论文部分内容阅读
蔡祖光 译
摘要 通过对球石耐磨性能的系统性研究表明，虽然不同生产厂家制造的球石的耐磨性能具有很大的差异，但从经济的观点来看，氧化铝球石（氧化铝瓷球石的简称）对球磨工艺的作用非常重要，尤其与氧化铝衬砖（球磨机筒体用内衬）配套使用时，氧化铝球石可获得技术经济性能最优的球磨工艺。总之，欲获得技术和经济性最优的球磨工艺，还需细心调整球磨工艺的各相关要素。
关键词 球磨机，氧化铝，球石，球磨工艺，经济性能
1引 言
以前大多数球磨机几乎都是采用燧石球石，仅某些特殊用途的球磨机才采用普通瓷球石和滑石瓷球石。随着市场对陶瓷球石需求量的逐渐上升，目前氧化铝球石已成为一种重要的球石。相对于常用球石（燧石球石）而言，氧化铝球石具有圆度好、密度大、能获得较高的球磨效率的优点。同时，球磨机工作时，一方面，因氧化铝球石的圆度和密度的均匀一致性，有利于氧化铝球石的快速运动，从而提高其对物料的破碎粉磨能力；另一方面，高密度的氧化铝球石能进一步增强破碎粉磨物料的能力。综合以上两方面的作用可知，氧化铝球石的球磨效率高，特别适宜于缩短球磨时间，以制备高密度和高粘度的料浆。不仅因为上述生产过程是节能的，更重要的是利用较小的球磨空间及较小的投资便能大幅度地提高球磨机的生产能力。
氧化铝球石与燧石球石、普通瓷球石和滑石瓷球石相比，其最大的优势是低磨损。如图1所示为不同研磨介质（球石）的磨损状态示意图，它是通过球磨机制备密度为1.5kg/L的氧化铝陶瓷料浆时的实测结果。
2球磨工艺
为了既能节省球石等成本消耗，又能获得最好的球磨效果，生产过程必须细心调整球磨工艺的各相关要素，并重点考虑表1所述的基本要求。氧化铝球石与氧化铝衬砖（球磨机筒体内衬）配套使用时，氧化铝球石能基本上满足表1所述的基本要求。由此可见，球磨机的球石和筒体内衬的选用至关重要。本文主要论述了球磨机的研磨特性，球磨机具有使用寿命长、坚固耐用、维护保养简便和研磨效率较高等优点，并且投资小，单位体积研磨腔的功率消耗较低，约为0.001～0.05kW/L，图2显示的是球磨机在高效研磨助剂作用下的实测数据。
许多因素都会影响球磨机高效研磨状态的工艺参数的调整，其中最主要的因素是：(1)球磨机筒体的形状及其规格尺寸；(2)球磨机筒体内衬的材质、形状和厚度；(3)球磨机筒体的转速；(4)球磨机的装载量（包括：筒体的有效容积，即用于研磨物料的容积、待磨物料的容积和研磨介质的容积）；(5)研磨介质（空气、水、pH值和有机质液体）；(6)待磨物料的硬度、物理机械强度、可劈裂性和团聚性等。
为了寻求最优的球磨工艺过程，通常需要利用实验室球磨机进行大量的试验，然后再应用于球磨机的实际生产过程中。当然，寻求最优球磨工艺生产过程时，需要考虑球磨机筒体内研磨体（球石）所产生的动能影响球磨效率、研磨体（球石）的磨损和筒体内衬的磨损。常用的两种最基本的球磨工艺是湿法球磨和干法球磨。
2.1 湿法球磨
湿法球磨机通常应用于多种物料及添加剂的混合均匀的精细粉磨和超精细粉磨。其单位研磨腔的功率消耗较低，球磨短时间即可获得符合要求的粒度及粒度分布范围宽的物料颗粒。陶瓷、电瓷绝缘子和某些硅酸盐材料的生产制造过程中，通常需要粒度分布范围宽的物料颗粒。通过后续的分级工艺（如：水力旋流器或倾注式压力沉降器）或使用其它磨机组（如：搅拌磨机或环隙磨机）就能粗略地调整其粒度分布曲线。湿法球磨不仅能使团聚物球磨成细颗粒（很少是劈裂的颗粒），而且还能迫使瘠性物料与塑性物料搅拌混合均匀。虽然湿法球磨时间较短，但它仍能获得成分均匀一致的料浆，并且料浆的颗粒主要是圆形颗粒，而不是片状颗粒。
生产实践表明，球磨机的装载量大于筒体有效容积的50%时，能获得良好的球磨效率，实际球磨机的装载量应大于筒体有效容积的2/3～3/4。为了获得最好的球磨生产效率，可以从不同方面进行考虑。一种观点认为：刚开始加料时，球石的规格尺寸应具有一定的组成，并且假定球石磨损后，仅补充单一规格尺寸的球石。生产中最有效的措施是装料时，采用大、中、小三种不同规格尺寸的球石，但球石的最大规格自然取决于球磨机筒体的内衬。若已知球石的磨损率，那么通过连续不断地向球磨机筒体内添加最大尺寸的球石就能补偿球石的磨损，显然采取这一措施便可获得成分均匀一致的料浆。
另一种观点认为，球磨机最高转速的选择非常重要。因为球磨机具有一个临界转速，此时颗粒料（球石和待磨物料等颗粒）紧贴球磨机筒体内衬旋转，颗粒料（球石和待磨物料等颗粒）通过上升曲线（圆弧轨迹）的最高点继续旋转而不跌落下来，这是由于其离心力与重力平衡的缘故。球磨机的临界转速（转/分）可采用下列公式计算：
式中：
D——球磨机筒体（安装内衬后）的净空直径，m
湿法球磨机通常以60%的临界转速（nk）运转，在特殊情况下，以80%的临界转速（nk）运转可获得较高的球磨效率。但大多数湿法球磨机通常以40%的临界转速（nk）运转，虽然其球磨效率不是很高，但物料搅拌混合均匀。若在球石和物料不致撞击损坏筒体内衬的情况下，球磨机也可以以较高的转速运行。由于湿法球磨时，料浆吸收了球石的能量，减弱了球石的运动速度，因此球石对筒体内衬的冲击碰撞等损坏非常小。
2.2 干法球磨
干法球磨应用于许多行业，如：石英、长石、白云石、方解石等矿石以及氧化铝、尖晶石、耐火材料、莫来石和水泥等复合材料。与湿法球磨相比，干法球磨主要具备以下两方面的优势：⑴球磨工艺流程长；⑵工艺流程不需昂贵的干燥工序，只需经筛分分级后便可获得粒度分布范围窄的能直接使用的粉料。
湿法球磨主要应用于球磨破碎团聚物并使之搅拌混合均匀。而干法球磨则主要应用于球磨破碎原始的颗粒物，因此，干法球磨时，物料通常表现为劈裂的破碎特征。通过筛分分级后能可靠地分离出满足细度要求的粉料，再将未达到细度要求的筛上料重新返回干法球磨生产工艺流程中，这样的操作通常能提高干法球磨效率。
事实上，干法球磨工艺参数的调整比湿法球磨工艺参数的调整更为重要，尤其是球磨机的适宜装载量及球石物料比。实践证明，当球磨机筒体的装载量为其有效容积的50%时，非常经济实用；球磨机筒体内最上一层（球磨机静止时）球石上面遮盖大约10cm厚的物料也是非常重要的。另外，球石的规格尺寸不必过大，并且球磨机的转速也不能高于0.6nk，这样才有利于保护筒体内衬免遭损坏，从而延长氧化铝衬砖的使用寿命及减少球石的磨损量。
为了优化干法球磨的工艺参数，必须考察干法球磨过程中球石的运动状态，考虑到球磨机筒体的旋转运动迫使球石沿两段曲线组成的封闭轨迹运动，首先是沿圆弧轨迹的上升运动，然后是沿抛物线轨迹的降落运动，球石降落后又转入圆弧轨迹。如图3所示，依球磨机筒体的转速大小，球石有两种最基本的研磨运动状态，即“泻落”研磨运动状态和“瀑落”研磨运动状态，而介于两者之间的研磨运动状态称为混合研磨运动状态，此时“泻落”研磨运动和“瀑落”研磨运动同时产生作用。
实践生产中，球磨机的装载量通常为筒体有效容积的30%和50%，并以55%、60%和70%的临界转速（nk）旋转，其筒体内球石的运动状态示意图如图4所示。球磨机慢速旋转时（例如：筒体转速n=23/=0.55nk），球石沿圆弧轨迹上升，在上升的过程中球石也沿其自身的重心旋转，理论上，到达圆弧轨迹的最高点后球石应当沿抛物线轨迹降落。但由于此时球石的动能太小以致立即跌入处于上升运动的球石群中，所以说，处于“泻落”研磨运动状态的球石最终将滚落下来。显然它们对物料的冲击碰撞作用差，主要是通过球石的上升运动和滚落运动所产生的挤压力和摩擦力实现对物料的球磨破碎作用。对减小球石和球磨机筒体内衬的磨损来说，尤其是球磨机的装载量适宜时，球石的“泻落”研磨运动状态是最好的工作方式。然而，因球磨机的装载量不足以及球石具有过大的起抛角（球石进入抛物线轨迹时的初速度与水平方向的夹角）的“泻落”研磨运动状态，增强了处于跌落运动的球石对球磨机筒体内衬的冲击碰撞作用，却减弱了对物料的挤压和研磨等作用，因此，在这种情况下，“泻落”研磨运动状态也会造成球石和球磨机筒体内衬的磨损。但最优的“泻落”研磨运动状态是装载量为球磨机筒体有效容积的50%，球石起抛角为45°的状态（如图4c所示）。
球磨机以较高的转速旋转（球石处于“瀑落”研磨运动状态，筒体转速n＞0.7nk）时，球石首先也是沿圆弧轨迹上升，通过较高的圆弧轨迹脱离点后自由进入抛物线轨迹，在降落过程中冲击碰撞筒体底部的物料。显然“瀑落”研磨运动状态的球石之所以能研磨破碎物料，主要是通过冲击碰撞作用，很少是挤压力和剪切力的作用。由此可见，球磨机的装载量是球石处于“瀑落”研磨运动状态的决定性因素（如图5所示）。为了避免处于降落运动过程中的球石冲击碰撞等作用损坏球磨机筒体内壁，必须经常维修和保养球磨机筒体的陶瓷内衬。若球磨机筒体采用石材内衬时，球石降落运动的高能量将砸裂损坏石材内衬，尤其是石料的边缘部分。随着球磨机筒体内衬磨损的加剧，自然会造成出现筒体内衬穿孔的危险，并严重缩短筒体内衬的使用寿命。但可通过增大装载量、降低球磨机的转速和至少采用部分小规格尺寸的球石等措施来解决。
3氧化铝球石
目前，不同的球石生产制造厂家都能提供许多种类的氧化铝球石，如：氧化铝含量为86～92%（质量比）的氧化铝球石以及特殊应用的氧化铝含量为96～99.5%（质量比）的高档氧化铝球石。但这些氧化铝球石的耐磨性能却有很大的区别，笔者认为可利用DIN50332爆破测试法进行检测。
表2是建立在图6基础上的，是不同生产厂家制造的氧化铝球石的体积磨损率的对照表。优质氧化铝球石的体积磨损率大约0.8cm3，最劣质氧化铝球石的体积磨损率大约3.0cm3。爆破测试时氧化铝球石呈现侵蚀失效的特征，而在实际球磨生产过程中氧化铝球石则呈现磨损失效的特征。ETEC多年的球石磨损研究经验证实，不同的测试方法能提供许多非常有益的数据。某些复杂和耗费时间的球磨实验结果如图7所示，它是采用有效净空直径为0.8m的筒体以0.6nk的转速旋转，在未添加物料的干法球磨机中的实测结果，所测的质量磨损率是球磨机工作25h后，通过称重法计算的结果。几乎所有氧化铝球石与球磨时间的磨损曲线都是直线，仅质量等级为H的氧化铝球石随球磨时间的增长而超比例地增加其磨损量。虽然单独测试时，磨损量的变化很大，但仍可假定质量等级为C的氧化铝球石的磨损量是球磨时间的线性函数。同时，质量等级为H的氧化铝球石随球磨时间的增长而大幅度增加其磨损量的原因是氧化铝球石的致密度从外表到球心逐渐减弱的缘故；此外，质量等级为C的氧化铝球石的异常磨损也可归咎于其自身的碎裂原因等。
下面讨论不同种类的Al2O3球石球磨时的经济性。为此必须考虑以下几方面（如表2所示），当然它不能简单地应用于所有的球磨工艺过程中，因为所假定的氧化铝球石的磨损率是某一特定球磨工艺所特有的，并且球磨工艺过程中球石的实际磨损率通常比实验测试值还要低很多。若假定球磨机的装载量为筒体有效容积的50%时，氧化铝球石的磨损率最低，即使是价格昂贵的氧化铝球石也比其它两种氧化铝球石具有球磨运行费用低的优势（如表2所示），这里还未考虑大量小规格尺寸氧化铝球石碎裂时所产生的较低的研磨功效。
生产方面还需考虑球磨工艺的重复再现性。将氧化铝球石系列产品分成6个批次进行爆破测试后的磨损对比结果是，ETEC公司制造的氧化铝球石磨损量的偏差较小，质量等级为E的氧化铝球石在同一批次不同个体及不同批次的磨损量具有很大的波动性。氧化铝球石稳定的质量是球磨工艺过程重复再现性的最重要的因素。
显然氧化铝含量为86～90%的氧化铝球石的耐磨性比含量为92%的氧化铝球石差，然而氧化铝含量并不是提高氧化铝球石耐磨性能的唯一决定性因素，过去的氧化铝球石磨损研究经验也表明，较多氧化铝含量并不会大幅度提高氧化铝球石的耐磨性。事实上，影响氧化铝球石耐磨性的决定性因素是如何有效地控制氧化铝球石的整个生产工艺流程，使之生产出高质量的氧化铝球石，包括原料配方的选用、粉料颗粒的级别及其级配比例（通过筛分控制）、喷雾干燥制粉、模压成形及烧结等工序。为了提高氧化铝球石的耐磨性，制备具有一定显微结构的粉料也是至关重要的。
4结 束 语
控制球磨机工艺过程的关键是保持装入物（物料、球石、水和添加剂）的组成、品质等恒定不变性及控制成本。为了提高老式球磨机的生产能力，经常采用减少球石的加入量和提高球磨机转速的方法，这是本质上的错误；另一常见的错误做法就是采用的球石规格尺寸与球磨机筒体的直径相比过大，还有一错误做法就是球磨机的装载量不足，并且很少处于受控状态，尤其是连续式球磨机这种情况就更加明显。
理论上，球磨机的装载量为筒体有效容积的65%时，球磨机的球磨效率最高。但实践生产中很少采用这一装载量，通常采用的装载量为筒体有效容积的40%和50%的标准装载量。至于采用筒体有效容积的30%以下的装载量，这样的错误做法不仅导致球磨机产量的降低，而且还易造成球石和球磨机筒体内衬的过早磨损。有时为了提高球磨机的产量，还随意提高球磨机的转速，这样的操作大约仅适用于钢质球石和钢质内衬的球磨机采用，但对于球磨陶瓷原料来说，无论是从技术上还是从经济上来考虑都将得不偿失。
总之，从产品质量方面来看，氧化铝球石和氧化铝内衬在球磨机中的配套使用能给用户提供最经济和最先进的球磨工艺过程，当然，这还是需要一定的条件。球磨工艺效果不良很少是由于原料的低劣引起的，而是由于球磨工艺各参数的不协调造成的。只有通过系统分析，认识和修改错误操作，才能获得工艺先进和经济实用的球磨效果。
摘要 通过对球石耐磨性能的系统性研究表明，虽然不同生产厂家制造的球石的耐磨性能具有很大的差异，但从经济的观点来看，氧化铝球石（氧化铝瓷球石的简称）对球磨工艺的作用非常重要，尤其与氧化铝衬砖（球磨机筒体用内衬）配套使用时，氧化铝球石可获得技术经济性能最优的球磨工艺。总之，欲获得技术和经济性最优的球磨工艺，还需细心调整球磨工艺的各相关要素。
关键词 球磨机，氧化铝，球石，球磨工艺，经济性能
1引 言
以前大多数球磨机几乎都是采用燧石球石，仅某些特殊用途的球磨机才采用普通瓷球石和滑石瓷球石。随着市场对陶瓷球石需求量的逐渐上升，目前氧化铝球石已成为一种重要的球石。相对于常用球石（燧石球石）而言，氧化铝球石具有圆度好、密度大、能获得较高的球磨效率的优点。同时，球磨机工作时，一方面，因氧化铝球石的圆度和密度的均匀一致性，有利于氧化铝球石的快速运动，从而提高其对物料的破碎粉磨能力；另一方面，高密度的氧化铝球石能进一步增强破碎粉磨物料的能力。综合以上两方面的作用可知，氧化铝球石的球磨效率高，特别适宜于缩短球磨时间，以制备高密度和高粘度的料浆。不仅因为上述生产过程是节能的，更重要的是利用较小的球磨空间及较小的投资便能大幅度地提高球磨机的生产能力。
氧化铝球石与燧石球石、普通瓷球石和滑石瓷球石相比，其最大的优势是低磨损。如图1所示为不同研磨介质（球石）的磨损状态示意图，它是通过球磨机制备密度为1.5kg/L的氧化铝陶瓷料浆时的实测结果。
2球磨工艺
为了既能节省球石等成本消耗，又能获得最好的球磨效果，生产过程必须细心调整球磨工艺的各相关要素，并重点考虑表1所述的基本要求。氧化铝球石与氧化铝衬砖（球磨机筒体内衬）配套使用时，氧化铝球石能基本上满足表1所述的基本要求。由此可见，球磨机的球石和筒体内衬的选用至关重要。本文主要论述了球磨机的研磨特性，球磨机具有使用寿命长、坚固耐用、维护保养简便和研磨效率较高等优点，并且投资小，单位体积研磨腔的功率消耗较低，约为0.001～0.05kW/L，图2显示的是球磨机在高效研磨助剂作用下的实测数据。
许多因素都会影响球磨机高效研磨状态的工艺参数的调整，其中最主要的因素是：(1)球磨机筒体的形状及其规格尺寸；(2)球磨机筒体内衬的材质、形状和厚度；(3)球磨机筒体的转速；(4)球磨机的装载量（包括：筒体的有效容积，即用于研磨物料的容积、待磨物料的容积和研磨介质的容积）；(5)研磨介质（空气、水、pH值和有机质液体）；(6)待磨物料的硬度、物理机械强度、可劈裂性和团聚性等。
为了寻求最优的球磨工艺过程，通常需要利用实验室球磨机进行大量的试验，然后再应用于球磨机的实际生产过程中。当然，寻求最优球磨工艺生产过程时，需要考虑球磨机筒体内研磨体（球石）所产生的动能影响球磨效率、研磨体（球石）的磨损和筒体内衬的磨损。常用的两种最基本的球磨工艺是湿法球磨和干法球磨。
2.1 湿法球磨
湿法球磨机通常应用于多种物料及添加剂的混合均匀的精细粉磨和超精细粉磨。其单位研磨腔的功率消耗较低，球磨短时间即可获得符合要求的粒度及粒度分布范围宽的物料颗粒。陶瓷、电瓷绝缘子和某些硅酸盐材料的生产制造过程中，通常需要粒度分布范围宽的物料颗粒。通过后续的分级工艺（如：水力旋流器或倾注式压力沉降器）或使用其它磨机组（如：搅拌磨机或环隙磨机）就能粗略地调整其粒度分布曲线。湿法球磨不仅能使团聚物球磨成细颗粒（很少是劈裂的颗粒），而且还能迫使瘠性物料与塑性物料搅拌混合均匀。虽然湿法球磨时间较短，但它仍能获得成分均匀一致的料浆，并且料浆的颗粒主要是圆形颗粒，而不是片状颗粒。
生产实践表明，球磨机的装载量大于筒体有效容积的50%时，能获得良好的球磨效率，实际球磨机的装载量应大于筒体有效容积的2/3～3/4。为了获得最好的球磨生产效率，可以从不同方面进行考虑。一种观点认为：刚开始加料时，球石的规格尺寸应具有一定的组成，并且假定球石磨损后，仅补充单一规格尺寸的球石。生产中最有效的措施是装料时，采用大、中、小三种不同规格尺寸的球石，但球石的最大规格自然取决于球磨机筒体的内衬。若已知球石的磨损率，那么通过连续不断地向球磨机筒体内添加最大尺寸的球石就能补偿球石的磨损，显然采取这一措施便可获得成分均匀一致的料浆。
另一种观点认为，球磨机最高转速的选择非常重要。因为球磨机具有一个临界转速，此时颗粒料（球石和待磨物料等颗粒）紧贴球磨机筒体内衬旋转，颗粒料（球石和待磨物料等颗粒）通过上升曲线（圆弧轨迹）的最高点继续旋转而不跌落下来，这是由于其离心力与重力平衡的缘故。球磨机的临界转速（转/分）可采用下列公式计算：
式中：
D——球磨机筒体（安装内衬后）的净空直径，m
湿法球磨机通常以60%的临界转速（nk）运转，在特殊情况下，以80%的临界转速（nk）运转可获得较高的球磨效率。但大多数湿法球磨机通常以40%的临界转速（nk）运转，虽然其球磨效率不是很高，但物料搅拌混合均匀。若在球石和物料不致撞击损坏筒体内衬的情况下，球磨机也可以以较高的转速运行。由于湿法球磨时，料浆吸收了球石的能量，减弱了球石的运动速度，因此球石对筒体内衬的冲击碰撞等损坏非常小。
2.2 干法球磨
干法球磨应用于许多行业，如：石英、长石、白云石、方解石等矿石以及氧化铝、尖晶石、耐火材料、莫来石和水泥等复合材料。与湿法球磨相比，干法球磨主要具备以下两方面的优势：⑴球磨工艺流程长；⑵工艺流程不需昂贵的干燥工序，只需经筛分分级后便可获得粒度分布范围窄的能直接使用的粉料。
湿法球磨主要应用于球磨破碎团聚物并使之搅拌混合均匀。而干法球磨则主要应用于球磨破碎原始的颗粒物，因此，干法球磨时，物料通常表现为劈裂的破碎特征。通过筛分分级后能可靠地分离出满足细度要求的粉料，再将未达到细度要求的筛上料重新返回干法球磨生产工艺流程中，这样的操作通常能提高干法球磨效率。
事实上，干法球磨工艺参数的调整比湿法球磨工艺参数的调整更为重要，尤其是球磨机的适宜装载量及球石物料比。实践证明，当球磨机筒体的装载量为其有效容积的50%时，非常经济实用；球磨机筒体内最上一层（球磨机静止时）球石上面遮盖大约10cm厚的物料也是非常重要的。另外，球石的规格尺寸不必过大，并且球磨机的转速也不能高于0.6nk，这样才有利于保护筒体内衬免遭损坏，从而延长氧化铝衬砖的使用寿命及减少球石的磨损量。
为了优化干法球磨的工艺参数，必须考察干法球磨过程中球石的运动状态，考虑到球磨机筒体的旋转运动迫使球石沿两段曲线组成的封闭轨迹运动，首先是沿圆弧轨迹的上升运动，然后是沿抛物线轨迹的降落运动，球石降落后又转入圆弧轨迹。如图3所示，依球磨机筒体的转速大小，球石有两种最基本的研磨运动状态，即“泻落”研磨运动状态和“瀑落”研磨运动状态，而介于两者之间的研磨运动状态称为混合研磨运动状态，此时“泻落”研磨运动和“瀑落”研磨运动同时产生作用。
实践生产中，球磨机的装载量通常为筒体有效容积的30%和50%，并以55%、60%和70%的临界转速（nk）旋转，其筒体内球石的运动状态示意图如图4所示。球磨机慢速旋转时（例如：筒体转速n=23/=0.55nk），球石沿圆弧轨迹上升，在上升的过程中球石也沿其自身的重心旋转，理论上，到达圆弧轨迹的最高点后球石应当沿抛物线轨迹降落。但由于此时球石的动能太小以致立即跌入处于上升运动的球石群中，所以说，处于“泻落”研磨运动状态的球石最终将滚落下来。显然它们对物料的冲击碰撞作用差，主要是通过球石的上升运动和滚落运动所产生的挤压力和摩擦力实现对物料的球磨破碎作用。对减小球石和球磨机筒体内衬的磨损来说，尤其是球磨机的装载量适宜时，球石的“泻落”研磨运动状态是最好的工作方式。然而，因球磨机的装载量不足以及球石具有过大的起抛角（球石进入抛物线轨迹时的初速度与水平方向的夹角）的“泻落”研磨运动状态，增强了处于跌落运动的球石对球磨机筒体内衬的冲击碰撞作用，却减弱了对物料的挤压和研磨等作用，因此，在这种情况下，“泻落”研磨运动状态也会造成球石和球磨机筒体内衬的磨损。但最优的“泻落”研磨运动状态是装载量为球磨机筒体有效容积的50%，球石起抛角为45°的状态（如图4c所示）。
球磨机以较高的转速旋转（球石处于“瀑落”研磨运动状态，筒体转速n＞0.7nk）时，球石首先也是沿圆弧轨迹上升，通过较高的圆弧轨迹脱离点后自由进入抛物线轨迹，在降落过程中冲击碰撞筒体底部的物料。显然“瀑落”研磨运动状态的球石之所以能研磨破碎物料，主要是通过冲击碰撞作用，很少是挤压力和剪切力的作用。由此可见，球磨机的装载量是球石处于“瀑落”研磨运动状态的决定性因素（如图5所示）。为了避免处于降落运动过程中的球石冲击碰撞等作用损坏球磨机筒体内壁，必须经常维修和保养球磨机筒体的陶瓷内衬。若球磨机筒体采用石材内衬时，球石降落运动的高能量将砸裂损坏石材内衬，尤其是石料的边缘部分。随着球磨机筒体内衬磨损的加剧，自然会造成出现筒体内衬穿孔的危险，并严重缩短筒体内衬的使用寿命。但可通过增大装载量、降低球磨机的转速和至少采用部分小规格尺寸的球石等措施来解决。
3氧化铝球石
目前，不同的球石生产制造厂家都能提供许多种类的氧化铝球石，如：氧化铝含量为86～92%（质量比）的氧化铝球石以及特殊应用的氧化铝含量为96～99.5%（质量比）的高档氧化铝球石。但这些氧化铝球石的耐磨性能却有很大的区别，笔者认为可利用DIN50332爆破测试法进行检测。
表2是建立在图6基础上的，是不同生产厂家制造的氧化铝球石的体积磨损率的对照表。优质氧化铝球石的体积磨损率大约0.8cm3，最劣质氧化铝球石的体积磨损率大约3.0cm3。爆破测试时氧化铝球石呈现侵蚀失效的特征，而在实际球磨生产过程中氧化铝球石则呈现磨损失效的特征。ETEC多年的球石磨损研究经验证实，不同的测试方法能提供许多非常有益的数据。某些复杂和耗费时间的球磨实验结果如图7所示，它是采用有效净空直径为0.8m的筒体以0.6nk的转速旋转，在未添加物料的干法球磨机中的实测结果，所测的质量磨损率是球磨机工作25h后，通过称重法计算的结果。几乎所有氧化铝球石与球磨时间的磨损曲线都是直线，仅质量等级为H的氧化铝球石随球磨时间的增长而超比例地增加其磨损量。虽然单独测试时，磨损量的变化很大，但仍可假定质量等级为C的氧化铝球石的磨损量是球磨时间的线性函数。同时，质量等级为H的氧化铝球石随球磨时间的增长而大幅度增加其磨损量的原因是氧化铝球石的致密度从外表到球心逐渐减弱的缘故；此外，质量等级为C的氧化铝球石的异常磨损也可归咎于其自身的碎裂原因等。
下面讨论不同种类的Al2O3球石球磨时的经济性。为此必须考虑以下几方面（如表2所示），当然它不能简单地应用于所有的球磨工艺过程中，因为所假定的氧化铝球石的磨损率是某一特定球磨工艺所特有的，并且球磨工艺过程中球石的实际磨损率通常比实验测试值还要低很多。若假定球磨机的装载量为筒体有效容积的50%时，氧化铝球石的磨损率最低，即使是价格昂贵的氧化铝球石也比其它两种氧化铝球石具有球磨运行费用低的优势（如表2所示），这里还未考虑大量小规格尺寸氧化铝球石碎裂时所产生的较低的研磨功效。
生产方面还需考虑球磨工艺的重复再现性。将氧化铝球石系列产品分成6个批次进行爆破测试后的磨损对比结果是，ETEC公司制造的氧化铝球石磨损量的偏差较小，质量等级为E的氧化铝球石在同一批次不同个体及不同批次的磨损量具有很大的波动性。氧化铝球石稳定的质量是球磨工艺过程重复再现性的最重要的因素。
显然氧化铝含量为86～90%的氧化铝球石的耐磨性比含量为92%的氧化铝球石差，然而氧化铝含量并不是提高氧化铝球石耐磨性能的唯一决定性因素，过去的氧化铝球石磨损研究经验也表明，较多氧化铝含量并不会大幅度提高氧化铝球石的耐磨性。事实上，影响氧化铝球石耐磨性的决定性因素是如何有效地控制氧化铝球石的整个生产工艺流程，使之生产出高质量的氧化铝球石，包括原料配方的选用、粉料颗粒的级别及其级配比例（通过筛分控制）、喷雾干燥制粉、模压成形及烧结等工序。为了提高氧化铝球石的耐磨性，制备具有一定显微结构的粉料也是至关重要的。
4结 束 语
控制球磨机工艺过程的关键是保持装入物（物料、球石、水和添加剂）的组成、品质等恒定不变性及控制成本。为了提高老式球磨机的生产能力，经常采用减少球石的加入量和提高球磨机转速的方法，这是本质上的错误；另一常见的错误做法就是采用的球石规格尺寸与球磨机筒体的直径相比过大，还有一错误做法就是球磨机的装载量不足，并且很少处于受控状态，尤其是连续式球磨机这种情况就更加明显。
理论上，球磨机的装载量为筒体有效容积的65%时，球磨机的球磨效率最高。但实践生产中很少采用这一装载量，通常采用的装载量为筒体有效容积的40%和50%的标准装载量。至于采用筒体有效容积的30%以下的装载量，这样的错误做法不仅导致球磨机产量的降低，而且还易造成球石和球磨机筒体内衬的过早磨损。有时为了提高球磨机的产量，还随意提高球磨机的转速，这样的操作大约仅适用于钢质球石和钢质内衬的球磨机采用，但对于球磨陶瓷原料来说，无论是从技术上还是从经济上来考虑都将得不偿失。
总之，从产品质量方面来看，氧化铝球石和氧化铝内衬在球磨机中的配套使用能给用户提供最经济和最先进的球磨工艺过程，当然，这还是需要一定的条件。球磨工艺效果不良很少是由于原料的低劣引起的，而是由于球磨工艺各参数的不协调造成的。只有通过系统分析，认识和修改错误操作，才能获得工艺先进和经济实用的球磨效果。