y& w( Vt, X(1)最大球径D根据物料的最大粒径d来确定* $ e; z7 , b P# B0 R(2)各种钢球的配比一般遵循“中间大、两头小”的原则，与物料的粒度分布特性相似。) ?. U: 7 6 3 p2 c1 i& 7 B3 L此外，配合级数、平均球径的确定也与物料的粒度特性密切相关。5 K, O. w( a! qD% F: r) ?根据入磨物料粒度的不均匀性对应地选用冲击力(即直径)不等的钢球以满足各种粒度的物料对冲击力的要求是多级配球的基本思路。在粉磨过程中，物料的粒度由大变小，数量逐渐增多，相应地，所需要的冲击力下降，对冲
10、击次数要求增多。从理论上讲，多级配球与物料的这种变化过程是相适应的。平均球径是多级配球中的一个重要的综合参数。多级配球的冲击力、冲击次数、存料能力都能集中体现在平均球径的大小上。如平均球径越大则说明冲击力越强、存料能力越弱，而冲击次数就越少。 5 t+ ?8 S0 & 由于冲击力、冲击次数、存料能力均与平均球径有关,在实际应用中往往很难做到合理兼顾。一般说来，当某种物料需要较强的冲击力时，也需要在仓内停留的时间长一些。前者要求提高平均球径,而后者要求降低平均球径。这种矛盾的存在是导致多级配球难以适应物料变化的主要原因。多级配球的这种不足之处在水泥磨中表现尤为突出。如在生产矿渣水泥时显得冲击力过
11、强，而生产未经破碎的纯熟料水泥时冲击力又显得不足。0 （3）二级配球法所谓两级配球法，就是使用大小两种不同规格，并且二者直径相差较大的钢球来进行级配。其理论依据是，大球之间的空隙由小球来填充，以充分提高钢球的堆积密度。这样，一方面可提高第一仓的冲击力和冲击次数，符合该仓研磨体的功能特点，另一方面，较高的堆积密度可使物料能够得到一定的研磨作用。在两级配球中，大球的作用主要是对物料进行冲击破碎。小球的作用一是填充大球间的空隙，提高研磨体的堆积密度，以控制物料流速，增加研磨能力；二是起能量传递作用，将大球的冲击能量传递给物料；三是将空隙中的粗颗粒物料排挤出来，置于大球的冲击区内。两级配球法需要确定以
12、下几个参数：（1）大球直径的确定。取决于磨机规格大小、入磨物料的粒度和易磨性。一般以多级配球中的第二级球径为准。如某台磨机在多级配球中最大球径为100mm，进行两级配球时就应选择直径90mm 的钢球。（2）小球直径的确定。取决于大球间空隙的大小，也即取决于大球的直径大小。通常情况下，小球直径取值为大球直径的20%-30%比较合适。（3）大、小球的配比。原则上应保证小球的掺入量不影响大球的填充率。一般小球占大球重量的3%-5%。在多级配球中，对钢球的冲击力、冲击次数、控制物料流速能力的要求都主要依据平均球径，就是说受多种规格球的影响。在两级配球中，钢球的冲击力、冲击次数由大球的直径来决定，而控制
13、物料流速的能力主要由小球的直径、装填量确定，受大球直径的影响很小，因而缓解了冲击力、冲击次数与控制物料流速能力之间的矛盾。相比之下，两级配球法比较简单，在确定级配参数时容易做到综合考虑。（4）等径堆积原理法确定级配众所周知，粉磨物料的比表面积决定于磨球的表面积与其容积之比，要提高粉磨物料的比表面积就应当用较高s(表面积)/v（容积）比的研磨体。磨机钢球是不能相互压入的硬球，定负荷下的钢球，级配不同，其堆积状态也就不同，钢球所占容积不同，钢球对物料研磨和冲击效果就有差异。钢球间空隙大，物料填充量就多，钢球对物料冲击效果就差；一定容积下的钢球间隙大。钢球同物料的接触面积就小，对物料的研磨效果差7。
14、根据等径球体的堆积原理，六方密堆积和面心立方密堆积是同种球体的最紧密堆积，堆积系数达0.74，余留0.26的空间为空隙所有；体心立方堆积系数是0.68，余留0.32的空间为空隙所有。8这些空隙多为四面体空隙和八面体空隙。球体堆积最紧密时，它们具有的结合能最低，处于稳定状态；若在堆积的球体形成的四面体和八面体空隙中填加一定比到小球，使它们堆积处于介稳状态，利于球体的自身滑动，大小球最终构成复式布喇菲格子，堆积重新处于稳定状态。六方密堆积和面心立方密堆积n个球周围有2n个四面体空隙和n个八面体空隙。六方密堆积形成的空隙可填入最大球体直径为0.414D，体心立方堆积形成的空隙所填入的最大球体直径为0
15、.291D。假设磨机研磨体钢球的堆积为六方密堆积和面心立方密堆积，在大球形成的间隙中填加小球，这时研磨体s/v比较高，大小球的堆积所需能量最低，粉磨的能量损失减少，粉磨效率提高。若磨机研磨体大球D的个数为n个，那么研磨体堆积形成八面体空隙个数也为n个，这些空隙全部用直径是d的小球填入，则有下式：；即：式中：g按六方密堆积时，直径为d的球的重量； G直径为D的球的重量；按面心立方密堆积时，直径为d的球的重量球的重量。球径D据粉磨物料的粒度而定，一仓为7090mm 中的一种球径，二仓为4060mm 中的一种，小球d由0.414D 或0.291D确定。小球所占该仓研磨体的比倒在3%8%范围内。在补加
16、研磨体时，按大小球的比例加足即能保证较好的粉磨效果。3 料球比测定方法的选定-平均球径级配方法本实验主要研究三仓研磨体的级配方法，如何在化验室的小磨上找出各种粒度物料所对应的最有效的研磨体直径，然后计算出在实际生产中所应用的研磨体直径，再通过实验来求出修正系数，最终把现有的级配方法改进。目前水泥行业所用求平均球径的级配公式中取决于，式中D为研磨体平均球径，为混合物料80%通过的筛孔直径8。以水泥磨为例，物料以熟料为主，还有石膏及混合材，其中物料平均粒度所指不明，因为各种物料强度不同，同样粒径的石膏与熟料所需要的冲击力是不同的。我们应当以熟料作为基准设法求出其它各种物料相当于熟料的“当量粒径”。
17、三 实验内容及实验具体过程1 实验方案的设计及数据本设计方案主要有四个方向：（1）单料配段方案：原料 G=100Kg Q=8Kg d=0.9 级配 大段（18*22）=30Kg； 中段（14*16）=40Kg； 小段（12*14）=30Kg；实验数据： 时间 080u 0.20.912337.2225.229.63429.611.6567818.60.491011.6011150121314701516601718192020（2）单料配球，段方案：原料 G=100Kg Q=8Kg d=0.9 级配 大段（18*22）=25Kg 中球（16mm）=45Kg 小段（12*14）=30Kg 实验数
18、据： 时间 080u 0.20.9123.634.8234527.25.66789109.601112131440151620（3）单料配球，段（二级）方案：原料 G=100Kg Q=8Kg d=0.9级配：大球（16mm）=50Kg 小段（8*10）=50Kg实验数据： 时间 080u 0.20.9122.634.8222.428.834524.412.6678910 151.2111213142.5 01520（4）单料配球体原料 G=100Kg Q=8Kg d=0.9 级配 大球（21mm）=40Kg 不规则球体=60Kg实验数据： 时间 080u 0.20.9120.435.4222.
19、626.83456789108.4 011123.5 0132 02 实验数据的分析：分钟(min)各料球比下的比表面积(m2/kg)t/minr=9r=8r=10020120019912142402372225256247323727125942712862675282299280629131529073023242968310332310931934431610328360330113343743391234038134613345392359143574013651536942237316413435385174194503941842345939719430470416分析结果：由于物
20、料在进磨之前混合不均匀，导致每次的研磨试验无法横向对比，因此，采用研磨过程中的某一个比表面积为基准，进行料球比的比较。本试验以比表面积270m2/kg作为一横向基准，由Q=T/r 算的各料球比对应的单位磨机产量为：Q9=9/12=0.75，Q8=8/11=0.727，Q10=10/14=0.714。由此可知，料球比 r=9%较好。此外，方案4的级配方案较之其余三组好些，其达到实验要求所用时间少，即单位磨机产量就大；方案1的级配方案采用了三种钢段，使得冲击力度下降，达到标准研磨时间延长；方案2使用了一些尺寸规格相差不大钢球以及刚段，效果能比方案1的好点，但此级配方案不可能被推广于实践生产。方案3
21、采用了更大的级配，使得研磨效率差。 结 论磨内研本试验在小型球磨机上进行了矿渣磨三仓的料球比与级配的研究，通过试验结果分析，得出如下结论：1.矿渣磨各仓的适合料球比都不大，以三仓磨来说，料球比从一仓开始，向二仓、三仓过度的过程中有下降的趋势；2.一仓的主要目的是冲击，R0.09+越小越好，但以R0.08、R0.2计，还应该考虑到其所占的比例应尽量大些，以减轻二仓、三仓的研磨负担；3.试验中每次入磨的矿渣均是之前经多次料球比、级配试验后所得，由于混合不够充分、彻底，导致了各批次入磨的矿渣成分含量均为不同，给实验结果增加了误差；4.三仓的研磨试验，小钢段的研磨效果能比钢球和球段混合的好，这是因为钢
22、段与矿渣粉的研磨作用是线接触造成的；5.三仓矿渣粉的细度是以透气法做比表面积测定的，而DBT-DT型勃式透气比表面积仪在使用过程中对测量的数据没有重复性，再加操作误差，使得测得的比表面积不准确；6.整个试验过程中有时遇上阴雨天气，矿渣粉明显潮湿，粉料包裹在研磨体上，使得研磨体的冲击、研磨作用下降，结果就不精确。对此应该先将矿渣粉经烘干箱烘干后再进行粉磨试验；7.经过三个仓级配的研究实验，采用了三级、四级、五级的级配方案，基本按照了传统的“两头小，中间大”的配球方法。据新研究发现，两级的级配方案能更有效地对物料进行研磨，效果比三级、四级的还好；而且，传统的“两头小，中间大”的配球方法，已不适应现
23、今高效、先进的粉磨设备，发现“逐渐增大”，即研磨体各球径所占的比例随着研磨体球径的减小而逐渐增大的级配设计方案，效果更好。参考文献1 张树青,黄士元.我国矿渣粉生产和应用情况J .混凝土, 2004 (4) : 6 - 8. 2 唐明述.建筑业的可持续发展战略.中国工程院化工、冶金与材料工程学部,南京化工大学材料科学与工程学院. 3 柴星腾.矿渣粉的制备与应用J.水泥技术,2003,(1):50-56.4 肖国先,徐德龙,侯新剀.水淬高炉矿渣超细粉的应用与制备,西安建筑科技大学学报.5 赵丽萍等.高炉矿渣微粉的研究及应用.上海建材,1998,(1).6 颇熙元.粒化高炉矿渣微粉的生产和应用.南
24、京江南粉磨有限公司. 7 任丽云等.节能型超细矿渣粉磨系统,水泥,1999,(5).8 翁友法,张东.矿渣细度对高强混凝土性能的影响J .中国港湾建设,2000,(3):25-27.9 杜庆檐.超细矿渣高强混凝土配制研究J .混凝土,1998,(1):40243.丁涛,张德成,邵洪江.含超细矿渣水泥水化的研究J .建筑材料学报,1998,1 (3):2012205. 心得体会磨内的被磨物料有不同的粒度，在料磨过程中单纯考虑研磨体的装载量是不全面的，还必须考虑使用不同规格研磨体，以提高粉磨效率。物料在粉磨过程中，开始时粒度较大，需用较大直径的研磨体的冲击，随着物料块度变小，就需小直径的研磨体进行
25、研磨，使物料和研磨体很好地接触。在研磨体装载量不变的情况下，缩小研磨体的尺寸，便能增加物料与研磨体的接触，提高研磨能力。所以在实际生产要求有几种尺寸的研磨体配合使用，即能保证具有一定的冲击能力，又有一定的研磨能力。本次科研训练通过用平均料球比的方法进行研磨体的级配实验。本组采取四种不同的级配实验方案找出球段的最佳配比使得物料在最短的时间内达到最好的研磨效果。通过本次科研训练使我充分的了解到物料粉磨在工业生产中的重要意义，充分掌握了平均料球比的级配方法，拟定合适的实验方案，并且参与到实验的整个过程当中，掌握了找出最佳级配比的流程。虽然在实验室的小磨上找到了最佳方案，但应用到实际生产中还是有一定的差距。